資訊及通訊科技 | 結構化查詢語言

章節筆記：掌握 SQL（結構化查詢語言）

各位同學好！歡迎來到資料庫的世界。試想想你身邊所有的資料：朋友的聯絡資料、學校的學生紀錄、網上購物網站上的商品等等。所有這些資訊是如何儲存、管理和檢索的呢？答案往往是一個資料庫，而我們用來與它「溝通」的語言就是 SQL。

在這些筆記中，我們將學習如何使用 SQL 來提出問題、更改資訊，甚至建立資料庫的一部分。這就像學習一種秘密語言，它為你每天使用的許多應用程式和網站提供支援。剛開始時可能覺得有點難，但別擔心，我們會透過大量例子一步步地將它拆解！

什麼是 SQL？一個簡單的比喻

想像一下你學校的圖書館有一個超級有條理的數碼目錄。SQL 就是你用來要求圖書館管理員（資料庫管理系統，或稱 DBMS）在該目錄（資料庫）中尋找、新增或更新書籍資訊的特殊語言。

• 查詢資料：「顯示所有 J.K. Rowling 撰寫的書籍。」
• 新增資料：「將這本新書《資訊及通訊科技歷險記》新增到系統中。」
• 更新資料：「將《哈利波特》的狀態從『可借閱』更改為『已借出』。」

SQL 有幾種主要的指令類型。我們可以把它們想像成不同類型的請求：

• 資料查詢語言 (DQL)：用於提出問題和獲取資料。（最常用！）
• 資料操作語言 (DML)：用於更改資料（新增、更新、刪除記錄）。
• 資料定義語言 (DDL)：用於建立和管理資料庫結構本身（建立或更改表格）。

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第一部分：使用 SELECT 查詢資料 (DQL)

這是 SQL 中最重要且最常用的部分，它全部關於檢索資訊。其基本結構簡單易記。

我們將使用一個名為 Students 的範例表格作為例子：

Students 表格

學生編號 | 名字 | 姓氏 | 班級 | 分數
101 | Chan | Tai Man | 5A | 88
102 | Lee | Siu Ming | 5B | 95
103 | Wong | Ka Wai | 5A | 72
104 | Ng | Mei Ling | 5C | 88
105 | Cheung | Pui Sze | 5B | 65

基本 SELECT 語句

兩個必要的部分是 SELECT（你想要哪些欄位）和 FROM（從哪個表格中查找）。

獲取指定欄位：

查找所有學生的名字和姓氏。

SELECT FirstName, LastName FROM Students;

獲取所有欄位（使用萬用字元 *）：

查找所有學生的所有資訊。

SELECT * FROM Students;

記憶小貼士：將 * 想像成一個萬用字元，意思是「所有」。

使用 WHERE 過濾結果

如果你不想獲取所有記錄怎麼辦？WHERE 子句允許你設定條件來過濾結果。

查找 5A 班學生的名字。

SELECT FirstName, LastName FROM Students WHERE Class = '5A';

重要提示：文字值（如 '5A'）通常放在單引號 ' ' 內。

WHERE 子句的運算子

你可以使用不同的運算子來建立強大的篩選條件：

• 比較運算子：
  • = (等於)
  • <> (不等於)
  • > (大於)
  • < (小於)
  • >= (大於或等於)
  • <= (小於或等於)
• 邏輯運算子：
  • AND：兩個條件都必須為真。（例如：WHERE Class = '5A' AND Score > 80）
  • OR：至少一個條件必須為真。（例如：WHERE Score < 70 OR Score > 90）
  • NOT：反轉條件的結果。（例如：WHERE NOT Class = '5A'）
• 特殊運算子：
  • BETWEEN：檢查值是否在指定範圍內（包含兩端）。
    例子：WHERE Score BETWEEN 70 AND 90;（這等同於 Score >= 70 AND Score <= 90）
  • IN：檢查值是否與列表中任何值匹配。
    例子：WHERE Class IN ('5A', '5C');（這是 Class = '5A' OR Class = '5C' 的簡寫）
  • LIKE：用於文字的模式匹配。它使用萬用字元：
    • %：代表零個、一個或多個字元。
    • _：代表一個單一字元。
    例子 1：查找姓氏以 'W' 開頭的學生。
    WHERE LastName LIKE 'W%';
    例子 2：查找名字是 'Siu' 後面跟著四個字元的學生。
    WHERE FirstName LIKE 'Siu ____';

使用 ORDER BY 排序結果

ORDER BY 子句會對你的結果進行排序。預設情況下，它按升序排序（A-Z，1-100）。

• ASC：升序（預設值）。
• DESC：降序。

列出所有學生，按分數從高到低排序。

SELECT FirstName, LastName, Score FROM Students ORDER BY Score DESC;

快速回顧：DQL 黃金三劍客

對於大多數查詢，你會使用這個結構：

SELECT [欄位]
FROM [表格]
WHERE [條件]
ORDER BY [排序欄位];

你不一定總是需要 `WHERE` 或 `ORDER BY`，但它們必須按這個順序出現！

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第二部分：匯總及操作資料（選修內容）

現在我們將進入資料庫選修部分涵蓋的更進階主題。這正是 SQL 變得真正強大的地方！

聚合函數：全盤概覽

這些函數對一組行執行計算，並返回一個單一的匯總值。

• COUNT()：計算行數。
• SUM()：計算欄位中所有值的總和。
• AVG()：計算欄位中值的平均值。
• MAX()：查找欄位中的最高值。
• MIN()：查找欄位中的最低值。

總共有多少學生？

SELECT COUNT(*) FROM Students;

5A 班學生的平均分數是多少？

SELECT AVG(Score) FROM Students WHERE Class = '5A';

字串函數：處理文字

SQL 有用於處理文字資料的函數。確切的名稱可能有所不同，但概念是相似的。

• LENGTH() 或 LEN()：獲取字串的字元數。
• UCASE() 或 UPPER()：將文字轉換為大寫。
• LCASE() 或 LOWER()：將文字轉換為小寫。

顯示所有學生姓氏的大寫形式。

SELECT UCASE(LastName) FROM Students;

使用 DML 更改資料

這些指令修改表格內部的資料。

注意！ DML 的一個錯誤可能會永久性地更改或刪除你的資料。使用 WHERE 子句時務必小心！

INSERT INTO：新增資料

向表格新增一行（記錄）。

向表格新增一個學生。

INSERT INTO Students (StudentID, FirstName, LastName, Class, Score) VALUES (106, 'Lau', 'Kit Ying', '5C', 81);

UPDATE：修改現有資料

更改現有行中的資料。

常見錯誤：忘記 `WHERE` 子句將更新表格中的所有行！

Chan Tai Man（學生編號 101）重考了一次，現在他的分數是 91。

UPDATE Students SET Score = 91 WHERE StudentID = 101;

DELETE：刪除資料

從表格中刪除行。

常見錯誤：忘記 `WHERE` 子句將刪除表格中的所有行！

學生 Cheung Pui Sze（學生編號 105）已離校。

DELETE FROM Students WHERE StudentID = 105;

重點：DML 的安全使用

WHERE 子句是 UPDATE 和 DELETE 的安全網。它告訴資料庫確切要更改或刪除哪條記錄。在執行指令前務必仔細檢查！

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第三部分：使用連接及子查詢進行進階查詢（選修內容）

真實世界的資料庫為了提高效率，會將資料分散儲存於多個表格中。我們如何將它們組合起來呢？使用連接 (JOINs)！

讓我們新增另一個表格：Courses。

Courses 表格

課程編號 | 課程名稱 | 教師
ICT | 資訊科技 | 李先生
ENG | 英文 | 戴維斯女士
MATH| 數學 | 陳太太

前提知識：主鍵與外來鍵

為了連接表格，我們需要特殊的鍵。

• 主鍵 (PK) 是表格中唯一識別每條記錄的欄位（例如 Students 表格中的 `StudentID`）。
• 外來鍵 (FK) 是來自一個表格的主鍵，你將其放入另一個表格中以建立連接。

連接表格

連接 (JOIN) 根據表格之間相關的欄位將兩個或多個表格中的行組合起來。

等值連接（或稱內部連接 INNER JOIN）

這是最常見的連接類型。它只返回在兩個表格中都有匹配值的記錄。

讓我們想像我們有第三個表格 Enrollments，它連接 Students 和 Courses。

Enrollments 表格

學生編號 | 課程編號
101 | ICT
101 | ENG
102 | ICT
103 | MATH

顯示每個學生的名字以及他們報讀的課程名稱。

SELECT S.FirstName, C.CourseName FROM Students S JOIN Enrollments E ON S.StudentID = E.StudentID JOIN Courses C ON E.CourseID = C.CourseID;

解釋：
1. 我們使用別名（S 代表 Students，C 代表 Courses）來縮短程式碼。
2. ON 關鍵字指定連接條件：`ON table1.column = table2.column`。

外部連接（左連接 LEFT JOIN 和右連接 RIGHT JOIN）

如果你想查看一個表格中的所有記錄，即使它們在另一個表格中沒有匹配項，該怎麼辦？

• LEFT JOIN（左連接）：返回左側表格（首先提到的表格）中的所有記錄，以及右側表格中匹配的記錄。如果沒有匹配項，右側結果為空值 (NULL)。
• RIGHT JOIN（右連接）：返回右側表格中的所有記錄。它與左連接相反。

列出所有學生及其所修讀的課程。即使沒有修讀任何課程的學生也應列出。

SELECT S.FirstName, E.CourseID FROM Students S LEFT JOIN Enrollments E ON S.StudentID = E.StudentID;

這將顯示 Chan Tai Man 和 Lee Siu Ming 及其課程，但 Wong Ka Wai、Ng Mei Ling 等也會被列出，其 `CourseID` 為空值 (NULL)，因為它們在左側表格（Students）中，但在 Enrollments 表格中沒有匹配項。

自然連接 (Natural Join)

NATURAL JOIN（自然連接）是一種等值連接，資料庫會根據具有相同名稱的欄位自動連接表格。它很方便，但如果表格有多個同名欄位，可能會產生不可預測的結果。

（在我們的例子中，為了使用它，我們需要將兩個表格中的欄位都重命名為 `StudentID`）。

SELECT FirstName, CourseID FROM Students NATURAL JOIN Enrollments;

子查詢（單層）

子查詢是嵌套在另一個查詢中的查詢。內部查詢的結果被外部查詢使用。

查找分數高於班級平均分的學生姓名。

SELECT FirstName, LastName FROM Students WHERE Score > (SELECT AVG(Score) FROM Students);

逐步解釋：
1. 內部查詢 (SELECT AVG(Score) FROM Students) 首先執行，並計算平均分數（例如 82）。
2. 然後外部查詢執行為：SELECT FirstName, LastName FROM Students WHERE Score > 82;

重點：組合資料

連接 (JOINs) 用於組合來自不同表格的欄位。子查詢 用於將一個查詢的結果作為另一個查詢的條件。

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第四部分：檢視表和表格結構（選修內容）

建立檢視表 (VIEW)

檢視表 (VIEW) 是基於 SQL 語句結果集的一個虛擬表格。它就像一個已儲存的查詢，你可以像操作真實表格一樣與它互動。檢視表對於以下方面很有用：

• 簡化複雜的查詢。
• 透過只顯示某些欄位或行來提供一層安全性。

建立一個只顯示 5A 班學生的檢視表。

CREATE VIEW Class5A_Students AS SELECT StudentID, FirstName, LastName, Score FROM Students WHERE Class = '5A';

現在，你可以直接查詢這個檢視表：

SELECT * FROM Class5A_Students;

使用 DDL 修改表格結構

有時候你需要更改表格建立後的結構（即「模式」）。我們使用 ALTER TABLE 來實現這一點。

• ADD Column：向表格新增一個欄位。
• DROP COLUMN：移除一個欄位。
• MODIFY COLUMN 或 ALTER COLUMN：更改欄位的資料類型。

向 Students 表格新增一個名為 'Email' 的新欄位。

ALTER TABLE Students ADD Email VARCHAR(255);

（VARCHAR 是一種常用的可變長度文字資料類型）。

移除我們剛剛新增的 'Email' 欄位。

ALTER TABLE Students DROP COLUMN Email;

你知道嗎？

SQL 最初於 1970 年代初由 IBM 開發。它最初的名字是 SEQUEL（結構化英文查詢語言）。儘管它已有將近 50 年的歷史，但它仍然是全球科技職位中最受歡迎的技能之一！

最後總結

你已經學會了 SQL 的基礎知識！從簡單的 SELECT...FROM...WHERE 查詢到複雜的資料操作和多表格連接 (JOINs)。實踐是關鍵，所以試著為不同的情景編寫你自己的查詢吧。做得好！