向瑜

一 、概述

在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)完整性約束、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)操作是組成其數(shù)據(jù)模型的三個基本要素。其中的數(shù)據(jù)完整性約束是一組完整性規(guī)則的集合，它規(guī)定數(shù)據(jù)庫狀態(tài)及狀態(tài)變化所應(yīng)滿足的條件，以保證數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性。完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和存儲規(guī)則，用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)及狀態(tài)的變化，以保證當(dāng)授權(quán)用戶對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行修改時保證數(shù)據(jù)的正確、有效和相容，不會破壞數(shù)據(jù)的一致性，防止對數(shù)據(jù)的意外損壞。

在數(shù)據(jù)庫課程中，完整性約束的設(shè)計與實現(xiàn)是教學(xué)中非常重要的一部分，在教學(xué)中要讓學(xué)生充分理解并掌握完整性約束的重要性和實現(xiàn)方法。為了幫助學(xué)生理解和掌握，本文通過一個他們較熟悉的選課系統(tǒng)來介紹基于SQL Server的數(shù)據(jù)完整性案例。

二、數(shù)據(jù)庫完整性案例

在學(xué)生選課系統(tǒng)中，一個學(xué)校有多名學(xué)生，每個學(xué)生有唯一的學(xué)號；學(xué)校的課程有若干門，每一門課程均有各自的課程編號，有些課程如“計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)”選修的人較多，相同的課程成績有多個，它們具有相同的課程編號，數(shù)據(jù)庫要記錄相同編號的課程有多少個選修成績，未被選修的課程有哪些；每個選修的信息和未選修的信息均要記錄在數(shù)據(jù)庫中。

根據(jù)以上語義，進(jìn)行相應(yīng)的概念模型設(shè)計，得到如圖1所示的系統(tǒng)E-R圖，從圖中可以看出，系統(tǒng)有兩個實體：學(xué)生和課程，由于一個學(xué)生可以選修多門課程，一門課程也可以被多個學(xué)生選修，因此兩個實體間的關(guān)系是多對多（m：n）。E-R模型主要是面向用戶的，需要將其轉(zhuǎn)換為具體數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)模型。將這個概念模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型時，可轉(zhuǎn)換為如下的3個表：學(xué)生實體對應(yīng)student表，課程實體對應(yīng)course表，表示學(xué)生實體和課程實體多對多關(guān)系的score表。三個表的結(jié)構(gòu)如表1～表3所示。

1.實體完整性

一個實體在數(shù)據(jù)庫中表現(xiàn)為表中的一條記錄，實體完整性保證表中每條記錄必須是唯一的，可通過主鍵或唯一碼、唯一索引和標(biāo)識列等方式來實現(xiàn)。

在student表和course表中，可分別采用studentno和courseno作主鍵，保證了記錄的唯一與實體的完整性。在score表中，由于一個學(xué)生可以選修多門課程，一門課程可以被多個學(xué)生同時選修，因此studentno和courseno分別作主鍵都不合適，此時在score表中可以將studentno和courseno兩個字段作復(fù)合主鍵。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中，當(dāng)復(fù)合主鍵的元素大于等于3時，通常還可增加一個沒有實際意義的編號字段作為主鍵，該字段無其他含義，只是用來標(biāo)注記錄的唯一性。在教學(xué)過程中，可以通過設(shè)置score表的主鍵來講解復(fù)合主鍵的概念，強(qiáng)調(diào)復(fù)合主鍵不是指有多個主鍵，而是指將多個字段組成一個整體來共同構(gòu)成主鍵，標(biāo)識記錄的唯一性。

2.參照完整性

參照完整性又稱引用完整性，是指兩個表的主鍵與外鍵之間定義的數(shù)據(jù)完整性，表明了兩個表之間的關(guān)系。參照完整性可以保證兩個引用表間數(shù)據(jù)的一致性，可以通過外鍵、檢查、觸發(fā)器和存儲過程等方式實現(xiàn)。

在score表中的studentno要求必須是student表中已經(jīng)存在的studentno，因此score表中的studentno字段作為外鍵，引用了student表的studentno字段值。同理score表中的courseno也是外鍵，引用了course表的courseno字段值。

在教學(xué)過程中，為了讓學(xué)生更好地體會并掌握外鍵的概念，可采取以下辦法：

（1）在score表中添加一條記錄，該記錄中的studentno值在student表中不存在。將返回錯誤信息。測試結(jié)果：記錄將無法添加到score表中。

（2）同理如果刪除student表中的一個學(xué)生信息，該學(xué)生在score表中有成績信息。

測試結(jié)果：無法刪除。原因是如果刪除了，score表中對應(yīng)的記錄就將失去意義，無法確定這條信息是那個學(xué)生的成績信息，因為該學(xué)生的信息已經(jīng)在student表中刪除。

設(shè)定參照完整性之后，student表、course表和score表之間的關(guān)系如圖2所示：

從圖中可見：student表和score表， course表和score表都是一對多的關(guān)系。

3.域完整性

域就是指表中的列，域完整性要求列的數(shù)值具有正確的類型、格式和有效值范圍，并確定是否允許有空值。通常使用有效性檢查強(qiáng)制域完整性，也可以通過限定列中允許的數(shù)據(jù)類型、格式或有效值范圍來強(qiáng)制數(shù)據(jù)完整性。默認(rèn)值、檢查、外鍵、數(shù)據(jù)類型和規(guī)則也可用來實現(xiàn)域完整性。

如在student表中，email表示學(xué)生的郵箱地址，輸入數(shù)據(jù)時應(yīng)當(dāng)包含一個“@”符號，如果不滿足此要求，則會判斷其是不合法的數(shù)據(jù)，并禁止輸入。此時需在student表中添加一條check約束，“email like ‘%@%”。

4.用戶自定義完整性

用戶還可以根據(jù)其應(yīng)用環(huán)境的不同，對數(shù)據(jù)庫設(shè)置一些特殊的約束條件（自定義完整性），反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語句要求。用戶自定義完整性涵蓋的內(nèi)容比較多，例如：字段的數(shù)據(jù)類型、字段的約束、觸發(fā)器，等等。

（1）字段的數(shù)據(jù)類型。在course表中，period字段表示課程的學(xué)時數(shù)，數(shù)據(jù)類型為tinyint，credit字段則表示該門課所占的學(xué)分，數(shù)據(jù)類型為numeric，限定了數(shù)據(jù)類型就可以確保對應(yīng)的字段值只能是數(shù)值類型的數(shù)據(jù)，避免由于操作錯誤輸入一些非數(shù)字字符。score表中的usually和final字段，數(shù)據(jù)類型都是numeric，不僅避免了非數(shù)字型數(shù)據(jù)的存儲，另外針對兩個數(shù)值型字段，還可以利用表達(dá)式進(jìn)行簡單計算，如令二者各占一定百分值，求出綜合成績。

在教學(xué)中，要給學(xué)生強(qiáng)調(diào)選擇數(shù)據(jù)類型的重要性，不能將所有字段的數(shù)據(jù)類型都定義為char類型，應(yīng)該根據(jù)語義為字段選擇合適的數(shù)據(jù)類型，SQL Server有許多內(nèi)置的函數(shù)可以用于不同數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)上。

（2）字段的約束。字段的約束是為了保證語義的正確性，定義關(guān)于列中允許值的規(guī)則，是強(qiáng)制實施完整性的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制。如本例中的usually和final項，數(shù)值均要求為0～100，即score表中應(yīng)該添加兩條check約束，“usually>=0 and usually<=100”和“final between 0 and 100”。另外在本例中，student表中的sex字段的取值只能是“男”或“女”，也應(yīng)該添加對應(yīng)的check約束：“sex in（‘男‘女）”。

在教學(xué)中要特別強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)庫設(shè)計中字段約束的重要性，這是對其語義的保障，這一工作最好能在數(shù)據(jù)庫設(shè)計時就完成，將會極大程度地減少工作量且更符合規(guī)范化設(shè)計的流程。

（3）觸發(fā)器。觸發(fā)器是一種響應(yīng)數(shù)據(jù)操作或數(shù)據(jù)定義語言事件而執(zhí)行的特殊類型的存儲過程，是在用戶對某一表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新、插入和刪除操作時被觸發(fā)執(zhí)行的一段程序。觸發(fā)器功能強(qiáng)大，能夠為數(shù)據(jù)完整性和系統(tǒng)的總體操作增加極大的靈活性。觸發(fā)器在功能上類似于CHECK約束，但是使用更靈活，可以跨表、數(shù)據(jù)庫或觸發(fā)器工作。通常用觸發(fā)器來滿足業(yè)務(wù)邏輯，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的參照完整性。

觸發(fā)器是教學(xué)過程中的一個難點，在教學(xué)中要注意兩點：第一，要強(qiáng)調(diào)觸發(fā)器的作用和執(zhí)行過程，觸發(fā)器常用來實現(xiàn)自定義完整性，觸發(fā)器的執(zhí)行不是用戶直接調(diào)用，而是在對某個表執(zhí)行特定的操作，如增加刪除修改后自動的觸發(fā)。可以通過以上案例分析觸發(fā)器是如何實現(xiàn)特定的業(yè)務(wù)邏輯。第二，在編寫觸發(fā)器中，通常會用到系統(tǒng)的兩個臨時表deleted和inserted，如在本例triUpdatescore觸發(fā)器中，修改前記錄信息放在deleted表中，修改后的記錄則放在了inserted表中。

三、結(jié)論

本文通過一個完整的案例介紹了數(shù)據(jù)庫課程中的數(shù)據(jù)完整性實現(xiàn)的過程。在實際教學(xué)中，教師也可通過理論講解、案例分析、設(shè)計和實現(xiàn)等多個環(huán)節(jié)相結(jié)合的方式來讓學(xué)生來理解數(shù)據(jù)庫完整性的作用和實現(xiàn)方法，為學(xué)生今后從事相關(guān)數(shù)據(jù)庫開發(fā)工作奠定一定的基礎(chǔ)。

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