数据库语言：SQL基础与应用

### 数据库语言：SQL 基础与应用 #### 1. 关系完备语言概述 关系完备语言是指那些至少与关系代数等价的语言。也就是说，所有能用关系代数对数据执行的操作，关系完备语言也必须支持。关系代数是关系数据库系统常用语言的基准。例如 SQL（结构化查询语言），它与关系代数具有同等的表达能力，因此被认为是一种关系完备语言。 判断一种数据库语言是否关系完备，有一个重要标准：它必须能够实现集合运算符（集合并、集合差、笛卡尔积）以及关系运算符（投影和选择）。并非所有处理表格的语言都是关系完备的，如果一种语言无法通过共享属性组合多个表格，那么它就不等价于关系代数，也就不能被视为关系完备语言。 关系代数是关系数据库语言查询部分的基础。不过，在实际应用中，数据库语言不仅要能分析表格，还需对表格或其部分内容进行操作，如插入、删除或修改元组集。为了具有实际用途，数据库语言通常需要具备以下功能： - 能够定义表格和属性。 - 支持插入、修改和删除操作。 - 包含聚合函数，如求和、求最大值、求最小值或计算平均值。 - 可以根据各种标准对表格进行格式化和显示，例如排序和设置控制断点以实现表格可视化。 - 具备分配用户权限和保护数据库的功能。 - 最好支持算术表达式和计算。 - 支持多用户访问（遵循事务原则），并包含数据安全命令。 虽然关系代数为关系数据库语言提供了形式化框架，但在实际中，人们更倾向于使用用户友好的语言。因为纯代数运算符对于大多数数据库用户来说较难理解，所以它们通常由更易理解的语言元素表示。下面以 SQL 为例进行说明。 #### 2. 关系语言 SQL 简介 20 世纪 70 年代，为 IBM 的 System R（最早的实用关系数据库系统之一）创建了 SEQUEL（结构化英语查询语言）。SEQUEL 的理念是基于英语单词（如“select”“from”“where”“count”“group by”等）创建一种关系完备的查询语言，而非使用数学符号。后来，其衍生语言 SQL（结构化查询语言）先由美国国家标准协会（ANSI）标准化，随后由国际标准化组织（ISO）进行国际标准化。多年来，SQL 一直是数据库查询和交互的主流语言。 在查询数据之前，需要先将数据输入数据库。下面将介绍如何从表格结构开始创建数据库模式并填充数据。 #### 3. 创建和填充数据库模式 SQL 提供了 `CREATE TABLE` 命令来定义新表格。例如，定义 `EMPLOYEE` 表的语句如下： ```sql CREATE TABLE EMPLOYEE ( E# CHAR(6) NOT NULL, Name VARCHAR(20), ...); ``` 需要注意的是，在标准 SQL 中，未加双引号的对象名只能包含字母（A - Z 和 a - z）、数字（0 - 9）和下划线字符。因此，像 `E#` 这样的列名如果不加双引号就不是合法名称，若要使用则需在引用时都加上双引号。也可以将其修改为类似 `E_ID` 的名称。 SQL 语言允许定义特征和表格（数据定义语言，即 DDL）。SQL 标准规定了多种数据类型： | 数据类型 | 说明 | | ---- | ---- | | `CHARACTER(n)` 或 `CHAR(n)` | 表示固定长度的字母序列 | | `CHARACTER VARYING` 或 `VARCHAR` | 允许指定任意长度的字母序列 | | `NUMERIC` 或 `DECIMAL` | 用于指定数值数据，需指定大小和精度 | | `INTEGER` 或 `SMALLINT` | 用于指定整数 | | `DATE` | 按年、月、日表示日期，有不同的格式，如 (yyyy,mm,dd) | | `TIME` | 返回时、分、秒的时间信息 | | `TIMESTAMP` | 是 `DATE` 和 `TIME` 类型的组合，还可指定时间精度和时区 | | `BIT` 或 `BIT VARYING` | 用于位串数据 | | `CHARACTER LARGE OBJECT` 或 `BINARY LARGE OBJECT` | 用于大对象数据 | | XML（可扩展标记语言）和 JSON（JavaScript 对象表示法） | 支持复杂对象的集成 | 与 `CREATE TABLE` 相反的命令是 `DROP TABLE`，用于删除表格定义。需要注意的是，该命令会同时删除表格的所有内容和分配的用户权限。 定义好表格后，可以使用 `INSERT` 命令插入新元组： ```sql INSERT INTO EMPLOYEE VALUES ('E20', 'Mahoney', 'Market Ave S', 'Canton', 'D6'), ('E21', 'Baker', 'O Street', 'Lincoln', 'D5'); ``` 实际上，SQL 的 `INSERT` 命令更适合处理少量数据。对于大数据量，SQL 数据库系统通常提供特殊的 NoSQL 语言扩展（如 MySQL 的 `LOAD` 命令和 PostgreSQL 的 `COPY` 命令）来支持高效加载大量数据，此外还可以使用提取 - 转换 - 加载（ETL）工具和应用程序编程接口（API）。 可以使用 `UPDATE` 语句修改现有表格： ```sql UPDATE EMPLOYEE SET City = 'Cleveland' WHERE City = 'Cuyahoga Heights'; ``` 此示例将 `EMPLOYEE` 表中所有 `City` 属性值为 `Cuyahoga Heights` 的元组更新为 `Cleveland`。`UPDATE` 操作是基于集合的，可以编辑多个元组。 使用 `DELETE` 语句可以删除整个表格或部分表格的内容： ```sql DELETE FROM EMPLOYEE WHERE City = 'Cleveland'; ``` 如果选择谓词适用于表格中的多个条目，`DELETE` 语句通常会影响一组元组。在涉及引用完整性时，删除操作可能会影响相关表格。 #### 4. 关系运算符在 SQL 中的实现 SQL 的基本结构如下： ```sql SELECT selected attributes -- 输出 FROM tables to be searched -- 输入 WHERE selection condition ```