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1、第十四章 关联对象访问 Associative Object Access,本章重点讲述GOM对关联对象查询的支持，即如何实现一个查询和如何描述用户的查询要求 在O-O DBMS中，实现一个查询是通过多态的Select函数来实现的 GOM支持二种查询语言GOMql、GOMsql 其中GOMql是基于关系语言QUEL在面向对象上的扩展 GOMsql是SQL在面向对象上的扩展 关联查询的操作对象为：类型范围(Type Extention)，用户定义的集合对象和表对象,多态的关联选择操作定义及其实现,关联选择操作需要一个操作对象说明在某个对象实例集合上，需要一个条件表达式作为选择的依据选择谓词 当定
2、义一个多态的选择操作时，选择谓词将以函数变元的方式作为操作变元 当选择谓词本身需要参数时，该参数必须在选择操作的参数表中说明 多态的选择操作的共同名字为Select,无参数的选择谓词简单的布尔函数,多态选择操作说明为 Polymorph overload select (t1 bool ) - t1 Code selectNoParam 语义为 类型t1，是一个集合类型，其元素类型为t2 Select操作有两个变元：接受者类型为t1，另一个变元是一个布尔函数，它对类型为t2的对象进行选择，返回一个布尔型结果 Select语义对t1的元素用布尔函数进行筛选；,多态选择操作的实现,define s
3、electNoParam(selPred) is var result: t1; candidate: t2; begin result.create; ! 生成空结果集 foreach (candidate in self) if candidate.selPred then result.insert(candidate); return result; end define selectNoParam,应用举例,在立方体实例库中，查找某一个顶点是原点的立方体 分析：其选择谓词需要顺次检查一个立方体的8个点，是否有一个点的x、y、z坐标值为0，0 inOrigin 操作 其结果应当是下面二
4、个集合的交集： 包含在立方体实例集合中的实例myCuboid所引用 满足谓词inOrigin 的实例 多态的Select操作可以应用于任何一个集合类型,inOrigin定义 declare inOrigin: Cuboid | bool; define inOrigin is !判断任何一个顶点是否处于坐标原点 return ( self.v1.x=0.0 and self.v1.y=0.0 and self.v1.z=0.0 ）OR （ self.v8.x=0.0 and self.v8.y=0.0 and self.v8.z=0.0 ); 变量定义和引用 var myCuboids, th
5、eCuboidsInOrigin:CuboidSet; theCuboidsInOrigin:=myCuboids.select(inOrigin);,示例2查询退休职员,declare isRetired: Employee | bool; var retiredEmps: EmployeeSet; retiredEmps:=ext(Employee).select(isRetired);,示例3无名的选择谓词的使用,当布尔选择谓词比较简单，则可以 符号来实现操作过程的传递 示例：选择红色苹果的选择操作 .选择谓词用命名isRed表达 declare isRed: Apple |bool;
6、define isRed is .选择谓词用表达直接传递过程 redApples:=myApples.select ( x: x.color = “red”) GoldCuboid=mycuboid.select ( x: x.met.name = “gold”),带参数的选择谓词,该参数是为选择谓词服务的，所以需要在谓词函数中说明 由于在引用时，显然需要由Select来引用，因此，在Select的参数表中也要说明，规则如下： poly overload select (t1 bool), t3 - t1 语义：其中类型t3可以是任何类型，它的约束条件是Select的第三个参数类型t3，必须与
7、选择谓词所需一个参数类型一致,Select的重载,Select函数不但是多态的，而且是重载的，它可以根据选择谓词的需要，设定多个参数 编译器根据重载规则，从参数的个数，寻找到正确的实现版本 其约束条件为：在哑、实结合时，Select的参数个数和各自类型必须与选择谓词的参数个数、类型完全一致,示例1一个参数的选择谓词,对Cuboid定义一个选择谓词bigCuboid，它能选择体积大于某个阈值的立方体对象 定义 declare bigCuboid: Cuboid | float - bool code bigCuboidCode; define bigCuboidCode(threshold) i
8、s return(self.volume threshold)； 引用 var myCuboids, myBigCuboids: CuboidSet; myBigCuboids:= myCuboids.select(bigCuboid, 200.0);,示例2二个参数的选择谓词,选择体积在一个范围(上限high，下限为low)的立方体 declare volumeRange: Cuboid | float, float - bool; define volumeRange(low, high) is return (self.volume=low);,迭代Iterators,可以在筛选的基础上
9、利用循环进行各种进一步的操作 例如：求符合体积要求的Cylinders的体积累加值 declare bigCyl: Cylinder | float - bool code bigCylCode; define bigCylCode(threshold) return(self.volume= threshold); var c: Cylinder; myCylinders: CylinderSet; bigCylindersTotalWeight: float:=0.0; foreach (c in myCylinders.select(bigCyl, 20.0) bigCylindersT
10、otalWeight:=bigCylindersTotalWeight + c.weight;,说明性查询语言GOMql,多态选择函数只是一个关联查询实现的基础，对于复杂的嵌套查询及其优化，表达力度不够，需要通过定义相关的查询语言来实现 查询优化有两个方面解决 关系代数的优化：编译时进行 物理查询路径的优化：执行时进行 下面的内容从用户角度出发，如何查询需求正确地用相应的查询语言序列来表达 GOMql是基于QUEL的扩展,一个对象实例库,类型定义,Type Emp is name:string ; working:Dept; salary:int; type Dept is name:stri
11、ng; mgr:Manager; profit:int;,Type Manager Supertype Emp is cars:Car; type Car is license:string; make:string; horsepower:int;,路径表达式为查找引用链的引用序列 示例： Emp.worksIn.mgr.cars.make 示例的类型定义中，关联对象的联接，仅仅采用一个进入点的方式,GOMql表达式,单目标查询表达式 rang r1:s1,rm:sm retrieve ri where p(r1, rm) 多目标查询表达式 rang r1:s1,rm:sm retrieve
12、 a1:r1,aj:rj where p(r1, rm) Range子句：范围说明子句 其中：rj（1jm）为范围变量表达式，它用于range子句中,其中，sj（1jm）必须是下列情况之一 Sj是一个类型扩展EXT(用类型名表达) 一个集合对象变量 一个列表对象变量 一个包含有集合结构的对象变量 一个包含有表结构的对象变量 一个计算一个集合结构对象的表达式 一个计算一个表结构对象的表达式 总之，变量rj被约束到一个相应的聚集类型sj的元素类型,retrieve子句 查询说明子句 简单形式：只有一个范围变量单目标查询 复杂形式：通过投影到多个范围变量，构造的多元组多目标查询 实现方法：对目标的范
13、围变量与相应的对象分别进行捆绑，并进行选择谓词查询 Where子句：选择谓词中，P的变元(r1rm)(s1xs2xsm)(m个联接) 当目标rj(或者多目标r1rj)与某一对象捆绑，使P (r1rj)为真，则该对象被选中,GOMql查询示例(一),简单选择谓词示例 查询所有工资超过100000的Emps range e:Emp retrieve e where e.salary100000.0 查询结果为id3,id4,id8,id9,id10 上述查询需要输出姓名，则为： range e:Emp retrieve e.name where e.salary100000.0,name,“LeM
14、ond” “Hinault” “Boss”,GOMql查询示例(二),问题：找出其经理为驾驶Jaguar汽车的Emps 该查询的路径表达式为： p=Emp.workIn.mgr.cars.make = “Jaguar” 查询表达式为： range e:Emp retrieve e where “Jaguar” in e.worksIn.mgr.cars.make,系统检测范围变量e的每个捆绑的对象，通过路径可以达到的串值是否为给定的“Jaguar”，若是，则该对象被选中 该选择查询代价巨大，它需要进行如下多个联接： Emp x Dept x Manager x Car 选择结果为id1,id2
15、,id8,更复杂的查询(一),例3：找出选择的经理：他的部门亏损，但仍支付给至少一个雇员工资超过二十万元 range e:Emp,m:Manager retrieve m where m=e.workIn.mgr and e.salary200000.0 and e.workIn.profit0.0 这里，m=e.worksIn.mgr称为功能联接(对象的“相等”操作子隐含地表示为“标识”),例3的优化处理 如果在Dept类型中增加一个关联属性Emp，则例3可以表示为： range d:Dept,m:Manager retrieve m where m=d.mgr and d.profit20
16、0000.0,更复杂的查询(二),例4：查找这样的经理：他驾驶过贵重的汽车，而他管理的部门获利很低 range d:Dept,m:Manager,c:Car retrieve m where m=d.mgr and d.profit150 or c.make=“Jaguar”),量词的使用（一）,(一)全称量词表达式 for all rj in sj p 语义为：若集合sj中所有成员rj均满足选择谓词p(rj)，则表达式为真，否则为假 示例：查询其经理只开宝马车的雇员 range e: Emps,c: Char retrieve e where forall c in e.worksIn.mg
17、r.cars (c.make=”BMW”),量词的使用（二）,(二)存在量词表达式 EXIST rj IN sj P(rj) 语义为：若在集合S中至少有一个成员rj满足P(rj) ,则表达式为真,否则为假 示例：查询其经理所用额轿车中有一辆为美洲虎的雇员 range e: Emps,c: Car retrieve e where exists c in e.worksIn.mgr.cars (c.make=”Jaguar”),嵌套查询,在任何一个集合可以出现的地方，都可以使用range-retrive-where表达式，因此，Gomql允许表达式嵌套 表达式嵌套可以发生在三个子句的任何一个中，
18、因为三个子句本身均要求一个集合表达式 示例：查询那些只驾驶美洲虎牌或宝马牌，或马力200的汽车经理,range m: Manager , c: Car retrieve m where forall c in m.cars (c in (range v: Car retrieve v where v.horsePower200 or v.make=”Jaguar” or v.make=”BMW”),查询表达式中聚集函数和 类型操作的使用,关系查询语言QUEL仅提供少量的聚集函数如count，sum，min，max，avg等 Gomql允许类型操作作为函数使用。其约束条件为：类型操作不会改变对象
19、的状态，且应当返回一个值 函数的范围：在where子句和retrieve子句中都可以使用 由于类型操作含有子类型的继承，因此，在执行时，每个对象实例仍然需要动态捆绑相应精化的操作,示例,示例1：查许体积大于150.0的圆柱体 range c: Cylinder retrieve c where c.volume150.0 示例2：查询所有金子做的几何体的总重量 range g: GeometricPrimitive retrieve sum(g.weight) where g.mat.name=”Gold”,基于SQL的对象查询语言GOMsql,GOMsql是O2SQL的一个子集，它是针对Go
20、m的ODL设计的查询语言 GOMsql的目标是向用户以供基于SQL的声明和面向集合的查询接口 面向对象的基于SQL的查询语言强调的是对象类型，而对象关系的SQL扩展（SQL-99）强调的仍然是关系，即如何通过关系模型的扩展将对象和类引入 其他的面向对象的查询语言-OQL。它是针对ODL设计的查询语言，而ODL是IDL(接口描述语言）-CORBA的一个组件的扩展。 *CORBA是分布式面向对象的计算的一种标准,示例数据库边界标识的几何体数据库 type BRep with extension is body name: string; weight: float; faces: FaceSet;
21、 end type BRep; type FaceSet is body Face end type FaceSet; type EdgeSet is body Edge end type EdgeSet; 查找引用链,type Face is body surface: float; edegs: EdgeSet; end type Face; type VertexSet is body Vertex end type VertexSet; type Edge is body length: float; vertices: VertexSet; end type Edge; type V
22、ertex is body x,y,z: float; end type Vertex;,GOMsql的基本查询结构,GOMsql的基本结构为：select-from-where-记为SFW表达式 示例 select b.weight from b in BRep where b.name = “cubo#5” 在Select子句中，可以引入类型操作函数 在from子句中，给出了一个显式定义的范围变量b，b属于BRep类型的对象实例集 在where子句中，b的名字要等于cubo#5,与GOMsql等价的SQL查询表达式,(1) select weight from BRep where nam
23、e = “cubo#5” (2) select b.weight from BRep as b where b.name = “cubo#5” 范围变量在SQL中被称为别名（aliases） 方式（1）没有显式的范围变量 方式（2）通过别名，定义了一个显式的范围变量b,GOMsql与SQL的主要区别,SQL：From子句中范围变量必须约束到一个已存在的，旦已被命名的元组赋值的对象集合上，即捆绑到一个关系或一个已建立的 视图上 结论：SQL的From子句中不允许嵌套SFW的结构 GOMsql：From子句中的范围变量可以定义在任何的对象集合上。即无论是持久的命名集合，还是一个临时建立的对象集合，
24、即允许捆绑到另一个SFW表达式上。 结论：GOMsql的From子句支持SFW结构的嵌套 范围变量在From子句中必须显式说明,范围变量的形式化定义,GOMsql中，范围变量被捆绑到From子句中的对象集合上 形式化描述为： : fromin ， in :=()|,嵌套查询表达式,示例：查找重量大于1000的几何体中表面积大于10的表面集合。 方法：先查找重量大于1000的几何体，再从中挑出表面积大于10的子集 Select f Form f in (select b.faces from b in Brep where b.weight1000) where f.surface10,这里，外
25、层范围变量f被限定在内部的SFW表达式所返回的Face对象集合上。 需要注意的约束条件是：保证范围变量必须有一个唯一的类型，这个类型可以在编译时推导出来 一个嵌套查询表达了查询的路径表达式是 faces 更广泛地，一个范围变量不仅被限定在通过路径表达式检索的对象集合上，而且可以捆绑在任何一个集合上。,示例2,查询重量在1001000之间的几何体 笨办法：先找出重量大于100的几何体，再从中挑出小于1000的来 select b2.name form b2 in (select b1 from b1 in Brep where b1.weight100) where b2.weight100,范
26、围变量可以限定到 实例集合的属性域上,示例：查询立方体cubo#5的8个顶点坐标。 select v.x, v.y, v.z from v in ( select e.vertices from e in ( select f.edges from f in ( select b.faces from b in BRep where b.name=“cubo#5“ ) ) ),从最内层的SFW开始（7-9句）：b被限定在BRep的类型扩展上 谓词b.name=Cubo#5将b限定到满足谓词的BRep的一个子集上，返回每个几何体的6个面f1-f6。 56行的SFW接受由内层返回的6个面，并计算它
27、们的边的并集： 产生12个不同的edge对象 语句34产生24个点的并集为8个不同的点 语句12产生8个点x.y.z值,嵌套查询和路径表达式,如下抽象的类型模式 type T0 is type Tn-1 is type Tn is body body body ； ； A1: T1； An: Tn； ； ； end type Tn end type T0 end type Tn-1 即元组类型Ti通过它的属性Ai1产生对类型Ti的引用,一个嵌套查询的SFW表达式 假如从引用链的始端T0开始，到Tn终止，查询一个原子类型SomeAttr的值，那么它的查询如下： select an.someAtt
28、r from an in ( select an-1.An from an-1 in ( select a1.A2 from a1 in ( select s.A1 from s in someSet ) ) 利用路径表达式，其查询可以缩短为： select an.someAttr from an in someSet.A1.A2.An,嵌套查询的数学表示,数学上的表示：结果集合可以表示为并集Un，其中Ui被递归定义成：,不同的Join类型,不同类型的联系 基于值的Join：关系查询传统的Join操作 标识Join 函数Join,基于值的Join,传统的连接操作，通过给定的Join属性的值的比
29、较来联系对象 示例：查询两个BRep对象，它们之间，第二个变量为第一个的两倍 select b1.name,b2.name from b1 in BRep, b2 in BRep where b1.weight * 2.0 = b2.weight+ 对象b1，b2之间通过变量值来关联,标识Join-同一Jion,标识Join-基于对象的相等，而不是值相等，因此，是基于OID值相等的连接 示例. 谓词O1O2-表示O1与O2OID相等而不是O1与O2的状态相等 谓词O-当且仅当O是Object集合中的一个对象实例时为真，而不是说Object中有一个对象状态与O的状态相等,标识Join示例,父，母
30、，子三个对象类型及其实例库 type Man with extention is name: string;.;hasKids:Child; type WOMan with extention is name: string;.;hasKids:Child; type Child with extention is name: string;.;father:Man;mother:Woman;,查询同一个父亲的两个孩子C1，C2 select c1.name,c2.name form c1 in child;c2 in child where c1.father=c2.father and c
31、1!=c2 这里c1.fatherc2.father是标识相等，而不是值相等 如果是这样的谓词 Where c1.father.name=c2.father.name and c1!=c2 -值相等查询,查询一个孩子的父母亲 select m.name,w.name,c.name from m in Man,w in Woman,c in Child where c in m.hasKids and c in w.hasKids 利用重载操作，测试对于woman集合和man集合，是否包含有同一个孩子的偶对。 也可以通过孩子类型的引用点来完成上述查询 select m.name,w.name,c
32、.name from m in Man,w in Woman,c in Child where c.father=m and c.mother=w,函数联接,利用引用链建立两个对象集合间的联接 当引用路径表达式中如果有集合属性，则需要连接 示例 select b.name,f.name from b in BRep, f in b.faces where f.surface 20 范围变量b与BRep类型对象集合捆绑，而b.faces寻找通过faces属性与b相关联的Face类集合,总结-面向对象的查询与关系查询的区别,(1)查询对象集 关系的元组 对象集，包括了继承的子对象集 (2)谓词表达：面向对象的查询在谓词里允许类型属性的引用链组成的路径表达式。 (3)谓词表达式允许对象的操作作为表达式的一个因子 (4)范围变量允许由中间结果产生的集合来说明，即在From子句中允许嵌套SFW表达式 (5)标识Join (6)函数Join,