Одним из основных преимуществ реляционного подхода к организации баз данных (БД) является то, что пользователи реляционных БД получают возможность эффективной работы в терминах простых и наглядных понятий таблиц, их строк и столбцов без потребности знания реальной организации данных во внешней памяти.
Реляционная модель данных, содержащая набор четких предписаний к базовой организации любой реляционной системы управления базами данных (СУБД), позволяет пользователям работать в ненавигационной манере, т.е. для выборки информации из БД человек должен всего лишь указать список интересующих его таблиц и те условия, которым должны удовлетворять выбираемые данные. СУБД скрывает от пользователя выполняемые ей последовательные просмотры таблиц, выполняя их наиболее эффективным образом. Очень важная особенность реляционных систем состоит в том, что результатом выполнения любого запроса к таблицам БД является также таблица, которую можно сохранить в БД и/или по отношению к которой можно выполнять новые запросы.
Базовым требованием к реляционным СУБД является наличие мощного и в тоже время простого языка, позволяющего выполнять все необходимые пользователям операции. В последние годы таким повсеместно принятым языком стал язык реляционных БД SQL - Structured Query Language (теперь все чаще название языка понимается как Standard Query Language).
До появления SQL в СУБД (независимо от того, на какой модели они основывались) приходилось поддерживать по крайней мере три языка, которые обычно имели мало общего: язык определения данных (ЯОД), служащий для спецификации структур БД (обычно общую структуру БД называют схемой БД); язык манипулирования данными (ЯМД), позволяющий создавать прикладные программы, взаимодействующие с БД; и язык администрирования БД (ЯАДБ), с помощью которого можно было выполнять служебные действия (например, изменять структуру БД или производить ее настройку с целью повышения эффективности). Кроме того, если требовалось предоставить пользователям СУБД интерактивный доступ к БД, приходилось вводить еще один язык, операторы которого выполняются в диалоговом режиме. Язык SQL позволяет решать все эти задачи.
4.3.1. История языка баз данных SQL
Язык для взаимодействия с БД SQL появился в середине 70-х и был разработан в рамках проекта экспериментальной реляционной СУБД System R. Исходное название языка SEQUEL (Structured English Query Language) только частично отражает суть этого языка. Конечно, язык был ориентирован главным образом на удобную и понятную пользователям формулировку запросов к реляционной БД, но на самом деле являлся полным языком БД, содержащим помимо операторов формулирования запросов и манипулирования БД средства определения и манипулирования схемой БД; определения ограничений целостности и триггеров; представлений БД; структур физического уровня, поддерживающих эффективное выполнение запросов; авторизации доступа к отношениям и их полям; точек сохранения транзакции и откатов. В языке отсутствовали средства синхронизации доступа к объектам БД со стороны параллельно выполняемых транзакций: с самого начала предполагалось, что необходимую синхронизацию неявно выполняет СУБД.
В настоящее время SQL реализован практически во всех коммерческих реляционных СУБД, все фирмы провозглашают соответствие своей реализации стандарту SQL, и на самом деле реализованные диалекты SQL очень близки. Это произошло не сразу и не просто.
Наиболее близкими к System R являлись две системы фирмы IBM - SQL/DS и DB2. Как кажется (документальных подтверждений этому автор не имеет), обе эти системы прямо использовали реализацию System R. Отсюда предельная близость реализованных диалектов SQ к SQL System R. Из SQL System R были удалены только те части, которые были недостаточно проработаны (например, точки сохранения) или реализация которых вызывала слишком большие технические трудности (например, ограничения целостности и триггеры). Можно назвать этот путь к коммерческой реализации SQL движением сверху вниз.
Другой подход применялся в таких системах, как Oracle и Informix. Несмотря на различие в способе разработки этих систем, реализация SQL происходила "снизу вверх". В первых выпущенных на рынок реализациях SQL в этих системах использовалось минимальное и очень ограниченное подмножество SQL System R. В частности, в первой известной автору реализации SQL в СУБД Oracle в операторах выборки не допускалось использование вложенных подзапросов.
Тем не менее, несмотря на эти ограничения и на очень слабую на первых порах эффективность, ориентация фирм на поддержание разных аппаратных платформ и заинтересованность пользователей в переходе к реляционным системам позволили фирмам добиться коммерческого успеха и приступить к совершенствованию своих реализаций. В текущих версиях Oracle и Informix поддерживаются достаточно мощные диалекты SQL, хотя реализация иногда вызывает сомнения.
Особенностью большинства современных коммерческих СУБД, затрудняющей анализ существующих диалектов SQL, является отсутствие полного описания языка. Обычно описание разбросано по разным руководствам и перемешано с описанием специфических для данной системы языковых средств, не имеющих отношения к SQL. Тем не менее можно сказать, что базовый набор операторов SQL, включающий операторы определения схемы БД, выборки и манипулирования данными, авторизации доступа к данным, поддержки встраивания SQL в языки программирования и операторы динамического SQL, в коммерческих реализациях относительно устоялся и более или менее соответствует стандарту.
4.3.2. Стандартизация SQL
Деятельность по стандартизации языка SQL началась практически одновременно с появлением первых его коммерческих реализаций. Первый из числа имеющихся у автора документ датирован октябрем 1985 г. и является уже очередным проектом стандарта ANSI/ISO.
Понятно, что в качестве стандарта нельзя было использовать SQL System R. Во-первых, этот вариант языка не был должным образом технически проработан. Во-вторых, его слишком сложно было бы реализовать (кто знает, как бы сложилась дальнейшая история SQL, если бы были полностью реализованы все идеи System R). С другой стороны, первые коммерческие реализации языка настолько различались, что ни один из реализованных диалектов не имел шансов быть принятым в качестве стандарта.
Анализ доступных документов показывает, что процесс происходил очень сложно с использованием далеко не только научных доводов. В результате, принятый в 1989 г. Международный стандарт SQL во многих частях имеет чрезвычайно общий характер и допускает очень широкое толкование. В этом стандарте полностью отсутствуют такие важные разделы, как манипулирование схемой БД и динамический SQL. Многие важные аспекты языка в соответствии со стандартом определяются в реализации.
Возможно, наиболее важными достижениями стандарта SQL являются четкая стандартизация синтаксиса и семантики операторов выборки и манипулирования данными и фиксация средств ограничения целостности БД, включающих возможности определения первичного и внешних ключей отношений и так называемых проверочных ограничений целостности. Средства определения внешних ключей позволяют легко формулировать требования так называемой целостности БД по ссылкам.
Осознавая неполноту стандарта SQL, на фоне завершения разработки этого стандарта специалисты различных фирм начали работу над стандартом SQL2. Эта работа также длилась несколько лет, было выпущено множество проектов стандарта, пока, наконец, в марте 1992 г. не был выработан окончательный проект стандарта. Этот стандарт существенно более полный и охватывает практически все необходимые для реализации аспекты: манипулирование схемой БД, управление транзакциями и сессиями (сессия - это последовательность транзакций, в пределах которой сохраняются временные отношения), подключение к БД, динамический SQL. Наконец стандартизованы отношения-каталоги БД, что вообще-то не связано с языком непосредственно, но очень сильно влияет на реализацию.
Удивляет отсутствие в стандарте средств управления индексами. Конечно, эти средства обычно находятся в стороне от основных операторов SQL, но автору не известна ни одна реализация, в которой бы их не было.
Наконец, одновременно с завершением работ по определению стандарта SQL2 была начата разработка стандарта SQL3. Предполагается, что SQL3 будет содержать механизм триггеров и возможность использования абстрактных типов данных. Принятие стандарта планируется только в 1999 г.
Подводя итоги этого короткого экскурса в историю стандартизации SQL, заметим, что во многом (конечно, не во всем) процесс стандартизации сводится к аккуратной технической обработке идей SQL System R, что еще раз подчеркивает уникальность этого проекта (прошло уже 17 лет после его завершения!).
4.3.3. Современное состояние SQL
В этом разделе мы коротко рассмотрим основные особенности стандарта языка SQL 1989 года. Как было видно из приведенного краткого обзора наиболее продвинутых серверов баз данных, во всех них полностью реализован именно стандарт SQL-89. Поэтому при разработке достаточно сложных информационных систем необходимо хотя бы в общих чертах представлять основные свойства языка.
4.3.3.1. Типы данных
В языке SQL/89 поддерживаются следующие типы данных: CHARACTER, NUMERIC, DECIMAL, INTEGER, SMALLINT, FLOAT, REAL, DOUBLE PRECISION. Эти типы данных классифицируются на типы строк символов, точных чисел и приблизительных чисел.
К первому классу относится CHARACTER. Спецификатор типа имеет вид CHARACTER (lenght), где lenght задает длину строк данного типа. Заметим, что в SQL/89 нет типа строк переменного размера, хотя во многих реализациях они допускаются. Литеральные строки символов изображаются в виде 'последовательность-символов' (например, 'example').
Представителями второго класса типов являются NUMERIC, DECIMAL (или DEC), INTEGER (или INT) и SMALLINT. Спецификатор типа NUMERIC имеет вид NUMERIC [(precision [, scale]). Специфицируются точные числа, представляемые с точностью precision и масштабом scale. Здесь и далее, если опущен масштаб, то он полагается равным 0, а если опущена точность, то ее значение по умолчанию определяется в реализации.
Спецификатор типа DECIMAL (или DEC) имеет вид NUMERIC [(precision [, scale]). Специфицируются точные числа, представленные с масштабом scale и точностью, равной или большей значения precision.
INTEGER специфицирует тип данных точных чисел с масштабом 0 и определяемой в реализации точностью. SMALLINT специфицирует тип данных точных чисел с масштабом 0 и определяемой в реализации точностью, не большей, чем точность чисел типа INTEGER.
Литеральные значения точных чисел в общем случае представляются в форме [+ -] <целое-без-знака> [.<целое-без-знака>].
Наконец, к классу типов данных приблизительных чисел относятся типы FLOAT, REAL и DOUBLE PRECISION. Спецификатор типа FLOAT имеет вид FLOAT [(precision)]. Специфицируются приблизительные числа с двоичной точностью, равной или большей значения precision.
REAL специфицирует тип данных приблизительных чисел с точностью, определенной в реализации. DOUBLE PRECISION специфицирует тип данных приблизительных чисел с точностью, определенной в реализации, большей, чем точность типа REAL.
Литеральные значения приблизительных чисел в общем случае представляются в виде <литеральное-значение-точного-числа>E<целое-со-знаком>.
Заметим, что хотя с использованием языка SQL можно определить схему БД, содержащую данные любого из перечисленных типов, возможность использования этих данных в прикладных системах зависит от применяемого языка программирования. Весь набор типов данных можно использовать, только если программировать на ПЛ/1. Поэтому в некоторых реализациях SQL типы данных с масштабом и точностью вообще не поддерживаются.
Хотя правила встраивания SQL в программы на языке Си не определены в SQL/89, в большинстве реализаций, поддерживающих такое встраивание, имеется следующее соответствие между типами данных SQL и типами данных Си: CHARACTER соответствует строкам Си; INTEGER соответствует long; SMALLINT соответствует short; REAL соответствует float; DOUBLE PRECISION соответствует double (именно такое соответствие утверждено в стандарте SQL/92).
Заметим еще, что в большинстве реализаций SQL поддерживаются некоторые дополнительные типы данных, например, DATE, TIME, INTERVAL, MONEY. Некоторые из этих типов специфицированы в стандарте SQL/92, но в текущих реализациях синтаксические и семантические свойства таких типов могут различаться.
4.3.3.2. Средства определения схемы
Средства определения схемы БД в стандарте SQL/89 относятся к наиболее слабым и допускающим различную интерпретацию частям стандарта. Более того, мне неизвестна ни одна реализация, в которой поддерживался бы в точности такой набор средств определения схемы.
Поэтому, чтобы добиться мобильности прикладной системы в достаточно широком классе реализаций SQL/89, необходимо тщательно локализовать компоненты определения схемы БД. Думаю, что лучше всего сосредоточить всю работу со схемой БД в одном модуле и иметь в виду, что при переходе к другой СУБД очень вероятно потребуется переделка этого модуля.
Особо отметим, что в SQL/89 вообще отсутствуют какие-либо средства изменения схемы БД: нет возможности удалить схему таблицы, добавить к схеме таблицы новый столбец и т.д. Во всех реализациях такие средства поддерживаются, но они могут различаться и синтаксисом, и семантикой.
Несмотря на отсутствие особых надежд на то, что удастся встретить реализацию, поддерживающую язык определения схем SQL/89, мы коротко опишем этот язык (без синтаксических деталей), чтобы оценить на содержательном уровне возможности SQL/89 в этой части и получить хотя бы какие-то средства сравнения разных реализаций.
Оператор определения схемы
В соответствии с правилами SQL/89 каждая таблица данной БД имеет простое и квалифицированное имена. В качестве квалификатора имени выступает "идентификатор полномочий" таблицы, который обычно в реализациях совпадает с именем некоторого пользователя, квалифицированное имя таблицы имеет вид:
<идентификатор полномочий>.<простое имя>
Подход к определению схемы в SQL/89 состоит в том, что все таблицы с одним идентификатором полномочий создаются (определяются) путем выполнения одного оператора определения схемы. При этом в стандарте не определяется способ выполнения оператора определения схемы: должен ли он выполняться только в интерактивном режиме или может быть встроен в программу, написанную на традиционном языке программирования.
В операторе определения схемы содержится идентификатор полномочий и список элементов схемы, каждый из которых может быть определением таблицы, определением представления (view) или определением привилегий. Каждое из этих определений представляется отдельным оператором SQL/89, но все они, как уже говорилось, должны быть встроены в оператор определения схемы.
Для этих операторов мы приведем синтаксис, поскольку это позволит более четко описать их особенности.
Определение таблицы
Оператор определения таблицы имеет следующий синтаксис:
<table definition> ::=
CREATE TABLE <table name> (<table element> [{,<table
element>}...])
<table element> ::=
<column definition>
<table constraint definition>
Кроме имени таблицы, в операторе специфицируется список элементов таблицы, каждый из которых служит либо для определения столбца, либо для определения ограничения целостности определяемой таблицы. Требуется наличие хотя бы одного определения столбца. Оператор CREATE TABLE определяет так называемую базовую таблицу, т.е. реальное хранилище данных.
Для определения столбцов таблицы и ограничений целостности используются специальные операторы, которые должны быть вложены в оператор определения таблицы.
Определение столбца
Оператор определения столбца описывается следующими синтаксическими правилами:
<column definition> ::=
<column name> <data type>
[<default clause>] [<column constraint>...]
<default clause> ::=
DEFAULT { <literal> | USER | NULL }
<column constraint> ::=
NOT | NULL [<unique specification>]
| <references specification>
| CHECK (<search condition>)
Как видно, кроме обязательной части, в которой определяется имя столбца и его тип данных, определение столбца может содержать два необязательных раздела: раздел значения столбца по умолчанию и раздел ограничений целостности столбца.
В разделе значения по умолчанию указывается значение, которое должно быть помещено в строку, заносимую в данную таблицу, если значение данного столбца явно не указано. Значение по умолчанию может быть указано в виде литеральной константы с типом, соответствующим типу столбца; путем задания ключевого слова USER, которому при выполнении оператора занесения строки соответствует символьная строка, содержащая имя текущего пользователя (в этом случае столбец должен иметь тип символьных строк); или путем задания ключевого слова NULL, означающего, что значением по умолчанию является неопределенное значение. Если значение столбца по умолчанию не специфицировано, и в разделе ограничений целостности столбца указано NOT NULL, то попытка занести в таблицу строку с неспецифицированным значением данного столбца приведет к ошибке.
Указание в разделе ограничений целостности NOT NULL приводит к неявному порождению проверочного ограничения целостности для всей таблицы (см. следующий подраздел) "CHECK (C IS NOT NULL)" (где C - имя данного столбца). Если ограничение NOT NULL не указано, и раздел умолчаний отсутствует, то неявно порождается раздел умолчаний DEFAULT NULL. Если указана спецификация уникальности, то порождается соответствующая спецификация уникальности для таблицы.
Если в разделе ограничений целостности указано ограничение по ссылкам данного столбца (<reference specification>), то порождается соответствующее определение ограничения по ссылкам для таблицы:
FOREIGN KEY(C) <reference specification>.
Наконец, если указано проверочное ограничение столбца, то условие поиска этого ограничения должно ссылаться только на данный столбец, и неявно порождается соответствующее проверочное ограничение для всей таблицы.
Определение ограничений целостности таблицы
Ограничения целостности таблицы обладают следующим синтаксисом:
<table constraint definition> ::=
<unique constraint definition>
<referential constraint definition>
<check constraint definition>
<unique constraint definition> ::=
<unique specification> (<unique column list>)
<unique specification> ::= UNIQUE PRIMARY KEY
<unique column list> ::= <column name> [{,<column name>}...]
<referential constraint definition> ::=
FOREIGN KEY (<referencing columns>) <references specification>
<references specification> ::=
REFERENCES <referenced table and columns>
<referencing columns> ::= <reference column list>
<referenced table and columns> ::=
<table name> [(<reference column list>)]
<reference column list> ::= <column name> [{,<column name>}...]
<check constraint definition> ::= CHECK (<search condition>)
Для одной таблицы может быть задано несколько ограничений целостности, в том числе те, которые неявно порождаются ограничениями целостности столбцов. Стандарт SQL/89 устанавливает, что ограничения таблицы фактически проверяются при выполнении каждого оператора SQL.
Замечание: Наличие правильно подобранного набора ограничений БД очень важно для надежного функционирования прикладной информационной системы. Вместе с тем, в некоторых СУБД ограничения целостности практически не поддерживаются. Поэтому при проектировании прикладной системы необходимо принять решение о том, что более существенно: рассчитывать на поддержку ограничений целостности, но ограничить набор возможных СУБД, или отказаться от их использования на уровне SQL, сохранив возможность использования не самых современных СУБД.
Далее T обозначает таблицу, для которой определяются ограничения целостности.
Ограничение уникальности
Каждое имя столбца в списке уникальности должно именовать столбец T и не должно входить в этот список более одного раза. При определении столбца, входящего в список уникальности, должно быть указано ограничение столбца NO NULL. Среди ограничений уникальности T не должно быть более одного определения первичного ключа (ограничения уникальности с ключевым словом RIMARY KEY).
Действие ограничения уникальности состоит в том, что в таблице T не допускается появление двух или более строк, значения столбцов уникальности которых совпадают.
Ограничение по ссылкам
Ограничение по ссылкам от заданного набора столбцов CT таблицы T на заданный набор столбцов CT1 некоторой определенной к этому моменту таблицы T1 определяет условие на содержимое обеих этих таблиц, при котором ссылки можно считать корректными.
Если список столбцов CT1 явно специфицирован в определении ограничения по ссылкам, то требуется, чтобы этот список явно входил в какое-либо определение уникальности таблицы T1. Если же список CT1 не специфицирован явно в определении ограничения по ссылкам таблицы T, то требуется, чтобы в определении таблицы T1 присутствовало определение первичного ключа, и список CT1 неявно полагается совпадающим со списком имен столбцов из определения первичного ключа таблицы T1. Имена столбцов списков CT и CT1 должны именовать столбцы таблиц T и T1 соответственно и не должны появляться в списках более одного раза. Списки столбцов CT и CT1 должны содержать одинаковое число элементов, и столбец таблицы T, идентифицируемый i-ым элементом списка CT должен иметь тот же тип, что столбец таблицы T1, идентифицируемый i-ым элементом списка CT1.
По определению, таблицы T и T1 удовлетворяют заданному ограничению по ссылкам, если для каждой строки s таблицы T такой, что все значения столбцов s, идентифицируемых списком CT, не являются неопределенными, существует строка s1 таблицы T1 такая, что значения столбцов s1, идентифицируемых списком CT1, позиционно равны значениям столбцов s, идентифицируемых списком CT. По человечески это можно сформулировать так: ограничение по ссылкам удовлетворяется, если для каждой корректной ссылки существует объект, на который она ссылается. В привычной программистам терминологии, ограничение по ссылкам не позволяет производить "висячие" ссылки, не ведущие ни к какому объекту.
Проверочное ограничение
Проверочное ограничение специфицирует условие, которому должна удовлетворять в отдельности каждая строка таблицы T. Это условие не должно содержать подзапросов, спецификаций агрегатных функций, а также ссылок на внешние переменные или параметры. В него могут входить только имена столбцов данной таблицы и литеральные константы.
Таблица удовлетворяет проверочному ограничению целостности в том и только в том случае, когда вычисление условия для каждой строки таблицы дает true.
Замечание: В некоторых реализациях допускаются расширенные механизмы ограничений по ссылкам и проверочных ограничений. Следует быть внимательным, если не желать выходить за пределы возможностей стандарта.
Определение представлений
Механизм представлений (view) является мощным средством языка SQL, позволяющим скрыть реальную структуру БД от некоторых пользователей за счет определения представления БД, которое реально является некоторым хранимым в БД запросом с именованными столбцами, а для пользователя ничем не отличается от базовой таблицы БД (с учетом технических ограничений). Любая реализация должна гарантировать, что состояние представляемой таблицы точно соответствует состоянию базовых таблиц, на которых определено представление. Обычно вычисление представляемой таблицы (материализация соответствующего запроса) производится каждый раз при использовании представления.
В стандарте SQL/89 оператор определения представления имеет следующий синтаксис:
<view definition> ::=
CREATE VIEW <table name> [(<view column list>)] AS <query
specification> [WITH CHECK OPTION]
<view column list> ::= <column name> [{,<column name>}...]
Определяемая представляемая таблица V является изменяемой (т.е. по отношению к V можно использовать операторы DELETE и UPDATE) в том и только в том случае, если выполняются следующие условия для спецификации запроса: в списке выборки не указано ключевое слово DISTINCT; каждое арифметическое выражение в списке выборки представляет собой одну спецификацию столбца, и спецификация одного столбца не появляется более одного раза; в разделе FROM указана только одна таблица, являющаяся либо базовой таблицей, либо изменяемой представляемой таблицей; в условии выборки раздела WHERE не используются подзапросы; в табличном выражении отсутствуют разделы GROUP BY и HAVING.
Замечание: Эти ограничения являются очень сильными. В реализациях они могут быть ослаблены. Но если стремиться к мобильности, не следует пользоваться расширенными возможностями.
Если в списке выборки спецификации запроса имеется хотя бы одно арифметическое выражение, состоящее не из одной спецификации столбца, или если одно имя столбца участвует в списке выборки более одного раза, определение представления должно содержать список имен столбцов представляемой таблицы. Более просто, нужно явно именовать столбцы представляемой таблицы, если эти имена не наследуются от столбцов таблиц раздела FROM спецификации запроса.
Требование WITH CHECK OPTION в определении представления имеет смысл только в случае определения изменяемой представляемой таблицы, которая определяется спецификацией запроса, содержащей раздел WHERE. При наличии этого требования не допускаются изменения представляемой таблицы, которые приводят к появлению в базовых таблицах строк, не видимых в представляемой таблице (т.е. таких строк, которые не удовлетворяют условию поиска раздела WHERE спецификации запроса). Если WITH CHECK OPTION в определении представления отсутствует, такой контроль не производится.
Определение привилегий
В соответствии с идеологией языка SQL контроль прав доступа данного пользователя к таблицам БД производится на основе механизма привилегий. Фактически, этот механизм состоит в том, что для выполнения любого действия над таблицей пользователь должен обладать соответствующей привилегией (реально все возможные действия описываются фиксированным стандартным набором привилегий). Пользователь, создавший таблицу, автоматически становится владельцем всех возможных привилегий на выполнение операций над этой таблицей. В число этих привилегий входит привилегия на передачу всех или некоторых привилегий по отношению к данной таблице другому пользователю, включая привилегию на передачу привилегий. Иногда поддерживается и обратная операция изъятия привилегий от пользователя, ранее их получившего.
В SQL/89 определяется упрощенная схема механизма привилегий. Во-первых, "раздача" привилегий возможна только при определении таблицы. Во-вторых, пользователь, получивший некоторые привилегии от других пользователей, может передать их дальше только при определении схемы.
Определение привилегий производится в следующем синтаксисе:
<privilege definition> ::=
GRANT <privileges> ON <table name> TO <grantee>
[{,<grantee>}...] [WITH GRANT OPTION]
<privileges> ::=
ALL PRIVILEGES
<action> [{,<action>}...]
<action> ::= SELECT INSERT DELETE
UPDATE [(<grant column list>)]
REFERENCES [(<grant column list>]
<grant column list> ::= <column name> [{,<column name>}...]
<grantee> ::= PUBLIC <authorization identifier>
Смысл механизма определения привилегий в SQL/89 достаточно понятен из этого синтаксиса. Заметим лишь, что привилегией REFERENCES по отношению к указанным столбцам таблицы T1 необходимо обладать, чтобы иметь возможность при определении таблицы T определить ограничение по ссылкам между этой таблицей и существующей к этому моменту таблицей T1.
Еще раз заметим, что хотя в общем смысле во всех SQL-ориентированных СУБД поддерживается механизм защиты доступа на основе привилегий, реализации могут различаться в деталях. Это опять то место, которое нужно локализовывать, если стремиться к созданию мобильной прикладной системы.
4.3.3.3. Средства манипулирования данными
Структура запросов
Для того, чтобы можно было более или менее точно рассказать про структуру запросов в стандарте SQL/89, необходимо начать со сводки синтаксических правил:
<cursor specification> ::= <query expression> [<order by clause>] <query expression> ::= <query term> <query expression> UNION [ALL] <query term> <query term> ::= <query specification> (<query expression>) <query specification> ::= (SELECT [ALL DISTINCT] <select list> <table expression>) <select statement> ::= SELECT [ALL DISTINCT] <select list> INTO <select target list> <table expression> <subquery> ::= (SELECT [ALL DISTINCT] <result specification> <table expression> <table expression> ::= <from clause> [<where clause>] [<group by clause>] [<having clause>]
Язык допускает три типа синтаксических конструкций, начинающихся с ключевого слова SELECT: спецификация курсора (cursor specification), оператор выборки (select statement) и подзапрос (subquery). Основой всех них является синтаксическая конструкция "табличное выражение (table expression)". Семантика табличного выражения состоит в том, что на основе последовательного применения разделов from, where, group by и having из заданных в разделе from таблиц строится некоторая новая результирующая таблица, порядок следования строк которой неопределен и среди строк которой могут находиться дубликаты (т.е. в общем случае таблица-результат табличного выражения является мультимножеством строк). На самом деле именно структура табличного выражения наибольшим образом характеризует структуру запросов языка SQL/89. Мы рассмотрим структуру и смысл разделов табличного выражения ниже, но до этого немного подробнее обсудим три упомянутые конструкции, включающие табличные выражения.
Спецификация курсора
Наиболее общей является конструкция "спецификация курсора". Курсор - это понятие языка SQL, позволяющее с помощью набора специальных операторов получить построчный доступ к результату запроса к БД. К табличным выражениям, участвующим в спецификации курсора, не предъявляются какие-либо ограничения. Как видно из сводки синтаксических правил, при определении спецификации курсора используются три дополнительных конструкции: спецификация запроса, выражение запросов и раздел ORDER BY.
Спецификация запроса
В спецификации запроса задается список выборки (список арифметических выражений над значениями столбцов результата табличного выражения и констант). В результате применения списка выборки к результату табличного выражения производится построение новой таблицы, содержащей то же число строк, но вообще говоря другое число столбцов, включающих результаты вычисления соответствующих арифметических выражений из списка выборки. Кроме того, в спецификации запроса могут содержаться ключевые слова ALL или DISTINCT. При наличии ключевого слова DISTINCT из таблицы, полученной применением списка выборки к результату табличного выражения, удаляются строки-дубликаты; при указании ALL (или просто при отсутствии DISTINCT) удаление строк-дубликатов не производится.
Выражение запросов
Выражение запросов - это выражение, строящееся по указанным синтаксическим правилам на основе спецификаций запросов. Единственной операцией, которую разрешается использовать в выражениях запросов, является операция UNION (объединение таблиц) с возможной разновидностью UNION ALL. К таблицам-операндам выражения запросов предъявляется то требование, что все они должны содержать одно и то же число столбцов, и соответствующие столбцы всех операндов должны быть одного и того же типа. Выражение запросов вычисляется слева направо с учетом скобок. При выполнении операции UNION производится обычное теоретико-множественное объединение операндов, т.е. из результирующей таблицы удаляются дубликаты. При выполнении операции UNION ALL образуется результирующая таблица, в которой могут содержаться строки-дубликаты.
Раздел ORDER BY
Наконец, раздел ORDER BY позволяет установить желаемый порядок просмотра результата выражения запросов. Синтаксис ORDER BY следующий:
<order by clause> ::=
ORDER BY <sort specification> [{,<sort specification>}...]
<sort specification> ::=
{<unsigned integer> <column specification>} [ASC DESC]
Как видно из этих синтаксических правил, фактически задается список столбцов результата выражения запросов, и для каждого столбца указывается порядок просмотра строк результата в зависимости от значений этого столбца (ASC - по возрастанию (умолчание) DESC - по убыванию). Столбцы можно задавать их именами в том и только в том случае, когда (1) выражение запросов не содержит операций UNION или UNION ALL и (2) в списке выборки спецификации запроса этому столбцу соответствует арифметическое выражение, состоящее только из имени столбца. Во всех остальных случаях в разделе ORDER BY должен указываться порядковый номер столбца в таблице-результате выражения запросов.
Оператор выборки
Оператор выборки - это отдельный оператор языка SQL/89, позволяющий получить результат запроса в прикладной программе без привлечения курсора. Поэтому оператор выборки имеет синтаксис, отличающийся от синтаксиса спецификации курсора, и при его выполнении возникают ограничения на результат табличного выражения. Фактически, и то, и другое диктуется спецификой оператора выборки как одиночного оператора SQL: при его выполнении результат должен быть помещен в переменные прикладной программы. Поэтому в операторе появляется раздел INTO, содержащий список переменных прикладной программы, и возникает то ограничение, что результирующая таблица должна содержать не более одной строки. Соответственно, результат базового табличного выражения должен содержать не более одной строки, если оператор выборки не содержит спецификации DISTINCT, и таблица, полученная применением списка выборки к результату табличного выражения, не должна содержать более одной несовпадающих строк, если спецификация DISTINCT задана.
Замечание: В диалекте SQL СУБД Oracle поддерживается расширенный вариант оператора выборки, результатом которого не обязательно является таблица из одной строки. Такое расширение не поддерживается ни в SQL/89, ни в SQL/92.
Подзапрос
Наконец, последняя конструкция SQL/89, которая может содержать табличные выражения, - это подзапрос, т.е. запрос, который может входить в предикат условия выборки оператора SQL. В SQL/89 к подзапросам применяется то ограничение, что результирующая таблица должна содержать в точности один столбец. Поэтому в синтаксических правилах, определяющих подзапрос, вместо списка выборки указано "выражение, вычисляющее значение", т.е. арифметическое выражение. Заметим еще, что поскольку подзапрос всегда вложен в некоторый другой оператор SQL, то в качестве констант в арифметическом выражении выборки и логических выражениях разделов WHERE и HAVING можно использовать значения столбцов текущих строк таблиц, участвующих в (под)запросах более внешнего уровня. Более подробно об этом см. ниже, при описании семантики табличных выражений.
Табличное выражение
Стандарт SQL/89 рекомендует рассматривать вычисление табличного выражения как последовательное применение разделов FROM, WHERE, GROUP BY и HAVING к таблицам, заданным в списке FROM. Раздел FROM имеет следующий синтаксис:
<from clause> ::=
FROM <table reference> ({,<table reference>}...]
<table reference> ::=
<table name> [<correlation name>]
Раздел FROM
Результатом выполнения раздела FROM является расширенное декартово произведение таблиц, заданных списком таблиц раздела FROM. Расширенное декартово произведение (расширенное, потому что в качестве операндов и результата допускаются мультимножества) в стандарте определяется следующим образом:
"Расширенное произведение R есть мультимножество всех строк r таких, что r является конкатенацией строк из всех идентифицированных таблиц в том порядке, в котором они идентифицированы. Мощность R есть произведение мощностей идентифицированных таблиц. Порядковый номер столбца в R есть n+s, где n - порядковый номер порождающего столбца в именованной таблице T, а s - сумма степеней всех таблиц, идентифицированных до T в разделе FROM."
Как видно из синтаксиса, рядом с именем таблицы можно указывать еще одно имя "correlation name". Фактически, это некоторый синоним имени таблицы, который можно использовать в других разделах табличного выражения для ссылки на строки именно этого вхождения таблицы.
Если табличное выражение содержит только раздел FROM (это единственный обязательный раздел табличного выражения), то результат табличного выражения совпадает с результатом раздела FROM.
Раздел WHERE
Если в табличном выражении присутствует раздел WHERE, то следующим вычисляется он. Синтаксис раздела WHERE следующий:
<where clause> ::= WHERE <search condition> <search condition> ::= <boolean term> ( <search condition> OR <boolean term> <Boolean term> ::= <boolean factor> ( <boolean term> AND <boolean factor> <boolean factor> ::= [NOT] <boolean primary> <boolean primary> ::= <predicate> (<search condition>)
Вычисление раздела WHERE производится по следующим правилам:
Пусть R - результат вычисления раздела FROM. Тогда условие поиска применяется ко всем строкам R, и результатом раздела WHERE является таблица, состоящая из тех строк R, для которого результатом вычисления условия поиска является true. Если условие выборки включает подзапросы, то каждый подзапрос вычисляется для каждого кортежа таблицы R (в стандарте используется термин "effectively" в том смысле, что результат должен быть таким, как если бы каждый подзапрос действительно вычислялся заново для каждого кортежа R).
Заметим, что поскольку SQL/89 допускает наличие в базе данных неопределенных значений, то вычисление условия поиска производится не в булевой, а в трехзначной логике со значениями true, false и unknown (неизвестно). Для любого предиката определено, в каких ситуациях он может порождать значение unknown. Булевские операции AND, OR и NOT работают в трехзначной логике следующим образом:
true AND unknown = unknown unknown AND true = unknown unknown AND unknown = unknown true OR unknown = true unknown OR true = true unknown OR unknown = unknown NOT unknown = unknown
Среди предикатов условия поиска в соответствии с SQL/89 могут находиться следующие предикаты: предикат сравнения, предикат between, предикат in, предикат like, предикат null, предикат с квантором и предикат exists. Сразу заметим, что во всех реализациях SQL на эффективность выполнения запроса существенно влияет наличие в условии поиска простых предикатов сравнения (предикатов, задающих сравнение столбца таблицы с константой). Наличие таких предикатов позволяет СУБД использовать индексы при выполнении запроса, т.е. избегать полного просмотра таблицы. Хотя в принципе язык SQL позволяет пользователям не заботиться о конкретном наборе предикатов в условии выборки (лишь бы они были синтаксически и семантически правильны), при реальном использовании SQL-ориентированных СУБД такие технические детали стоит иметь в виду.
Предикат сравнения
Синтаксис предиката сравнения определяется следующими правилами:
<comparison predicate> ::=
<value expression> <comp op>
{<value expression> <subquery>}
<comp op> ::=
= <> < > <= >=
Через "<>" обозначается операция "неравенства". Арифметические выражения левой и правой частей предиката сравнения строятся по общим правилам построения арифметических выражений и могут включать в общем случае имена столбцов таблиц из раздела FROM и константы. Типы данных арифметических выражений должны быть сравнимыми (например, если тип столбца a таблицы A является типом символьных строк, то предикат "a = 5" недопустим).
Если правый операнд операции сравнения задается подзапросом, то дополнительным ограничением является то, что мощность результата подзапроса должна быть не более единицы. Если хотя бы один из операндов операции сравнения имеет неопределенное значение, или если правый операнд является подзапросом с пустым результатом, то значение предиката сравнения равно unknown.
Заметим, что значение арифметического выражения не определено, если в его вычислении участвует хотя бы одно неопределенное значение. Еще одно важное замечание из стандарта SQL/89: в контексте GROUP BY, DISTINCT и ORDER BY неопределенное значение выступает как специальный вид определенного значения, т.е. возможно, например, образование группы строк, значение указанного столбца которых является неопределенным. Для обеспечения переносимости прикладных программ нужно внимательно оценивать специфику работы с неопределенными значениями в конкретной СУБД.
Предикат between
Предикат between имеет следующий синтаксис:
<between predicate> ::= <value expression> [NOT] BETWEEN <value expression> AND <value expression>
Результат "x BETWEEN y AND z" тот же самый, что результат "x >= y AND x <= z". Результат "x NOT BETWEEN y AND z" тот же самый, что результат "NOT (x BETWEEN y AND z)".
Предикат in
Предикат in определяется следующими синтаксическими правилами:
<in predicate> ::=
<value expression> [NOT] IN
{<subquery> (<in value list>)}
<in value list> ::=
<value specification>
{,<value specification>}...
Типы левого операнда и значений из списка правого операнда (напомним, что результирующая таблица подзапроса должна содержать ровно один столбец) должны быть сравнимыми.
Значение предиката равно true в том и только в том случае, когда значение левого операнда совпадает хотя бы с одним значением списка правого операнда. Если список правого операнда пуст (так может быть, если правый операнд задается подзапросом), или значение "подразумеваемого" предиката сравнения x = y (где x - значение арифметического выражения левого операнда) равно false для каждого элемента y списка правого операнда, то значение предиката in равно false. В противном случае значение предиката in равно unknown. По определению значение предиката "x NOT IN S" равно значению предиката "NOT (x IN S)".
Предикат like
Предикат like имеет следующий синтаксис:
<like predicate> ::= <column specification> [NOT] LIKE <pattern> [ESCAPE <escape character>] <pattern> ::= <value specification> <escape character> ::= <value specification>
Типы данных столбца левого операнда и образца должны быть типами символьных строк. В разделе ESCAPE должен специфицироваться одиночный символ.
Значение предиката равно true, если pattern является подстрокой заданного столбца. При этом, если раздел ESCAPE отсутствует, то при сопоставлении шаблона со строкой производится специальная интерпретация двух символов шаблона: символ подчеркивания ("_") обозначает любой одиночный символ; символ процента ("%") обозначает последовательность произвольных символов произвольной длины (может быть, нулевой).
Если же раздел ESCAPE присутствует и специфицирует некоторый одиночный символ x, то пары символов "x_" и "x%" представляют одиночные символы "_" и "%" соответственно.
Значение предиката like есть unknown, если значение столбца, либо шаблона неопределено.
Значение предиката "x NOT LIKE y ESCAPE z" совпадает со значением "NOT x LIKE y ESCAPE z".
Предикат null
Предикат null описывается синтаксическим правилом:
<null predicate> ::= <column specification> IS [NOT] NULL
Этот предикат всегда принимает значения true или false. При этом значение "x IS NULL" равно true тогда и только тогда, когда значение x неопределено. Значение предиката "x NOT IS NULL" равно значению "NOT x IS NULL".
Предикат с квантором
Предикат с квантором имеет следующий синтаксис:
<quantified predicate> ::= <value expression> <comp op> <quantifier> <subquery> <quantifier> ::= <all> <some> <all> ::= ALL <some> ::= SOME ANY
Обозначим через x результат вычисления арифметического выражения левой части предиката, а через S результат вычисления подзапроса.
Предикат "x <comp op> ALL S" имеет значение true, если S пусто или значение предиката "x <comp op> s" равно true для каждого s, входящего в S. Предикат "x <comp op> ALL S" имеет значение false, если значение предиката "x <comp op> s" равно false хотя бы для одного s, входящего в S. В остальных случаях значение предиката "x <comp op> ALL S" равно unknown.
Предикат "x <comp op> SOME S" имеет значение false, если S пусто или значение предиката "x <comp op> s" равно false для каждого s, входящего в S. Предикат "x <comp op> SOME S" имеет значение true, если значение предиката "x <comp op> s" равно true хотя бы для одного s, входящего в S. В остальных случаях значение предиката "x <comp op> SOME S" равно unknown.
Предикат exists
Предикат exists имеет следующий синтаксис:
lt;exists predicate> ::= EXISTS <subquery>
Значением этого предиката всегда является true или false, и это значение равно true тогда и только тогда, когда результат вычисления подзапроса не пуст.
Раздел GROUP BY
Если в табличном выражении присутствует раздел GROUP BY, то следующим выполняется он. Синтаксис раздела GROUP BY следующий:
<group by clause> ::=
GROUP BY <column specification> [{,<column specification>}...]
Если обозначить через R таблицу, являющуюся результатом предыдущего раздела (FROM или WHERE), то результатом раздела GROUP BY является разбиение R на множество групп строк, состоящего из минимального числа групп таких, что для каждого столбца из списка столбцов раздела GROUP BY во всех строках каждой группы, включающей более одной строки, значения этого столбца равны. Для обозначения результата раздела GROUP BY в стандарте используется термин "сгруппированная таблица".
Раздел HAVING
Наконец, последним при вычислении табличного выражения используется раздел HAVING (если он присутствует). Синтаксис этого раздела следующий:
<having clause> ::= HAVING <search condition>
Раздел HAVING может осмысленно появиться в табличном выражении только в том случае, когда в нем присутствует раздел GROUP BY. Условие поиска этого раздела задает условие на группу строк сгруппированной таблицы. Формально раздел HAVING может присутствовать и в табличном выражении, не содержащем GROUP BY. В этом случае полагается, что результат вычисления предыдущих разделов представляет собой сгруппированную таблицу, состоящую из одной группы без выделенных столбцов группирования.
Условие поиска раздела HAVING строится по тем же синтаксическим правилам, что и условие поиска раздела WHERE, и может включать те же самые предикаты. Однако имеются специальные синтаксические ограничения по части использования в условии поиска спецификаций столбцов таблиц из раздела FROM данного табличного выражения. Эти ограничения следуют из того, что условие поиска раздела HAVING задает условие на целую группу, а не на индивидуальные строки.
Поэтому в арифметических выражениях предикатов, входящих в условие выборки раздела HAVING, прямо можно использовать только спецификации столбцов, указанных в качестве столбцов группирования в разделе GROUP BY. Остальные столбцы можно специфицировать только внутри спецификаций агрегатных функций COUNT, SUM, AVG, MIN и MAX, вычисляющих в данном случае некоторое агрегатное значение для всей группы строк. Аналогично обстоит дело с подзапросами, входящими в предикаты условия выборки раздела HAVING: если в подзапросе используется характеристика текущей группы, то она может задаваться только путем ссылки на столбцы группирования.
Результатом выполнения раздела HAVING является сгруппированная таблица, содержащая только те группы строк, для которых результат вычисления условия поиска есть true. В частности, если раздел HAVING присутствует в табличном выражении, не содержащем GROUP BY, то результатом его выполнения будет либо пустая таблица, либо результат выполнения предыдущих разделов табличного выражения, рассматриваемый как одна группа без столбцов группирования.
Агрегатные функции и результаты запросов
Агрегатные функции (в стандарте SQL/89 они называются функциями над множествами) определяются в SQL/89 следующими синтаксическими правилами:
<set function specification> ::=
COUNT(*) <distinct set function>
<all set function>
<distinct set function> ::=
{ AVG MAX MIN SUM COUNT } (DISTNICT <column specification>)
<all set function> ::=
{ AVG MAX MIN SUM } ([ALL] <value expression>)
Как видно из этих правил, в стандарте SQL/89 определены пять стандартных агрегатных функций: COUNT - число строк или значений, MAX - максимальное значение, MIN - минимальное значение, SUM - суммарное значение и AVG - среднее значение.
Семантика агрегатных функций
Агрегатные функции предназначены для того, чтобы вычислять некоторое значение для заданного множества строк. Таким множеством строк может быть группа строк, если агрегатная функция применяется к сгруппированной таблице, или вся таблица. Для всех агрегатных функций, кроме COUNT(*), фактический (т.е. требуемый семантикой) порядок вычислений следующий: на основании параметров агрегатной функции из заданного множества строк производится список значений. Затем по этому списку значений производится вычисление функции. Если список оказался пустым, то значение функции COUNT для него есть 0, а значение всех остальных функций - null.
Пусть T обозначает тип значений из этого списка. Тогда результат вычисления функции COUNT - точное число с масштабом и точностью, определяемыми в реализации. Тип результата значений функций MAX и MIN совпадает с T. При вычислении функций SUM и AVG тип T не должен быть типом символьных строк, а тип результата функции - это тип точных чисел с определяемыми в реализации масштабом и точностью, если T - тип точных чисел, и тип приблизительных чисел с определяемой в реализации точностью, если T - тип приблизительных чисел.
Вычисление функции COUNT(*) производится путем подсчета числа строк в заданном множестве. Все строки считаются различными, даже если они состоят из одного столбца со значением null во всех строках.
Если агрегатная функция специфицирована с ключевым словом DISTINCT, то список значений строится из значений указанного столбца. (Подчеркнем, что в этом случае не допускается вычисление арифметических выражений!) Далее из этого списка удаляются неопределенные значения, и в нем устраняются значения-дубликаты. Затем вычисляется указанная функция.
Если агрегатная функция специфицирована без ключевого слова DISTINCT (или с ключевым словом ALL), то список значений формируется из значений арифметического выражения, вычисляемого для каждой строки заданного множества. Далее из списка удаляются неопределенные значения и производится вычисление агрегатной функции. Обратите внимание, что в этом случае не допускается применение функции COUNT!
Замечание: оба ограничения, указанные в двух предыдущих абзацах, являются более техническими, чем принципиальными, и могут отсутствовать в конкретных реализациях. Тем не менее, это ограничения стандарта SQL/89, и их нужно придерживаться при мобильном программировании.
Результаты запросов
Агрегатные функции можно разумно использовать в спецификации курсора, операторе выборки и подзапросе после ключевого слова SELECT (будем называть в этом подразделе все такие конструкции списком выборки, не забывая о том, что в случае подзапроса этот список состоит только из одного элемента), и в условии выборки раздела HAVING. Стандарт допускает более экзотические случаи использования агрегатных функций в подзапросах (агрегатная функция на группе кортежей внешнего запроса), но на практике они встречаются очень редко.
Рассмотрим различные случаи применения агрегатных функций в списке выборки в зависимости от вида табличного выражения.
Если результат табличного выражения R не является сгруппированной таблицей, то появление хотя бы одной агрегатной функции от множества строк R в списке выборки приводит к тому, что R неявно рассматривается как сгруппированная таблица, состоящая из одной (или нуля) групп с отсутствующими столбцами группирования. Поэтому в этом случае в списке выборки не допускается прямое использование спецификаций строк R: все они должны находиться внутри спецификаций агрегатных функций. Результатом запроса является таблица, состоящая не более чем из одной строки, полученной путем применения агрегатных функций к R.
Аналогично обстоит дело в том случае, когда R представляет собой сгруппированную таблицу, но табличное выражение не содержит раздела GROUP BY (и, следовательно, не содержит раздел HAVING). Если в случае предыдущего абзаца было два варианта формирования списка выборки: только с прямым указанием столбцов R или только с указанием их внутри спецификаций агрегатных функций, то в данном случае возможен только второй вариант. Результат табличного выражения явно объявлен сгруппированной таблицей, состоящей из одной группы, и результат запроса можно формировать только путем применения агрегатных функций к этой группе строк. Опять результатом запроса является таблица, состоящая не более чем из одной строки, полученной путем применения агрегатных функций к R.
Наконец, рассмотрим случай, когда R представляет собой "настоящую" сгруппированную таблицу, т.е. табличное выражение содержит раздел GROUP BY и, следовательно, определен, по крайней мере, один столбец группирования. В этом случае правила формирования списка выборки полностью соответствуют правилам формирования условия выборки раздела HAVING: допускается прямое использование спецификации столбцов группирования, а спецификации остальных столбцов R могут появляться только внутри спецификаций агрегатных функций. Результатом запроса является таблица, число строк в которой равно числу групп в R, и каждая строка формируется на основе значений столбцов группирования и агрегатных функций для данной группы.
4.3.3.4. Язык модулей или встроенный SQL?
В стандарте SQL/89 определены два способа взаимодействия с БД из прикладной программы, написанной на традиционном языке программирования (как мы уже упоминали, SQL/89 ориентирован на использование совместно с языками Кобол, Фортран, Паскаль и ПЛ/1, но в реализациях обычно поддерживается и язык Си). Первый способ состоит в том, что все операторы SQL, с которыми может работать данная прикладная программа, собраны в один модуль и оформлены как процедуры этого модуля. Для этого SQL/89 содержит специальный подъязык - язык модулей. При использовании такого способа взаимодействия с БД прикладная программа содержит вызовы процедур модуля SQL с передачей им фактических параметров и получением ответных параметров.
Второй способ состоит в использовании так называемого встроенного SQL, когда с использованием специального синтаксиса в программу на традиционном языке программирования встраиваются операторы SQL. В этом случае с точки зрения прикладной программы оператор SQL выполняется "по месту". Явная параметризация операторов SQL отсутствует, но во встроенных операторах SQL могут использоваться имена переменных основной программы, и за счет этого обеспечивается связь между прикладной программой и СУБД.
Концептуально эти два способа эквивалентны. Более того, в стандарте устанавливаются правила порождения неявного модуля SQL по программе со встроенным SQL. Однако в большинстве реализаций операторы SQL, содержащиеся в модуле SQL, и встроенные операторы SQL обрабатываются существенно по-разному. Модуль SQL обычно компилируется отдельно от прикладной программы, в результате чего порождается набор так называемых хранимых процедур (в стандарте этот термин не используется, но распространен в коммерческих реализациях). Т.е. в случае использования модуля SQL компиляция операторов SQL производится один раз, и затем соответствующие процедуры сколько угодно раз могут вызываться из прикладной программы.
В отличие от этого, для операторов SQL, встроенных в прикладную программу, компиляция этих операторов обычно производится каждый раз при их использовании (правильнее сказать, при каждом первом использовании оператора при данном запуске прикладной программы).
Конечно, пользователи не обязаны знать об этом техническом различии в обработке двух видов взаимодействия с СУБД. Существуют и такие системы, которые производят одноразовую компиляцию встроенных операторов SQL и сохраняют откомпилированный код. Но все-таки лучше иметь это в виду.
Приведем некоторые соображения за и против каждого из этих двух способов. При использовании языка модулей текст прикладной программы имеет меньший размер, взаимодействия с СУБД более локализованы за счет наличия явных параметров вызова процедур. С другой стороны, для понимания смысла поведения прикладной программы потребуется одновременное чтение двух текстов. Кроме того, как кажется, синтаксис модуля SQL может существенно различаться в разных реализациях. Встроенный SQL предоставляет возможность производства более "самосодержащихся" прикладных программ. Имеется больше оснований рассчитывать на простоту переноса такой программы в среду другой СУБД, поскольку стандарт встраивания более или менее соблюдается. Основным недостатком является некоторый PL-подобный вид таких программ, независимо от выбранного основного языка. И конечно, нужно учитывать замечания, содержащиеся в предыдущих абзацах.
Далее мы коротко опишем язык модулей и правила встраивания в соответствии со стандартом SQL/89 (еще раз заметим, что формально правила встраивания не являются частью стандарта).
Язык модулей
Структура модуля SQL в стандарте SQL/89 определяется следующими синтаксическими правилами:
<module> ::=
<module name clause>
<language clause>
<module autorization clause>
[<declare cursor>...]
< procedure > ...
<module name clause> ::= MODULE [<module name>]
<language clause> ::= LANGUAGE { COBOL FORTRAN PASCAL PLI }
<module autorization clause> ::=
AUTHORIZATION <module autorization identifier>
<module autorization identifier> ::= <autorization identifier>
Существенно, что каждый модуль SQL ориентирован на использование в программах, написанных на конкретном языке программирования. Если в модуле присутствуют процедуры работы с курсорами, то все курсоры должны быть специфицированы в начале модуля. Заметим, что объявление курсора не погружается в какую-либо процедуру, поскольку это описательный, а не выполняемый оператор SQL.
Определение процедуры
Процедуры в модуле SQL определяются в следующем синтаксисе:
<procedure> ::= PROCEDURE <procedure name> <parameter declaration>...; <SQL statement>; <parameter declaration>::= <parameter name> <data type> <SQLCODE parameter> <SQLCODE parameter> ::= SQLCODE <SQL statement> ::= <close statement> <commit statement> <delete statement positioned> <delete statement searched> <fetch statement> <insert statement> <open statement> <rollback statement> <select statement> <update statement positioned> <update statement searched>
Имена всех процедур в одном модуле должны быть различны. Любое имя параметра, содержащегося в операторе SQL процедуры, должно быть специфицировано в разделе объявления параметров. Число фактических параметров при вызове процедуры должно совпадать с числом формальных параметров, указанных при ее объявлении. Список формальных параметров каждой процедуры должен содержать ровно один параметр SQLCODE (код ответа процедуры; возможные значения кодов ответа стандартизованы, но некоторые из них определяются в реализации).
Встроенный SQL
Поскольку в стандарте SQL/89 не специфицированы (даже в приложениях) правила встраивания SQL в язык Си, мы приведем только общие синтаксические правила встраивания, используемые для любого языка. Это поможет оценить "степень стандартности" конкретной реализации.
<embedded SQL statement> ::=
<SQL prefix>
{ <declare cursor>
<embedded exception declaration>
<SQL statement>}
[<SQL terminator>]
<SQL prefix> ::= EXEC SQL
<SQL terminator> ::= END EXEC ;
<embedded SQL declare section> ::=
<embedded SQL begin declare>
(<host variable definition>...]
<embedded SQL end declare>
<embedded SQL begin declare> ::=
<SQL prefix> BEGIN DECLARE SECTION [<SQL terminator>]
<embedded SQL end declare> ::=
<SQL prefix> END DECLARE SECTION [<SQL terminator>]
<embedded variable name> ::= :<host identifier>
<embedded exception declaration> ::=
WHENEVER <condition> <exception action>
<condition> ::= SQLERROR NOT FOUND
<exception action> ::= CONTINUE <go to>
<go to> ::= { GOTO GO TO } <target>
<target> ::= :<host identifier> <unsigned integer>
Встраиваемые операторы SQL, включая объявления курсора, а также разделы объявления исключительных ситуаций и переменных основной программы, должны быть окружены скобками EXEC SQL и END EXEC. Объявление курсора должно встречаться текстуально раньше любого оператора, ссылающегося на этот курсор. Все переменные основной программы, используемые во встроенных операторах SQL, должны быть объявлены в текстуально предшествующем этому оператору разделе объявления переменных основной программы. При этом синтаксис объявления переменной соответствует синтаксису основного языка программирования, но имени переменной предшествует двоеточие.
Механизм обработки исключительных ситуаций в SQL/89 исключительно прост (можно сказать, примитивен). Можно задавать реакцию на возникновение двух видов условий: SQLERROR - это условие появления в переменной SQLCODE после выполнения встроенного оператора отрицательного значения; NOT FOUND - условие появления в SQLCODE значения +100 (этот код означает исчерпание курсора). Реакция может состоять в выполнении безусловного перехода на метку основной программы (действие GO TO), или отсутствовать (действие CONTINUE). Срабатывает тот оператор определения реакции на исключительную ситуацию, который текстуально ближе от начала программы к данному оператору SQL.
Заметим, что во многих реализациях поддерживается два вида кодов ответа при выполнении операторов SQL (встроенных или взятых из модуля): через переменную SQLCODE с кодами ответа, представляемыми целыми числами и через переменную SQLSTATE с кодами ответа, кодируемыми десятичными числами, представленными в текстовой форме. Имеется тенденция к переходу на использование только механизма SQLSTATE, но в стандартных реализациях должен поддерживаться механизм SQLCODE.
4.3.3.5. Набор операторов манипулирования данными
В стандарте SQL/89 определен очень ограниченный набор операторов манипулирования данными. Их можно классифицировать на группы операторов, связанных с курсором; одиночных операторов манипулирования данными; и операторов завершения транзакции. Все эти операторы можно использовать как в модулях SQL, так и во встроенном SQL. Заметим, что в SQL/89 не определен набор операторов интерактивного SQL.
Операторы, связанные с курсором
Операторы этой группы объединяет то, что все они работают с некоторым курсором, объявление которого должно содержаться в том же модуле или программе со встроенным SQL.
Оператор объявления курсора
Для удобства мы повторим здесь синтаксические правила объявления курсора, приводившиеся раньше:
<declare cursor> ::=
DECLARE <cursor name> CURSOR FOR <cursor specification>
<cursor specification> ::=
<query expression> [<order by clause>...]
<query expression> ::=
<query term>
<query expression> UNION [ALL] <query term>
<query term> ::= <query specification> (<query expression>)
<order by clause> ::=
ORDER BY <sort specification> [{,<sort specification>}...]
<sort specification> ::=
{ <unsigned integer> <column specification> } [ASC DESC]
В объявлении курсора могут задаваться запросы наиболее общего вида с возможностью выполнения операции UNION и сортировкой конечного результата. Этот оператор не является выполняемым, он только связывает имя курсора со спецификацией курсора.
Оператор открытия курсора
Оператор описывается следующим синтаксическим правилом:
<open statement> ::= OPEN <cursor name>
В реализациях встроенного SQL обычно требуется, чтобы объявление курсора текстуально предшествовало оператору открытия курсора. Оператор открытия курсора должен быть первым в серии выполняемых операторов, связанных с заданным курсором. При выполнении этого оператора производится подготовка курсора к работе над ним. В частности, в этот момент производится связывание спецификации курсора со значениями переменных основного языка в случае встроенного SQL или параметров в случае модуля.
В большинстве реализаций в случае встроенного SQL именно выполнение оператора открытия курсора приводит к компиляции спецификации курсора.
Следующие операторы можно выполнять над открытым курсором в произвольном порядке.
Оператор чтения очередной строки курсора
Синтаксис оператора чтения следующий:
<fetch statement> ::=
FETCH <cursor name> INTO <fetch target list>
<fetch target list> ::=
<target specification>[{,<target specification>}...]
В операторе чтения указывается имя курсора и обязательный раздел INTO, содержащий список спецификаций назначения (список имен переменных основной программы в случае встроенного SQL или имен "выходных" параметров в случае модуля SQL). Число и типы данных в списке назначений должны совпадать с числом и типами данных списка выборки спецификации курсора.
Любой открытый курсор всегда имеет позицию: он может быть установлен перед некоторой строкой результирующей таблицы (перед первой строкой сразу после открытия курсора), на некоторую строку результата или за последней строкой результата.
Если таблица, на которую указывает курсор, является пустой, или курсор позиционирован на последнюю строку или за ней, то при выполнении оператора чтения курсор устанавливается в позицию после последней строки, параметру SQLCODE присваивается значение 100, никакие значения не присваиваются целям, идентифицированным в разделе INTO.
Если курсор установлен в позицию перед строкой, то он устанавливается на эту строку, и значения этой строки присваиваются соответствующим целям.
Если курсор установлен на строку r, отличную от последней строки, то курсор устанавливается на строку, непосредственно следующую за строкой r, и значения из этой следующей строки присваиваются соответствующим целям.
Возникает естественный вопрос, каким образом можно параметризовать курсор неопределенным значением или узнать, что выбранное из очередной строки значение является неопределенным. В SQL/89 это достигается за счет использования, так называемых, индикаторных параметров и переменных. Если известно, что значение, передаваемое из основной программы СУБД или принимаемое основной программой от СУБД, может быть неопределенным, и этот факт интересует прикладного программиста, то спецификация параметра или переменной в операторе SQL имеет вид: <parameter name> [INDICATOR]<parameter name> при спецификации параметра, и <embedded variable name>[INDICATOR]<embedded variable name> при спецификации переменной. Отрицательное значение индикаторного параметра или индикаторной переменной (они должны быть целого типа) соответствует неопределенному значению параметра или переменной.
Оператор позиционного удаления
Синтаксис этого оператора следующий:
<delete statement: positioned> ::= DELETE FROM <table name> WHERE CURRENT OF <cursor name>
Если указанный в операторе курсор открыт и установлен на некоторую строку, и курсор определяет изменяемую таблицу, то текущая строка курсора удаляется, а он позиционируется перед следующей строкой. Таблица, указанная в разделе FROM оператора DELETE, должна быть таблицей, указанной в самом внешнем разделе FROM спецификации курсора.
Оператор позиционной модификации
Оператор описывается следующими синтаксическими правилами:
<update statement: positioned> ::=
UPDATE <table name> SET <set clause:positioned>
[{,<set clause:positioned>}...] WHERE CURRENT OF <cursor name>
<set clause: positioned> ::=
<object column:positioned> =
{ <value expression> NULL }
<object column: positioned> ::= <column name>
Если указанный в операторе курсор открыт и установлен на некоторую строку, и курсор определяет изменяемую таблицу, то текущая строка курсора модифицируется в соответствии с разделом SET. Позиция курсора не изменяется. Таблица, указанная в разделе FROM оператора DELETE, должна быть таблицей, указанной в самом внешнем разделе FROM спецификации курсора.
Оператор закрытия курсора
Синтаксис этого оператора следующий:
<close statement> ::= CLOSE <cursor name>
Если к моменту выполнения этого оператора курсор находился в открытом состоянии, то оператор переводит курсор в закрытое состояние. После этого над курсором возможно выполнение только оператора OPEN.
Одиночные операторы манипулирования данными
Каждый из операторов этой группы является абсолютно независимым от какого бы то ни было другого оператора.
Оператор выборки
Для удобства мы повторяем синтаксис этого оператора еще раз:
<select statement> ::=
SELECT [ALL DISTINCT] <select name> INTO <select target
list> <table expression>
<select target list>::=
<target specification>
[{,<target specification>}...]
Поскольку, как мы уже объясняли, результатом одиночного оператора выборки является таблица, состоящая не более, чем из одной строки, список целей специфицируется в самом операторе.
Оператор поискового удаления
Оператор описывается следующим синтаксическим правилом:
<delete statement: searched> ::= DELETE FROM <table name> WHERE [<search condition>]
Таблица T, указанная в разделе FROM оператора DELETE, должна быть изменяемой. На условие поиска накладывается то условие, что на таблицу T не должны содержаться ссылки ни в каком вложенном подзапросе предикатов раздела WHERE.
Фактически оператор выполняется следующим образом: последовательно просматриваются все строки таблицы T, и те строки, для которых результатом вычисления условия выборки является true, удаляются из таблицы T. При отсутствии раздела WHERE удаляются все строки таблицы T.
Оператор поисковой модификации
Оператор обладает следующим синтаксисом:
<update statement: searched> ::=
UPDATE <table name> SET <set clause: searched>
[{,<set clause: searched>}...] [WHERE <search conditions>]
<set clause: searched> ::=
<object column: searched> =
{ <value expression> NULL }
<object column: searched> ::= <column name>
Таблица T, указанная в операторе UPDATE, должна быть изменяемой. На условие поиска накладывается то условие, что на таблицу T не должны содержаться ссылки ни в каком вложенном подзапросе предикатов раздела WHERE.
Оператор фактически выполняется следующим образом: таблица T последовательно просматривается, и каждая строка, для которой результатом вычисления условия поиска является true, изменяется в соответствии с разделом SET. Если арифметическое выражение в разделе SET содержит ссылки на столбцы таблицы T, то при вычислении арифметического выражения используются значения столбцов текущей строки до их модификации.
Операторы окончания транзакции
Текущая транзакция может быть завершена успешно (с фиксацией в базе данных произведенных изменений) путем выполнения оператора COMMIT WORK или аварийно (с удалением из базы данных изменений, произведенных текущей транзакцией) путем выполнения оператора ROLLBACK WORK. При выполнении любого из этих операторов производится принудительное закрытие всех курсоров, открытых к моменту выполнения оператора завершения транзакции.
Назад | Содержание | Вперед