SQL

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Pinkgo (토론 | 기여)님의 2025년 4월 2일 (수) 12:47 판 (→Aggregate Functions)

상위 문서: 데이터베이스 시스템

개요

SQL(Stuctured Query Language)은 가장 널리 자용되는 데이터베이스 질의(query) 언어이다. SQL은 SQL query language라고 많이 불리지만, 단순히 데이터베이스의 질의를 하는 것 이상의 일, 데이터의 구조를 정의하고, 데이터베이스의 데이터를 수정하며, 보안 제약 조건을 명시할 수 있다.

SQL의 구성

SQL은 아래와 같은 여러 부분으로 구성된다:

  • DDL(Data Definition Language): SQL DDL은 관계 스키마를 정의하고, 관계를 삭제하며, 관계 스키마를 수정하는 명령어들을 제공한다.
  • DML(Data Manipulation Language): SQL DML은 데이터베이스에서 정보를 질의하고, 튜플을 삽입하고, 삭제하고, 수정하는 기능을 제공한다.
  • 무결성(Integrity): SQL DDL에는 데이터베이스에 저장된 데이터가 반드시 만족해야 하는 무결성 제약 조건을 명시하는 명령어가 포함되어 있다.
  • View definition: SQL DDL에는 뷰를 정의하는 명령어가 포함되어있다.
  • Transaction protocol: SQL은 transaction의 시작점과 종료점을 지정하는 명령어들을 포함한다.
  • Embedded SQL and dynamic SQL: 임베디드 SQL과 동적 SQL은 SQL 문장이 C, C++, Java와 같은 범용 프로그래밍 언어 안에 어떻게 포함되는지를 정의한다.
  • 권한 부여(Authorization): SQL DDL은 관계와 뷰에 대한 접근 권한을 명시하는 명령어들을 포함한다.

SQL data definition

자세한 내용은 SQL data definition 문서를 참조하십시오.

Structure of SQL Queries

자세한 내용은 Structure of SQL Queries 문서를 참조하십시오.

Additional Operation

자세한 내용은 Additional Operation 문서를 참조하십시오.

Set Operation

SQL은 union, intersect, 그리고 except 연산자는 릴레이션에 대해 동작하며, 수학적인 집합 연산인 ∪(합집합), ∩(교집합), −(차집합)과 대응된다. 이 세 연산자는 아래와 같이 사용된다. 

-- Fall 2017 또는 Spring 2018에 운영되었던 course를 찾기
(select course_id from section where sem = 'Fall' and year = 2017) 
union
(select course_id from section where sem = 'Spring' and year = 2018)

-- Fall 2017와 Spring 2018에 모두 운영되었던 course를 찾기
(select course_id from section where sem = 'Fall' and year = 2017) 
intersect
(select course_id from section where sem = 'Spring' and year = 2018)

-- Fall 2017에 운영되었지만 Spring 2018에는 운영되지 않았던 course를 찾기
(select course_id from section where sem = 'Fall' and year = 2017) 
except
(select course_id from section where sem = 'Spring' and year = 2018)

이때 union, intersect, 그리고 except 연산자는 모두 그 결과 테이블에서 중복되는 튜플을 허용하지 않는다. 중복되는 튜플을 허용하기 위해서는, union all, intersect all, 그리고 except all 연산자를 사용해야 한다.

Null Values

Null 값은 존재하지 않거나 알려지지 않은 값을 나타내는데 사용된다. is null 연산자는 null 값을 가지는 튜플들을 찾는데 사용된다.[1] 이는 아래와 같다. 

select name
from instructor where salary is null

이때 null 값은 산술 연산, 비교 연산, 집합 연산을 포함한 릴레이션 연산들에서 특별한 문제를 유발한다. 산술 표현식(+, −, ∗, ∕ 등을 포함하는 표현식)의 결과는, 입력값 중 하나라도 null이면 결과도 null이 된다.

Comparison with Null

null이 포함된 비교는 더 까다로운 문제를 만든다. 예를 들어, 비교식 "1 < null" 을 생각해 보자. 이 표현식이 true라고 말하는 것은 옳지 않다. 왜냐하면 null 값이 무엇을 의미하는지 모르기 때문이다. 그렇다고 해서 이 표현식이 false라고 단정짓는 것도 옳지 않다. 만약 그렇게 한다면 "not (1 < null)"은 true가 되어버리는데, 이것도 말이 되지 않는다.
그렇기 때문에 SQL은 널이 포함된 모든 비교 연사의 결과를 “unknown”으로 처리한다.[2] 이를 구현하기 위해서 SQL은 true, false 외에 세 번째 논리 값인 unknown이 을 정의하였다.[3]

Unknown with Logical Operator

where 절의 조건(predicate)은 and, or, not 등의 boolean operation을 포함할 수 있기 때문에, 이들 연산도 unknown 값을 처리할 수 있도록 확장되며, 다음과 같이 정의된다.

  • and 연산:
    • true and unknown → unknown
    • false and unknown → false
    • unknown and unknown → unknown
  • or 연산:
    • true or unknown → true
    • false or unknown → unknown
    • unknown or unknown → unknown
  • not 연산:
    • not unknown → unknown

where 절의 계산된 조건의 결과값이 false이거나 unknown으로 평가되는 튜플은 select 절에서 선택되지 않는다.

Aggregate Functions

자세한 내용은 Aggregate Functions 문서를 참조하십시오. (집계 함수)'Aggregate function은 set 또는 multiset[4] 입력으로 받아서, 하나의 값을 반환하는 함수이다. SQL은 다음과 같은 5가지 표준 내장 집계 함수로 평균(avg), 최솟값(min), 최댓값(max), 합계(sum), 개수(count)를 제공한다. 이때 sum과 avg의 입력값은 숫자들의 집합이어야 하지만, 나머지 연산자들(min, max, count)은 문자열과 같이 숫자가 아닌 데이터 타입에도 사용할 수 있다.

Basic Aggregation

“컴퓨터 과학과(Computer Science department)에 속한 교수들의 평균 급여를 구하라.”라는 질의는 아래와 같이 작성된다. 이때 평균 급여에 avg_salary와 같이 이름을 부여한다. 

select avg(salary) as avg_salary
from instructor
where dept_name = 'Comp. Sci.';

위 예제에서는 중복값을 유지하여 평균값을 계산한다. 중복값이 제거된다면 잘못된 값이 계산되기 때문이다. 하지만 중복값이 제거되어야 올바른 값을 구할 수 있는 경우도 존재한다. 이 경우, 집계 함수에 distinct 키워드를 작성한다. 예를 들어, 어떤 교수가 어떤 수업을 했는지 나타내는 relation이 teaches라고 할때, “2018년 봄 학기에 과목을 가르친 교수들의 총 수를 구하라.”와 같은 질의는 아래와 같이 나타내진다. 

select count(distinct ID) --distinct 사용!
from teaches
where semester = 'Spring' and year = 2018;

집계 함수 count를 사용하여 relation의 튜플 수를 계산하고 싶을 때에는 아래와 같은 문법을 사용한다. 

select count(*) from course; --(*)기호를 이용해 모든 속성을 선택한다.

이때, SQL에서는 count(*)와 함께 distinct를 사용할 수 없다. 또한, max와 min에서는 distinct를 사용하는 것이 허용되지만, 결과는 변하지 않는다.

Aggregation with Grouping

Figure 1. instructor relation grouped by the dept
The result relation for the query “Find the average salary in each department”
Figure 2. 각 학과의 평균 급여

경우에 따라 우리는 집계 함수를 하나의 튜플 집합 전체에만 적용하는 것이 아니라, 튜플 집합을 여러 그룹으로 나누어서 각각의 그룹에 대해 적용하고자 할 때가 있다. SQL에서는 이를 group by절을 사용하여 지정하며, 지정된 하나 이상의 속성(attribute)은 그룹을 형성하는 기준이 된다. 즉, group by 절의 모든 속성에 대해 같은 값을 가지는 튜플들은 하나의 그룹으로 묶인다. 예를 들어, 각 학과의 평균 급여를 구하라.”라는 질의는 다음과 같이 작성된다. 

select dept_name, avg(salary) as avg_salary
from instructor
group by dept_name;

Figure 1은 instructor 릴레이션에 있는 튜플들을 dept_name 속성에 따라 그룹으로 묶은 것을 보여준다. 그 다음에는, 지정된 집계 함수(avg)가 각 그룹에 대해 계산된다. 그 계산 결과는 figure 2와 같다.

집계 함수를 사용할 때에는 다음과 같은 주의해야할 사항이 있다. select 절에서 사용된 속성 중 집계 함수의 인자로 사용되지 않은 속성은 반드시 group by 절에 사용되어야 한다. group by 절이 있으면, SQL은 각 그룹별로 하나의 결과 튜플만 출력해야 한다. 그런데 select 절에서 집계 함수 없이 속성을 사용하면, 해당 그룹 안의 여러 튜플 중 어떤 값을 출력해야 할지 알 수 없기 때문에 오류가 생긴다. 예를 들어 아래와 같은 질의는 오류에 해당한다. 

/* erroneous query */
select dept_name, ID, avg(salary) --오류!
from instructor
group by dept_name;

해당 질의에서는 dept_name에 따라 그룹이 형성되었지만, ID는 group by 절에 포함되지 않았고, 또한 집계 함수로 묶이지도 않았다. 그러므로, 한 그룹(같은 dept_name 값 안)에 여러 명의 교수(ID)가 있을 수 있는데, 그 중 어떤 ID를 출력해야 할지 알 수 없기 때문에, SQL은 이런 질의를 허용하지 않는다.

The Having Clause

때로는 개별 튜플이 아니라, 그룹 전체에 적용되는 조건을 명시하고자 할 수 있으며, 이를 위해 SQL은 having 절을 지원한다. Where 절이 그룹을 만들기 전, 모든 튜플에 대해 조건을 바탕으로 필터링을 하는 것과는 달리, having 절은 group by로 묶인 그룹 각각에 대해 조건을 바탕으로 필터링을 한다는 점에서 where 절과 구분된다. 예를 들어, "교수 들의 평균 급여가 $42,000을 초과하는 학과를 찾기"라는 질의는 아래와 같이 작성된다. 

select dept_name, avg(salary) as avg_salary
from instructor
group by dept_name
having avg(salary) > 42000;

select 절의 경우와 마찬가지로, having 절에서 사용되는 속성 중 집계 함수의 인자로 사용되지 않는 속성은 반드시 group by 절에 있어야 하며, 그렇지 않으면 그 질의는 오류가 된다. group by 절이 있으면, SQL은 각 그룹별로 하나의 결과 튜플만 출력해야 한다. 그런데 having에서 집계 함수 없이 속성을 사용하면, 해당 그룹 안의 여러 튜플 중 어떤 값을 써야 할지 정할 수 없기 때문에 오류가 생긴다. 예를 들어 아래와 같은 질의는 오류에 해당한다. 

/* erroneous query */
select dept_name, avg(salary)
from instructor
group by dept_name
having ID = '10101';  --오류!

aggregation, group by, having 절을 포함하는 질의의 의미는 다음과 같은 연산 순서로 정의된다:

  1. aggregation이 없는 질의와 마찬가지로, 우선 from 절이 평가되어 하나의 릴레이션이 생성된다.
  2. where 절이 존재하는 경우, 그 안의 조건(predicate)이 from 절의 결과 릴레이션에 적용된다.
  3. where 조건을 만족하는 튜플들이 group by 절이 있으면 그에 따라 그룹으로 나뉘게 된다.
  4. group by 절이 없다면, 조건을 만족하는 모든 튜플이 하나의 그룹으로 간주된다.
  5. having 절이 존재하면, 이 절은 각 그룹에 대해 적용되며, having 조건을 만족하지 않는 그룹은 제거된다.
  6. select 절은 남아 있는 그룹들을 사용하여 결과 튜플들을 생성하며, 집계 함수는 각 그룹마다 하나의 결과 튜플을 얻기 위해 적용된다.

where 절과 having 절을 동시에 사용하는 예시로, “2017년에 개설된 각 과목 섹션에 대해, 그 섹션에 등록된 학생들의 평균 총 이수 학점(tot_cred)을 구하되, 해당 섹션에 최소 두 명의 학생이 등록된 경우만 포함하라.”과 같은 질의는 아래와 같이 나타내어진다. 

select course_id, semester, year, sec_id, avg(tot_cred)
from student, takes
where student.ID = takes.ID and year = 2017
group by course_id, semester, year, sec_id
having count(ID) >= 2;


각주

  1. ↑ 반대의 연산을 실행하는 is not null 또한 존재한다.
  2. ↑ 단, 이 절의 뒤에서 설명할 is null, is not null 조건은 예외이다.
  3. ↑ SQL은 비교 결과가 true 또는 false가 아니라 unknown인지를 테스트하도록, is unknown과 is not unknown 절을 제공한다.
  4. ↑ 중복 원소를 허용하는 집합
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