ch02:基础查询与排序.md · weidesh/wonderful-sql

# 第二章：基础查询与排序

## 2.1 SELECT语句基础

### 2.1.1 从表中选取数据

#### SELECT语句

从表中选取数据时需要使用SELECT语句，也就是只从表中选出（SELECT）必要数据的意思。通过SELECT语句查询并选取出必要数据的过程称为匹配查询或查询（query）。

基本SELECT语句包含了SELECT和FROM两个子句（clause）。示例如下：

```sql
SELECT <列名>, 
  FROM <表名>;
```
其中，SELECT子句中列举了希望从表中查询出的列的名称，而FROM子句则指定了选取出数据的表的名称。

### 2.1.2 从表中选取符合条件的数据

#### WHERE语句

当不需要取出全部数据，而是选取出满足“商品种类为衣服”“销售单价在1000日元以上”等某些条件的数据时，使用WHERE语句。

SELECT 语句通过WHERE子句来指定查询数据的条件。在WHERE 子句中可以指定“某一列的值和这个字符串相等”或者“某一列的值大于这个数字”等条件。执行含有这些条件的SELECT语句，就可以查询出只符合该条件的记录了。

```sql
SELECT <列名>, ……
  FROM <表名>
 WHERE <条件表达式>;
```
比较下面两者输出结果的不同：
```sql
-- 用来选取product type列为衣服的记录的SELECT语句
SELECT product_name, product_type
  FROM product
 WHERE product_type = '衣服';
-- 也可以选取出不是查询条件的列（条件列与输出列不同）
SELECT product_name
  FROM product
 WHERE product_type = '衣服';
```

### 2.1.3 相关法则

* 星号（*）代表全部列的意思。
* SQL中可以随意使用换行符，不影响语句执行（但不可插入空行）。
* 设定汉语别名时需要使用双引号（"）括起来。
* 在SELECT语句中使用DISTINCT可以删除重复行。
* 注释是SQL语句中用来标识说明或者注意事项的部分。分为1行注释"-- "和多行注释两种"/*  */"。
```sql
-- 想要查询出全部列时，可以使用代表所有列的星号（*）。
SELECT *
  FROM <表名>；
-- SQL语句可以使用AS关键字为列设定别名（用中文时需要双引号（“”））。
SELECT product_id     As id,
       product_name   As name,
       purchase_price AS "进货单价"
  FROM product;
-- 使用DISTINCT删除product_type列中重复的数据
SELECT DISTINCT product_type
  FROM product;
```

## 2.2 算术运算符和比较运算符

### 2.2.1 算术运算符

SQL语句中可以使用的四则运算的主要运算符如下：

|含义|运算符|
|:----|:----|
|加法|+|
|减法|-|
|乘法|*|
|除法|/|

### 2.2.2 比较运算符

```sql
-- 选取出sale_price列为500的记录
SELECT product_name, product_type
  FROM product
 WHERE sale_price = 500;
```
SQL常见比较运算符如下：
|运算符|含义|
|:----|:----|
| = |和 ~ 相等|
| <> |和 ~ 不相等|
| >= |大于等于 ~ |
| > |大于 ~ |
| <= |小于等于 ~ |
| < |小于 ~ |

### 2.2.3 常用法则

* SELECT子句中可以使用常数或者表达式。
* 使用比较运算符时一定要注意不等号和等号的位置。
* 字符串类型的数据原则上按照字典顺序进行排序，不能与数字的大小顺序混淆。
* 希望选取NULL记录时，需要在条件表达式中使用IS NULL运算符。希望选取不是NULL的记录时，需要在条件表达式中使用IS NOT NULL运算符。

相关代码如下：

```sql
-- SQL语句中也可以使用运算表达式
SELECT product_name, sale_price, sale_price * 2 AS "sale_price x2"
  FROM product;
-- WHERE子句的条件表达式中也可以使用计算表达式
SELECT product_name, sale_price, purchase_price
  FROM product
 WHERE sale_price - purchase_price >= 500;
/* 对字符串使用不等号
首先创建chars并插入数据
选取出大于‘2’的SELECT语句*/
-- DDL：创建表
CREATE TABLE chars
（chr CHAR（3）NOT NULL, 
PRIMARY KEY（chr））;
-- 选取出大于'2'的数据的SELECT语句('2'为字符串)
SELECT chr
  FROM chars
 WHERE chr > '2';
-- 选取NULL的记录
SELECT product_name, purchase_price
  FROM product
 WHERE purchase_price IS NULL;
-- 选取不为NULL的记录
SELECT product_name, purchase_price
  FROM product
 WHERE purchase_price IS NOT NULL;
```

## 2.3 逻辑运算符

### 2.3.1 NOT运算符

想要表示 `不是……` 时，除了前文的<>运算符外，还存在另外一个表示否定、使用范围更广的运算符：NOT。

NOT不能单独使用，必须和其他查询条件组合起来使用。如下例：

选取出销售单价大于等于1000日元的记录

```sql
SELECT product_name, product_type, sale_price
  FROM product
 WHERE sale_price >= 1000;
 ```
 查询结果如下：
 
![图片](./img/ch02/ch02.00-not-230.png)
 
向上述 SELECT 语句的查询条件中添加NOT运算符

```sql
SELECT product_name, product_type, sale_price
  FROM product
 WHERE NOT sale_price >= 1000;
```
 查询结果如下：
 
![图片](./img/ch02/ch02.00-not-231.png)

可以看出，通过否定销售单价大于等于 1000 日元 （sale_price >= 1000） 这个查询条件，选取出了销售单价小于 1000 日元的商品。也就是说 `NOT sale_price >= 1000` 与 `sale_price < 1000` 是等价的。

值得注意的是，虽然通过 NOT 运算符否定一个条件可以得到相反查询条件的结果，但是其可读性明显不如显式指定查询条件，因此，不可滥用该运算符。

### 2.3.2 AND运算符和OR运算符

当希望同时使用多个查询条件时，可以使用AND或者OR运算符。

AND 相当于“并且”，类似数学中的取交集；

OR 相当于“或者”，类似数学中的取并集。

如下图所示：

AND运算符工作效果图

![图片](./img/ch02/ch02.01and.png)

OR运算符工作效果图

![图片](./img/ch02/ch02.02or.png)

#### 通过括号优先处理

如果要查找这样一个商品，该怎么处理？

>“商品种类为办公用品”并且“登记日期是 2009 年 9 月 11 日或者 2009 年 9 月 20 日”
>理想结果为“打孔器”，但当你输入以下信息时，会得到错误结果
```sql
-- 将查询条件原封不动地写入条件表达式，会得到错误结果
SELECT product_name, product_type, regist_date
  FROM product
 WHERE product_type = '办公用品'
   AND regist_date = '2009-09-11'
    OR regist_date = '2009-09-20';
```
错误的原因是 **AND 运算符优先于 OR 运算符** ，想要优先执行OR运算，可以使用 **括号** ：
```sql
-- 通过使用括号让OR运算符先于AND运算符执行
SELECT product_name, product_type, regist_date
  FROM product
 WHERE product_type = '办公用品'
   AND ( regist_date = '2009-09-11'
        OR regist_date = '2009-09-20');
```

运算符优先级请参考下图

![image](https://user-images.githubusercontent.com/26516464/177024042-2a2dff90-9864-4ab8-920f-65fb9c5d64f2.png)

### 2.3.3 真值表

复杂运算时该怎样理解？

当碰到条件较复杂的语句时，理解语句含义并不容易，这时可以采用**真值表**来梳理逻辑关系。

什么是真值？

本节介绍的三个运算符 NOT、AND 和 OR 称为逻辑运算符。这里所说的逻辑就是对真值进行操作的意思。**真值**就是值为真（TRUE）或假 （FALSE）其中之一的值。

例如，对于 sale_price >= 3000 这个查询条件来说，由于 product_name 列为 '运动 T 恤' 的记录的 sale_price 列的值是 2800，因此会返回假（FALSE），而 product_name 列为 '高压锅' 的记录的sale_price 列的值是 5000，所以返回真（TRUE）。

**AND 运算符**两侧的真值都为真时返回真，除此之外都返回假。

**OR 运算符**两侧的真值只要有一个不为假就返回真，只有当其两侧的真值都为假时才返回假。

**NOT运算符**只是单纯的将真转换为假，将假转换为真。

真值表

![图片](./img/ch02/ch02.03true.png)

查询条件为P AND（Q OR R）的真值表

![图片](./img/ch02/ch02.04true2.png)

#### 含有NULL时的真值

NULL的真值结果既不为真，也不为假，因为并不知道这样一个值。

那该如何表示呢？

这时真值是除真假之外的第三种值——**不确定**（UNKNOWN）。一般的逻辑运算并不存在这第三种值。SQL 之外的语言也基本上只使用真和假这两种真值。与通常的逻辑运算被称为二值逻辑相对，只有 SQL 中的逻辑运算被称为三值逻辑。

三值逻辑下的AND和OR真值表为：

![图片](./img/ch02/ch02.05true3.png)

### 练习题-第一部分（请给出代码、包含代码及代码执行结果的截图）

#### 2.1

编写一条SQL语句，从 `product`(商品) 表中选取出“登记日期(`regist_date`)在2009年4月28日之后”的商品，查询结果要包含 `product name` 和 `regist_date` 两列。

#### 2.2

请说出对product 表执行如下3条SELECT语句时的返回结果。

①

```sql
SELECT *
  FROM product
 WHERE purchase_price = NULL;
```
②
```sql
SELECT *
  FROM product
 WHERE purchase_price <> NULL;
```
③
```sql
SELECT *
  FROM product
 WHERE product_name > NULL;
```

#### 2.3

`2.2.3` 章节中的SELECT语句能够从 `product` 表中取出“销售单价（`sale_price`）比进货单价（`purchase_price`）高出500日元以上”的商品。请写出两条可以得到相同结果的SELECT语句。执行结果如下所示：

```sql
product_name | sale_price | purchase_price 
-------------+------------+------------
T恤衫        | 　 1000    | 500
运动T恤      |    4000    | 2800
高压锅       |    6800    | 5000
```

#### 2.4

请写出一条SELECT语句，从 `product` 表中选取出满足“销售单价打九折之后利润高于 `100` 日元的办公用品和厨房用具”条件的记录。查询结果要包括 `product_name`列、`product_type` 列以及销售单价打九折之后的利润（别名设定为 `profit`）。

提示：销售单价打九折，可以通过 `sale_price` 列的值乘以0.9获得，利润可以通过该值减去 `purchase_price` 列的值获得。

## 2.4 对表进行聚合查询

### 2.4.1 聚合函数

SQL中用于汇总的函数叫做聚合函数。以下五个是最常用的聚合函数：

- SUM：计算表中某数值列中的合计值

- AVG：计算表中某数值列中的平均值

- MAX：计算表中任意列中数据的最大值，包括文本类型和数字类型

- MIN：计算表中任意列中数据的最小值，包括文本类型和数字类型

- COUNT：计算表中的记录条数（行数）

请使用 `shop` 数据库，执行以下 SQL 查询语句，理解并掌握聚合函数的常规用法：

```sql
-- 计算销售单价和进货单价的合计值
SELECT SUM(sale_price), SUM(purchase_price) 
  FROM product;
-- 计算销售单价和进货单价的平均值
SELECT AVG(sale_price), AVG(purchase_price)
  FROM product;
-- 计算销售单价的最大值和最小值
SELECT MAX(sale_price), MIN(sale_price)
  FROM product;
-- MAX和MIN也可用于非数值型数据
SELECT MAX(regist_date), MIN(regist_date)
  FROM product;
-- 计算全部数据的行数（包含 NULL 所在行）
SELECT COUNT(*)
  FROM product;
-- 计算 NULL 以外数据的行数
SELECT COUNT(purchase_price)
  FROM product;
```

#### 使用 DISTINCT 进行删除重复值的聚合运算

当对整表进行聚合运算时，表中可能存在多行相同的数据，比如商品类型（product_type 列）。

在某些场景下，就不能直接使用聚合函数进行聚合运算了，必须搭配 `DISTINCT` 函数使用。

比如：要计算总共有几种咖啡类型在售，该怎么计算呢？

如前所述，`DISTINCT` 函数用于删除重复数据，应用 COUNT 聚合函数之前，加上 `DISTINCT` 关键字就可以实现需求。

```SQL
SELECT COUNT(DISTINCT product_type)
  FROM product;
```

### 2.4.2 聚合函数应用法则

- COUNT 聚合函数运算结果与参数有关，COUNT(*) / COUNT(1) 得到包含 NULL 值的所有行，COUNT(<列名>) 得到不包含 NULL 值的所有行。

- 聚合函数不处理包含 NULL 值的行，但是 COUNT(*) 除外。

- MAX / MIN 函数适用于文本类型和数字类型的列，而 SUM / AVG 函数仅适用于数字类型的列。

- 在聚合函数的参数中使用 DISTINCT 关键字，可以得到删除重复值的聚合结果。

## 2.5 对表进行分组

### 2.5.1 GROUP BY语句

之前使用聚合函数都是会将整个表的数据进行处理，当你想将进行分组汇总时（即：将现有的数据按照某列来汇总统计），GROUP BY可以帮助你：

```sql
SELECT <列名1>,<列名2>, <列名3>, ……
  FROM <表名>
 GROUP BY <列名1>, <列名2>, <列名3>, ……;
```
看一看是否使用GROUP BY语句的差异：
```sql
-- 按照商品种类统计数据行数
SELECT product_type, COUNT(*)
  FROM product
 GROUP BY product_type;
 -- 不含GROUP BY
SELECT product_type, COUNT(*)
  FROM product
```
按照商品种类对表进行切分

![图片](./img/ch02/ch02.06cut.png)

这样，GROUP BY 子句就像切蛋糕那样将表进行了分组。在 GROUP BY 子句中指定的列称为**聚合键**或者**分组列**。

#### 聚合键中包含NULL时

将进货单价（purchase_price）作为聚合键举例：

```sql
SELECT purchase_price, COUNT(*)
  FROM product
 GROUP BY purchase_price;
```
此时会将NULL作为一组特殊数据进行聚合运算

#### GROUP BY书写位置

GROUP BY的子句书写顺序有严格要求，不按要求会导致SQL无法正常执行，目前出现过的子句顺序为：

1. SELECT :arrow_right:	 2. FROM :arrow_right:	 3. WHERE :arrow_right:	 4. GROUP BY

其中前三项用于筛选数据，GROUP BY对筛选出的数据进行处理

#### 在WHERE子句中使用GROUP BY

```sql
SELECT purchase_price, COUNT(*)
  FROM product
 WHERE product_type = '衣服'
 GROUP BY purchase_price;
```

### 2.5.2 常见错误

在使用聚合函数及GROUP BY子句时，经常出现的错误有：

1. 在聚合函数的 SELECT 子句中写了聚合键以外的列使用 COUNT 等聚合函数时，SELECT 子句中如果出现列名，只能是 GROUP BY 子句中指定的列名（也就是聚合键）。
2. 在 GROUP BY 子句中使用列的别名 SELECT 子句中可以通过 AS 来指定别名，但在 GROUP BY 中不能使用别名。因为在 DBMS 中 ,SELECT 子句在 GROUP BY 子句后执行。
3. 在 WHERE 中使用聚合函数原因是聚合函数的使用前提是结果集已经确定，而 WHERE 还处于确定结果集的过程中，所以相互矛盾会引发错误。 如果想指定条件，可以在 SELECT，HAVING（下面马上会讲）以及O RDER BY 子句中使用聚合函数。

## 2.6 为聚合结果指定条件

### 2.6.1 用 HAVING 得到特定分组

前面学习了如何得到分组聚合结果，现在大家思考一下，如何得到分组聚合结果的部分结果呢？

将表使用 GROUP BY 分组后，怎样才能只取出其中两组？

![图片](./img/ch02/ch02.07groupby.png)

这里 WHERE 不可行，因为，WHERE子句只能指定记录（行）的条件，而不能用来指定组的条件（例如，“数据行数为 2 行”或者“平均值为 500”等）。

可以在 GROUP BY 后使用 HAVING 子句。

HAVING 的用法类似 WHERE。

值得注意的是：HAVING 子句必须与 GROUP BY 子句配合使用，且限定的是分组聚合结果，WHERE 子句是限定数据行（包括分组列），二者各司其职，不要混淆。

### 2.6.2 HAVING特点

HAVING子句用于对分组进行过滤，可以使用常数、聚合函数和GROUP BY中指定的列名（聚合键）。

```sql
-- 常数
SELECT product_type, COUNT(*)
  FROM product
 GROUP BY product_type
HAVING COUNT(*) = 2;

-- 错误形式（因为product_name不包含在GROUP BY聚合键中）
SELECT product_type, COUNT(*)
  FROM product
 GROUP BY product_type
HAVING product_name = '圆珠笔';
```

## 2.7 对查询结果进行排序

### 2.7.1 ORDER BY

在某些场景下，需要得到一个排序之后的结果，比如运动员在奥运赛场的得分，组委会用得分倒序结果来判定金银铜牌到底花落谁家。而 SQL 语句执行结果默认随机排列，想要按照顺序排序，需使用 **ORDER BY** 子句。

```sql
SELECT <列名1>, <列名2>, <列名3>, ……
  FROM <表名>
 ORDER BY <排序基准列1> [ASC, DESC], <排序基准列2> [ASC, DESC], ……
```

其中，参数 ASC 表示升序排列，DESC 表示降序排列，默认为升序，此时，参数 ASC 可以缺省。

如下代码将得到按照销售价格倒序排列的查询结果：

```sql
-- 降序排列
SELECT product_id, product_name, sale_price, purchase_price
  FROM product
 ORDER BY sale_price DESC;
```
 
如果有多列排序需求，只需在 ORDER BY 子句中依次书写排序列 + 排序参数即可，详见如下代码：

```SQL
-- 多个排序键
SELECT product_id, product_name, sale_price, purchase_price
  FROM product
 ORDER BY sale_price, product_id;
```

需要特别说明的是：由于 NULL 无法使用比较运算符进行比较，也就是说，无法与文本类型，数字类型，日期类型等进行比较，当排序列存在 NULL 值时，NULL 结果会展示在查询结果的开头或者末尾。

```SQL
-- 当用于排序的列名中含有NULL时，NULL会在开头或末尾进行汇总。
SELECT product_id, product_name, sale_price, purchase_price
  FROM product
 ORDER BY purchase_price;
```

### 2.7.2 ORDER BY 子句中使用别名

前文讲GROUP BY中提到，GROUP BY 子句中不能使用SELECT 子句中定义的别名，但是在 ORDER BY 子句中却可以使用别名。为什么在GROUP BY中不可以而在ORDER BY中可以呢？

这是因为 SQL 在使用 HAVING 子句时 SELECT 语句的执行顺序为：

FROM → WHERE → GROUP BY → SELECT → HAVING → ORDER BY

其中 SELECT 的执行顺序在 GROUP BY 子句之后，ORDER BY 子句之前。

当在 ORDER BY 子句中使用别名时，已经知道了 SELECT 子句设置的别名，但是在 GROUP BY 子句执行时还不知道别名的存在，所以在 ORDER BY 子句中可以使用别名，但是在GROUP BY中不能使用别名。

### 2.7.3 ORDER BY 遇上 NULL

在MySQL中，`NULL` 值被认为比任何 `非NULL` 值低，因此，当顺序为 ASC（升序）时，`NULL` 值出现在第一位，而当顺序为 DESC（降序）时，则排序在最后。

如果想指定存在 `NULL` 的行出现在首行或者末行，需要特殊处理。

使用如下代码构建示例表：

```sql
CREATE TABLE user (
    id INT NOT NULL AUTO_INCREMENT,
    name VARCHAR(50),
    date_login DATE,
    PRIMARY KEY (id)
);

INSERT INTO user(name, date_login) VALUES
(NULL,    '2017-03-12'), 
('john',   NULL), 
('david', '2016-12-24'), 
('zayne', '2017-03-02');
```
既然排序时，`NULL` 的值比 `非NULL` 值低（可以理解为 `0` 或者 `-∞`），那么我们在排序时就要对这个默认情况进行特殊处理以达到想要的效果。

一般有如下两种需求：

- 将 `NULL` 值排在末行，同时将所有 `非NULL` 值按升序排列。

对于数字或者日期类型，可以在排序字段前添加一个负号（minus）来得到反向排序。（`-1、-2、-3....-∞`）

```SQL
SELECT * FROM user 
 ORDER BY -date_login DESC;
```

![图片](./img/ch02/ch02.07_null_last1.jpg)

对于字符型或者字符型数字，此方法不一定能得到期望的排序结果，可以使用 `IS NULL` 比较运算符。另外 `ISNULL( )` 函数等同于使用 `IS NULL` 比较运算符。

```SQL
-- IS NULL
SELECT * FROM user 
 ORDER BY name IS NULL ASC,name ASC;
 
-- ISNULL()
SELECT * FROM user 
 ORDER BY ISNULL(name) ASC,name ASC;
```

![图片](./img/ch02/ch02.07_null_last2.jpg)   ![图片](./img/ch02/ch02.07_null_last3.jpg)

上述语句先使用 `ISNULL(name)` 字段进行升序排列，而只有当 `name` 列值为 `NULL` 时，`ISNULL(name)` 才为真，所以其排到末行，而 `name ASC` 则实现了 `非NULL` 值升序排列。

还可以使用 `COALESCE` 函数实现需求

```SQL
SELECT * FROM user 
 ORDER BY COALESCE(name, 'zzzzz') ASC;
```

![图片](./img/ch02/ch02.07_null_last4.jpg)

- 将 `NULL` 值排在首行，同时将所有 `非NULL` 值按倒序排列。

对于数字或者日期类型，可以在排序字段前添加一个负号（minus）来实现。（`-∞...-3、-2、-1`）

```SQL
SELECT * FROM user 
 ORDER BY -date_login ASC;
```

![图片](./img/ch02/ch02.07_null_first1.jpg)

对于字符型或者字符型数字，此方法不一定能得到期望的排序结果，可以使用 `IS NOT NULL` 比较运算符。另外 `!ISNULL( )` 函数等同于使用 `IS NOT NULL` 比较运算符。

```SQL
-- IS NOT NULL
SELECT * FROM user 
 ORDER BY name IS NOT NULL ASC,name DESC;

-- !ISNULL()
SELECT * FROM user 
 ORDER BY !ISNULL(name) ASC,name DESC;
```

![图片](./img/ch02/ch02.07_null_first2.jpg)   ![图片](./img/ch02/ch02.07_null_first3.jpg)

上述语句先使用 `!ISNULL(name)` 字段进行升序排列，而只有当 `name` 列值不为 `NULL` 时，`!ISNULL(name)` 才为真，所以其排到说行，而 `name DESC` 则实现了 `非NULL` 值降序排列。

还可以使用 `COALESCE` 函数实现需求

```SQL
SELECT * FROM user 
 ORDER BY COALESCE(name, 'zzzzz') DESC;
```

![图片](./img/ch02/ch02.07_null_first4.jpg)

### 练习题-第二部分（请给出代码、包含代码及代码执行结果的截图）

#### 2.5

请指出下述SELECT语句中所有的语法错误。

```sql
SELECT product_id, SUM（product_name）
--本SELECT语句中存在错误。
  FROM product 
 GROUP BY product_type 
 WHERE regist_date > '2009-09-01';
```
#### 2.6

请编写一条SELECT语句，求出销售单价（ `sale_price` 列）合计值大于进货单价（ `purchase_price` 列）合计值1.5倍的商品种类。执行结果如下所示。

```sql
product_type | sum  | sum 
-------------+------+------
衣服         | 5000 | 3300
办公用品      |  600 | 320
```
![图片](./img/ch02/ch02.08test26.png)

#### 2.7

此前我们曾经使用SELECT语句选取出了product（商品）表中的全部记录。当时我们使用了 `ORDER BY` 子句来指定排列顺序，但现在已经无法记起当时如何指定的了。请根据下列执行结果，思考 `ORDER BY` 子句的内容。

![图片](./img/ch02/ch02.09test27.png)

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