SQL： structed Query Language

一、关系模型基础

1. 关系术语

  • 数据库（Database）：一组命名的关系（表）的集合。
  • 关系/表（Relation/Table）：
    • 模式（Schema）：描述表的结构（元数据）。
    • 实例（Instance）：符合模式的数据集合。
  • 属性/列/字段（Attribute/Column/Field）：表中的列。
  • 元组/记录/行（Tuple/Record/Row）：表中的一行数据。
  • 基数（Cardinality）：表中元组的数量。

2. 关系表的特性

  • 模式固定：属性名唯一，类型为原子类型 不能嵌套属性。
  • 表是无序的：可以是集合或多重集合（允许重复）。
  • 表是扁平的：不允许嵌套属性。
  • 物理数据独立性：逻辑定义与物理存储方式无关。

3. 第一范式（1NF）

  • 所有关系必须是扁平的，不允许嵌套结构。
  • 若需表示多值属性，应拆分为多个表。

二、SQL 概述

声明式语言：用户只需要说明想要什么，不需要关心怎么获取
`倾向于以一种操作和查询数据的方式被使用，

SQL 的优点与缺点

  • 优点：
    • 声明式：只需指定“做什么”，而非“如何做”。
    • 广泛实现，功能丰富。
    • 可扩展：支持调用其他语言和数据源。
  • 缺点：
    • 非图灵完备。
    • 某些实现效率或完整性有限。

三、SQL 子语言

1. DDL：数据定义语言 （Data Definition Language)

  • 用于定义和修改数据库模式。

创建表与主键

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CREATE TABLE Sailors (
  sid INTEGER PRIMARY KEY,
  sname CHAR(20),
  rating INTEGER,
  age FLOAT,
  PRIMARY KEY(sid)     #唯一的查找键 
);
  • 主键（Primary Key）：唯一标识每行，不允许重复。
  • 不允许插入新的相同主键tuple
  • 如果是复合的主键，有一个元素不同就不同

外键

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CREATE TABLE Reserves (
  sid INTEGER,
  bid INTEGER,
  day DATE,
  PRIMARY KEY (sid, bid, day),
  FOREIGN KEY (sid) REFERENCES Sailors,
  FOREIGN KEY (bid) REFERENCES Boats
);
  • 外键（Foreign Key）：引用其他表的主键，确保引用完整性。
  • 可以看作一个指针，指向上面的sailors的主键
  • **确保子表没有引用父表中不存在的部分，`比如上面reserve需要维护的旅行者需要和sailors里面的sid一一对应

四、DML：数据操作语言

1. 基本查询结构

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SELECT [DISTINCT] <列表达式>
FROM <表>
[WHERE <条件>]
[GROUP BY <列>]
[HAVING <条件>]
[ORDER BY <列>]
[LIMIT <数量>];

2. 常用子句详解

SELECT

  • 指定输出的列或表达式。
  • 可使用 DISTINCT 去重。

WHERE

  • 过滤行，仅保留满足条件的记录。
  • 支持 AND、OR、NOT 等逻辑运算符。

ORDER BY

  • 对结果排序，默认升序（ASC），可指定降序（DESC）。
  • 支持多列排序。

LIMIT

  • 限制返回的行数。
  • 通常与 ORDER BY 联用以保证结果确定性。

3. 聚合与分组

聚合函数

  • SUM、AVG、MAX、MIN、COUNT
  • **要么一起使用，不然不会和普通的列进行SELECT
  • 忽略 NULL 值（除 COUNT(*) 外）。

GROUP BY

  • 将数据按指定列分组。
  • 输出中只能包含分组列或聚合表达式。

HAVING

  • 在分组后过滤组。
  • 只能用于聚合查询中。

**示例

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SELECT dept, AVG(gpa), COUNT(*)
FROM Students
WHERE gender = 'F'      # 按性别分类，筛选出女生组
GROUP BY dept           # 按照院系分组
HAVING COUNT(*) >= 2    # 过滤掉学生数量少于2的小组
ORDER BY dept;          # 按照dept进行升序
  • 注意到如果使用了WHERE，那么就会产生多组tuple主键是WHERE，然后就可以进行AVG平均值计算
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SELECT S.name, S.gpa, S.age*2 AS a2  # AS作用是起个别名
FROM Students S
WHERE S.dept = 'CS'
ORDER BY S.gpa, S.name ASC, a2  # 这边的ASC是降序的意思
LIMIT 3; # 只输出前面的3行

五、NULL 值的处理

  • 任何与 NULL 的操作结果均为 NULL。
  • 使用 IS NULL 或 IS NOT NULL 判断 NULL。
  • 在布尔运算中，NULL 可能导致结果为 NULL，被视为 FALSE。

六、查询执行顺序（逻辑理解）

  1. FROM：指定数据源
  2. WHERE：过滤行
  3. GROUP BY：分组
  4. HAVING：过滤组
  5. SELECT：选择输出列
  6. ORDER BY：排序
  7. LIMIT：限制行数

七、总结

  • SQL 是声明式、功能丰富的查询语言。
  • 关系模型强调结构扁平、物理独立。
  • 现代 SQL 支持聚合、分组、排序、限制等高级功能。
  • 查询可以多种方式编写，数据库系统负责优化执行。