Daten abfragen - Abfragesprache SQL

Die Kommunikation mit dem Datenbanksystem erfolgt mithilfe der Programmiersprache SQL.

Diese Sprache wurde in den 1970er Jahren von Donald D. Chamberlin (ACM Software System Award 1988) und Raymond F. Boyce basierend auf den Arbeiten von Edgar F. Codd (Turing Award 1981) bei IBM im Rahmen eines Forschungsprojektes entwickelt und 1987 international standardisiert. Im Gegensatz zu bisher im Unterricht behandelten Programmiersprachen die eine Schrittfolge zur Lösung eines Problems angeben (imperative Sprache), ist SQL eine beschreibende (= deklarative) Sprache.

SQL-Befehle werden in verschiedene Klassen eingeteilt. Für den Informatikunterricht sind relevant:

• DDL – Data Definition Language
  Befehle zur Definition von Tabellen und Sichten
• DML – Data Manipulation Language
  Befehle zur Datenmanipulation und Datenabfrage

Da wir fertige Datenbanksysteme nutzen wollen, ist zunächst nur die Datenabfrage interessant für uns.

Bild: CC BY-SA 4.0, Dicklyon, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Don_Chamberlin.jpg

Hinweis: Parallel zur Erarbeitung der Operationen der Relationenalgebra erfolgt die Fortsetzung der Arbeit im SQL-Tutorial.

Operationen auf Tabellen – Selektion, Projektion, Join

Der SQL-Select-Befehl ermöglicht das Filtern und Abfragen von Daten aus den Tabellen des relationalen Datenbanksystems. Grundlage des Befehls sind mathematische Operationen auf Tabellen, die als Relationenalgebra bezeichnet werden. Keine Panik - die Mathematik ist einfach!

Zusammenfassung der Operationen der Relationenalgebra

Selektion: Bei der Selektion erfolgt eine Auswahl von Zeilen einer Tabelle, die bestimmten Eigenschaften genügen.

Beispiel: Aus der Tabelle Schüler sollen alle Zeilen selektiert werden, für die das Attribut Name den Wert "Müller" hat.

Projektion: Bei der Projektion erfolgt eine Auswahl von Spalten einer Tabelle mit Redundanzbeseitigung. 

Beispiel: Aus der Tabelle Schüler soll das Attribut Name projiziert werden. 

Nacheinanderausführung von Projektion und Selektion

Beispiel: Aus der Tabelle Schüler sollen die Vornamen aller Schüler angezeigt werden, deren Nachname Müller ist. 

Beispiel: Aus den Tabellen Schüler und Kurse soll ein Inner Join gebildet werden. Das verbindende Attribut lautet SNr. 

Da zu den SNr 7472 und 2314 der Tabelle Schüler keine "Gegenstücke" in der anderen Tabelle existieren, werden diese Datensätze nicht in der neuen Relation übernommen!

Äußerer Verbund – Left Join, Right Join, Full Join (nur für den LK): Beim äußeren Verbund werden die Datensätze der beiden Tabellen zusammengeführt, auch wenn für das verbindende Attribut in einer der beiden Tabellen (LEFT/RIGHT) oder in beiden Tabellen (FULL) kein Attributwert vorliegt. In diesem Fall entstehen NULL-Werte. Die Abgabe LEFT bzw. RIGHT kennzeichnet dabei die Tabelle in der Reihenfolge der Notation des SQL-Befehls. 

Beispiel: Für alle Schüler soll der Status der Spindvermietung angezeigt werden. Es ist also ein Verbund zwischen den Tabellen Schüler und Spind herzustellen wobei alle Schülerangaben angezeigt werden sollen. Es liegt also ein LEFT JOIN vor. Das verbindende Attribut lautet SNr. 

Datenabfragen mit SQL

Der SELECT-Befehl

Die SQL-Abfrage erfolgt mit dem Befehl SELECT unter Angabe von bis zu sechs Komponenten. Die allgemeine Syntax hat die Gestalt:

SELECT [ALL | DISTINCT] {spalten | *}
FROM tabelle [alias] [tabelle [alias]] ...
[WHERE {bedingung | unterabfrage}]
[GROUP BY spalten [HAVING {bedingung | unterabfrage}]]
[ORDER BY spalten [ASC | DESC]...];

Die schwierige Syntax lässt sich wie folgt verstehen:

Auswahl von Zeilen - Selektion

Aus der Tabelle Schüler sollen alle Zeilen selektiert werden, in denen der Name "Müller" steht.
(Die Selektion hat also die Form S_{Name = 'Müller'}(Schüler))

Die Umsetzung in SQL lautet: 

SELECT * 
FROM Schüler 
WHERE Name = 'Müller';

Die WHERE-Klausel liefert also die Selektion. Um zu zeigen, dass alle Spalten angezeigt werden sollen, wird das Stern-Symbol verwendet.

Nun sollen aus der Tabelle Schüler sollen alle Zeilen selektiert werden, in denen der Name "Müller" steht und deren Vorname mit "O" beginnt. 
(Die Selektion hat also die Form S_{Name = 'Müller' UND Vorname beginnt mit 'O'}(Schüler))

Die Umsetzung in SQL lautet: 

SELECT * 
FROM Schüler 
WHERE Name = 'Müller' AND Vorname LIKE 'O%';

Bedingungen lassen sich mit AND, OR und NOT verknüpfen. Das Prozentsymbol steht als Platzhalter für eine beliebige Folge von Zeichen. Soll ein einzelnes Zeichen ausgeblendet werden, so benutzt man den Unterstrich als Joker. LIKE wird verwendet im Sinne von "SO WIE". 

Auswahl von Spalten - Projektion

Aus der Tabelle Schüler sollen alle Spalten mit dem Attribut "Name" projiziert werden.
(Die Projektion hat also die Form P_Name(Schüler))

Die Umsetzung in SQL lautet: 

SELECT Name
FROM Schüler; 

Um Mehrfacheintragungen zu unterbinden, muss dem SELECT-Befehl das Schlüsselwort DISTINCT hinzugefügt werden.

Die Umsetzung in SQL lautet: 

SELECT DISTINCT Name 
FROM Schüler; 

Hintereinanderausführung von Projektion und Selektion

Aus der Tabelle Schüler sollen die Vornamen aller Schüler angezeigt werden, deren Nachname Müller ist. 
(Die Abfrage hat also die Form P_Vorname(S_{Name = 'Müller'}(Schüler)))

Die Umsetzung in SQL lautet: 

SELECT Vorname 
FROM Schüler 
WHERE Name = 'Müller';

Die Abarbeitung des SQL-Befehls erfolgt also immer von innen nach außen, d. h. zuerst die Selektion, dann die Projektion. 

Inner Join in SQL

Aus den Tabellen Schüler und Kurse soll eine Tabelle gebildet werden. Das verbindende Attribut lautet SNr. 
(Die Abfrage hat also die Form J_{Schüler.SNr = Kurs.SNr}(Schüler, Kurse))

Die Umsetzung in SQL lautet:

SELECT * 
FROM Schüler INNER JOIN Kurse 
  ON Schüler.SNr = Kurse.SNr;

Das Ergebnis ist ein INNER JOIN, wobei die entstandene Tabelle Spalten mehrfach enthält. Ein solcher Ergebnis wird aber i. d. R. nicht gewünscht. Es genügen oft nur einige Spalten des Verbundes.

Aus den Tabellen Schüler und Kurse sollen alle Schülernamen mit ihren Fehlzeiten aufgelistet werden. Der Befehl lautet:

SELECT Schüler.Vorname, Schüler.Name, Kurse.KNr, Kurse.Fehlzeit 
FROM Schüler INNER JOIN Kurse 
  ON Schüler.SNr = Kurse.SNr 
ORDER BY Kurse.Fehlzeit DESC;

nur im LK: Outer Join in SQL

Das im Kurs eingesetzte SQLite unterstützt als äußeren Verbund nur den LEFT JOIN. Ein RIGHT JOIN wird über die Änderung der Reihenfolge der Tabellen realisiert.

Beispiel: Für alle Schüler soll der Status der Spindvermietung angezeigt werden. Es ist also ein Verbund zwischen den Tabellen Schüler und Spind herzustellen wobei alle Schüler angezeigt werden sollen. Es liegt also ein LEFT JOIN vor. Das verbindende Attribut lautet SNr. 

Der SQL-Befehl lautet:

SELECT * 
FROM Schüler LEFT JOIN Spind
  ON Schüler.SNr = Spind.SNr;

Ist eine Liste der Schüler erwünscht, die keine Spinde gemietet haben, so kann dies wie folgt abgefragt werden:

SELECT Schüler.SNr 
FROM Schüler LEFT JOIN Spind
  ON Schüler.SNr = Spind.SNr
WHERE Spind.ID IS NULL;

nur für den LK: SQL-Befehle zum Einfügen, Löschen und Ändern von Daten

Sowohl im SQL-Tutorial als auch auf SQL-Island sind uns weitere Befehle begegnet, die zum Einfügen, Löschen oder Ändern von Daten verwendet wurden.
Fassen wir diese hier kurz zusammen:

Einfügen eines vollständigen Datensatzes in der Reihenfolge der Attribute gemäß Relationenschema

INSERT INTO tabelle
VALUES (wert1, wert2, ...)

Einfügen eines Datensatzes mit Angabe der Attribute, die die Werte erhalten sollen

INSERT INTO tabelle (attribut1, attibut2, ...)
VALUES (wert1, wert2, ...)

Löschen von Datensätzen, die eine Bedingung erfüllen

DELETE FROM tabelle
WHERE bedingung

Ändern von Daten, die eine Bedingung erfüllen

UPDATE tabelle
SET attribut1 = wert1, attribut2 = wert2, ...
WHERE bedingung

Übungen