5.4. 限制條件

資料型別是一種限制資料如何被儲存在表格中的方式。然而,對許多應用來說,這樣的限制還是不夠細膩。舉個例子,一個欄位包含了產品價格,當然它必須只能是正整數,但並沒有標準的資料型別可以只限制在正整數。另一個需求是,你可能想要限制的條件是依據其他的資料而定。舉例來說,在表格中的產品資訊,每一個產品編號都不能重覆。

所以,SQL 允許你在表格和欄位上定義額外的限制條件,它幫助你對資料有更多的控制能力。當某個使用者輸入資料時,違反了限制條件,錯誤訊息就會產生。這些限制條件也會限制預設值的設定。

5.3.1. 檢查

使用 CHECK 是最普遍的限制條件製定方式,它可以允許你指定某個欄位必須符合某個布林條件式的判斷。舉個例子,要滿足產品價格是正數的話,你可以使用這樣的語法:

CREATE TABLE products (
product_no integer,
name text,
price numeric CHECK (price > 0)
);

如同你所看到的,限制條件會接在資料型別之後,就像是預設值的設定一樣。預設值和限制條件的設定,在語法撰寫上沒有先後次序。檢查限制條件使用關鍵字 CHECK,然後接著是一組以括號括起來的條件式。其條件式應該要包含被限制的欄位,不然就沒有任何意義。

你也可以讓該限制條件擁有另一個名稱,這樣的好處是,當錯誤訊息發生時,你可以明確得到是哪一個限制被違反了:

CREATE TABLE products (
product_no integer,
name text,
price numeric
CONSTRAINT positive_price CHECK (price > 0)
);

如上,給予這個限制條件一個名稱,使用關鍵字 CONSTRAINT,緊接著一個限制條件的定義。(如果你沒有自行命名,系統也會自動取一個名字)

一個限制條件可以參考多個欄位。例如你設定了標準價格和優惠價格,而你需要確保優惠價格一定是比標準價格要便宜的話:

CREATE TABLE products (
product_no integer,
name text,
price numeric CHECK (price > 0),
discounted_price numeric CHECK (discounted_price > 0),
CHECK (price > discounted_price)
);

前兩個限制條件和前述很類似,而第三個是新的語法。它並不是只參考某個特定的欄位,而是以逗號分隔列出所有需要遵守的條件。欄位的定義和限制條件的定義,撰寫上沒有規定次序。

我們會說前兩個是欄位的限制,而第三個是表格的限制,因為它是獨立於其他的欄位定義的。欄位限制也可以寫成表格的限制方式,不過反過來通常就不行,因為一個欄位的限制,指的就是只參考到語法上它所接續的欄位而已。(PostgreSQL 並沒有強制這樣做,但如果你的語法與其他資料庫共用的話,最好還是依這樣的語法避免混用。)上面的例子也可以改寫成如此:

CREATE TABLE products (
product_no integer,
name text,
price numeric,
CHECK (price > 0),
discounted_price numeric,
CHECK (discounted_price > 0),
CHECK (price > discounted_price)
);

或等同於:

CREATE TABLE products (
product_no integer,
name text,
price numeric CHECK (price > 0),
discounted_price numeric,
CHECK (discounted_price > 0 AND price > discounted_price)
);

都可以照你所喜愛的語法撰寫。

命名表格的限制條件和欄位限制條件的命名是一樣的:

CREATE TABLE products (
product_no integer,
name text,
price numeric,
CHECK (price > 0),
discounted_price numeric,
CHECK (discounted_price > 0),
CONSTRAINT valid_discount CHECK (price > discounted_price)
);

應該要注意的是,檢查限制條件是否成立,端看條件表示式在運算後是真值(true)還是空值(null)。因為當有運算元是空值時,多數的運算結果都是空值,所以可能會有空值產生在想要限制條件的欄位之中。要確保欄位中不會出現空值的話,請參閱下一段的說明。

5.3.2. 限制無空值

限制無空值只要以下方的語法設定,就可以限制欄位不得存在空值的輸入:

CREATE TABLE products (
product_no integer NOT NULL,
name text NOT NULL,
price numeric
);

限制無空值的語法,只能使用在欄位限制上。而限制無空值等效於以 CHECK 建立一個限制條件式為(IS NOT NULL),但在 PostgreSQL 明確使用 NOT NULL 語法的話,處理會更快速。只是它的缺點是你無法給予這樣的限制一個自訂的名稱。

當然,一個欄位可以有一個以上的限制條件。只要一個接著一個即可:

CREATE TABLE products (
product_no integer NOT NULL,
name text NOT NULL,
price numeric NOT NULL CHECK (price > 0)
);

撰寫的次序沒有關係,也不需要去計較限制被檢查的次序。

NOT NULL 有一個相反的語法:NULL。這並非表示欄位裡只能是空值,如果這樣的話就完全沒用處了。其實這是一種簡化,將預設值設定為空值。NULL 語法並不是 SQL 標準的一部份,所以請不要用在可移植式的應用程式裡。(這僅是 PostgreSQL 為了相容其他資料庫而增加的功能)然而,有一些使用者喜歡使用它,因為在程序檔的撰寫上,很容易利用這個語法來切換限制條件。舉個例子,你可以先寫下:

CREATE TABLE products (
product_no integer NULL,
name text NULL,
price numeric NULL
);

然後在需要的時候再適時加入 NOT 關鍵字即可。

小技巧

在多數資料庫設計原則上,主要欄位都應該被標示為 NOT NULL。

5.3.3. 限制唯一性

限制唯一性,確保在某個欄位或某一群欄位的資料,是在該表格中獨一無二的。語法如下:

CREATE TABLE products (
product_no integer UNIQUE,
name text,
price numeric
);

這是欄位限制的語法。而:

CREATE TABLE products (
product_no integer,
name text,
price numeric,
UNIQUE (product_no)
);

則是表格限制的寫法。

如果想要限制一群欄位的唯一性的話,請使用表格限制的語法,欄位名稱以逗號分隔:

CREATE TABLE example (
a integer,
b integer,
c integer,
UNIQUE (a, c)
);

這表示這些欄位所包含的內容組合,在整個表格中是具有唯一性的,但任何一個欄位本身並不一定具備唯一性。

你可以命名唯一性的限制條件,語法如下:

CREATE TABLE products (
product_no integer CONSTRAINT must_be_different UNIQUE,
name text,
price numeric
);

加入唯一性的限制條件,將會自動建立一個具唯一性的 B-tree 索引,其包含的欄位就如限制條件中所條列的欄位。這樣唯一性限制的語法並不能只限制某部份列的唯一性,但如果使用「部份索引 (partial index) 」的話就可以做到。

一般來說,唯一性被違反的情況是,所限制的欄位在表格中,有超過一列的資料是相等的。不過,空值並不會被計算在內。這表示說,即使設定了唯一性的限制,在被限制的欄位中,還是有可能會有多個列的資料是空值。這個設計源自 SQL 標準,但聽說有其他的 SQL 資料庫並不是這樣的規則。所以,如果要移植這個語法到其他資料庫的話,要注意這項設計有無差異。

5.3.4. 主鍵(Primary Keys)

主鍵的意思是,某一個欄位或某一群欄位,在整個表格中,其每一列的組合都是唯一的,且有宣告唯一性的限制條件,並且也包含了非空值的條件(UNIQUE 及 NOT NULL)。所以,下面的兩種語法對資料的意義相同:

CREATE TABLE products (
product_no integer UNIQUE NOT NULL,
name text,
price numeric
);
CREATE TABLE products (
product_no integer PRIMARY KEY,
name text,
price numeric
);

主鍵也可以包含多個欄位,語法和宣告唯一限制條件類似:

CREATE TABLE example (
a integer,
b integer,
c integer,
PRIMARY KEY (a, c)
);

加入主鍵時,會自動建立一個具唯一性的 B-tree 索引,範圍為 PRIMARY KEY 語法所定義的欄位,並且會強制將這些欄位設定為非空值(NOT NULL)。

一個表格只能有一個主鍵。(你可以使用 UNIQUE 及 NOT NULL 設定多個同樣的限制條件,在功能上幾乎是相同的,但只能有一組條件是由 PRIMARY KEY 所定義。)關連式資料庫的理論指出,每一個表格都必須要有一個主鍵。這個規則在 PostgreSQL 中並不是強制的,但通常建議最好遵循這個理論。

主鍵在用戶端文件式的資料處理上是很有用的。舉個例子,一個圖型化介面讓使用者可以修改資料,那麼可能就需要主鍵來確認每一列的唯一性,而不致於產生混淆。也有一些用途是在資料庫系統的管理上,例如,主鍵會用於外部鍵(Foreign Keys)的處理,使其可以處理表格與表格間的資料對應問題。

5.3.5. 外部鍵(Foreign Keys)

外部鍵指的是某個欄位或某一群欄位的內容,必須在另一個表格相對欄位之中,存在相同內容的資料。我們會說這樣的行為是在維護兩個表格之間的關連性。

就使用我們已經使用多次的產品表格吧:

CREATE TABLE products (
product_no integer PRIMARY KEY,
name text,
price numeric
);

讓我們假設你有一個表格用來儲存這些產品的訂單,我們要確保這些訂單內的產品確實存在。所以我們定義一個外部鍵來關連訂單的表格和產品的表格:

CREATE TABLE orders (
order_id integer PRIMARY KEY,
product_no integer REFERENCES products (product_no),
quantity integer
);

這樣的話,如果 product_no 沒有出現在產品表格的話,就無法建立資料了。

我們會說像這樣的情況是,訂單表格是引用表格(referencing table),而產品表格是參考表格(referenced table)。相對地,欄位也稱為引用欄位(referencing columns)及參考欄位(referenced columns)。

你可以將這個語法簡化為:

CREATE TABLE orders (
order_id integer PRIMARY KEY,
product_no integer REFERENCES products,
quantity integer
);

因為在參考表格中,不在主鍵欄位組合中的欄位,就是參考欄位。

外部鍵也可以參考一組欄位。一般來說,這樣要寫成表格限制條件形式,如下:

CREATE TABLE t1 (
a integer PRIMARY KEY,
b integer,
c integer,
FOREIGN KEY (b, c) REFERENCES other_table (c1, c2)
);

當然,組合外部鍵的欄位數量,彼此之間必須要相等。

你可以給外部鍵一個名稱,使用語法與限制條件相同。

一個表格可以有許多個外部鍵,這用於表格之間多對多的關係。例如你有一些表格記錄了很多產品和訂單,但現在你要讓每一筆訂單也可以訂購多項產品(這在先前的語法並不允許)。你也許可以試試這個表格宣告:

CREATE TABLE products (
product_no integer PRIMARY KEY,
name text,
price numeric
);
CREATE TABLE orders (
order_id integer PRIMARY KEY,
shipping_address text,
...
);
CREATE TABLE order_items (
product_no integer REFERENCES products,
order_id integer REFERENCES orders,
quantity integer,
PRIMARY KEY (product_no, order_id)
);

注意到這裡的主鍵和外部鍵是重覆的。

我們知道外部鍵不允許沒有關連到產品的訂單,但如果企圖移除一個有訂單的產品會如何呢?SQL 有幾個選項讓你直覺進行這項操作:

  • 不允許移除被參考到的產品

  • 同時也刪去訂單

  • 其他?

要描繪這些情況,讓我們建立如上需求的多對多關連的結構:當某人要移除一個有訂單的產品(以 order_items 關連)時,我們不允許執行。而如果某人移除了一筆訂單,訂單內的項目也會同步被移除:

CREATE TABLE products (
product_no integer PRIMARY KEY,
name text,
price numeric
);
CREATE TABLE orders (
order_id integer PRIMARY KEY,
shipping_address text,
...
);
CREATE TABLE order_items (
product_no integer REFERENCES products ON DELETE RESTRICT,
order_id integer REFERENCES orders ON DELETE CASCADE,
quantity integer,
PRIMARY KEY (product_no, order_id)
);

引用和同步刪除有兩個常見的作法。用「RESTRICT」防止參考的資料被刪除;「NO ACTION」表示當限制條件被違反時,引用欄位的資料仍會留存,然後回傳錯誤訊息,如果未指定處理方式的話,這會是預設的行為(這兩個語法根本上的不同是「NO ACTION」允許延遲檢查到交易事務的最後,而「RESTRICT」則不會。);「CASCADE」指的是當參考的資料列被刪除時,引用的資料列也會同步被刪除。刪除時還有兩個其他的選項:SET NULL 和 SET DEFAULT,表示引用的資料會被更新為空值或其預設值。注意到,這並不是說你就可以違反限制條件。舉個例來說,如果使用了 SET DEFAULT,但預設值卻違反了外部鍵的限制,這個操作將會失敗。

類似的於 ON DELETE 的情況是 ON UPDATE,也就是在參考欄位的資料內容被更新時的情況。可以設定的動作關鍵字是相同的。在這個情況的 CASCADE 指的就是更新參考欄位的資料內容時,引用欄位的內容也會同步被更新為相同的內容。

一般來說,引用的資料列不需要滿足外部鍵的定義,如果其任一欄位內容為空值的話。而如果「MATCH FULL」加到宣告的語法之中的話,引用的資料列就必須要全部都是空值才不受外部鍵的限制(也就是部份空值的資料列就不受限制)。如果要避免空值使得外部鍵失效的話,就應該宣告相關欄位為 NOT NULL。

外部鍵所參考的欄位必須要是主鍵或是宣告其唯一性限制,這表示參考欄位會有索引存在,這使得檢查關連的過程會是很有效率的。因為在刪除或更新參考資料表時,需要檢查引用資料表的情況,所以在引用表格的欄位建立索引,也是常見的作法。因為這並不是一定需要,而還有許多的選擇在於如何索引,所以宣告外部鍵時並不會自行以引用欄位組合建立索引。

關於更新資料與刪除資料的細節在第 6 章。也可以在 CREATE TABLE 語法說明中,找到更多外部鍵的說明。

5.3.6. 除外宣告(Exclusion Constraints)

除外宣告要確保的是,如果任意兩個資料列在指定的欄位或表示式被比較時,用於特定的運算子,至少有一個比較會回傳假(false)或空值(null)。語法如下:

CREATE TABLE circles (
c circle,
EXCLUDE USING gist (c WITH &&)
);

詳情請參考 CREATE TABLE 中,CONSTRAINT 到 EXCLUDE 的段落。

加入除外宣告時,將會自動建立相對應的索引。