4.7 Основы языка sql

Общие сведения

Появление и развитие языка SQL связано с созданием теории реляционных БД. Математической основой языка SQL является реляционная алгебра и реляционное исчисление.

Прообраз языка возник в 1970 году в лаборатории Санта-Тереза фирмы IBM. В настоящее время популярность SQL настолько велика, что разработчики нереляционных СУБД снабжают свои системы SQL-интерфейсом.

Язык SQL имеет официальный стандарт - ANSI/ISO. Стандарт языка SQL регламентируется Американским институтом стандартов (American National Standard's Institute - ANSI) и Международной организацией стандартизации (International Organization for Standardization - ISO). Большинство разработчиков придерживаются этого стандарта, однако часто расширяют его для реализации новых возможностей обработки данных. Стандартизация возможностей SQL продолжается. Линия развития стандартов представлена стандартами: ISO-ANSI SQL, SQL/92, SQL2, SQL3.

SQL сочетает в себе возможности языка определения данных, языка манипулирования данными и языка запросов. При этом он реализует и основные функции реляционных СУБД.

SQL не является языком программирования в традиционном представлении. На нем пишутся не программы, а запросы к БД, поэтому этот язык называют языком запросов, языком декларативным, а не процедурным. Это означает, что с его помощью можно сформулировать, что необходимо получить, однако нельзя указать, как это следует сделать. В отличие от процедурных языков программирования (Си, Паскаль), в языке SQL отсутствуют алгоритмические конструкции, операторы цикла, условные переходы и т.д.

Запрос в языке SQL состоит из одного или нескольких операторов, следующих один за другим и разделенных точкой с запятой. Каждая последовательность операторов языка SQL реализует определенное действие над БД. Оно осуществляется за несколько шагов, на каждом из которых над таблицами выполняются определенные действия.

Структура оператора SQL

Каждый оператор SQL начинается с ключевого слова, которое определяет, что делает этот оператор (SELECT, INSERT, DELETE).

В операторе содержатся предложения, содержащие сведения о том, над какими данными производятся операции. Каждое предложение начинается с ключевого слова, такого как FROM, WHERE и др.

Структура предложения зависит от его типа: ряд предложений содержит имена полей или таблиц, некоторые могут включать дополнительные ключевые слова, константы или выражения.

На рисунке 4.9 приведен пример простой структуры оператора SELECT. Синтаксис этого оператора выглядит следующим образом:

SELECT столбцы (или *)

FROM таблица (ы)

[WHERE ограничение(я)]

[ORDER BY столбец];

Рис.4.9 Структура оператора SELECT в языке SQL

За ключевым словом SELECT следуют сведения о том, какие именно поля необходимо включить в результирующий набор данных. Звездочка (*) означает, что в набор данных попадают все поля таблицы.

Для указания имен таблиц, из которых выбираются записи, применяется ключевое слово FROM,

Для фильтрации результатов, возвращаемых оператором SELECT, используется предложение WHERE,

Выражение IS NOT NULL означает, что соответствующий столбец результирующего набора данных не должен иметь пустых значений

Предложение ORDER BY является необязательным и применяется для сортировки результирующего набора данных по одному или нескольким столбцам.

Основные операторы языка SQL

Наиболее важные операторы выделены в стандарте ANSI/ISO SQL.

Data Definition Language (DDL) – язык описания данных.

Эта составляющая языка содержит операторы, позволяющие создавать, модифицировать и уничтожать базы данных и объекты внутри них (таблицы, представления) (табл. 4.4).

Таблица 4.4 Операторы DDL

Оператор	Описание
CREATE TABLE	Добавление новой таблицы к базе данных
DROP TABLE	Удаление таблицы из базы данных
ALTER TABLE	Изменение структуры имеющейся таблицы
CREATE VIEW	Добавление нового представления к базе данных
DROP VIEW	Удаление представления
CREATE INDEX	Создание нового индекса
DROP INDEX	Удаление существующего индекса

Data Manipulation Language (DML) – язык манипулирования данными. Эта составляющая языка содержит операторы, позволяющие добавлять, выбирать, удалять и модифицировать данные. Эти операторы не обязательно должны завершать транзакцию, внутри которой они вызваны. Описание операторов представлено в табл. 4.5

Таблица 4.5 Операторы DML

Оператор	Описание
SELECT	Выбор данных
INSERT	Вставка данных
DELETE	Удаление данных
UPDATE	Обновление данных

Иногда оператор SELECT относят к отдельной категории Data Query Language (DQL) – язык запрашиваемых данных.

Transaction Control Language (TCL) – язык управления транзакциями.

Транзакция – это группа операций модификации данных, имеющих логически законченный смысл, после выполнения которых база данных останется корректной. Операторы данного класса (табл. 4.6) применяются для управления изменениями, выполняемыми группой операторов DML.

Таблица 4.6 Операторы TCL

Оператор	Описание
COMMIT	Завершение транзакции и сохранение изменений в базе данных
ROLLBACK	Откат транзакции и отмена изменений в базе данных
SET TRANSACTION	Установка параметров доступа к данным в текущей транзакции

Data Control Language (DCL) – язык управления данными. Операторы этой группы (табл. 4.7), иногда называемые операторами Access Control Language – язык управления базой, применяются для осуществления административных функций, присваивающих или отменяющих право (привилегию) использовать базу данных, таблицу базы данных, а также выполнять те или иные операторы SQL.

Таблица 4.7 Операторы GCL

Оператор	Описание
GRANT	Присвоение привилегии
REVOKE	Отмена привилегии

Функциональные возможности языка SQL

Основные функциональные возможности языка SQL приведены ниже.

Определение данных. Эта функция SQL представляет собой описание структуры поддерживаемых данных и организацию реляционных отношений (таблиц). Для ее реализации предназначены операторы создания базы данных, создания таблиц и доступа к данным.

Создание базы данных. Для создания новой базы данных используется оператор CREATE DATABASE. В структуре оператора указывается имя создаваемой базы данных.

Создание таблиц. Базовая таблица создается с помощью оператора CREATE TABLE. В этом операторе указываются имена полей, типы данных для них, длина (для некоторых типов данных). В SQL используются следующие типы данных:

INTEGER – целое число;

CHAR – символьное значение;

VARCHAR – символьное значение, сохраняются только непустые символы;

DECIMAL – десятичное число;

FLOAT – число с плавающей запятой;

DOUBLE PRECISION – удвоенная точность с плавающей точкой;

DATETIME – дата и время;

BOOL – булевое значение.

В операторе создания таблицы указываются ограничения на значения столбцов и на таблицу. Возможные ограничения показаны в табл. 4.8

Таблица 4.8 Ограничения на определяемые данные

Оператор	Пояснение	На значения столбцов	На таблицу
NOT NULL	Не нулевой	+
UNIQUE	Уникальный	+	+
PRIMARYKEY	Первичный ключ	+	+
CHECK	Проверка предиката	+	+
DEFAULT	Значение по умолчанию	+
REFERENCES	Ссылка на имя таблицы, имя столбца	+	+
FOREIGNKEY	Внешний ключ		+

Для реляционной модели данных существенным является указания внешнего ключа (FOREIGNKEY). При объявлении внешних ключей необходимо наложить соответствующие ограничения на столбец, например, NOT NULL.

В SQL-предложении CHECK обозначает семантические ограничения, обеспечивающие целостность данных, чтобы, например, ограничить множество допустимых значения определенного столбца.

Нельзя использовать оператор создания таблицы несколько раз для одной и той же таблицы. Если после ее создания обнаружились неточности в ее определении, то внести изменения можно с помощью оператора ALTER TABLE. Этот оператор предназначен для изменения структуры существующей таблицы: можно удалить или добавить поле к существующей таблице.

Манипулирование данными. SQL позволяет пользователю или прикладной программе изменять содержимое базы данных путем вставки новых данных, удаления или модификации существующих данных.

Вставка новых данных является процедурой добавления строк в базу данных и выполняется с помощью оператора INSERT.

Модификация данных предполагает изменения значений в одном или нескольких столбцах таблицы и выполняется с помощью оператора UPDATE. Пример:

UPDATE СЧЕТ

SET сумма=сумма+1000.00

WHERE сумма>0

Удаление строк из таблицы осуществляется с помощью оператора DELETE. Синтаксис оператора имеет вид:

DELETE

FROM таблица

[WHERE условие]

Предложение WHERE не является обязательным, однако, если его не включить, то будут удалены все записи таблицы. Полезно использовать оператор SELECT c тем же синтаксисом, что и оператор DELETE, чтобы предварительно проверить, какие записи будут удалены.

Обеспечение целостности данных. Язык SQL позволяет определить достаточно сложные ограничения целостности, удовлетворение которым будет проверяться при всех модификациях базы данных. Контроль за результатами транзакций, обработка возникающих ошибок и координирование параллельной работы с базой данных нескольких приложений или пользователей обеспечивается операторами COMMIT (фиксирует удачное окончание текущей транзакции и начало новой) и ROLLBACK (необходимость отката – автоматического восстановления состояния базы данных на начало транзакции)

Выборка данных – одна из важнейших функций базы данных, которой соответствует оператор SELECT. Пример использования оператора был рассмотрен в предыдущем разделе.

В SQL можно создавать вложенные последовательности запросов (подзапросы). Существуют определенные типы запросов, которые лучше реализовывать с помощью подзапросов. К таким запросам относятся так называемые проверки существования. Предположим, что требуется получить данные о студентах, которые не имеют оценку «семь баллов». Если будет возвращено пустое множество, то это означает лишь одно – у каждого студента есть, по крайней мере, одна такая оценка.

Связывание таблиц. Операторы языка SQL позволяют извлекать данные более чем из одной таблицы. Одна из возможностей сделать это заключается в связывании таблиц по одному общему полю.

В операторе SELECT должно присутствовать ограничение на совпадение значений определенного столбца (поля). Тогда из связанных таблиц будут извлекаться только те строки, в которых значения заданного столбца совпадают. Название столбца указывается только вместе с названием таблицы; в противном случае оператор будет неоднозначным.

Можно использовать другие типы связывания таблиц: оператор INTER JOIN (внутреннее соединение) обеспечивает присутствие в результирующем наборе записей, совпадающие значения в связанных полях. Внешние соединения (OUTER JOIN) позволяют включить в результат запроса все строки из одной таблицы и соответствующие им строки из другой

Управление доступом. SQL обеспечивает синхронизацию обработки базы данных различными прикладными программами, защиту данных от несанкционированного доступа.

Доступ к данным в многопользовательской среде регулируется с помощью операторов GRANT и REVOKE. В каждом операторе необходимо указать пользователя, объект (таблицу, представление), по отношению к которому задаются полномочия, и сами полномочия. Например, оператор GRANT задает пользователю Х возможность производить выборку данных из таблицы ТОВАР:

GRANT SELECT ON ТОВАР TO X

Оператор REVOKE аннулирует все предоставленные ранее полномочия.

Встраивание SQL в прикладные программы. Реальные приложения обычно написаны на других языках, генерирующих код на языке SQL и передающих их в СУБД в виде текста в формате ASCII.

Стандартом фирмы IBM для SQL-продуктов регламентировано использование встроенного языка SQL. При написании прикладной программы ее текст представляет собой смесь команд основного языка программирования (например, C, Pascal, Cobol, Fortran, Assembler) и команд SQL со специальным префиксом, например. ExecSQL. Структура SQL-предложений расширена для размещения переменных основного языка в SQL-конструкции.

SQL-процессор видоизменяет вид программы в соответствии с требованиями компилятора основного языка программирования. Функция компилятора состоит в трансляции (перевод) программы с исходного языка программирования на язык, близкий к машинному. После компиляции прикладная программа (приложение) представляет собой самостоятельный модуль.

Диалекты языка SQL

В современных реляционных СУБД для описания и манипулирования данными используются диалекты языка SQL. Подмножество языка SQL, позволяющее создавать и описывать БД, называется DDL (Data Definition Language).

Первоначально язык SQL назывался SEQUEL(Structured English Query Language), потом SEQUEL/2, а затем просто – SQL. Сегодня язык SQL –фактический стандарт для реляционных СУБД.

Первый стандарт языка появился в 1989 г. – SQL-89 и поддерживался практически всеми коммерческими реляционными СУБД. Он имел общий характер и допускал широкое толкование. Достоинствами SQL-89 можно считать стандартизацию синтаксиса и семантики операторов выборки и манипулирования данными, а также фиксацию средств ограничения целостности базы данных. Однако в нем отсутствовал такой важный раздел как манипулирование схемой базы данных. Неполнота стандарта SQL-89 привела к появлению в 1992г. следующей версии языка SQL.

SQL2 (или SQL-92) охватывает практически все необходимые проблемы: манипулирование схемой базы данных, управление транзакциями и сессиями, поддерживает архитектуры клиент-сервер или средства разработки приложений.

Дальнейшим шагом развития языка является вариант SQL 3. Эта версия языка дополняется механизмом триггеров, определением произвольного типа данных, объектным расширением.

В настоящее время существует три уровня языка: начальный, промежуточный и полный. Многие производители своих СУБД применяют собственные реализации SQL, основанные как минимум на начальном уровне соответствующего стандарта ANSI, и содержащие некоторые расширения, специфические для той или иной СУБД. В табл. 4.9 приведены примеры диалектов SQL.

Таблица 4.9 Диалекты языка SQL

СУБД	Язык запросов
СУБД System R	SQL
DB2	SQL
Access	SQL
SYBASE SQL Anywhere	Watcom-SQL
SYBASE SQL Server	Transact_SQL
My SQL	SQL
Oracle	PL/SQL

В объектно-ориентированных БД используется язык объектных запросов OQL (Object Query Language). За основу языка OQL была взята команда SELECT языка SQL2 и добавлены возможность направлять запрос к объекту или коллекции объектов, а также возможность вызывать методы в рамках одного запроса.

Совместимость многих используемых диалектов SQL обусловливает совместимость СУБД. Так, СУБД SYBASE SQL Anywhere максимально, насколько это возможно для СУБД такого класса, совместима с СУБД SYBASE SQL Server. Одной из сторон такой совместимости является поддержка в SYBASE SQL Anywhere такого диалекта языка SQL как Transact-SQL. Этот диалект используется в SYBASE SQL Server и может применяться в SYBASE SQL Anywhere наряду с собственным диалектом языка SQL - Watcom-SQL.