MySQL 实验 6：定义数据的完整性

数据的完整性是指通过某种规则限制数据的取值范围。数据的完整性又称为完整性约束或完整性规则。根据规则的不同，关系数据库的完整性分为三种：实体完整性，参照完整性，用户自定义完整性。

一、实体完整性

实体完整性用来限制关系中主码的取值不能为空，当然主码也不能取重复值。

MySQL 通过定义 primary key 约束定义主码，则 primary key 约束所包含的列不能取空值，也不能取重复值。

MySQL 的 unique 约束可以限制所包含的列不能取重复值，但默认可以取空值，可以通过添加 NOT NULL 选项限制其不能取空值。

1、primary key（主键）约束

根据主码所包含的列数不同，分为两种：单属性码（主码只包含一个属性），多属性码（主码包含多个属性）。一个表只能定义一个主键，定义 primary key 约束的语法如下：

-- 单属性码的定义
create table table_name(
    col_name data_type primary key,
    col_name data_type,
    ... ,
    col_name data_type
);

-- 多属性码的定义（单属性码也可以采用该种格式，单属性码可以看做是特殊的多属性码）
create table table_name(
    col_name data_type,
    col_name data_type,
    ... ,
    col_name data_type,
    primary key(col_name, col_name, ...)
);

举例：

create table stu(
    s_id char(11) primary key,
    s_name char(20),
    gender char(2),
    birth date
);

create table course(
    c_id char(3) primary key,
    c_name char(50)
);

create table score(
    s_id char(11),
    c_id char(3),
    score int,
    primary key(s_id, c_id)
);

上述三张表的表结构如下：

-- PRI 包含的列为主键
mysql> desc stu;   
+--------+----------+------+-----+---------+-------+
| Field  | Type     | Null | Key | Default | Extra |
+--------+----------+------+-----+---------+-------+
| s_id   | char(11) | NO   | PRI | NULL    |       |
| s_name | char(20) | YES  |     | NULL    |       |
| gender | char(2)  | YES  |     | NULL    |       |
| birth  | date     | YES  |     | NULL    |       |
+--------+----------+------+-----+---------+-------+
4 rows in set (0.01 sec)

-- PRI 包含的列为主键
mysql> desc course;
+--------+----------+------+-----+---------+-------+
| Field  | Type     | Null | Key | Default | Extra |
+--------+----------+------+-----+---------+-------+
| c_id   | char(3)  | NO   | PRI | NULL    |       |
| c_name | char(50) | YES  |     | NULL    |       |
+--------+----------+------+-----+---------+-------+
2 rows in set (0.01 sec)

-- PRI 包含的列为主键：该表中有两个 PRI，表示一个主键包含两个属性，而不是两个主键
mysql> desc score;   
+-------+----------+------+-----+---------+-------+
| Field | Type     | Null | Key | Default | Extra |
+-------+----------+------+-----+---------+-------+
| s_id  | char(11) | NO   | PRI |         |       |
| c_id  | char(3)  | NO   | PRI |         |       |
| score | int(11)  | YES  |     | NULL    |       |
+-------+----------+------+-----+---------+-------+
3 rows in set (0.01 sec)

2、unique 约束

unique 约束又称为唯一约束，可以保证 unique 约束所包含的列取值唯一。定义 unique 约束与 primary key 约束格式相近，但一个表可以定义多个 unique 约束。语法如下：

-- 单属性码的定义
create table table_name(
    col_name data_type,
    col_name data_type unique,
    ... ,
    col_name data_type
);

-- 多属性码的定义（单属性码也可以采用该种格式）
create table table_name(
    col_name data_type,
    col_name data_type,
    ... ,
    col_name data_type,
    unique(col_name, col_name, ...)
);

举例：

create table emp(
    e_id int primary key,
    e_name char(30),
    gender char(2),
    salary decimal(10,2),
    phone char(20) unique NOT NULL,  -- 手机号：不能取重复值，并且不能为空
    id_card char(18) unique,         -- 身份证号：不能取重复值，可以为空
    address varchar(200)
);

-- 查看表结构
mysql> desc emp;
+---------+---------------+------+-----+---------+-------+
| Field   | Type          | Null | Key | Default | Extra |
+---------+---------------+------+-----+---------+-------+
| e_id    | int(11)       | NO   | PRI | NULL    |       |
| e_name  | char(30)      | YES  |     | NULL    |       |
| gender  | char(2)       | YES  |     | NULL    |       |
| salary  | decimal(10,2) | YES  |     | NULL    |       |
| phone   | char(20)      | NO   | UNI | NULL    |       |
| id_card | char(18)      | YES  | UNI | NULL    |       |
| address | varchar(200)  | YES  |     | NULL    |       |
+---------+---------------+------+-----+---------+-------+
7 rows in set (0.01 sec)

二、参照完整性

参照完整性：限制外键（foreign key）的取值。

（1）外键可以取空值。

（2）外键如果不取空值，则必须从与之对应的父表的主码中取值。

1、定义 foreign key 约束

MySQL 定义外键的语法如下：

create table table_name(
    col_name data_type,
    col_name data_type,
    ... ,
    col_name data_type,
    foreign key(col_name) references table_name(col_name)
);

举例：新建数据库，在数据库中创建如下四张表

create database stu_db;
use stu_db;

-- 院系表：dept_id 列为主键
create table dept(
    dept_id char(3) primary key,
    dept_name char(50)
);

-- 学生表：s_id 列为主键，dept_id 列为外键，与 dept 表的列 dept_id 对应
create table stu(
    s_id char(11) primary key,
    s_name char(20),
    gender char(2),
    birth date,
    dept_id char(3),
    foreign key(dept_id) references dept(dept_id)
);

-- 可成表：c_id 列为主键
create table course(
    c_id char(3) primary key,
    c_name char(50)
);

-- 成绩表：s_id 与 c_id 两个列为主键
-- s_id 列为外键，与 stu 表的列 s_id 对应
-- c_id 列为外键，与 course 表的列 c_id 对应
create table score(
    s_id char(11),
    c_id char(3),
    score int,
    primary key(s_id, c_id),
    foreign key(s_id) references stu(s_id),
    foreign key(c_id) references course(c_id)
);

2、查看 foreign key 约束

上述四张表的表结构如下：

mysql> desc dept;
+-----------+----------+------+-----+---------+-------+
| Field     | Type     | Null | Key | Default | Extra |
+-----------+----------+------+-----+---------+-------+
| dept_id   | char(3)  | NO   | PRI | NULL    |       |
| dept_name | char(50) | YES  |     | NULL    |       |
+-----------+----------+------+-----+---------+-------+
2 rows in set (0.01 sec)

mysql> desc stu;
+---------+----------+------+-----+---------+-------+
| Field   | Type     | Null | Key | Default | Extra |
+---------+----------+------+-----+---------+-------+
| s_id    | char(11) | NO   | PRI | NULL    |       |
| s_name  | char(20) | YES  |     | NULL    |       |
| gender  | char(2)  | YES  |     | NULL    |       |
| birth   | date     | YES  |     | NULL    |       |
| dept_id | char(3)  | YES  | MUL | NULL    |       |
+---------+----------+------+-----+---------+-------+
5 rows in set (0.01 sec)

mysql> desc course;
+--------+----------+------+-----+---------+-------+
| Field  | Type     | Null | Key | Default | Extra |
+--------+----------+------+-----+---------+-------+
| c_id   | char(3)  | NO   | PRI | NULL    |       |
| c_name | char(50) | YES  |     | NULL    |       |
+--------+----------+------+-----+---------+-------+
2 rows in set (0.01 sec)

mysql> desc score;
+-------+----------+------+-----+---------+-------+
| Field | Type     | Null | Key | Default | Extra |
+-------+----------+------+-----+---------+-------+
| s_id  | char(11) | NO   | PRI |         |       |
| c_id  | char(3)  | NO   | PRI |         |       |
| score | int(11)  | YES  |     | NULL    |       |
+-------+----------+------+-----+---------+-------+
3 rows in set (0.00 sec)

可以使用命令【show create table 表名】查看 foreign key 约束的详情：

mysql> show create table stu\G
*************************** 1. row ***************************
       Table: stu
Create Table: CREATE TABLE `stu` (
  `s_id` char(11) NOT NULL,
  `s_name` char(20) DEFAULT NULL,
  `gender` char(2) DEFAULT NULL,
  `birth` date DEFAULT NULL,
  `dept_id` char(3) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`s_id`),
  KEY `dept_id` (`dept_id`),
  CONSTRAINT `stu_ibfk_1` FOREIGN KEY (`dept_id`) REFERENCES `dept` (`dept_id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=latin1
1 row in set (0.00 sec)

mysql> show create table score\G
*************************** 1. row ***************************
       Table: score
Create Table: CREATE TABLE `score` (
  `s_id` char(11) NOT NULL DEFAULT '',
  `c_id` char(3) NOT NULL DEFAULT '',
  `score` int(11) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`s_id`,`c_id`),
  KEY `c_id` (`c_id`),
  CONSTRAINT `score_ibfk_1` FOREIGN KEY (`s_id`) REFERENCES `stu` (`s_id`),
  CONSTRAINT `score_ibfk_2` FOREIGN KEY (`c_id`) REFERENCES `course` (`c_id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=latin1
1 row in set (0.00 sec)

3、验证 foreign key 约束的生效情况

说明：

（1）插入数据时， foreign key 约束限制子表中数据的取值。

（2）删除和更新数据时， foreign key 约束也会限制父表中数据的取值。

（3）创建表时，需要先创建父表，才能在子表中创建 foreign key 约束。删除表时，必须先删除子表，才能删除父表。

下面以 dept 与 stu 两张表为例，验证 foreign key 约束的生效情况。

在 dept 表中输入如下的数据：

insert into dept values('D01', '管理系');
insert into dept values('D02', '计算机系');
insert into dept values('D03', '机电系');
insert into dept values('D04', '法律系');

-- 查看数据
mysql> select * from dept;
+---------+-----------+
| dept_id | dept_name |
+---------+-----------+
| D01     | 管理系    |
| D02     | 计算机系  |
| D03     | 机电系    |
| D04     | 法律系    |
+---------+-----------+
4 rows in set (0.00 sec)

在 stu 表中输入如下的数据（正常数据，满足 foreign key 约束）：

insert into stu values('20230224101', '李刚', '男', '2005-10-8', 'D01');
insert into stu values('20230224102', '张静静', '女', '2005-6-12', 'D01');
insert into stu values('20230224103', '李梅', '女', '2004-12-18', 'D01');
insert into stu values('20230224201', '王大鹏', '男', '2005-6-30', 'D02');
insert into stu values('20230224202', '张九龄', '男', '2004-11-19', 'D02');

-- 查看数据
mysql> select * from stu;
+-------------+--------+--------+------------+---------+
| s_id        | s_name | gender | birth      | dept_id |
+-------------+--------+--------+------------+---------+
| 20230224101 | 李刚   | 男     | 2005-10-08 | D01     |
| 20230224102 | 张静静 | 女     | 2005-06-12 | D01     |
| 20230224103 | 李梅   | 女     | 2004-12-18 | D01     |
| 20230224201 | 王大鹏 | 男     | 2005-06-30 | D02     |
| 20230224202 | 张九龄 | 男     | 2004-11-19 | D02     |
+-------------+--------+--------+------------+---------+
5 rows in set (0.00 sec)

在 stu 表中输入如下的数据（报错！违反了 foreign key 约束）：

mysql> insert into stu values('20230224601', '李逵', '男', '2005-3-25', 'D06');
ERROR 1452 (23000): Cannot add or update a child row: a foreign key constraint fails (`stu_db`.`stu`, CONSTRAINT `stu_ibfk_1` FOREIGN KEY (`dept_id`) REFERENCES `dept` (`dept_id`))

-- 违反了 foreign key 约束，应为院系编号【D06】在父表中不存在。

删除父表（dept）中的数据：

-- 院系编号为【D04】的记录可以删除，因为【D04】在子表中没有对应的记录，删除之后也不会违反 foreign key 约束
mysql> delete from dept where dept_id='D04';
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)

mysql> select * from dept;
+---------+-----------+
| dept_id | dept_name |
+---------+-----------+
| D01     | 管理系    |
| D02     | 计算机系  |
| D03     | 机电系    |
+---------+-----------+
3 rows in set (0.00 sec)

-- 删除失败：院系编号为【D02】的记录不能被删除，因为【D02】在子表中有对应的记录，删除之后会违反 foreign key 约束
mysql> delete from dept where dept_id='D02';
ERROR 1451 (23000): Cannot delete or update a parent row: a foreign key constraint fails (`stu_db`.`stu`, CONSTRAINT `stu_ibfk_1` FOREIGN KEY (`dept_id`) REFERENCES `dept` (`dept_id`))

mysql> select * from dept;
+---------+-----------+
| dept_id | dept_name |
+---------+-----------+
| D01     | 管理系    |
| D02     | 计算机系  |
| D03     | 机电系    |
+---------+-----------+
3 rows in set (0.00 sec)

更新父表（dept）中的数据：更新父表中的数据时，只有更新主码才可能影响 foreign key 约束，更新其他列的取值对 foreign key 约束没有影响。

-- 院系编号为【D03】的记录可以更新院系编号的取值，因为【D03】在子表中没有对应的记录，更新之后也不会违反 foreign key 约束
mysql> update dept set dept_id='D13' where dept_id='D03';
Query OK, 1 row affected (0.01 sec)
Rows matched: 1  Changed: 1  Warnings: 0

mysql> select * from dept;
+---------+-----------+
| dept_id | dept_name |
+---------+-----------+
| D01     | 管理系    |
| D02     | 计算机系  |
| D13     | 机电系    |
+---------+-----------+
3 rows in set (0.00 sec)

-- 更新失败：院系编号为【D02】的记录不能更改院系编号的值，因为【D02】在子表中有对应的记录，更新之后会违反 foreign key 约束
mysql> update dept set dept_id='D12' where dept_id='D02';
ERROR 1451 (23000): Cannot delete or update a parent row: a foreign key constraint fails (`stu_db`.`stu`, CONSTRAINT `stu_ibfk_1` FOREIGN KEY (`dept_id`) REFERENCES `dept` (`dept_id`))

mysql> select * from dept;
+---------+-----------+
| dept_id | dept_name |
+---------+-----------+
| D01     | 管理系    |
| D02     | 计算机系  |
| D13     | 机电系    |
+---------+-----------+
3 rows in set (0.00 sec)

三、非空约束（NOT NULL）

非空约束用来限制某个列的取值不能为空。格式如下：

create table table_name(
    col_name data_type,
    col_name data_type NOT NULL|NULL,
    ... ,
    col_name data_type
);

-- 说明：如果定义表时，某个列后面既没有 NOT NULL，也没有 NULL 选项，则该列默认可以取空值。

例如：

create table emp(
    e_id int primary key,
    e_name char(30) NOT NULL,
    gender char(2),
    birth date,
    phone char(20) NOT NULL,
    address varchar(200)
);

-- 查看表结构
mysql> desc emp;
+---------+--------------+------+-----+---------+-------+
| Field   | Type         | Null | Key | Default | Extra |
+---------+--------------+------+-----+---------+-------+
| e_id    | int(11)      | NO   | PRI | NULL    |       |
| e_name  | char(30)     | NO   |     | NULL    |       |
| gender  | char(2)      | YES  |     | NULL    |       |
| birth   | date         | YES  |     | NULL    |       |
| phone   | char(20)     | NO   |     | NULL    |       |
| address | varchar(200) | YES  |     | NULL    |       |
+---------+--------------+------+-----+---------+-------+
6 rows in set (0.01 sec)

-- gender, birth，address 三个表可以取空值。e_id（主键）、e_name 与 phone 三个列不能取空值。

四、定义自增列（auto_increment）

MySQL 的自增列不是一个约束，但定义自增列语法格式与约束的定义相似。

自增列的数据类型必须是整数类型，其他数据类型的列不能定义为自增列。

定义为自增的列必须是一个 key（primary key、unique、key、index），一般把一个表的主键（primary key）定义为自增列。

定义自增列的语法格式如下：

create table table_name(
    col_name data_type primary key auto_increment,
    col_name data_type,
    ... ,
    col_name data_type
);

例如：

create table t1(
    id int primary key auto_increment,
    name char(20)
);

-- 查看表结构
mysql> desc t1;
+-------+----------+------+-----+---------+----------------+
| Field | Type     | Null | Key | Default | Extra          |
+-------+----------+------+-----+---------+----------------+
| id    | int(11)  | NO   | PRI | NULL    | auto_increment |
| name  | char(20) | YES  |     | NULL    |                |
+-------+----------+------+-----+---------+----------------+
2 rows in set (0.01 sec)

如果一个列为自增列，在输入数据时，如果没有给自增列指定数据，则自动生成一个不重复的数据。MySQL 允许为自增列指定数据。例如：

-- 不指定数据
insert into t1(name) values('tom');

-- 查看数据
mysql> select * from t1;
+----+------+
| id | name |
+----+------+
|  1 | tom  |
+----+------+
1 row in set (0.00 sec)

-- 为自增列指定数据
insert into t1 values(10, 'jerry');

-- 查看数据
mysql> select * from t1;
+----+-------+
| id | name  |
+----+-------+
|  1 | tom   |
| 10 | jerry |
+----+-------+
2 rows in set (0.00 sec)

-- 再次插入数据
insert into t1(name) values('rose');

-- 查看数据
mysql> select * from t1;
+----+-------+
| id | name  |
+----+-------+
|  1 | tom   |
| 10 | jerry |
| 11 | rose  |
+----+-------+
3 rows in set (0.00 sec)

五、默认值（default）

MySQL 的默认值不是一个约束，但定义默认值的语法格式与约束的定义相似。如果为一个列指定了默认值，则输入数据时如果没有为该列指定数据，则把默认值作为该列的取值。定义默认值的语法格式如下：

create table table_name(
    col_name data_type,
    col_name data_type default value,
    ... ,
    col_name data_type
);

例如：

create table emp01(
    e_id int primary key auto_increment,
    e_name char(20) NOT NULL,
    gender char(2) default '男',
    birth date,
    address varchar(200) default '地址未知'
);

-- 查看表结构
mysql> desc emp01;
+---------+--------------+------+-----+----------+----------------+
| Field   | Type         | Null | Key | Default  | Extra          |
+---------+--------------+------+-----+----------+----------------+
| e_id    | int(11)      | NO   | PRI | NULL     | auto_increment |
| e_name  | char(20)     | NO   |     | NULL     |                |
| gender  | char(2)      | YES  |     | 男       |                |
| birth   | date         | YES  |     | NULL     |                |
| address | varchar(200) | YES  |     | 地址未知 |                |
+---------+--------------+------+-----+----------+----------------+
5 rows in set (0.01 sec)

插入数据：

-- 为所有的列指定数据
insert into emp01 values(11, '李华', '女', '1989-1-23', '河南新乡');

-- 默认值用 default 表示
insert into emp01 values(12, '张军', default, '1986-10-8', default);

-- 默认值不指定数据
insert into emp01(e_name, birth) values('李静','1991-1-1');

-- 查看数据
mysql> select * from emp01;
+------+--------+--------+------------+----------+
| e_id | e_name | gender | birth      | address  |
+------+--------+--------+------------+----------+
|   11 | 李华   | 女     | 1989-01-23 | 河南新乡 |
|   12 | 张军   | 男     | 1986-10-08 | 地址未知 |
|   13 | 李静   | 男     | 1991-01-01 | 地址未知 |
+------+--------+--------+------------+----------+
3 rows in set (0.00 sec)