Группировка и условия раздела HAVING, порождаемые и соединенные таблицы

Введение

В предыдущих двух лекциях мы обсудили допускаемые в стандарте SQL виды ссылок на таблицы в разделе FROM оператора SELECT и подробно, с многочисленными примерами, рассмотрели возможные способы построения условных выражений раздела WHERE. Данную лекцию мы начинаем с анализа возможностей и целесообразности использования в запросах разделов GROUP BY и HAVING. В ней обсуждаются виды предикатов, которые можно использовать в условных выражениях раздела HAVING, и приводятся иллюстрирующие примеры. Но в действительности мы преследуем большую цель: показать, что во многих случаях разделы GROUP BY и HAVING являются избыточными; запрос можно сформулировать более понятным образом без их использования. Применение разделов GROUP BY и HAVING оказывается действительно полезным, а иногда и необходимым, в тех случаях, когда в запросе присутствует несколько вызовов агрегатных функций на группах строк.

После обсуждения разделов GROUP BY и HAVING можно будет считать, что мы полностью рассмотрели базовые конструкции оператора выборки (раздел ORDER BY не заслуживает дополнительного обсуждения). Поэтому в разделах "Ссылки на порождаемые таблицы в разделе FROM " и "Более сложные конструкции оператора выборки" мы рассматриваем темы порождаемых таблиц, соединенных таблиц и порождаемых таблиц с горизонтальной связью.

В обычных порождаемых таблицах SQL нет ничего особенного. По всей видимости, возможность указывать в разделе FROM выражения запросов, а не только ссылки на базовые или представляемые таблицы, была введена в SQL на основе следующих естественных соображений. Результатом вычисления выражения запросов в SQL является таблица. Следовательно, в любой конструкции языка, где может присутствовать ссылка на таблицу SQL, следует допустить присутствие выражения запросов. Одновременное наличие возможностей определения представляемых таблиц, указания именованного выражения запросов в разделе WITH и указания выражения запросов порождаемой таблицы непосредственно в списке раздела FROM, очевидно, является избыточным.

Соединенные таблицы появились еще в стандарте SQL/92, и внедрение в стандарт SQL этой возможности было действительно обоснованным. В соответствии с традиционной общей семантикой оператора SELECT в нем вообще не предусматривались явные средства для выражения потребности в соединении двух или более таблиц. Наличие возможности указывать несколько ссылок на таблицы в разделе FROM и спецификации произвольного логического выражения в разделе WHERE для ограничения расширенного декартова произведения этих таблиц позволяет выражать с помощью традиционных средств SQL соединение общего вида в смысле Кодда, и до поры до времени это считалось достаточным.

Внешние соединения

Но имеются два важных частных случая соединений, которые выражаются с помощью традиционных средств SQL излишне громоздко,- это естественные и внешние соединения. При наличии возможности определения внешних ключей таблицы кажется достаточно странной потребность всякий раз явно указывать в запросах условие естественного соединения. Например, во многих примерах запросов в лекции 14 присутствует условие соединения EMP.DEPT_NO = DEPT.DEPT_NO в тех случаях, когда в действительности нам требовался результат операции EMP NATURAL JOIN DEPT.

Внешние соединения были введены еще Эдгаром Коддом в 1979 г. В целом, основная идея этой разновидности операции соединения состояла в том, что, с одной стороны, результат операции обычного соединения двух отношений повышает информационный уровень данных, поскольку в результате операции мы имеем информационно связанные данные. Но, с другой стороны, в результирующем отношении мы теряем информацию об исходных объектах, которые оказались несвязанными и не вошли в результат соединения. Кодд придумал, как, используя неопределенные значения, определить обобщенную операцию, которая будет обладать достоинствами обычной операции соединения, не приводя к потере исходной информации. Вернее, он предложил три операции: левое внешнее соединение, правое внешнее соединение и полное (симметричное) внешнее соединение. Приведем их определения (в реляционных терминах данного курса).

Пусть имеются отношения r1 и r2, совместимые относительно операции взятия расширенного декартова произведения. Пусть s является результатом операции r1 LEFT OUTER JOIN r2 WHERE comp (левое внешнее соединение r1 и r2 по условию comp ). Тогда Hs = Hr1 union Hr2. Пусть и . Тогда в том и только в том случае, когда comp (tr1 union tr2) = true. Если имеется кортеж , для которого нет ни одного кортежа , такого, что comp (tr1 union tr2) = true, то , где tr2_null - кортеж, соответствующий Hr2, все значения которого являются неопределенными^{1Здесь мы прибегаем к компромиссу между реляционной терминологией и моделью данных SQL: конечно, в реляционной модели кортеж из неопределенных значений не может соответствовать заголовку отношения, поскольку NULL не является значением ни одного типа данных.}.

Пусть s является результатом операции r1 RIGHT OUTER JOIN r2 WHERE comp (правое внешнее соединение r1 и r2 по условию comp ). Тогда Hs = Hr1 union Hr2. Пусть и . Тогда в том и только в том случае, когда comp (tr1 union tr2) = true. Если имеется кортеж , для которого нет ни одного такого кортежа , что comp (tr1 union tr2) = true, то , где tr1_null - кортеж, соответствующий Hr1, все значения которого являются неопределенными.

Наконец, пусть s является результатом операции r1 FULL OUTER JOIN r2 WHERE comp (полное внешнее соединение r1 и r2 по условию comp ). Тогда Hs = Hr1 union Hr2. Пусть и . Тогда в том и только в том случае, когда comp (tr1 union tr2) = true. Если имеется кортеж , для которого нет ни одного кортежа , такого, что comp (tr1 union tr2) = true, то , где tr2_null - кортеж, соответствующий Hr2, все значения которого являются неопределенными. Если имеется кортеж , для которого нет ни одного кортежа , такого, что comp (tr1 union tr2) = true, то , где tr1_null - кортеж, соответствующий Hr1, все значения которого являются неопределенными.

Понятно, что традиционными средствами SQL можно выразить все виды внешних соединений (например, с использованием переключателей), но такие запросы будут очень громоздкими. Компании-производители SQL-ориентированных СУБД пытались обеспечивать выразительные средства внешних соединений путем расширения системы обозначений для операций сравнения. Этот подход был не слишком удачным и не обеспечивал общего решения.

В стандарте языка SQL специфицирован отдельный специализированный подъязык для формирования выражений соединения таблиц. Такие выражения называются соединенными таблицами, и их можно использовать в качестве ссылок на таблицы в списке раздела FROM. Разработчики стандарта SQL не любят мельчить - в языке допускается 14 видов соединений:

• прямое соединение ;
• внутреннее соединение по условию ;
• внутреннее соединение по совпадению значений указанных одноименных столбцов ;
• естественное внутреннее соединение ;
• левое внешнее соединение по условию ;
• правое внешнее соединение по условию ;
• полное внешнее соединение по условию ;
• левое внешнее соединение по совпадению значений указанных одноименных столбцов ;
• правое внешнее соединение по совпадению значений указанных одноименных столбцов ;
• полное внешнее соединение по совпадению значений указанных одноименных столбцов ;
• естественное левое внешнее соединение ;
• естественное правое внешнее соединение ;
• естественное полное внешнее соединение ;
• соединение объединением.

Во всех этих операциях нет ничего сложного, но их неформальное описание исключительно громоздко. Поэтому в разделе "Более сложные конструкции оператора выборки" мы определяем операции на формальном уровне, а потом иллюстрируем их на примерах.

Наконец, последняя тема этой лекции относится к еще одному типу ссылок на таблицу, допускаемых в разделе FROM: порождаемым таблицам с горизонтальной связью. Фактически порождаемая таблица с горизонтальной связью представляет собой выражение запросов, в котором может присутствовать корреляция со строками таблиц, специфицированных в списке раздела FROM слева от данной порождаемой таблицы с горизонтальной связью. Наличие порождаемых таблиц с горизонтальной связью требует некоторого уточнения семантики выполнения раздела FROM оператора SELECT. По нашему мнению, это средство является полностью избыточным, хотя и не вредным, поскольку его реализация не должна вызывать затруднений и/или снижать эффективность системы.