4. Objektrelationales Typsystem

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1 4. Objektrelationales Typsystem Inhalt und Lernziele 4. Objektrelationales Typsystem Inhalt (u.a.): Basisdatentypen Einzigartige Typen (Distinct Types) Kollektionstypen Strukturierte Typen Benutzerdefinierte Typen Typhierarchien Typumwandlungen Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

2 4. Objektrelationales Typsystem Basisdatentypen in SQL Basisdatentypen SQL Vordefinierte Basisdatentypen im SQL-Standard: Wahrheitswert:BOOLEAN ganze Zahl: SMALLINT, INTEGER, BIGINT Festkommazahl:DECIMAL(p,q), NUMERIC(p,q) Fließkommazahl:REAL, DOUBLE PRECISION, FLOAT(p) alphanumerische Zeichenkette: CHAR(p), VARCHAR(p), CLOB, NCLOB binäre Zeichenkette: BLOB Datum: DATE Zeit: TIME Zeitstempel: TIMESTAMP Zeitintervall: INTERVAL XML-Wert: XML Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

3 4. Objektrelationales Typsystem Basisdatentypen in SQL LOBs (Large Objekts) CLOB Character Large Object, alphanumerische Zeichenkette bestehdn aus 1-Byte- Zeichen NCLOB National Character Large Object, Speicherung langer Unicode-Zeichenketten BLOB Binary Large Object, binäre Zeichenketten maximale Längen deutlich über den sonstigen Typen für Zeichenketten, in IBM DB2 z.b. 2 GB Optional Einschränkung der maximalen Länge möglich Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

4 4. Objektrelationales Typsystem Basisdatentypen in SQL Beispiel (DB2): create table studenten ( matrikelnummer Char(7), name Varchar(30), adresse Varchar(200), grad Varchar(30), photo Blob( 5M ) not logged compact, -- Bild abschlusstag Date, abschlussarbeit Clob( 500K ) not logged compact -- Text ); Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

5 4. Objektrelationales Typsystem Basisdatentypen in SQL Unterschied zwischen Lobs und gewöhnlichen Datentypen 1. Die Daten von LOBs werden in separaten Speicherbereichen abgelegt. Innerhalb der Tabelle wird ein Deskriptor gespeichert, der zur Lokalisation des LOB dient. 2. LOBs können in Anwendungsprogrammen durch sogenannte Lokatoren manipuliert weden. Dies entspricht ungefähr einem Zeiger in den Speicherbereich für LOBs. 3. Attribute, die auf einem LOB-Datentyp basieren, können vom Logging ausgenommen werden. Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

6 4. Objektrelationales Typsystem Basisdatentypen in SQL Typische Einschränkungen bei LOBs 1. Keine Verwendung in Prädikaten möglich, die direkte Vergleiche beinhalten. Verwendung bei LIKE ist erlaubt (als linker Operand). 2. Keine Verwendung in einem Kontext, der implizit Vergleiche erfordert, z.b.: SELECT DISTINCT, COUNT DISTINCT, MAX, MIN, GROUP BY, ORDER BY, PRIMARY KEY, FOREIGN KEY. 3. Keine Kombination durch Mengenoperatin möglich: INTERSECT, UNION, EXCEPT. 4. In der Regel keine Replikation möglich. Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

7 4. Objektrelationales Typsystem Basisdatentypen in SQL XML XML-Wert kann sein: XML-Element Wald von XML-Elementen Geschachtelte XML-Elemente XML-Dokument Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

8 Einzigartige Typen (Distinct Types) Beim Aufbau einer Datenbank entscheidet man sich häufig dafür, einen vordefinierten Datentyp in bestimmter Weise zu verwenden, z.b.: Integer für Altersangaben Decimal(8,2) für Geldbeträge Double für Winkel Problem: Mit den vordefinierten Operationen ist u.u. keine sinnvolle Interpretation für die repräsentierten Werte verbunden. Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

9 Erzeugung einzigartiger Typen ORDBS bieten die Möglichkeit, für eine spezialisierte Verwendung von Daten eigene Typen zu erzeugen, sogenannte einzigartige Typen (distinct types). siehe auch SQL-99 (core level) Jeder der einzigartigen Typen hat mit einem der vordefinierten Typen seine interne Darstellung gemeinsam. Der vordefinierte Typ heißt in diesem Fall Quell- bzw. Basistyp. Abgesehen von der internen Darstellung wird der einzigartige Typ als separater Datentyp betrachtet, der von allen anderen Typen verschieden ist. Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

10 SQL-Definition einzigartiger Typen SQL-Standard: CREATE TYPE typname AS Basistyp [FINAL] Beispiele für IBM DB2: CREATE DISTINCT TYPE Geschlecht AS char(1) WITH COMPARISONS; CREATE DISTINCT TYPE Geld AS decimal(8,2) WITH COMPARISONS; CREATE DISTINCT TYPE Geometrie.Winkel AS Double WITH COMPARISONS; CREATE DISTINCT TYPE Song AS Blob(300M); Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

11 Bemerkungen zur Definiton Eine Instanz eines einzigartigen Typs wird nur mit einer Instanz des desselben Typs als vergleichbar betrachtet. Der Zusatz WITH COMPARISONS ist notwendig, wenn der Quelltyp kein LOB-Typ ist. Für solche einzigartigen Typen stehen die üblichen Vergleichsoperatoren zur Verfügung. Die Definition der Vergleichsoperatoren ist identisch mit der des Basistyps. Die Verwendung eines solchen einzigartigen Typs bei ORDER BY, GROUP BY und DISTINCT ist möglich. Auch können Indexe auf Basis solch eines Typs definiert werden. Da für LOB-Typen keine Vergleiche unterstützt werden, läßt man dort WITH COMPARISONS weg. Hier auch kein ORDER BY, GROUP BY, DISTINCT und auch keine Indexe. Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

12 Verwendung Einen einzigartigen Typ kann man wie einen vordefinierten Typ bei der Definition einer Tabelle verwenden: CREATE TABLE angestellte ( angnr char(5), abtnr char(5), name varchar(30), geschlecht Geschlecht, gehalt Geld ); Mit der DROP-Anweisung werden einzigartigen Typen gelöscht (DB2): DROP DISTINCT TYPE Video; DROP DISTINCT TYPE Geometrie.Winkel; Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

13 Casting-Funktionen Bei Erzeugung eines einzigartigen Typs werden automatisch zwei Casting Funktionen angelegt: Eine Funktion f : Basistyp DistinctT ype Diese Funktion trägt den Namen des einzigartigen Typs. Eine Funktion f 1 : DistinctType Basistyp Diese Funktion trägt den Namen des Basistyp. Beispiel: Für den einzigartigen Typ CREATE DISTINCT TYPE alter IS integer; werden die Funktionen mit den folgenden Signaturen erzeugt: alter( integer ) Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

14 integer( alter ) Konsequenz: Sind alter1 und alter2 vom Typ alter, dann gilt: alter1 + alter2 ist nicht erlaubt, aber alter( integer(alter1) + integer(alter2) ) ist erlaubt. Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

15 Bemerkungen: Die Casting-Funktionen sind sehr effizient. Ist mit dem einzigartigen Typ implizit durch den Basistyp eine Länge oder Genauigkeit verbunden, so wird dies bei der Umwandlung berücksichtigt. Die Casting-Funktionen können entweder durch ihren Namen oder durch Anwendung eines CAST-Ausdruckes angesprochen werden. alter(14) CAST(14 as alter) integer(alter1) CAST(alter1 as integer ) Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

16 Zuweisung einzigartiger Typen Zuweisung heißt hier: Eintragung eines neuen Wertes in eine Datenbanktabelle (Input): UPDATE, INSERT INTO Übertragung eines Wertes von einer Datenbanktabelle in eine Wirtsvariable (Output): SELECT Für die vordefinierten Datentypen finden hier u.u. implizite Konvertierungen (Coercions) statt. Wie laufen Zuweisungen ab, wenn einzigartige Typen beteiligt sind? Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

17 1. Zuweisung vordefinierter Typ T an einzigartigen Typ DT bei Input Nur möglich, falls: T der Basistyp von DT ist oder T in den Basistyp von DT gemäß der Konversionspfade konvertiert werden kann. Die Konversion findet implizit statt. 2. Zuweisung einzigartiger Typ DT an vordefinierten Typ T bei Input Nur möglich, falls T der Basistyp von DT ist (implizite Konversion). 3. Zuweisung einzigartiger Typ DT an vordefinierten Typ T bei Output Implizite Zuweisung in zwei Schritten: (a) Konversion DT in den Basistyp von DT (b) Konversion des Basistyps von DT nach T nach den üblichen Regeln (falls möglich). Beispiel: Es seien gegeben CREATE DISTINCT TYPE Winkel AS double; Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

18 Tabelle dreiecke mit einem Attribut ecke vom Typ Winkel Hostvariable: double v; Sind die folgenden Zuweisungen zulässig? EXEC SQL SELECT ecke INTO :v FROM dreiecke WHERE farbe = rot ; EXEC SQL INSERT INTO dreiecke( farbe, ecke ) VALUES ( blau, :v); UPDATE dreiecke SET ecke = 45.5 WHERE farbe = gruen ; Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

19 Quellenbasierte UDFs An einen einzigartigen Typ werden vom Basistyp nur die Vergleichsoperatoren (falls vorhanden) vererbt: siehe oben: alter1 + alter2 ist nicht erlaubt Muß man nun immer Casting verwenden? Nein! Man kann gezielt Semantik vom Basistyp auf den einzigartigen Typ übertragen. Dies erfolgt mit sogenannten quellenbasierten Funktionen. Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

20 Eine quellenbasierte Funktion ist eine neue UDF, die auf einer bereits existierenden Funktion (Quellenfunktion) basiert. Wird die quellenbasierte Funktion aufgerufen, dann werden 1. die Argumente des Aufrufs in die Parametertypen der Quellenfunktion konvertiert 2. die Quellenfunktion wird aufgerufen und 3. das Ergebis des Aufrufs wird in den Ergebnistyp der neuen UDF konvertiert. Quellenfunktion 1. Konvertieren der Argumente +( double, double ) 2. Ausführen der Quellenfuktion double 3. Konvertieren des Ergenisses der Quellenfunktion +(Gewicht, Gewicht) Gewicht quellenbasierte Funktion Ergebnis Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

21 Deklaration einer quellenbasierten Funktion: erfolgt mit CREATE FUNKTION erlaubte bekannte Klauseln: RETURNS, SPECIFIC Neue Klausel: SOURCE In der SOURCE-Klausel wir die Quellenfunktion in einer der folgenden Varianten angegeben: Funktionsname ohne Parameter Spezifischer Name Signatur Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

22 Beispiele: CREATE DISTINCT TYPE Geld AS Decimal(8,2); CREATE FUNCTION "+"( Geld, Geld ) RETURNS Geld SOURCE "+"( Decimal(), Decimal() ); CREATE FUNCTION "-"( Geld, Geld ) RETURNS Geld SOURCE "-"( Decimal(), Decimal() ); CREATE FUNCTION "*"( Integer, Geld ) RETURNS Geld SOURCE "*"( Integer, Decimal() ); CREATE FUNCTION avg( Geld ) RETURNS Geld SOURCE avg( Decimal() ); CREATE DISTINCT TYPE Artikel AS Clob( 1M ); CREATE FUNCTION posstr( Artikel, Varchar() ) RETURNS Integer SOURCE posstr( Clob(), Varchar() ); Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

23 UDFs mit einzigartigen Typen Man kann natürlich über ein reines Vererben von Funktionen des Basistyps an den einzigartigen Typ hinausgehen. Hierzu verwenden wir natürlich externe UDFs. Die Ausdruckskraft von einzigartigen Typen und externen UDFs wird am besten deutlich, wenn beides zusammen benutzt wird. Beispiel: Ein internationaler Konzern stellt Produkte in Deutschland und den USA her. Die Länge der amerikanischen Produkte wird in Fuß gemessen, die der deutschen in Meter. Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

24 CREATE DISTINCT TYPE Fuss AS double WITH COMPARISONS; Für die Produkte existieren jeweils separate Tabellen. CREATE DISTINCT TYPE Meter AS double WITH COMPARISONS; CREATE TABLE us_produkte ( name varchar(20), groesse Fuss ); CREATE TABLE de_produkte ( name varchar(20), groesse Meter ); Das System stellt Casting-Funktion zwischen den einzigartigen Typen und ihren Basistypen bereit. Es liefert aber keine Konvertierung zwischen Fuss und Meter. Hierfür werden UDFs definiert. CREATE FUNCTION fuss( Meter ) RETURNS Fuss... ; CREATE FUNCTION meter( Fuss ) RETURNS Meter... ; Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

25 void SQL_API_FN fuss ( double * meterin, double * fussout,... ) { *fussout = *meterin * 3.28;... } void SQL_API_FN meter ( double * fussin, double * meterout,... ) { *meterout = *fussin / 3.28;... } Der Konzern möchte zwei länderspezifische Kataloge herausgeben, die aber alle Produkte enthalten. Hierzu werden Views definiert. Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

26 CREATE VIEW us_katalog( name, laenge, land ) AS SELECT name, laenge, US FROM us_produkte UNION ALL SELECT name, fuss(laenge), DE FROM de_produkte; CREATE VIEW de_katalog( name, laenge, land ) AS SELECT name, laenge, DE FROM de_produkte UNION ALL SELECT name, meter(laenge), US FROM us_produkte; Die Verkäufer können dann auf einfache Weise Abfragen auf den länderspezifischen Katalogen durchführen, und sehen dabei alle Artikel in der gewohnten Weise. SELECT * FROM us_katalog WHERE laenge < fuss(5); SELECT * FROM de_katalog WHERE laenge < meter(3); Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

27 4. Objektrelationales Typsystem Kollektionstypen Kollektionstypen Typkonstruktoren ermöglichen die Konstruktion neuer Datentypen: konstruierte Datentypen Beliebig komplexe Datentypen durch geschachtelte Anwendung von Typkonstruktoren Grundlage für Darstellung und Erzeugung komplexer Werte Übliche Typkonstruktoren für Kollektionstypen: ROW ARRAY MULTISET SET LIST Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

28 4. Objektrelationales Typsystem Kollektionstypen Oracle VArray VARRAY: Feld mit Indexzugriff Maximale Grösse, wird bei Typdefinition festgelegt variable aktuelle Größe, erstmalige Festlegung bei Instanziierung Zugriff durch ganzzahligen Index zwischen 1 und aktueller Feldgröße Elemente haben alle den gleichen Basistyp, auch komplexe Typen als Basistyp möglich Volle Funktionalität von Varrays nur in PL/SQL Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

29 4. Objektrelationales Typsystem Kollektionstypen Varray: Typdefinition und Verwendung Allgemein: create type typname as varray(maxlaenge) of basistyp Beispiel: create type t_zeitreihe as varray(30) of number; create table zrtable ( id number not null primary key, zeitreihe t_zeitreihe not null ); Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

30 4. Objektrelationales Typsystem Kollektionstypen Varray: Konstruktoren Erzeugung einer Instanz eines Varray-Typs: Der Typname dient gleichzeitig als Konstruktor mit beliebiger Stelligkeit. Beispiel: insert into zrtable values(1, t_zeitreihe(1,2,3,4)); insert into zrtable values(2,t_zeitreihe(1,0,-1,3,4,5,6,7)); Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

31 4. Objektrelationales Typsystem Kollektionstypen Varrays und Nullwerte Varray Kardinalität t zeitreihe(17,24,32) 3 t zeitreihe(17,null,32) 3 t zeitreihe(17,null) 2 t zeitreihe(17) 1 t zeitreihe(null) 1 t zeitreihe() 0 null null Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

32 4. Objektrelationales Typsystem Kollektionstypen Selektion und Belegung bei Varrays Zugriff auf komplette Kollektion wie üblich über Attributname select id, zeitreihe from zrtable Selektion und Belegung einzelner Arrayelemente nur mit Hilfe von PL/SQL- Anweisungen Übliche Vorgehensweise: Definition spezieller UDFs bzw. spezieller Methoden Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

33 4. Objektrelationales Typsystem Kollektionstypen Wichtige PL/SQL-Funktionen für Varrays (i) liefert das i-te Element COUNT ermittelt die Kardinalität EXTEND bzw. EXTEND(n) vergrößert das Array um 1 bzw. n Elemente, vorbelegt mit null LIMIT liefert die maximal zulässige Größe für ein Array Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

34 4. Objektrelationales Typsystem Kollektionstypen Nutzung der Tabellenfunktion für Varray Für ein Varray va liefert table(va) eine einspaltige Relation mit den Inhalten des Varrays als Zeilen. Dies kann man z.b. für die ad-hoc Bestimmung der Länge eines Varrays in einer Abfrage nutzen. Beispiele: -- Ausgabe aller Varray-IDs mit zugehoeriger Arraylaenge select id, (select count(*) from table(zeitreihe)) as anz from zrtable; -- Selektion der Varrays mit einer Laenge > 5 Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

35 4. Objektrelationales Typsystem Kollektionstypen select id from zrtable where (select count(*) from table(zeitreihe)) > 5; -- Alle Elemente aller Varrays select zr.id, t.* from zrtable zr, table(zr.zeitreihe) t; Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS

36 4. Objektrelationales Typsystem Kollektionstypen Nutzung von UDFs Definition von User Defined Functions mit spezifischer Semantik Nutzung der UDFs innerhalb von Anfragen oder anderen UDFs Beispiele Objektrelationale Datenbanksysteme Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, SS