【愚公系列】软考高级-架构设计师 057-键与约束

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🚀前言

在数据库设计中，键（Key）和约束（Constraint）是确保数据完整性和实现关系模型理论的基本概念。它们定义了数据如何存储、访问以及保证数据的有效性和一致性。

🚀一、键与约束

🔎1.必要熟悉

在数据库设计中，理解不同类型的键（Key）和它们的作用是至关重要的。以下是对超键、候选键、主属性和主键的说明。

🦋1.1 超键（Superkey）

• 定义：超键是能够在一个关系（表）中唯一标识每个元组（记录）的属性集合。任何包含唯一性标识符的属性组合都可以构成超键。
• 特点：超键可以包含不必要的额外属性，即它不一定是最小的唯一标识符集合。
• 举例：在一个学生表中，包含属性：学号、姓名、性别、出生日期。
  • {学号}：是超键，因为学号唯一标识每个学生。
  • {学号, 出生日期}：也是超键，虽然出生日期不是必需的，因为学号本身已足够唯一标识每个学生。
  • {姓名, 性别, 出生日期}：可能是超键，如果这个组合在所有学生中是唯一的。

🦋1.2 候选键（Candidate Key）

• 定义：候选键是最小的超键，也就是说，它是不能再从中移除任何属性的超键。
• 特点：候选键是能够保证元组唯一性的最小属性集合。
• 举例：在上述学生表中，
  • {学号}：是一个候选键，因为它是最小集合，可以唯一标识每个学生。

🦋1.3 主属性（Prime Attribute）

• 定义：包含在任何候选键中的属性称为主属性。
• 特点：主属性是构成候选键的一部分，因此它们通过候选键来标识元组的唯一性。
• 举例：如果{学号}是候选键，则学号是一个主属性。

🦋1.4 主键（Primary Key）

• 定义：主键是从一个关系的候选键中选定的一个键，用作元组的主要唯一标识符。
• 特点：
  • 主键不可包含NULL值。
  • 一个关系（表）中只能有一个主键。
  • 主键必须是唯一的。
• 举例：在上述学生表中，{学号}可以被选为主键。

在数据库设计时选择主键是一个重要的决策过程，需要综合考虑候选键的稳定性、简洁性以及未来可能的变化。主键选择后，数据库管理系统（DBMS）会强制实施唯一性和非空的约束，确保每个元组都可以被准确地识别。

🦋1.5 案例

设计一张学生课程表，包含以下属性：学号、姓名、系名、课程名称、教师姓名

超键：是表中能唯一区分每条记录的数据项集合。该表有两个超键：

• 学号：能唯一标识每位学生
• 姓名+系名+课程名称：也能唯一标识每门课程

候选键：是表中的最小超键，用于关联其他表或保证数据完整性。该表的候选键是学号。因为学号作为最小的超键，既能唯一标识每位学生，又适合作为主键与其他表建立关联。

主属性：包含在任何候选码中的属性称为主属性。该表的主属性为：

• 姓名：标识学生的名称
• 系名：标识学生的系别
• 课程名称：标识选修课程的名称
• 教师姓名：标识任课教师的姓名🔎2.非必要属性

1. 外键（Foreign Key）：
   • 外键是一个表中的字段或字段集合，它的值必须匹配另一个表中的主键或候选键。
   • 外键用于在两个表之间建立关联关系，确保参照的数据的一致性。
2. 实体完整性约束（Entity Integrity Constraint）：
   • 实体完整性指的是数据库表的主键必须有唯一的值，不允许有重复的值。
   • 除此之外，主键字段不允许为NULL，以保证每条记录都可以被唯一地识别。
3. 参照完整性约束（Referential Integrity Constraint）：
   • 参照完整性确保了外键的值必须在其参照的那个表的主键中已经存在，或者外键的值可以是NULL（如果允许的话）。
   • 这保障了一个表的数据引用另一个表时的正确性和有效性。
4. 用户自定义完整性约束（User-Defined Integrity Constraints）：
   • 这类约束由数据库设计者根据业务规则自定义，用于确保数据满足特定的条件。
   • 例如，可设置属性的范围约束，如年龄必须在0至180之间，来确保数据的合理性和有效性。

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