第十一章 PostgreSQL 服务器编程知识点梳理（1）

一、前置回顾：数据库安全性与完整性

（一）存取控制

• 核心目标：仅允许用户访问或修改其有权操作的数据
• 关键语句：
  • 授权：Grant privs On R to users [With Grant Option]
  • 撤销授权：Revoke privs On R From users [Cascade | Restrict]
• 支持授权关系可视化（Grant diagram）

（二）数据完整性

1. 静态完整性约束

• 基础约束类型：Primary Key（主键）、Foreign Key（外键）、Unique（唯一）、NOT NULL（非空）、Check（自定义检查）
• 核心作用：防止数据录入错误（inserts）、保证更新操作正确性（updates）、维护数据一致性、为数据库存储和查询提供数据规则

2. 动态完整性（触发器）

• 核心逻辑：When event occurs, check condition; if true, do action（当事件触发时，检查条件，满足则执行操作）

• 作用：将业务逻辑从应用程序迁移到 DBMS，增强约束表达能力，支持约束 "修复" 逻辑

• SQL 标准语法：

  Create Trigger name
  Before | After | Instead Of events
  [referencing-variables]
  [For Each Row]
  When (condition)
  action

• 特殊应用：通过Instead of触发器实现视图的自定义修改

（三）视图相关

1. 普通视图作用

• 数据隐藏：对不同用户隐藏敏感数据
• 简化查询：使复杂查询更简洁、更符合自然逻辑
• 访问模块化：规范数据库访问方式

2. 物化视图（Materialized Views）

• 继承普通视图全部作用
• 额外优势：类似索引，可显著提高查询效率

3. SQL 标准可更新视图（updatable views）定义

• 基于单个表 T 的查询（无Distinct）
• 视图中未包含的属性需允许为NULL或有默认值
• 子查询不得引用表 T
• 无Group by或聚合函数

二、PostgreSQL 扩展（11.1 节）

（一）PostgreSQL 服务器架构

• 逻辑功能划分：三层结构（客户机→应用服务器→数据库服务器）
• 核心优势：
  • 性能优化：数据直接在数据库内部访问，无需跨端传输
  • 易于维护：直接更新数据库服务器，无需修改客户端
  • 安全可控：仅授权用户访问函数，无法直接操作底层表

（二）PL/pgSQL 语言

1. 语言特性

• 设计渊源：受 Oracle 的 PL/SQL 影响
• 功能定位：功能强大的 SQL 脚本语言，虽 PostgreSQL 未明确称其为 "存储过程"，但通过完整控制结构 + 触发器 + 运算符 + 索引支持，形成完整存储过程开发系统
• 核心优点：易于上手、默认集成于大多数 PostgreSQL 部署、针对数据密集型任务优化性能

2. 语法规则

• 块结构：[ <<label>> ] [ DECLARE declarations ] BEGIN statements END [label];
• 结束符要求：变量申明和语句以分号;结尾，嵌套 block 的 END 后需加;（最后一个 END 除外）
• 注释方式：单行注释--，多行注释/* */
• 大小写规则：变量和关键词不区分大小写（字符 'A' 和字符串 "A" 除外）
• 变量作用域：Block 内部可声明变量，同名变量覆盖外部变量，可通过label.variable访问外部变量
• 变量声明语法：name [CONSTANT] type [COLLATE collation_name] [NOT NULL] [{DEFAULT | := | =} expression];

（三）自定义类型和操作符

1. 自定义类型创建

• 语法示例（水果数量类型）：CREATE TYPE FRUIT_QTY as (name text, qty int);
• 类型转换：使用::符号，如'Point(10 20)'::geometry、'(''APPLE'', 3)'::FRUIT_QTY

2. 自定义函数与操作符绑定

• 步骤：先创建自定义比较函数，再将函数绑定为操作符

• 示例（水果价值比较）：

  -- 自定义比较函数
  CREATE FUNCTION fruity_qty_larger_than(left_fruit FRUIT_QTY, right_fruit FRUIT_QTY) RETURNS BOOL AS $$ ... $$ LANGUAGE plpgsql;
  -- 绑定为>操作符
  CREATE OPERATOR > (leftarg = FRUIT_QTY, rightarg = FRUIT_QTY, procedure = fruit_qty_larger_than, commutator = >);

3. 扩展几何类型示例

Create Type Geometry As Object (
Private Dimension SmallInt Default -1,
Private CoordinateDimension SmallInt Default 2,
Private Is3D SmallInt Default 3,
Private IsMeasured SmallInt Default 0)
Not Instantiable
Not Final

• 支持自定义方法（如Dimension()函数）和几何操作符（如&&：判断 2D 包围盒是否相交）

（四）定制排序方法和索引

1. 核心逻辑

• 基于自定义函数实现特殊排序规则，再为该函数创建索引，优化查询性能

2. 示例（按元音逆向排序）

-- 自定义排序函数
CREATE OR REPLACE FUNCTION reversed_vowels(word text) RETURNS text AS $$ 
vowels = [c for c in word.lower() if c in 'aeiou'] 
vowels.reverse(); 
return ''.join(vowels); 
$$ LANGUAGE plpythonu IMMUTABLE;
-- 使用排序函数查询
Select word, reversed_vowels(word) from words order by reversed_vowels(word);
-- 创建索引优化性能
CREATE INDEX reversed_vowels_index ON words (reversed_vowels(word));

三、函数（11.2 节）

（一）函数结构

1. 核心元素

• 组成部分：函数名、参数（变量名 + 类型名）、返回类型、函数主体、语言声明

• 语法示例（笛卡尔距离计算）：

  create or replace function ST_P2PDistance(x1 float, y1 float, x2 float, y2 float) 
  returns float as $$ 
  begin 
  return sqrt((x2 - x1) * (x2 - x1) + (y2 - y1) * (y2 - y1)); 
  end; 
  $$ language plpgsql;

2. 变量与数据访问

• 变量声明：除参数外，所有变量需在DECLARE块中提前声明，仅在函数执行的 block 内有效
• 数据赋值：支持SELECT select_expressions INTO target FROM ...语法（如转账函数中查询余额赋值）
• 函数重载：支持同名函数不同参数列表（返回类型不同不构成重载），如mid(str varchar, start integer)与mid(str varchar, start integer, end integer)

（二）条件表达式

1. IF/THEN/ELSE 语句

IF boolean-expression THEN 
  statements 
[ ELSIF boolean-expression THEN 
  statements ...] 
[ ELSE 
  statements ] 
END IF;

• 注意：赋值操作（= | :=）与相等判断（=）的语法区别
• 简化示例：IF(trim(firstname) = '', NULL, firstname)

2. CASE 语句

CASE search-expression 
WHEN expression [, expression [ ... ]] THEN 
  statements 
[ WHEN expression [, expression [ ... ]] THEN 
  statements ... ] 
[ ELSE 
  statements ] 
END CASE;

• 示例：

  CASE x 
  WHEN 1, 2 THEN 
    msg := 'one or two'; 
  ELSE
    msg := 'other value than one or two'; 
  END CASE;

（三）循环表达式

1. 基础循环类型

• LOOP 循环：支持CONTINUE（跳过当前迭代）、EXIT（终止循环，等效于 break）

  LOOP
    count := count + 1; 
    CONTINUE WHEN count < 0; 
    EXIT WHEN count > 100; 
  END LOOP;

• WHILE 循环：count := 0; WHILE count <= 100 LOOP count := count + 1; END LOOP;

• FOR 循环：

  • 数值循环：FOR i IN 1...100 LOOP END LOOP;（支持REVERSE反向、BY指定步长）

  • 结果集循环：自动创建游标，遍历查询结果

    DECLARE movie RECORD; 
    FOR movie IN SELECT * FROM movies LOOP 
      movie.id, movie.name... 
    END LOOP;

2. 特殊循环语句

• EXECUTE 语句：动态构建 PL/pgSQL 命令字符串并执行，如EXECUTE 'TRUNCATE TABLE' || table_name
• PERFORM 语句：执行语句并忽略结果（如记录日志），如PERFORM cs_log('Done refreshing materialized views');

3. 循环应用示例（斐波那契序列）

CREATE OR REPLACE FUNCTION fib(n integer) RETURNS decimal(1000, 0) AS $$ 
DECLARE 
  counter integer := 0; 
  a decimal(1000, 0) := 0; 
  b decimal(1000, 0) := 1; 
BEGIN 
  IF (n < 1) THEN RETURN 0; END IF; 
  LOOP 
    EXIT WHEN counter = n; 
    counter := counter + 1; 
    SELECT b, a+b INTO a, b; 
  END LOOP; 
  RETURN a; 
END; 
$$ LANGUAGE plpgsql;

（四）返回集合

1. 核心语法

• 声明方式：RETURNS SETOF <类型> 或 TABLE(...), RETURNS SETOF RECORD
• 数据返回：使用RETURN NEXT（逐行返回）或RETURN QUERY（直接返回查询结果集）

2. 应用示例

• 斐波那契序列集合返回：

  CREATE OR REPLACE FUNCTION fib_seq(num integer) RETURNS SETOF integer AS $$ 
  DECLARE a int := 0; b int := 1; 
  BEGIN 
    IF (num < 1) THEN RETURN; END IF; 
    RETURN NEXT a; 
    LOOP 
      EXIT WHEN num <= 1; 
      RETURN NEXT b; 
      num := num - 1; 
      SELECT b, a+b INTO a, b; 
    END LOOP; 
  END; 
  $$ LANGUAGE plpgsql;

• 查询系统已安装语言：

  CREATE OR REPLACE FUNCTION installed_languages() RETURNS SETOF pg_language AS $$ 
  BEGIN 
    RETURN QUERY SELECT * FROM pg_language; 
  END; 
  $$ LANGUAGE plpgsql;

3. 返回集合类型总结

返回类型声明	RECORD 结构来源	函数内部实现方式
SETOF <type>	类型定义	声明 ROW/RECORD 变量，赋值后通过 RETURN NEXT 返回
SETOF <table/view>	对应表 / 视图结构	直接返回符合表 / 视图结构的结果集
SETOF RECORD（动态）	调用时通过 AS (名称 类型，...) 指定	动态构建结果集并返回
SETOF RECORD（OUT 参数）	OUT/INOUT 函数参数	赋值给 OUT 变量，通过 RETURN NEXT 返回
TABLE(...)	TABLE 关键字后括号内声明	转换为 OUT 变量，赋值后 RETURN NEXT 返回

（五）错误处理与异常

1. RAISE 语句

• 语法：RAISE [level] 'format' [, expression [, ...]] [USING option = expression [, ...]];
• 级别（level）：DEBUG、LOG、INFO、NOTICE、WARNING、EXCEPTION（默认级别为 EXCEPTION）
• 作用：
  • EXCEPTION：抛出错误并终止当前事务
  • NOTICE/INFO 等：输出提示信息（可在 pgAdmin 4 消息窗口查看）
• 示例：RAISE NOTICE 'a = %, b = %, c = %', a, b, c;

2. 异常捕获

• 语法结构：

  BEGIN 
    SELECT * INTO STRICT myrec FROM emp WHERE empname = myname; 
  EXCEPTION 
    WHEN NO_DATA_FOUND THEN RAISE EXCEPTION 'employee % not found', myname; 
    WHEN TOO_MANY_ROWS THEN RAISE EXCEPTION 'employee % not unique', myname; 
  END;

• 关键说明：STRICT关键字要求查询必须返回恰好一行数据，否则触发异常

3. 异常信息获取

• 语法：GET STACKED DIAGNOSTICS variable {=|:=} item [, ...]

• 常用异常信息项：

  名称	类型	描述
  RETURNED_SQLSTATE	text	异常的 SQLSTATE 错误码
  MESSAGE_TEXT	text	异常的主消息文本
  TABLE_NAME	text	与异常相关的表名
  PG_EXCEPTION_DETAIL	text	异常的详细消息文本（若有）
  PG_EXCEPTION_HINT	text	异常的提示消息文本（若有）

4. FOUND 变量

• 作用：标识 SQL 语句执行结果状态
• 赋值规则：
  • SELECT INTO：返回行则设为 true，否则 false
  • PERFORM/UPDATE/INSERT/DELETE：影响至少一行则 true，否则 false
  • FETCH：返回行则 true，否则 false
  • FOR/FOREACH 循环：迭代至少一次则 true，否则 false
  • RETURN QUERY：查询返回至少一行则 true，否则 false

（六）几何函数应用举例

1. 折线顶点提取（ST_PointsFromLine）

• 功能：提取折线（ST_LineString）的所有顶点，非线段类型返回空集
• 核心逻辑：通过ST_NumPoints获取顶点数，循环使用ST_PointN提取顶点，最后用ST_Collect聚合为多点类型

2. 多边形内环数统计（ST_NInteriorRings）

• 功能：统计单个多边形或多多边形（ST_MultiPolygon）的内环总数
• 核心逻辑：多多边形时循环遍历每个子几何对象，累加内环数

3. 包围盒计算（ST_AABBEnvelope）

• 功能：计算几何对象的轴对齐包围盒（AABB）
• 核心逻辑：通过ST_DumpPoints拆分所有顶点，获取ST_X/ST_Y的最大最小值，用ST_MakeEnvelope构建包围盒

4. 交叠关系判断（ST_GeomOverlaps）

• 交叠定义：两几何对象的内部维度相同，交集维度与内部维度相同，且交集不等于任一对象本身
• 核心逻辑：通过ST_Intersection计算交集，验证维度和相等性条件