数据库完整性约束全解析：从理论到实践

一、静态完整性约束总体分类（Static Integrity Constraints）

在关系数据库中，静态完整性约束主要包括：

1️⃣ 实体完整性（Entity Integrity）

核心规则：

• 主键（PRIMARY KEY）非空且唯一

• 一张表只能有一个主键（可以是复合主键）

实验中体现：

• Student(Sno) 主键

• Dept(Dno) 主键

• Course(Cno) 主键

• Teacher(Tno) 主键

• SC(Sno, Cno) 复合主键（第 3 题）

SQL 示例：

CONSTRAINT pk_student PRIMARY KEY(Sno)
CONSTRAINT pk_sc PRIMARY KEY(Sno, Cno)

---

2️⃣ 参照完整性（Referential Integrity / 外键）

核心规则：

• 外键值必须是被参照表主键的有效值 或 NULL

• 可定义参照动作：

  • CASCADE（级联）

  • NO ACTION（拒绝）

  • SET NULL

  • SET DEFAULT

实验中体现：

• SC.Sno → Student.Sno（7910）

• SC.Cno → Course.Cno（78）

• Student.Dno → Dept.Dno（14）

• Teacher.Dno → Dept.Dno（16）

• Course.Tno → Teacher.Tno（15）

SQL 示例：

ALTER TABLE SC
ADD CONSTRAINT fk_sc_sno FOREIGN KEY(Sno) REFERENCES Student(Sno)
ON DELETE CASCADE ON UPDATE CASCADE;

关键现象：

• 级联更新（UPDATE CASCADE）

• 级联删除（DELETE CASCADE）

• 插入非法外键值被拒绝

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3️⃣ 域完整性（Domain Integrity）

核心规则：

• 列的数据类型

• NOT NULL

• DEFAULT

• CHECK 约束

（1）默认值约束（DEFAULT）

实验体现：

• SC.Score 默认为 0（第 35 题）

  Score float(1) DEFAULT 0

（2）CHECK 约束

实验体现：

• Gender ∈ {'F','M'}（12）

• Age BETWEEN 12 AND 30（13）

• Credit BETWEEN 0 AND 5（15）

• Hours / Credit = 20（15）

• Salary − Deduction > 0（16）

  CHECK(Gender IN ('F','M'))
  CHECK(Salary - Deduction > 0)

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4️⃣ 唯一性约束 / 候选键（Alternate Key / UNIQUE）

核心规则：

• 除主键外，其他列或列组合也必须唯一

• 可包含 NULL（但只能出现一次）

实验体现：

• Dept.Dname UNIQUE（cst_dept_unique_001）

• (Sname, Haddress) 作为 Student 的候选键（11）

  CONSTRAINT cst_dept_unique_001 UNIQUE(Dname)
  ALTER TABLE Student ADD CONSTRAINT cst_student_unique_001 UNIQUE(Sname, Haddress);

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二、其他重要关联知识点

1️⃣ 复合主键（Composite Primary Key）

• SC(Sno, Cno) 共同构成主键

• 防止同一学生重复选同一门课

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2️⃣ NULL 值在约束中的行为

• 主键 不允许 NULL

• 外键 允许 NULL（除非显式 NOT NULL）

• UNIQUE 列允许一个 NULL（SQL Server）

实验体现：

• 最初 SC 表插入 NULL 学号成功（1）

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3️⃣ 约束违反时的系统行为

• INSERT / UPDATE 被拒绝

• 报错信息提示约束名

• 事务回滚（单条语句）

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4️⃣ 约束命名规范（实验强调）

• pk_ 主键

• fk_ 外键

• cst_ 自定义 CHECK / UNIQUE

意义：

• 便于维护

• 明确错误来源

四、Experiment Overview

1. 实验目的

**CN:**​

本实验旨在理解并应用关系数据库中的静态完整性约束，包括实体完整性、参照完整性、域完整性和用户自定义完整性。

---

五、Experiment Content

1. 创建数据库与数据表

CREATE DATABASE SCT;
GO
USE SCT;
GO

CREATE TABLE Student(
    Sno char(10) CONSTRAINT pk_student PRIMARY KEY,
    Sname varchar(20),
    Gender char(2),
    Age int,
    Dno char(2),
    Haddress varchar(100)
);

CREATE TABLE Dept(
    Dno char(2) CONSTRAINT pk_dept PRIMARY KEY,
    Dname varchar(20) CONSTRAINT cst_dept_unique_001 UNIQUE,
    Dean varchar(20)
);

CREATE TABLE Course(
    Cno char(3) CONSTRAINT pk_course PRIMARY KEY,
    Cname varchar(30),
    Hours int,
    Credit float(1),
    Tno char(3)
);

CREATE TABLE Teacher(
    Tno char(3) CONSTRAINT pk_teacher PRIMARY KEY,
    Tname varchar(30),
    Dno char(2),
    Title varchar(20),
    Salary float(1),
    Deduction float(1)
);

CREATE TABLE SC(
    Sno char(10),
    Cno char(3),
    Score float(1)
);
GO

---

2. SQL 操作、执行结果与解释

1 向 SC 表中插入 (NULL, '005', 88)

INSERT INTO SC VALUES(NULL, '005', 88);

**Result / 结果：**​ ✅ Success / 成功

**CN:**​

此时 SC 表未定义主键和外键约束，因此允许 NULL 值以及不存在的课程编号。

2 SC 表中出现重复元组

INSERT INTO SC VALUES('2015030101','001',80);

**Result / 结果：**​ ✅ Success / 成功

**CN:**​

在没有主键的情况下，SQL Server 允许表中存在完全重复的数据行。

3 删除并重建 SC 表，设置主键与默认值

DROP TABLE SC;

CREATE TABLE SC(
    Sno char(10),
    Cno char(3),
    Score float(1) DEFAULT 0,
    CONSTRAINT pk_sc PRIMARY KEY(Sno, Cno)
);

✅ Success / 成功

4 插入合法元组

INSERT INTO SC VALUES('2015030101','001',80.0);
INSERT INTO SC VALUES('2015030102','002',96.0);

✅ Success / 成功

5 使用默认成绩插入数据

INSERT INTO SC(Sno, Cno) VALUES('2015040101','001');
SELECT * FROM SC;

**Result / 结果：**​

Score = 0

**CN:**​

DEFAULT 约束自动将成绩赋值为 0。

6 插入不存在的课程

INSERT INTO SC VALUES('2015040101','009',76);

✅ Success / 成功

**CN:**​

当前尚未定义外键约束，因此允许插入。

7 添加外键约束

ALTER TABLE SC
ADD CONSTRAINT fk_sc_sno FOREIGN KEY(Sno) REFERENCES Student(Sno)
ON DELETE CASCADE ON UPDATE CASCADE;

ALTER TABLE SC
ADD CONSTRAINT fk_sc_cno FOREIGN KEY(Cno) REFERENCES Course(Cno)
ON DELETE CASCADE ON UPDATE CASCADE;

✅ Success / 成功

8 添加外键后再次插入非法课程

INSERT INTO SC VALUES('2015040101','009',76);

❌ Failure / 失败​

**CN:**​

违反了外键约束 fk_sc_cno，课程编号不存在。

9 级联更新

UPDATE Student SET Sno = '2015030110' WHERE Sno = '2015030101';
SELECT * FROM SC;

**CN：**​

✅ SC 表中的 Sno 同步更新（CASCADE）

10 级联删除

DELETE FROM Student WHERE Sno = '2015030110';
SELECT * FROM SC;

**CN：**​

✅ SC 表中相关记录被级联删除。

11 候选键约束冲突

ALTER TABLE Student
ADD CONSTRAINT cst_student_unique_001 UNIQUE(Sname, Haddress);

INSERT INTO Student VALUES('2015030103','Li Jian','M',20,'03','No. 55, Huangchengxi Road, Wenzhou');

❌ Failure / 失败

**Reason:**​ Duplicate alternate key value.

12 性别检查约束

ALTER TABLE Student
ADD CONSTRAINT cst_student_gender CHECK(Gender IN ('F','M'));

INSERT INTO Student VALUES('2015030104','Wang Tao','X',20,'03','Hangzhou');

❌ Failure / 失败

13 年龄约束

ALTER TABLE Student
ADD CONSTRAINT cst_student_age CHECK(Age BETWEEN 12 AND 30);

INSERT INTO Student VALUES('2015030105','Zhao Min','F',35,'03','Ningbo');

❌ Failure / 失败

14 学生表外键 Dno

ALTER TABLE Student
ADD CONSTRAINT fk_student_dno FOREIGN KEY(Dno) REFERENCES Dept(Dno)
ON DELETE CASCADE ON UPDATE CASCADE;

❌ Failure when inserting invalid department number.

15 课程表约束

ALTER TABLE Course ADD CONSTRAINT cst_course_credit CHECK(Credit BETWEEN 0 AND 5);
ALTER TABLE Course ADD CONSTRAINT fk_course_tno FOREIGN KEY(Tno) REFERENCES Teacher(Tno)
ON DELETE CASCADE ON UPDATE CASCADE;
ALTER TABLE Course ADD CONSTRAINT cst_course_hours_credit CHECK(Hours/Credit = 20);

❌ Violation example: Hours = 50, Credit = 2 → 50 / 2 ≠ 20

16 教师表约束

ALTER TABLE Teacher ADD CONSTRAINT fk_teacher_dno FOREIGN KEY(Dno) REFERENCES Dept(Dno)
ON DELETE NO ACTION ON UPDATE NO ACTION;

ALTER TABLE Teacher ADD CONSTRAINT cst_teacher_salary_deduction CHECK(Salary - Deduction > 0);

❌ Failure occurs when Salary ≤ Deduction.