【概述】

一个 SELECT-WHERE 语句称为一个查询块，将一个查询块嵌套在另一个查询块的 WHERE 子句或 HAVING 短语的条件中，称为嵌套查询

在嵌套查询这种，上层的查询块称为外层查询或父查询，下层的查询块称为内层查询或子查询

如下例，就是一个嵌套查询

SELECT Sname      /*父查询*/
FROM student
WHERE Sno IN(     /*子查询*/
    SELECT Sno
    FROM SC
    WHERE Cno='1'
);

SQL 允许多层嵌套查询，即一个子查询中可以嵌套其他子查询，使得通过使用多个简单的查询构成复杂的查询，从而加强了 SQL 的查询能力，这种层层嵌套的方式，反映了 SQL 语言的结构化

要注意的是，有些嵌套查询可以通过连接运算替代，同时子查询不能使用 ORDER BY 子句，ORDER BY 子句只能对最终的结果排序

【带有 IN 的子查询】

在嵌套查询中，子查询的结果往往是一个集合，所以谓词 IN 是嵌套查询中最常用的谓词

例如，查询与张三在一个系的学生

该要求可以分步来完成，第一步确定张三所在的系名

第二步根据所查的系名来查找所有在 CS 系的学生

将第一步嵌入第二步中，即可构造嵌套查询

该例中，子查询的查询条件不依赖父查询，该类查询称为不相关子查询，一般处理的方法是根据要求从里向外逐层处理，用子查询的结果用于建立其父查询的查询条件

除上述两种方法外，该例还可以使用自身连接来完成

可见，对于嵌套查询来说，有些可以使用连接查询来替代，只是 SQL 语言的书写和执行效率不同

如果是嵌套查询：首先会在内层中筛选得到一张满足条件的小表，再到外面的一层表进行查找，运算量较少
如果是连接查询：首先会进行笛卡尔积运算，生成一张大表后再去进行选择，运算量较大

对于成千上万行的大型数据库，使用上述两种不同的方法运算效率差别极大，也就是说，使用嵌套查询可以大幅度提高查询效率，此外，嵌套查询逐步求解层次清楚、易于构造，具有结构化程序设计的优点

【带有比较运算符的子查询】

带有比较运算符的子查询是指父查询与子查询间用比较运算符连接，当用户确切知道子查询返回的是单值时，可以使用 >、<、>=、<=、=、!=、<> 等比较运算符

例如，找出每个学生超过其选修课程平均成绩的课程号

该例中，子查询的查询条件依赖父查询，该类查询称为相关子查询，一般处理的方法是：

取父查询中表的第一个元组，根据与子查询相关的属性值处理子查询，若 WHERE 子句返回为真，则将该元组放入结果表中
取父查询中表中的下一个元组，重复过程 1，直到父查询全部检查完为止

【带有 ANY、ALL 的子查询】

语义

子查询返回单值时可以用比较运算符，当返回多值时要用 ANY 谓词(有的系统使用 SOME)或 ALL 谓词

ANY 代表任意一个值，ALL 代表所有值，当使用 ANY 或 ALL 时，必须同时使用比较运算符，其语义如下表所示：

谓词与修饰符	语义
>ANY	大于子查询结果中的某个值
>ALL	大于子查询结果中的所有值
<ANY	小于子查询结果中的某个值
<ALL	小于子查询结果中的所有值
>=ANY	大于等于子查询结果中的某个值
>=ALL	大于等于子查询结果中的所有值
<=ANY	小于等于子查询结果中的某个值
<=ALL	小于等于子查询结果中的所有值
=ANY	等于子查询结果中的某个值
=ALL	等于子查询结果中的所有值
!=(或<>)ANY	不等于子查询结果中的某个值
!=(或<>)ALL	不等于子查询结果中的任何一个值

例如，查询其他系中比 CS 系所有学生年龄都小或相等的学生姓名、年龄

聚集函数

实际上，用聚集函数实现子查询通常比直接用 ANY 或 ALL 的查询效率高，ANY、ALL 与聚集函数的对应关系如下表

	=	!= 或 <>	<	<=	>	>=
ANY	IN		<MAX	<=MAX	>MIN	>=MIN
ALL		NOT IN	<MIN	<=MIN	>MAX	>=MAX

【带有 EXISTS 的子查询】

EXISTS 谓词

EXISTS 谓词即数理逻辑中的存在量词 $\exists$，所有带 IN、比较运算符、ANY、ALL 谓词的子查询都能用带 EXISTS 谓词的子查询等价替换

带有 EXISTS 谓词的子查询不返回任何数，只产生逻辑真值 true 或 false

若子查询结果非空，则外层的 WHERE 子句返回 true
若子查询结果为空，则外层的 WHERE 子句返回 false

由于 EXISTS 返回逻辑真值，给出的列名无实际意义，因此尤其引出的子查询，其目标列表表达式通常都用 *

例如，查询选修 1 号课程的学生姓名

EXISTS 谓词通常也会与 NOT 搭配使用

若子查询结果非空，则外层的 WHERE 子句返回 false
若子查询结果为空，则外层的 WHERE 子句返回 true

例如，查询没有选修 1 号课程的学生姓名

全称量词的实现

SQL 中没有全称量词 $\forall$，但是利用谓词演算的方法，可以将带有全称量词的谓词转换为等价的带有存在量词的谓词，即：

$(\forall x)P\equiv \neg (\exists(\neg P))$

例如，查询选修了全部课程的学生的学号、姓名

由于没有全称量词，转换为等价的用存在量词的形式，即查询没有一门课程是他不选修的学生的学号、姓名

SELECT Sname
FROM student
WHERE NOT EXISTS(
    SELECT *
    FROM course
    WHERE NOT EXISTS(
        SELECT *
        FROM sc
        WHERE Sno = student.Sno AND
              Cno = course.Cno
    )
);

逻辑蕴含的实现

SQL 中同样没有逻辑蕴含 $\rightarrow$，利用谓词演算，可以将逻辑蕴含进行等价转换，即

$p\rightarrow q \equiv \neg p\bigvee q$

例如，查询至少选修了学号为 1 号的学生选修的全部课程的学生号

该查询用逻辑蕴含表达为：查询学号为 x 的学生，对所有课程 y，只要学号为 1 的学生选修了课程 y，则 x 也选修了 y

其中，形式化表达如下：

用 $p$ 表示谓词 “学号为 1 的学生选修了课程 y”
用 $q$ 表示谓词 “学生 x 选修了课程 y”

则上述查询为：$(\forall y)p \rightarrow q$

可以发现是一个蕴含式，将其进行等价变换：

$\begin{matrix} (\forall y)p \rightarrow q & \equiv \neg (\exists(\neg(p\rightarrow q))) \\ & \equiv \neg (\exists (\neg (\neg p \bigvee q))) \\ & \equiv \neg \exists y (p \wedge \neg q) \end{matrix}$

变换后的语义为：不存在这样的课程 y，学号为 1 的学生选修了 y，而学生 x 没有选

SELECT DISTINCT Sno
FROM sc sc_x         /*代表学生x*/
WHERE NOT EXISTS(
    SELECT *
    FROM sc sc_y    /*代表学生y*/
    WHERE sc_y.Sno = 1 AND
          NOT EXISTS(
              SELECT *
              FROM sc sc_z
              WHERE sc_z.Sno = sc_x.Sno AND
                    sc_z.Cno = sc_y.Cno
          )
);

Alex_McAvoy

SQL 嵌套查询