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　　三、關系數據庫的標準語言———SQL

　　1.SQL概述SQL的英語名稱是結構查詢語言(Structured Query Language)

　　實際上它的功能包括查詢(Query)、操縱(Manipulation)、定義(Definition)和控制(Control)

　　四個方面，是一個綜合的、通用的、功能極強的關系數據庫語言。SQL支持數據庫的三級模式結構。

　　2.SQL的數據定義功能SQL的數據定義功能包括三部分:

　　定義基本表，定義視圖和定義索引。它們是:CREATE TABLE CREATE VIEW CREATE INDEX DROP TABLE DROP VIEW DROP INDEX SQL的數據定義功能可用于定義和修改模式(如基本表)，定義外模式(如視圖)和內模式(如索引)。

　　3.基本表的定義與刪除

　　定義基本表的語句格式為:

　　CREATE TABLE表名 (列名1 類型[NOT NULL]

　　[，列名2類型[NOT NULL]]…)

　　[其他參數];

　　其中，任選項“其它參數”是與物理存儲有關的參數。根據具體系統的不同而不同。刪除基本表的語句為:DROP TABLE表名;刪除索引的語句為:DROP INDEX索引名;刪除索引的同時把有關索引的描述也從數據字典中刪去。但表的內涵仍存在且其數據外延內容不變。把一個基本表的定義連同表上所有的記錄、索引以及由此基本表導出的所有視圖全部都刪除，并釋放相應的存儲空間。

　　4.索引的建立與刪除

　　對一個基本表，可以根據應用環境的需要建立若干索引，以提供多種存取方式。通常，索引的建立和刪除由DBA或表的主人(即建立表的人)負責。用戶不必也不能在存取數據時選擇索引。存取路徑的選擇由系統自動進行。索引的描述存放在數據字典中。建立索引的語句格式為:

　　CREATE[UNIQUE] INDEX索引名ON基本表名(列名[次序][，列名[次序]]…)[其他參數];這里的任選項———其他參數是與物理存儲有關的參數。索引可以建在一列或幾列上。圓括號內是索引列的順序說明表。其中的任選項———次序，指定了索引值排序的次序。可取ASC(升序)或DESC(降序)。缺省值為升序。UNIQUE表示每一索引值只對應唯一的數據記錄。

　　5.SQL的數據操縱功能

　　SQL的數據操縱功能包括SELECT，INSERT，DELETE和UPDATE四個語句，即檢索和更新(包括增、刪、改)兩部分工能。檢索就是查詢。

　　SQL更新語句SQL的更新語句

　　包括修改，刪除和插入三類語句。

　　①修改(UPDATE)(亦稱為更新)

　　修改語句的一般格式為:

　　UPDATE表名

　　SET字段=表達式[，字段=表達式]…

　　[WHERE謂詞];

　　修改指定表中滿足謂詞(或條件)的元組，把這些元組按SET子句中的表達式修改相應屬性或字段上的值。

　　②刪除(DELETE)

　　刪除語句一般格式為:

　　DELETE FROM表名

　　[WHERE謂詞];

　　從指定表中刪除滿足謂詞的那些記錄。沒有WHERE子句時表示刪去此表中的全部記錄，但此表的定義仍在數據字典中，只是一個空表。DELETE只對表外延操作，不對內涵操作。

　　③插入(INSERT)插入語句的一般格式為:

　　INSERT INTO表名[(字段名[，字段名]…)]

　　valueS(常量[，常量]…);

　　或

　　INSERT

　　INTO表名[(字段名[，字段名]…)]

　　子查詢;

　　第一種格式把一個新記錄插入指定的表中。第二種格式把子查詢的結果插入表中。若表中有些字段在插入語句中沒有出現，則這些字段上的值取空值NULL。當然在表定義中說明了NOT NULL的字段在插入時不能取NULL。若插入語句中沒有指出字段名，則新記錄必須在每個字段上均有值。

　　6.視圖

　　視圖是從一個或幾個基本表(或視圖)導出的表。某一用戶可以定義若干視圖。因此對某一用戶而言，按ANSI/SPARC報告的觀點，他的外模式是由若干基本表和若干視圖組成的。視圖和基本表不同，視圖是一個虛表，即視圖所對應的數據不實際存儲在數據庫中，數據庫中只存儲視圖的定義(存在數據字典中)。視圖一經定義就可以和基本表一樣被查詢、被刪除(DROP)，也可以用來定義新的視圖，但更新(增、刪、改)操作將有一定限制。視圖可以理解成一個數據庫，只有內涵保存在數據庫字典中，而無外延存儲;其外延是在使用時動態地生成的或計算出來的。

　　(1)視圖的定義與刪除

　　SQL建立視圖的語句格式為:

　　CREATE VIEW視圖名[(字段名[，字段名]…)]

　　AS子查詢

　　[WITH CHECK OPTION謂詞];

　　視圖可以刪除，語句格式為:

　　DROP VIEW視圖名;

　　視圖的定義就從數據字典中刪除。由此視圖導出的其它視圖也將自動被刪除。若導出此視圖的基本表刪除了，則此視圖也將自動刪除。

　　(2)視圖的查詢語句

　　視圖定義后，用戶可以如同基本表那樣對視圖查詢。

　　(3)視圖的更新語句對視圖的更新最終要轉換成對基本表的更新(這里的更新，指INSERT，UPDATE和DELETE三類操作)。在關系數據庫中，并非所有的視圖都是可更新的，也就是說，有些視圖的更新不能唯一地有意義地轉換成對基本表的更新。

　　(4)視圖的優點視圖的概念具有很多優點，主要有:

　　(1)視圖對于數據庫的重構造提供了一定程度的邏輯獨立性;

　　(2)簡化了用戶觀點;

　　(3)視圖機制使不同的用戶能以不同的方式看待同一數據;

　　(4)視圖機制對機密數據提供了自動的安全保護功能。

　　7.SQL的數據控制功能

　　SQL數據控制功能是指控制用戶對數據的存取權力。某個用戶對某類數據具有何種操作權力是由DBA決定的。這是個政策問題而不是技術問題。數據庫管理系統的功能是保證這些決定的執行。為此它必須能:

　　(1)把授權的決定告知系統，這是由SQL的GRANT和REVOKE語句來完成的。

　　(2)把授權的結果存入數據字典。

　　(3)當用戶提出操作請求時，根據授權情況進行檢查，以決定是執行操作請求還是拒絕之。授權語句的一般格式為:

　　GRANT權力[，權力]…[ON對象類型對象名] TO用戶[，用戶]…，

　　[WITH GRANT OPTION];

　　對不同類型的操作對象可有不同的操作權力。

　　(1)對基本表、視圖及其字段的操作權力有查詢、插入、更新、刪除以及它們的總和ALL PRIVILEGE。

　　(2)對基本表的操作權力還有修改(ALTER)和建立索引(INDEX)。

　　(3)對數據庫的操作權力有建立表(CREATETAB)。某用戶有了此權力就可以使用Create table建立基本表。稱他為表的主人，擁有對此表的一切操作權力。

　　(4)對表空間的權力有使用(USE)數據庫空間存儲基本表的權力。

　　(5)系統權力有建立新數據庫(CREATEDBA)的權力。GRANT語句中的任選項WITH GRANT OPTION的作用是使獲得某種權力的用戶可以把權力再授予別的用戶。

　　8.嵌入式SQL

　　把SQL嵌入主語言使用時必須解決三個問題:

　　(1)區分SQL語句與主語言語句。這是通過在所有的SQL語句前加前綴EXEC SQL來解決的。SQL語句結束標志隨主語言不同而不同，如PL/1用分號(;)，COBOL用EMD-EXEC來表示。SQL語句首先由預編譯程序加以處理，轉換為主語言編譯程序能夠識別的形式，然后交主語言編譯程序進一步處理。

　　(2)數據庫工作單元和程序工作單元之間的通信。SQL語句中可以使用主語言的程序變量(簡稱主變量)，這些變量名前加冒號(:)作標志，以區別地字段名，程序中使用的任何表(基本表或視圖)都要用EXEC SQL DECLARE語句加以說明。一則使程序更加清晰，二則使預編譯程序能作某些語法檢查。SQL語句執行后，系統要反饋給應用程序若干信息，這些信息送到SQL的通信區SQL CA。SQL CA用語句EXEC SQL INCLUDE加以定義。在SQL CA中有一個狀態指示字段SQL CODE。當SQL CODE為零時，表示SQL語句執行成功，否則返回一個錯誤代碼(負值)或警告信息(正值)。程序員應該在每個SQL語句之后測試SQL CODE的值，以便處理各種情況。

　　(3)一個SQL語句原則上可產生或處理一組記錄，而主語言一次只能處理一個記錄，為此必須協調兩種處理方式。這是用游標(Cursor)來解決的。下面首先討論不需要游標的DML語句，然后討論使用游標的DML語句。

　　9.不用游標的DML語句

　　不需要游標的DML語句有:查詢結果為單記錄的SELECT語句UPDATE(除了CURRENT形式的UPDATE)語句DELETE(除了CURRENT形式的DELETE)語句INSERT語句

　　(1)查詢結果為單記錄的SELECT語句這類語句的一般格式是:(主語言為PL/1)EXEC SQL SELECT目標列INTO主變量[空值標志]FROM基本表(或視圖)[WHERE條件表達式];SELECT語句從數據庫中找到符合條件的記錄，把結果放到主變量中。

　　(2)UPDATE語句

　　(3)DELETE語句

　　(4)INSERT語句

　　10.使用游標的DML語句

　　一般情況下SELECT語句的查詢結果是記錄的集合而不是單個記錄，為此需要用游標機制作為橋梁，把集合操作轉換為單記錄處理。與游標有關的語句有四個:

　　(1)定義游標。游標是與某一查詢結果相聯系的符號名。用DECLARE語句定義。這是一個說明語句。與游標相對應的SELECT語句這時并不執行。

　　(2)打開(OPEN)游標。打開游標語句使游標處于活動狀態。與游標相應的查詢語句被執行。游標指向查詢結果集中的第一個記錄之前。

　　(3)推進(FETCH)游標。把游標向前推進一個記錄，并把游標指向的當前記錄中的字段值取出，放到INTO子句后相應的主變量中。FETCH語句常常用于循環，以借助主語言功能逐一處理結果集中的數據。

　　(4)關閉(CLOSE)游標。關閉游標，使它不再和原來的查詢結果相聯系。關閉了的游標可以再次被打開，與新的查詢結果集相聯系。使用CURRENT形式的UPDATE和刪除語句應注意:

　　(1)若游標定義中的SELECT語句帶有UNION或ORDER BY子句，或者這個SELECT語句相當于定義了一個不可更新的視圖，則不能用這兩個更新語句。

　　(2)若使用CURRENT形式的UPDATE語句，則游標定義中要包括FOR UPDATE子句，指出更新的字段(SET子句中使用的字段)。因此，游標定義語句的一般格式為:EXEC SQL DECLARE游標名CURSOR FOR子查詢UNION子查詢…[FOR UPDATE OF字段名[，字段名]…|ORDER-BY-子句];

　　11.SQL的事務處理功能

　　(1)事務處理的概述所謂事務(Transaction)是指一系列動作的組合，這些動作被當作一個整體來處理。這些動作或者相繼都被執行，或者什么也不做。在數據庫中，一個動作是指一個SQL語句。事務是一組SQL語句組成的一個邏輯單位。要么這些SQL語句全部被按順序正確執行，要么在某SQL語句執行失敗時，按照用戶要求，取消已執行的SQL語句對數據庫中數據的修改。或者要么事務中SQL語句都被正確執行，完成該事務對數據庫中數據的所有操作;或者要么相當于一條SQL語句也未執行，數據庫數據未做任何改動。

　　(2)SQL語言的事務處理語句SQL語言有3條語句用于事務處理，它們是:

　　(1)Commit語句，對于正確執行了的事務進行提交，進行提交即對數據庫中數據的修改永久化。同時還釋放事務和封鎖，標志該事務結束。

　　(2)Save point語句，定義事務中的一個回滾保留點，它是事務恢復時的一個標記點。

　　(3)rollback語句，無論事務執行的當前位置在哪里，該語句的執行要么取消事務執行以來對數據庫的全部修改，要么取消至某個指定回滾點后對數據庫的全部修改。釋放自保留點之后的全部表或行的封鎖(沒有保留點，相當于回滾到事務開始處，終止該事務)。事務的恢復(回滾)是根據事務執行前保存下的當時數據庫狀態來實現的。一遇到rollback語句，就將數據庫中數據恢復到原來的狀態，相當于撤消事務中已執行了的SQL語句。

　　四、數據庫的存儲結構

　　數據庫的存儲結構不同于一般文件系統的存儲結構。數據庫數據的特點是各種記錄型之間彼此有聯系，數據是結構化的。數據的存儲結構不僅涉及每種記錄型的記錄如何存儲，而且要使數據的存儲反映各種記錄型之間的聯系。在DB多級模式中引入內模式(存儲模式)的主要目的是使模式的數據結構的描述同它的存儲表示的描述分開，以致DBA為了協調數據庫性能而對數據庫數據的存儲方法進行修改時，可不必修改模式，以提高數據庫的物理獨立性。在各個數據庫管理系統中，對內模式的定義功能各不相同。在關系數據庫管理系統中有些DDL語句可影響數據庫的存儲結構。在DBMS中各級模式的存儲結構是恒定的或唯一的，而數據庫內容(或其記錄)的存儲方式是不唯一的。數據庫存儲結構設計的好壞直接影響系統的性能。在存儲結構中主要是涉及存儲記錄的設計。存儲記錄與概念記錄之間具有對應關系，如果存儲記錄與概念記錄之間具有一一對應關系，在這種情況下存儲記錄的設計就比較簡單，不需要進一步討論。概念記錄是指在邏輯結構中的記錄。但當一個概念記錄對應多個不同類型的存儲記錄時，存在如何設計存儲記錄的問題。對于這樣的概念記錄，其存儲記錄可以有以下幾種設計:

　　1.順序組織

　　將存儲記錄設計成與概念記錄一一對應，按SNO大小(或按記錄到來)的順序將記錄組成一個順序組織的文件。這樣組織的優點是結構簡單，缺點是會浪費存儲空間。

　　2.順序帶鏈的組織

　　順序帶鏈組織允許記錄中帶有指針(Pointer)，這樣可以大大節省存儲空間。

　　3.帶次關鍵字索引的順序組織

　　為了適應對多項內容的檢索，可以建立索引文件，上述組織可改為帶次關鍵字索引的順序組織。

　　4.多表組織

　　在次關鍵字索引中，由于一個次關鍵字值對應于多個記錄值，它們的個數是不固定的，所以對應的指針數目是可變的。這種可變性給管理帶來困難，為了解決這個困難，引入了多表組織。多表組織的實現思想比較簡單，在索引中多個指針分散存放在每個記錄值中，索引項中的指針指向第一個記錄，在第一個記錄中的指針指向第二個記錄等等。

　　5.完全倒排組織在一個記錄型中，對主關鍵字以外的數據項都建立索引，這樣的組織稱之為完全倒排組織。

　　6.Hash定址組織對于每一個存儲記錄值存放在數據庫的什么地方，可通過對該記錄的主關鍵字值的雜湊函數計算得出。這種組織為Hash定址組織。雜湊函數種類很多，如質數除余法、基數轉換法、平方取中法、折疊法、位移法及各位數字分析法等等。關鍵是如何選擇一個雜湊函數，盡可能避免發生碰撞。對于不同的主關鍵字值通過計算而得到同一個地址的映象，稱之為碰撞。

　　7.聯系的存儲

　　在關系數據庫中，通過外來關鍵字(Foreign Key)來表示概念記錄之間的聯系。例如，為了表達學生和學校的聯系，可以在學生記錄中增加外來關鍵字“學校號”來表示聯系。

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