Язык SQL. Формирование запросов к базе данных

Внешние объединения

Стандарт SQL2 расширил понятие условного объединения. В стандарте SQL1 при объединении отношений использовались только условия, задаваемые в части WHERE оператора SELECT, и в этом случае в результирующее отношение попадали только сцепленные по заданным условиям кортежи исходных отношений, для которых эти условия были определены и истинны. Однако в действительности часто необходимо объединять таблицы таким образом, чтобы в результат попали все строки из первой таблицы, а вместо тех строк второй таблицы, для которых не выполнено условие соединения, в результат попадали бы неопределенные значения. Или наоборот, включаются все строки из правой (второй) таблицы, а отсутствующие части строк из первой таблицы дополняются неопределенными значениями. Такие объединения были названы внешними в противоположность объединениям, определенным стандартом SQL1, которые стали называться внутренними.

В общем случае синтаксис части FROM в стандарте SQL2 выглядит следующим образом:

FROM <список исходных таблиц>
<   выражение естественного объединения >
<   выражение объединения >
<   выражение перекрестного объединения >
<   выражение запроса на объединение >
<список исходных таблиц>::= <имя_таблицы_1> [ имя синонима таблицы_1] [ ...] [,<имя_таблицы_n>[ <имя синонима таблицы_n> ] ]
<выражение естественного объединения>:: =
<имя_таблицы_1> NATURAL { INNER | FULL [OUTER] LEFT [OUTER] | RIGHT [OUTER]} JOIN <имя_таблицы_2>
<выражение перекрестного объединения>:: = <имя_таблицы_1> CROSS JOIN <имя_таблицы_2>
<выражение запроса на объединение>::=
<имя_таблицы_1> UNION JOIN <имя_таблицы_2>
<выражение объединения>::= <имя_таблицы_1> { INNER
FULL [OUTER] | LEFT [OUTER] | RIGHT [OUTER]} 
JOIN {ON условие | [USING (список столбцов)]} <имя_таблицы_2>

В этих определениях INNER — означает внутреннее объединение, LEFT — левое объединение, то есть в результат входят все строки таблицы 1, а части результирующих кортежей, для которых не было соответствующих значений в таблице 2, дополняются значениями NULL (неопределено). Ключевое слово RIGHT означает правое внешнее объединение, и в отличие от левого объединения в этом случае в результирующее отношение включаются все строки таблицы 2, а недостающие части из таблицы 1 дополняются неопределенными значениями, Ключевое слово FULL определяет полное внешнее объединение: и левое и правое. При полном внешнем объединении выполняются и правое и левое внешние объединения и в результирующее отношение включаются все строки из таблицы 1, дополненные неопределенными значениями, и все строки из таблицы 2, также дополненные неопределенными значениями.

Ключевое слово OUTER означает внешнее, но если заданы ключевые слова FULL, LEFT, RIGHT, то объединение всегда считается внешним.

Рассмотрим примеры выполнения внешних объединений. Снова вернемся к БД "Сессия". Создадим отношение, в котором будут стоять все оценки, полученные всеми студентами по всем экзаменам, которые они должны были сдавать. Если студент не сдавал данного экзамена, то вместо оценки у него будет стоять неопределенное значение. Для этого выполним последовательно естественное внутреннее объединение таблиц R2 и R3 по атрибуту Группа, а полученное отношение соединим левым внешним естественным объединением с таблицей R1, используя столбцы ФИО и Дисциплина. При этом в стандарте разрешено использовать скобочную структуру, так как результат объединения может быть одним из аргументов в части FROM оператора SELECT.

SELECT R1.ФИО, R1.Дисциплина, R1.Оценка
FROM (R2 NATURAL INNER JOIN R3 ) LEFT JOIN R1 USING ( ФИО, Дисциплина)

Результат:

Рассмотрим еще один пример, для этого возьмем БД "Библиотека". Она состоит из трех отношений, имена атрибутов здесь набраны латинскими буквами, что является необходимым в большинстве коммерческих СУБД.

BOOKS(ISBN, TITLE, AUTOR, COAUTOR, YEARIZD, PAGES)
READER(NUM_READER, NAME_READER, ADRESS, 
       HOOM_PHONE, WORK_PHONE, BIRTH_DAY)
EXEMPLARE(INV, ISBN, YES_NO, NUM_READER, DATE_IN, DATE_OUT)

Здесь таблица BOOKS описывает все книги, присутствующие в библиотеке, она имеет следующие атрибуты:

• ISBN — уникальный шифр книги;
• TITLE — название книги;
• AUTOR — фамилия автора;
• COAUTOR — фамилия соавтора;
• YEARIZD — год издания;
• PAGES — число страниц.

Таблица READER хранит сведения обо всех читателях библиотеки, и она содержит следующие атрибуты:

• NUM_READER — уникальный номер читательского билета;
• NAME_READER — фамилию и инициалы читателя;
• ADRESS — адрес читателя;
• HOOM_PHONE — номер домашнего телефона;
• WORK_PHONE — номер рабочего телефона;
• BIRTH_DAY — дату рождения читателя.

Таблица EXEMPLARE содержит сведения о текущем состоянии всех экземпляров всех книг. Она включает в себя следующие столбцы:

• INV — уникальный инвентарный номер экземпляра книги;
• ISBN — шифр книги, который определяет, какая это книга, и ссылается на сведения из первой таблицы;
• YES_NO — признак наличия или отсутствия в библиотеке данного экземпляра в текущий момент;
• NUM_READER — номер читательского билета, если книга выдана читателю, и Null в противном случае;
• DATE_IN — если книга у читателя, то это дата, когда она выдана читателю;
• DATE_OUT — дата, когда читатель должен вернуть книгу в библиотеку.

Определим перечень книг у каждого читателя; если у читателя нет книг, то номер экземпляра книги равен NULL. Для выполнения этого поиска нам надо использовать левое внешнее объединение, то есть мы берем все строки из таблицы READER и соединяем со строками из таблицы EXEMPLARE, если во второй таблице нет строки с соответствующим номером читательского билета, то в строке результирующего отношения атрибут EXEMPLARE.INV будет иметь неопределенное значение NULL:

SELECT READER.NAME_READER, EXEMPLARE.INV
FROM READER LEFT JOIN EXEMPLARE 
ON READER.NUM_READER=EXEMPLARE.NUM_READER

Операция внешнего объединения, как мы уже упоминали, может использоваться для формирования источников в предложении FROM, поэтому допустимым будет, например, следующий текст запроса:

SELECT *
FROM ( BOOKS LEFT JOIN EXEMPLARE)
LEFT JOIN (READER NATURAL JOIN EXEMPLARE)
USING (ISBN)

При этом для книг, ни один экземпляр которых не находится на руках у читателей, значения номера читательского билета и дат взятия и возврата книги будут неопределенными.

Перекрестное объединение в трактовке стандарта SQL2 соответствует операции расширенного декартова произведения, то есть операции соединения двух таблиц, при которой каждая строка первой таблицы соединяется с каждой строкой второй таблицы.

Операция запроса на объединение эквивалентна операции теоретико-множественного объединения в алгебре. При этом требование эквивалентности схем исходных отношений сохраняется. Запрос на объединение выполняется по следующей схеме:

SELECT — запрос
UNION 
SELECT — запрос
UNION
SELECT — запрос

Все запросы, участвующие в операции объединения, не должны содержать выражений, то есть вычисляемых полей.

Например, нужно вывести список читателей, которые держат на руках книгу "Идиот" или книгу "Преступление и наказание". Вот как будет выглядеть запрос:

SELECT READER.NAME_READER
FROM READER, EXEMPLARE,BOOKS
WHERE EXEMPLARE.NUM_READER= READER.NUM_READER AND
EXEMPLARE.ISBN = BOOKS.ISBN AND
BOOKS.TITLE = "Идиот"
UNION
SELECT READER.NAME_READER
FROM READER, EXEMPLARE,BOOKS
WHERE EXEMPLARE.NUM_READER= READER.NUM_READER AND
EXEMPLRE.ISBN = BOOKS.ISBN AND
BOOKS.TITLE = "Преступление и наказание"

По умолчанию при выполнении запроса на объединение дубликаты кортежей всегда исключаются. Поэтому, если найдутся читатели, у которых находятся на руках обе книги, то они все равно в результирующий список попадут только один раз.

Запрос на объединение может объединять любое число исходных запросов.

Так, к предыдущему запросу можно добавить еще читателей, которые держат на руках книгу "Замок":

UNION
SELECT READER.NAME_READER
FROM READER, EXEMPLARE,BOOKS
WHERE EXEMPLARE.NUM_READER= READER.NUM_READER AND
EXEMPLARE.ISBN = BOOKS.ISBN AND
BOOKS.TITLE = "Замок"

В том случае, когда вам необходимо сохранить все строки из исходных отношений, необходимо использовать ключевое слово ALL в операции объединения. В случае сохранения дубликатов кортежей схема выполнения запроса на объединение будет выглядеть следующим образом:

SELECT — запрос
   UNION   ALL
SELECT -  запрос
   UNION   ALL
SELECT -  запрос

Однако тот же результат можно получить простым изменением фразы WHERE первой части исходного запроса, соединив локальные условия логической операцией ИЛИ и исключив дубликаты кортежей.

SELECT DISTINCT READER.NAME_READER
FROM READER, EXEMPLARE,BOOKS
WHERE EXEMPLARE.NUM_READER= READER.NUM_READER AND
EXEMPLARE.ISBN = BOOKS.ISBN AND
BOOKS.TITLE = "Идиот" OR
BOOKS.TITLE = "Преступление и наказание" OR
BOOKS.TITLE = "Замок"

Ни один из исходных запросов в операции UNION не должен содержать предложения упорядочения результата ORDER BY,однако результат объединения может быть упорядочен, для этого предложение ORDER BY с указанием списка столбцов упорядочения записывается после текста последнего исходного SELECT- запроса.