青少年编程与数学 02-002 Sql Server 数据库应用 09课题、规则、约束和默认值

明月看潮生2024-10-26 13:49

青少年编程与数学 02-002 Sql Server 数据库应用 09课题、规则、约束和默认值

本课题介绍了SQL Server中规则、约束和默认值的概念和应用。规则用于限制列数据的输入，但已在新版SQL Server中被弃用，推荐使用CHECK约束替代。约束确保数据的准确性和可靠性，包括NOT NULL、UNIQUE、PRIMARY KEY、FOREIGN KEY、CHECK和DEFAULT等类型。默认值为列指定默认值，以保证数据完整性并简化数据输入。

课题摘要:

本课题介绍了SQL Server中规则、约束和默认值的概念和应用。规则用于限制列数据的输入，但已在新版SQL Server中被弃用，推荐使用CHECK约束替代。约束确保数据的准确性和可靠性，包括NOT NULL、UNIQUE、PRIMARY KEY、FOREIGN KEY、CHECK和DEFAULT等类型。默认值为列指定默认值，以保证数据完整性并简化数据输入。此外，讨论了数据库关系、一致性、完整性和可维护性的重要性，这些概念对于维护数据库的准确性、可靠性和易管理性至关重要。通过合理使用规则、约束和默认值，可以提高数据库的查询效率和数据完整性。

一、规则

在 SQL Server 2022 中，规则（Rule）是一种数据库对象，用于限制列数据的输入。规则可以定义在数据库级别，并且可以绑定到一个或多个列上，以确保输入的数据满足特定的条件。规则通常用于数据验证、数据转换和数据限制等场景。

规则的创建使用 CREATE RULE 语句，其基本语法如下：

sql 复制代码 
CREATE RULE [schema_name.]rule_name
AS condition_expression

其中 schema_name 是规则所属架构的名称，rule_name 是新规则的名称，condition_expression 是定义规则的条件表达式。规则表达式可以包含算术运算符、关系运算符和谓词（如 IN、LIKE、BETWEEN）等元素，但不能引用列或其他数据库对象，也不能使用用户定义的函数。

创建规则后，可以使用 sp_bindrule 存储过程将规则绑定到列或别名数据类型，例如：

sql 复制代码 
EXEC sp_bindrule 'rule_name', 'table_name.column_name'

如果需要解除规则的绑定，可以使用 sp_unbindrule 存储过程，例如：

sql 复制代码 
EXEC sp_unbindrule 'table_name.column_name'

最后，如果规则不再需要，可以使用 DROP RULE 语句将其删除，例如：

sql 复制代码 
DROP RULE rule_name

需要注意的是，规则不能绑定到 text、ntext、image、varchar(max)、nvarchar(max)、varbinary(max)、xml、CLR 用户定义类型或 timestamp 列，也不能绑定到计算列。此外，如果列同时有与之相关联的默认值和规则，则默认值必须在规则定义的范围内。

在 SQL Server 中，规则（Rule）通常与 CREATE RULE 和 sp_bindrule 存储过程一起使用。以下是一个完整的示例，展示了如何创建和使用规则来限制数据输入。

二、规则应用示例

假设我们有一个 Employees 表，我们想要确保插入或更新到 Salary 列的薪水数据在 10000 到 50000 之间。我们可以按照以下步骤创建和使用规则：

  1. 创建规则 ：

    首先，我们需要创建一个规则，名为 SalaryRangeRule，用于限制薪水的范围。

    sql 复制代码 
    CREATE RULE SalaryRangeRule AS @value >= 10000 AND @value <= 50000;

  2. 将规则绑定到列 ：

    然后，我们需要将这个规则绑定到 Employees 表的 Salary 列上。我们使用 sp_bindrule 存储过程来实现这一点。

    sql 复制代码 
    EXEC sp_bindrule 'SalaryRangeRule', 'Employees.Salary';

  3. 创建 Employees 表 ：

    接下来，我们需要确保 Employees 表存在，并且有一个 Salary 列。

    sql 复制代码 
    CREATE TABLE Employees
(
    EmployeeID INT PRIMARY KEY,
    FirstName NVARCHAR(100) NOT NULL,
    LastName NVARCHAR(100) NOT NULL,
    Salary DECIMAL(10, 2)
);

  4. 尝试插入数据 ：

    现在，如果我们尝试插入一个薪水值到 Employees 表，这个值必须符合我们之前创建的规则。

    sql 复制代码 
    INSERT INTO Employees (EmployeeID, FirstName, LastName, Salary)
VALUES (1, 'John', 'Doe', 12000); -- 这将成功，因为薪水在范围内

INSERT INTO Employees (EmployeeID, FirstName, LastName, Salary)
VALUES (2, 'Jane', 'Doe', 60000); -- 这将失败，因为薪水超出了范围

  5. 查看错误信息 ：

    当尝试插入不符合规则的数据时，SQL Server 将返回一个错误。错误信息将指出违反了哪个规则。

  6. 解除规则绑定 （如果需要）：

    如果我们需要对 Salary 列的约束进行更改，或者不再需要这个规则，我们可以使用 sp_unbindrule 存储过程来解除规则的绑定。

    sql 复制代码 
    EXEC sp_unbindrule 'Employees.Salary';

  7. 删除规则 （如果需要）：

    如果规则不再需要，我们可以使用 DROP RULE 语句来删除它。

    sql 复制代码 
    DROP RULE SalaryRangeRule;

请注意，规则在 SQL Server 2005 之后的版本中已经被弃用，并且在 SQL Server 2016 及更高版本中不再支持。在新版本的 SQL Server 中，推荐使用 CHECK 约束来替代规则的功能。因此，这个示例仅适用于 SQL Server 2005 到 SQL Server 2014 的版本。在更新的版本中，你应该使用 CHECK 约束来实现类似的功能。

三、约束

在数据库管理系统中，约束（Constraints）是一种用于确保数据库中数据准确性和可靠性的规则。约束定义了可以存储在表中的数据类型、所需的数据格式以及必须满足的条件。它们帮助维护数据库的完整性，确保数据的一致性和准确性。

以下是一些常见的约束类型：

  1. NOT NULL 约束 ：

    确保列不能包含 NULL 值。例如，如果一个表有一个名为 FirstName 的列，并且你希望确保每个记录都有这个名字，你可以对这个列施加 NOT NULL 约束。

  2. UNIQUE 约束 ：

    确保列中的所有值都是唯一的，没有重复。这可以用于像身份证号码或电子邮件地址这样的字段，这些字段应该是唯一的。

  3. PRIMARY KEY 约束 ：

    是一种特殊的 UNIQUE 约束，它唯一标识表中的每一行。一个表可以有一个主键，主键列的组合必须是唯一的，并且不能包含 NULL 值。

  4. FOREIGN KEY 约束 ：

    用于在两个表之间建立链接（或关系），确保引用表中的值必须在主表中存在。这有助于维护表之间的引用完整性。

  5. CHECK 约束 ：

    用于确保列中的值满足特定的条件。例如，你可以使用 CHECK 约束来确保年龄列只包含大于0的值。

  6. DEFAULT 约束 ：

    为列定义一个默认值，如果插入行时没有为该列指定值，则使用默认值。

  7. INDEX 约束 ：

    用于创建索引，可以提高查询性能。虽然不是直接的数据完整性约束，但它们与数据的存储和检索方式有关。

  8. CASCADING 约束 ：

    与 FOREIGN KEY 约束一起使用，定义了当主键表中的数据被更新或删除时，应该如何处理引用数据。例如，可以设置级联更新或级联删除。

约束可以在创建表时定义，也可以在表创建后添加。例如，创建一个带有多个约束的表的 SQL 语句可能如下所示：

sql 复制代码 
CREATE TABLE Employees (
    EmployeeID INT PRIMARY KEY,
    FirstName NVARCHAR(100) NOT NULL,
    LastName NVARCHAR(100) NOT NULL,
    Email NVARCHAR(255) UNIQUE,
    PhoneNumber NVARCHAR(15),
    Salary DECIMAL(10, 2) CHECK (Salary >= 0),
    JoinDate DATE NOT NULL
);

在这个例子中，Employees 表有多个约束，包括主键、非空字段、唯一字段和检查约束，以确保数据的完整性和准确性。

四、约束应用示例

当然，以下是一个使用多种约束的综合示例。我们将创建一个 Students 表，用于管理学生信息，包括学生ID、姓名、年龄、性别、电子邮件和入学日期。我们将对这个表施加多种约束，以确保数据的完整性和准确性。

sql 复制代码 
-- 创建 Students 表
CREATE TABLE Students
(
    -- 学生ID作为主键，必须唯一且非空
    StudentID INT PRIMARY KEY,
    
    -- 姓名字段，必须非空，且限制长度不超过100字符
    Name NVARCHAR(100) NOT NULL,
    
    -- 年龄字段，必须在5到100岁之间
    -- CHECK约束用于限制年龄范围
    Age INT CHECK (Age BETWEEN 5 AND 100),
    
    -- 性别字段，限制性别只能为'Male'或'Female'
    -- CHECK约束用于限制性别取值
    Gender NVARCHAR(6) CHECK (Gender IN ('Male', 'Female')),
    
    -- 电子邮件字段，必须唯一且符合电子邮件格式
    -- UNIQUE约束用于确保电子邮件不重复
    -- 可以使用正则表达式来限制电子邮件格式（SQL Server 2016及以上版本支持正则表达式）
    Email NVARCHAR(255) UNIQUE CHECK (Email LIKE '%_@__%.__%'),
    
    -- 入学日期字段，必须非空，且必须是未来的日期
    -- NOT NULL约束用于确保字段不为空
    -- CHECK约束用于确保日期是未来的日期
    EnrollmentDate DATE NOT NULL CHECK (EnrollmentDate > GETDATE())
);

-- 插入符合约束的数据
INSERT INTO Students (StudentID, Name, Age, Gender, Email, EnrollmentDate)
VALUES
(1, 'John Doe', 20, 'Male', 'john.doe@example.com', '2023-09-01'),
(2, 'Jane Doe', 22, 'Female', 'jane.doe@example.com', '2023-10-01');

-- 尝试插入不符合约束的数据
-- 以下插入将失败，因为年龄超出了5到100的范围
INSERT INTO Students (StudentID, Name, Age, Gender, Email, EnrollmentDate)
VALUES
(3, 'Alice Johnson', 15, 'Male', 'alice.johnson@example.com', '2023-11-01');

-- 以下插入将失败，因为电子邮件字段不是唯一的
INSERT INTO Students (StudentID, Name, Age, Gender, Email, EnrollmentDate)
VALUES
(4, 'Bob Smith', 23, 'Male', 'john.doe@example.com', '2023-12-01');

-- 以下插入将失败，因为入学日期不是未来的日期
INSERT INTO Students (StudentID, Name, Age, Gender, Email, EnrollmentDate)
VALUES
(5, 'Carol White', 19, 'Female', 'carol.white@example.com', '2022-01-01');

在这个示例中，我们使用了以下约束：

  • PRIMARY KEY：确保 StudentID 列的值是唯一的，并且非空。
  • NOT NULL：确保 Name 和 EnrollmentDate 列的值不能为 NULL。
  • CHECK：用于 Age、Gender 和 Email 列，确保它们满足特定的条件。
  • UNIQUE：确保 Email 列的值是唯一的。
  • LIKE：在 Email 的 CHECK 约束中使用，确保电子邮件符合基本的格式。

请注意，CHECK 约束中的正则表达式使用是 SQL Server 2016 及以上版本支持的功能。在较早版本的 SQL Server 中，你可能需要使用其他方法来验证电子邮件格式，例如使用触发器或在应用程序层面进行验证。

五、默认值

在数据库管理系统中，默认值（Default Value）是一种约束，它为列指定了一个默认的值，这个值会在插入新记录时使用，如果插入操作没有为该列明确提供一个值的话。默认值可以帮助确保数据的完整性，减少数据输入的错误，并提供列的一致性。

默认值可以在创建表时定义，也可以在表创建后添加。以下是一些关于默认值的关键点：

  1. 自动填充 ：

    当插入新记录而没有为具有默认值的列提供值时，数据库管理系统会自动使用该默认值。

  2. 数据完整性 ：

    默认值可以用于确保某些重要的列（如创建日期、创建用户等）总是有值，从而维护数据的完整性。

  3. 简化数据输入 ：

    对于经常有相同值的列，使用默认值可以简化数据输入过程，减少重复输入。

  4. 覆盖默认值 ：

    在插入或更新记录时，如果提供了一个值，即使它是一个 NULL 值，也会覆盖默认值。

  5. 系统版本 ：

    在某些数据库系统中，如 SQL Server，有两种类型的默认值：固定默认值和触发器默认值。固定默认值是直接在表定义中设置的，而触发器默认值是通过触发器动态生成的。

以下是在 SQL Server 中为表的列设置默认值的示例：

sql 复制代码 
-- 创建一个新表，并为某些列指定默认值
CREATE TABLE Employees
(
    EmployeeID INT PRIMARY KEY,
    FirstName NVARCHAR(100) NOT NULL,
    LastName NVARCHAR(100) NOT NULL,
    HireDate DATE NOT NULL DEFAULT GETDATE(), -- 默认值为当前日期
    Email NVARCHAR(255)
);

-- 插入一个新员工记录，没有为 Email 列提供值
INSERT INTO Employees (EmployeeID, FirstName, LastName, HireDate)
VALUES (1, 'John', 'Doe', '2023-10-05');

-- 插入另一个员工记录，Email 列将使用默认的 NULL 值
INSERT INTO Employees (EmployeeID, FirstName, LastName)
VALUES (2, 'Jane', 'Doe');

在这个例子中，HireDate 列有一个默认值，即当前日期（GETDATE()），如果在插入记录时没有为 HireDate 提供值，将自动使用当前日期。而 Email 列没有指定默认值，如果在插入记录时没有为 Email 提供值，它将默认为 SQL Server 中的 NULL 值。

请注意，对于使用默认值的列，如果希望在插入记录时明确使用默认值，可以在插入语句中省略该列，或者为该列提供 NULL 值（如果默认值是 NULL）。

六、关系（Relationship）

在数据库管理系统中，关系（Relationship）是指不同数据表之间的逻辑联系。关系数据库管理系统（RDBMS）中的关系通常指的是表之间的关系，这些关系定义了表如何相互连接和交互。关系的目的在于保持数据的一致性、完整性和可维护性。

关系可以是以下几种类型：

  1. 一对一（One-to-One） ：

    每个表中的记录只与另一个表中的一条记录相关。例如，一个员工表可能与一个员工详细信息表有一对一的关系，其中每个员工只有一个详细的记录。

  2. 一对多（One-to-Many） ：

    一个表中的记录可以与另一个表中的多条记录相关。例如，一个部门表可能与员工表有一对多的关系，其中每个部门可以有多个员工。

  3. 多对一（Many-to-One） ：

    这是一对多关系的逆关系，多个记录在一个表中与另一个表中的一条记录相关。例如，如上所述的员工表与部门表的关系。

  4. 多对多（Many-to-Many） ：

    两个表中的记录可以有多条对应关系。例如，学生和课程之间可能存在多对多的关系，因为一个学生可以选修多个课程，同时一个课程也可以被多个学生选修。多对多关系通常通过创建第三个关联表（也称为连接表或交叉引用表）来实现，这个表包含外键指向两个相关表的主键。

关系通常通过外键约束来实现，外键是在一个表中用来指向另一个表的主键的字段。这种约束确保了引用的数据的完整性。例如，如果员工表中有一个指向部门表的外键，那么每个员工记录都必须引用部门表中存在的一个部门。

以下是一个简单的示例，展示了两个表之间的一对多关系：

sql 复制代码 
-- 创建部门表
CREATE TABLE Departments
(
    DepartmentID INT PRIMARY KEY,
    DepartmentName NVARCHAR(100) NOT NULL
);

-- 创建员工表
CREATE TABLE Employees
(
    EmployeeID INT PRIMARY KEY,
    EmployeeName NVARCHAR(100) NOT NULL,
    DepartmentID INT,
    FOREIGN KEY (DepartmentID) REFERENCES Departments(DepartmentID)
);

在这个例子中，Departments 表和 Employees 表之间存在一对多的关系。每个部门可以有多个员工，但每个员工只能属于一个部门。Employees 表中的 DepartmentID 是一个外键，它引用了 Departments 表的 DepartmentID 主键。

通过这种方式，关系数据库管理系统能够组织和存储结构化数据，同时确保数据之间的关系清晰和一致。

七、一致性、完整性和可维护性

在数据库管理系统中，一致性、完整性和可维护性是三个核心概念，它们确保数据的准确性、可靠性和易于管理。下面分别解释这些概念：

  1. 一致性（Consistency） ：

    一致性指的是数据在特定时间内的相同视图或状态。在数据库中，一致性通常与事务处理相关，确保事务的执行不会违反数据库的预定规则，即使在并发操作或系统故障的情况下也能保持数据的预期状态。例如，当一个事务从一个账户转账到另一个账户时，系统必须确保两个账户的余额在任何时候都是准确的，不会出现负数余额，这就是一致性的一种体现。

  2. 完整性（Integrity） ：

    完整性是指数据的准确性和完整性，确保数据符合预定的规则和约束。数据库完整性可以通过以下类型来实现：

    • 实体完整性：确保表中的每一行都有一个唯一的标识符，通常通过主键来实现。
    • 域完整性：确保列中的值符合特定的数据类型和格式。
    • 参照完整性：确保外键约束得到满足，即外键列中的值必须在相关联的表中存在。
    • 用户定义的完整性：根据特定业务规则定义的约束，例如，某些字段的值必须在特定的范围内。

  3. 可维护性（Maintainability） ：

    可维护性是指数据库的易管理性，包括数据的更新、优化和故障排除的容易程度。一个具有高可维护性的数据库设计应该是清晰的，结构良好，且易于理解和修改。这通常涉及到：

    • 清晰的表结构和关系：表应该有明确的目的，字段应该有描述性的名称，关系应该易于理解。
    • 适当的索引：为了提高查询性能，应该为经常查询的列创建索引，但也要避免过度索引，以免影响插入和更新的性能。
    • 规范化：通过规范化来消除数据冗余，减少数据异常，提高数据的一致性。
    • 文档和注释：数据库设计和代码应该有充分的文档和注释，以便其他开发者或管理员能够理解和维护。

这三个概念是相互关联的。一致性确保数据在事务处理过程中保持预期的状态，完整性确保数据符合业务规则和约束，而可维护性确保数据库设计和实现的长期可管理性和可扩展性。数据库管理员和开发者需要共同努力，以确保数据库系统在整个生命周期中都能满足这些要求。

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