概要

情報技術の基礎として理解しておきたいデータベース操作について、集合演算、関係演算、SQL-DDL、SQL-DML、SQL-DCL、その他のSQL構文を整理する。

データベース操作では、表から必要な行や列を取り出し、結合し、更新し、権限を制御する。
SQLの構文だけでなく、裏側にある集合演算と関係演算を理解すると、問題文を読みやすくなる。

この記事の構成

• 集合／関係演算
  集合／関係演算を整理し、要素同士がどう結び付くかを確認。
• SQL
  SQLの意味と要点を具体例から整理。
• データ定義言語：SQL-DDL（Data Definition Language）
  データ定義言語：SQL-DDL（Data Definition Language）と、式や用語が表す意味を整理。
• データ操作言語：SQL-DML（Data Manipulation Language）
  データ操作言語：SQL-DML（Data Manipulation Language）の意味と要点を具体例から整理。
• データ制御言語：SQL-DCL（Data Control Language）
  アクセス権を制御する命令言語で、代表的な命令文としてGRANT文とREVOKE文がある。
• トランザクション制御言語：SQL-TCL（Transaction Control Language）
  COMMITとROLLBACKによって、トランザクションの確定と取消しを制御。
• 関連するSQL構文
  関連するSQL構文の意味と要点を具体例から整理。

集合／関係演算

データベースは、次の集合演算と関係演算でデータ集合を表現する。

• 集合演算（和、差、積、直積）
  ※ 和、差、積については、応用情報技術 - 離散数学 > 集合 の集合演算と同じ。
  直積は、\(2\) つのテーブル\(A\)、\(B\)の全組合わせを表す。

  • 例：テーブル\(A\)とテーブル\(B\)の直積\(A \times B\)
    • テーブル\(A\)
      

      \(X\)	\(Y\)
      \(1\)	a
      \(2\)	b
      \(3\)	c

    • テーブル\(B\)
      

      \(X\)	\(Z\)
      \(1\)	\(d\)
      \(2\)	\(e\)
      \(3\)	\(f\)

    • 直積\(A × B\)
      

      \(A\).\(X\)	\(A\).\(Y\)	\(B\).\(X\)	\(B\).\(Z\)
      \(1\)	\(a\)	\(1\)	\(d\)
      \(1\)	\(a\)	\(2\)	\(e\)
      \(1\)	\(a\)	\(3\)	\(f\)
      \(2\)	\(b\)	\(1\)	\(d\)
      \(2\)	\(b\)	\(2\)	\(e\)
      \(2\)	\(b\)	\(3\)	\(f\)
      \(3\)	\(c\)	\(1\)	\(d\)
      \(3\)	\(c\)	\(2\)	\(e\)
      \(3\)	\(c\)	\(3\)	\(f\)

• 関係演算（選択、射影、結合、商）
  選択は、レコードを抽出する操作（演算）。
  射影は、フィールドを抽出する操作（演算）。
  結合は、複数の関係を条件に基づいて組み合わせる操作（演算）。条件に一致する組だけを返す内部結合、指定した側の一致しない組も残す外部結合などがある。自然結合は、同じ名前の属性を等しい条件で結び、重複する属性を一つにする内部結合の一種となる。
  商は、演算をテーブル\(A \div B\)とした場合、\(A\)の属性のうち\(B\)に含まれない属性について、\(B\)のすべての組と対応する値を求める操作（演算）。

SQL

SQL（Structured Query Language）は、リレーショナルデータベース管理システム（RDBMS）において、データの操作や定義を行うためのデータベース言語となる。DDL、DML、DCLに加えてトランザクション制御をTCLとして分けるなど、分類方法は教材やDBMSによって異なる。本記事では、次の分類で整理する。

• データ定義言語：SQL-DDL
• データ操作言語：SQL-DML
• データ制御言語：SQL-DCL
• トランザクション制御言語：SQL-TCL
• 関連するSQL構文

また、SQLは国際標準化され、多様なリレーショナルデータベースで利用できる。ただし、利用できる構文や機能にはDBMSごとの差がある。代表例として、下記のデータベースがある。

• Oracle Database：Oracle社が提供するRDBMS。
  
• PostgreSQL：オープンソースのRDBMS。
  
• MySQL：GPLのCommunity Editionと商用版が提供されるRDBMS。
  
• SQLite：アプリケーションへ組み込んで利用できるRDBMS。
  
• Microsoft SQL Server：Microsoft社が複数のエディションで提供するRDBMS。
  
• Microsoft Access：Microsoft 365などで提供されるデスクトップ向けデータベース管理システム。
  

データ定義言語：SQL-DDL（Data Definition Language）

テーブル、ビュー、インデックスなどを定義する命令言語で、以下の命令文を用いたSQLを指す。

• CREATE文
  データ定義の作成を実行する命令文。
  テーブル定義を新規作成するCREATE TABLEなど。
  

  以下、CREATE TABLEに指定できる主な制約。

  構文	意味
  PRIMARY KEY	主キー制約
  NOT NULL	非ナル制約（NOT NULL制約）
  REFERENCES	参照制約（外部キー制約）
  UNIQUE	一意性制約

• ALTER文
  データ定義の変更を実行する命令文。
  テーブル定義を変更するALTER TABLEなど。

• DROP文
  データ定義の削除を実行する命令文。
  テーブル定義を削除するDROP TABLEなど。

• TRUNCATE文
  データの全削除を実行する命令文。
  テーブルデータを全削除するTRUNCATE TABLEなど。

データ操作言語：SQL-DML（Data Manipulation Language）

既存のテーブルやビューに対して、データを操作する命令言語で、以下の命令文を用いたSQLを指す。

• SELECT文（検索）
  レコードの検索（抽出）を実行する命令文。
  以下、SELECT文に指定できる抽出オプション。
  

  構文	意味
  FROM	対象テーブルの指定
  INNER JOIN	結合条件に一致する行を内部結合
  LEFT / RIGHT / FULL OUTER JOIN	指定した側の不一致行も残して外部結合
  WHERE	検索条件の指定
  GROUP BY	グループ化（特定条件で集計）の指定
  HAVING	グループ化後の検索条件の指定
  ORDER BY	並び順の指定
  DISTINCT	抽出結果から重複除く指定

  ※ LEFT OUTER JOINは左側の表、RIGHT OUTER JOINは右側の表、FULL OUTER JOINは両側の表の不一致行も残す。

• INSERT文（新規登録）
  レコードの挿入（新規登録） を実行する命令文。
  INSERT INTOの後に対象テーブル名とフィールド名を指定し、末尾に設定値を指定。
  設定値に関しては、値を直接指定するVALUESと抽出結果を設定するSELECTがある。

• UPDATE文（更新）
  レコードの更新を実行する命令文。
  UPDATEの後に対象テーブル名を指定し、SETに更新するフィールド名と設定値を指定。
  末尾にWHEREで更新対象の条件を記述し、対象範囲を指定。

• DELETE文（削除）
  レコードの削除を実行する命令文。
  DELETE FROMの後に対象テーブル名を指定し、末尾にWHEREで削除対象の条件を記述し、対象範囲を指定。

• 副問合せ（サブクエリ）
  SQLステートメント内部に入れ子で入っているSQL文を指す。
  SELECT文だけでなく、INSERT、UPDATE、DELETEなどでも利用できる。
  また、内側の副問合せが外側の問合せの列を参照し、外側の行ごとに関連付けて評価されるものを相関副問合せという。

データ制御言語：SQL-DCL（Data Control Language）

アクセス権を制御する命令言語で、代表的な命令文としてGRANT文とREVOKE文がある。

• GRANT文
  アクセス権限の付与を実行する命令文。
  データベース利用者に対して、テーブルやオブジェクトなどの操作権限を付与する。

• REVOKE文
  アクセス権限の取消を実行する命令文。
  GRANT文で付与した権限を取消す。

トランザクション制御言語：SQL-TCL（Transaction Control Language）

トランザクションを制御する命令をTCLとして分ける場合、代表的な命令文としてCOMMIT文とROLLBACK文がある。教材によっては、これらをDCLに含めて説明する場合もある。

• COMMIT文
  トランザクション内の変更を確定する命令文。
• ROLLBACK文
  トランザクション内の未確定の変更を取り消し、トランザクション開始時または指定したセーブポイントの状態へ戻す命令文。

関連するSQL構文

以下、上記の言語カテゴリと併せて覚えておきたい代表的なSQL構文。

• 集計関数
  行の集合に対して、合計、平均、最大、最小、件数などを求める関数。GROUP BYを指定した場合はグループごとに、指定しない場合は対象全体に対して集計する。
  

  構文	意味
  SUM	合計
  AVG	平均
  MAX	最大
  MIN	最小
  COUNT	COUNT(*)は行数、COUNT(式)はNULLでない値の数

• 比較演算子
  条件に指定する比較演算子で、以下の種類がある。
  

  演算子	意味
  <	小なり
  >	大なり
  <=	小なりイコール
  >=	大なりイコール
  <>	ノットイコール
  IN(値\(1\), 値\(2\), 値\(3\) …)	\(1\) or \(2\) or \(3\) …（複数 or 条件）
  BETWEEN \(1\) AND \(2\)	値1～値2の範囲（両端を含む）
  LIKE	%や_を使ったパターン一致
  EXISTS	レコードの存在有無

• 集合演算
  SELECT結果の和集合演算となるUNIONがある。
  

  構文	意味
  UNION	双方のSELECT結果から同一レコードを集約して統合。
  UNION ALL	双方のSELECT結果から同一レコードを集約せず統合。

• カーソル
  SELECT結果に対して、\(1\) レコードずつ順に読み出す仕組み。
  SQLの実装例では、DECLARE カーソル名 CURSOR FOR SELECT ...のように問合せをカーソルとして定義。
  OPENでカーソルを開き、FETCHで \(1\) レコードずつ読み込み、CLOSEでカーソルを閉じる。

• ビュー（VIEW）
  

  • 複数テーブルの特定項目を参照用として1テーブルで表現したもので、導出表とも呼ばれる。
    
  • ビューを更新できる条件はDBMSによって異なる。一般に、複数テーブルの結合、集計関数、DISTINCT、GROUP BY、集合演算などを含むビューは、そのままでは更新できない場合が多い。

• ストアドプロシージャ
  

  • データベース操作を一連の処理にまとめ、DBMS（データベース管理システム）に登録したものを指し、プロシージャ名で呼び出して使用。

まとめ

• 関係演算の選択は行を絞り、射影は列を絞る。結合は複数の表を関連付ける。
• WHEREは集計前、HAVINGは集計後に条件を適用。INNER JOINは一致する行、OUTER JOINは一致しない行も含めて取得。
• 副問い合わせは、ある問い合わせの結果を別の問い合わせの条件や値として利用。
• DDLはデータベース構造、DMLはデータ、DCLは権限を操作。
• GRANTは権限を与え、REVOKEは権限を取り消す。

参考文献

• 瀬戸 美月 (\(2020\)) 『徹底攻略 応用情報技術者教科書』株式会社インプレス
• PostgreSQL Documentation, SELECT（英語・SQLコマンド仕様）
• PostgreSQL Documentation, DELETE（英語・SQLコマンド仕様）
• PostgreSQL Documentation, Aggregate Functions（英語・集約関数仕様）
• PostgreSQL Documentation, Pattern Matching（英語・パターン照合仕様）