第15章 面向对象数据库及对象-关系数据库
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officer part-time-teller full-time-teller part-time-secretary full-time-secretary
DAG
面向对象基本概念
语义模糊
当同一个变量或方法可以从多个父类中继承时，由于 无法确定该变量或方法是从哪个父类继承的，就会产 生语义模糊。 例如类secretary, teller, full-time, part-time中都定义 了变量pay，来代替employee中的salary。在full-time 中，pay（0~10 000）表示年薪，而在 part-time中， pay（0~20）表示每小时付的薪酬。
面向对象基本概念
类层次可以可以用特殊化(ISA)来表示 person
ISA
customer
employee
ISA
officer 子类继承父类的属性
teller
secretary
面向对象基本概念
类层次定义
class person { string name; string address; }; class customer isa person { int credit-rating; }; class employee isa person { date start-date; int salary; }; class officer isa employee { int officer-number; string expense-account-number; };
RDBMS的局限 的局限
类型有限
RDB的类型是系统内置的，用户只能使用固定的 几种。 新的应用需要灵活的类型机制，DBMS应该能够 支持用户定义适合自己应用的数据类型。 类型：数据抽象的一种方式，是一组值的集合以 及在这组值上的操作。
RDBMS的局限 的局限
类型系统的任务
提供一组内在的数据类型 如整数、字符等。 提供定义新的数据类型的手段 数组：聚合同类型数据。 结构：聚合不同类型数据。 类型检查 int x，y x = 10； y = x＋’Tom’
面向对象基本概念
OID生成
值：用码来标识对象，是一种面向值的方法，使 对象标识具有值依赖性（关系数据库系统）。 名称：用用户提供的名称作为标识（文件系统）。 内置：对象标识符可以由系统内部自动产生（依 赖于特定系统），也可以来自外部（如人的身份 证）（面向对象数据库系统）。 地址：C++通过对象在内存空间中地址来区分对 象，但不具有持久性。也不能使用二级存储器地 址来作为对象标识符，否则会引起应用对数据的 物理依赖性。
面向对象基本概念
多重继承
person customer secretary
有何弊端？
part-time-teller full-time-teller part-time-secretary full-time-secretary
employee teller officer
面向对象基本概念
person customer secretary teller employee part-time full-time
面向对象基本概念
解决方案
以part-time-teller为例，它的父类是teller与part-time。 方案一： 方案一 part-time-teller中同时包含两个变量，分别命名 为teller.pay与part-time.pay。 方案二：根据类teller与part-time的创建时间选择其一。 方案二 方案三：强制用户在类part-time-teller的定义中显式地作 方案三 出选择。 方案四：将出现语义模糊的情况作为异常错误来处理。 方案四
在SQL中增加复杂类型和面向对象特征。
持久化程序设计语言
对某种现行的面向对象程序设计语言进行扩展。
3W----Who Will Win？
面向对象的语言
市场前景
ODL
SQL3
持久化程序设计语言
嵌入式SQL 嵌入式
宿主语言与数据操纵语言之间的类型系统有所不 同，由程序员负责两者之间的类型转换。 程序员负责编码实现数据从数据库到内存的装入 或写回。
可以使用多重继承来对“角色”来建模
学校数据库中，有person的多个子类，如student, teacher, footballPlayer等，每个对象可以同时属于这些类中的多个，每 个这样的类别被称为一个角色，如student.footballPlayer。
面向对象基本概念
对象标识符（ 对象标识符（OID） ）
面向对象基本概念
消息和方法
消息并不意味着物理信号的传递，它指的是对象 间请求的传递。可以将消息作为一个过程来实现。 方法是一段代码，其中
只有对象自己的变量才能直接引用。 其它对象的数据只能通过发送消息来引用。 方法可以分为只读和更新两种。 示例：职工对象有年薪变量，可以通过向其发送 annual-salary消息来查询年薪数额。将该消息实现为 一个方法，不同职工（经理、普通职工）年薪计算方 法不同，但提供的外部接口是一致的。从而对象内部 方法的改变不会影响到系统的其它成分。
面向对象基本概念
继承
有些类与类之间具有相似性，具有相同的变量和 消息。 如student有属性name和age，teacher也有属性 name和age。 每个student 都是一个person，因此student 是 person的一个特殊化。 创建类person，student，teacher，其中student 与teacher的共性被抽象为类person。 继承类似于E-R中的特殊化。
只有版本问题解决得好，长事务的处理才有希望。
面向对象基本概念
面向对象模型
一个对象对应着E-R模型中的一个实体。 对象：结构+行为的封装单元。
面向对象基本概念
对象结构
变量：包含该对象数据，相当于E-R模型中的 变量 属性。 消息：当欲查询对象、激活对象、请求对象时， 消息 向对象发送消息，对象对此做出响应。消息可 以有零个或多个参数。 方法：实现一个消息的代码段；一个方法返回 方法 一个值作为对消息的响应。 对象的物理表示只对对象的实现者是可见的。 消息和方法提供了从外部访问对象的唯一途径。
版本与长事务
多版本支持
有些应用如CAD、CASE，需要表示单个实体的多个不 同时期的版本，以便进行比较和重新设计。要求 DBMS能够支持数据的多个版本，并建立自然、方便 的管理机制。目前的RDBMS没有哪一个能够支持。
长事务
当前的有些应用需要锁住某些数据一整天甚或几个星 期，以便进行复杂的设计。这与传统的短事务（数秒 或数分钟内提交）有很大不同。传统的事务管理机制 已不再适合这种要求，需要新的数据一致性维护机制。
新的数据库应用
新的数据库应用
CAD(Computer-aided Desig)
CAD数据依附于某项工程，不但要记录单个组件的数 据项，还要记录各组件之间的相互联系（构成，位 置），以及在设计各阶段数据的不同版本。
CASE(Computer-Aided Software Engineering) Multimedia Database
每个对象是类的一个实例，对象标识符唯一标识 了一个对象。 OID在对象生成时产生，在撤消对象时被注销。 类似于人的身份证，DBTG系统中的DBK。 OID不随对象值的改变而改变。 两个具有相同值的对象其OID是不一样的。 OID可以作为对象的一个字段存储，也可以在一 个对象中引用其它对象的OID。 如person的spouse字段就是另一个person的OID。
持久化程序设计语言
对象的持久性
将一个瞬态对象变为持久的的方法：
(Class)按类持久 按类持久：声明一个类中所有对象都是持久的。 按类持久 简单但缺乏灵活性，有时一个类中可以同时有瞬态和持 久对象。 (Creation)按创建持久 按创建持久：扩展创建瞬态对象的语句来创 按创建持久 建持久对象。 (Marking)按标志持久 按标志持久：所有对象被创建为瞬态的，需 按标志持久 要持久的对象在程序结束前显式地标识为持久的。 (Reference)按引用持久 按引用持久：一个或多个对象被显式地声 按引用持久 明为（根）持久的；其它被根对象引用（直接地或间接 地）到的对象被看作是持久的。
面向对象基本概念
OID示例
Person(name, age, children) 无OID时：(Susan, 50, {(John, 25, {}}) (Peter, 52, {(John, 25, {}}) 无法判断Susan与Peter的孩子是否是同一个人。 更新复杂，如John又有孩子时，需要更新多处。 有OID时：OID1((Susan, 50, {OID3}}) OID2((Peter, 52, {OID3}}) OID3((John, 25, {}})
持久化程序设计语言
对象在数据库中的创建和存储不必经过任何外在 的类型转换。 允许在内存中操纵对象，不必显式地从数据库装 入或写回。 允许编程语言直接操纵数据库中数据，不必经过 数据操纵语言（如SQL）。
持久化程序设计语言
持久化程序设计语言的缺点
由于语言的强大的操纵能力，对数据库的安全性 更容易造成破坏。 由于语言的复杂性使得自动的高级优化难于实现。 对说明性查询语言的支持不够。
面向对象基本概念
实体的每一个属性对应着对象中的一个变量和一 对消息，其中一个用来读取消息，另一个用来更 新消息。 如职工有属性address，可以表示为： address •一个address变量 •一个get-address消息 •一个set-address消息
面向对象基本概念
对象类
许多相似的对象被分组形成一个类；每个这样的 对象称为类的一个实例。 一个类中的所有对象有相同的
DBMS有哪些不足？ 有哪些不足？ 有哪些不足
代价高 性能低
如何取舍？ 如何取舍？
新的数据库应用
传统的数据特征
统一性( Uniformity)： 数据的结构相似。 统一性 ( Uniformity)： 数据的结构相似 。 一个 表中所有元组都具有相同的属性列。 表中所有元组都具有相同的属性列。 面向记录( Orientation)： 面向记录 ( Record Orientation)： 数据项由固 定长度的记录组成。 定长度的记录组成。 小数据项( Items)： 小数据项 ( Small data Items)： 每条记录都很 短。 原子字段( Field)： 原子字段 ( Atomic Field)： 字段内部不再有其 它结构，字段具有原子性( NF)。 它结构，字段具有原子性(1NF)。
面向对象基本概念
对象包含
车轮
车架
齿轮
Leabharlann Baidu
车闸
轮框
辐条
轮胎
传杆
闸盒
闸线
一个构件可以包含其它构件。 包含其它对象的对象称为复合对象或复杂对象。
面向对象基本概念
对象继承
is-a B A C B
Vs
对象包含
A C is-part-of
类B中的一个对象也是类A中的 一个对象，它继承了类A的所 有属性，同时具有自己的特殊 属性，以及对所继承的方法提 供自己的实现途径。
RDBMS的局限 的局限
结构与行为的分离
RDB中存储的只是实体的数据，而实体的行为则 交由应用程序来编码实现。 现实世界中的实体除了数据结构之外，同时还有 其自身的行为。 如学生应该具有选课的行为。 实体的行为也是实体的属性，应当同实体紧密结 合，由应用来维护是不适合的。
RDBMS的局限 的局限
类A中的一个对象包含类B中的 一个对象。A与B的属性不必类 似，也不必相互继承对方的属 性。类A中的一个对象只能通过 类B的方法来访问B中的变量。
面向对象的语言
如何将面向对象概念与数据库系统结合起来？
两条途径
将面向对象概念作为概念设计阶段工具［示例］ 将面向对象概念结合到数据库操纵语言中
扩展SQL
变量类型 消息接口 方法
对象和类是型与值的区别。 类类似于E-R模型中的实体集。
面向对象基本概念
类定义实例
class employee { /*变量*/ string name; string address; int salary; /*消息*/ int annual-salary(); string get-name(); string get-address(); }
新的数据库应用
新的数据特征
大数据项
以兆计的一个数据项。
结构复杂
程序模块、图形、图象、文档、数字媒体流。
操作特殊
编译、旋转、播放、排版。
RDBMS的局限 的局限
表达能力有限
RDB的基本结构是二维表，是一种平面结构，无 法表达嵌套的信息结构。 在CAD等系统中，嵌套大量存在，如机器由很多 部件构成，每个部件又由多个零件构成。 嵌套的平面化可以通过模式分解和连接运算实现。 连接在关系数据库中是十分低效的运算。 XML的存储组织。
DAG
面向对象基本概念
语义模糊
当同一个变量或方法可以从多个父类中继承时，由于 无法确定该变量或方法是从哪个父类继承的，就会产 生语义模糊。 例如类secretary, teller, full-time, part-time中都定义 了变量pay，来代替employee中的salary。在full-time 中，pay（0~10 000）表示年薪，而在 part-time中， pay（0~20）表示每小时付的薪酬。
面向对象基本概念
类层次可以可以用特殊化(ISA)来表示 person
ISA
customer
employee
ISA
officer 子类继承父类的属性
teller
secretary
面向对象基本概念
类层次定义
class person { string name; string address; }; class customer isa person { int credit-rating; }; class employee isa person { date start-date; int salary; }; class officer isa employee { int officer-number; string expense-account-number; };
RDBMS的局限 的局限
类型有限
RDB的类型是系统内置的，用户只能使用固定的 几种。 新的应用需要灵活的类型机制，DBMS应该能够 支持用户定义适合自己应用的数据类型。 类型：数据抽象的一种方式，是一组值的集合以 及在这组值上的操作。
RDBMS的局限 的局限
类型系统的任务
提供一组内在的数据类型 如整数、字符等。 提供定义新的数据类型的手段 数组：聚合同类型数据。 结构：聚合不同类型数据。 类型检查 int x，y x = 10； y = x＋’Tom’
面向对象基本概念
OID生成
值：用码来标识对象，是一种面向值的方法，使 对象标识具有值依赖性（关系数据库系统）。 名称：用用户提供的名称作为标识（文件系统）。 内置：对象标识符可以由系统内部自动产生（依 赖于特定系统），也可以来自外部（如人的身份 证）（面向对象数据库系统）。 地址：C++通过对象在内存空间中地址来区分对 象，但不具有持久性。也不能使用二级存储器地 址来作为对象标识符，否则会引起应用对数据的 物理依赖性。
面向对象基本概念
多重继承
person customer secretary
有何弊端？
part-time-teller full-time-teller part-time-secretary full-time-secretary
employee teller officer
面向对象基本概念
person customer secretary teller employee part-time full-time
面向对象基本概念
解决方案
以part-time-teller为例，它的父类是teller与part-time。 方案一： 方案一 part-time-teller中同时包含两个变量，分别命名 为teller.pay与part-time.pay。 方案二：根据类teller与part-time的创建时间选择其一。 方案二 方案三：强制用户在类part-time-teller的定义中显式地作 方案三 出选择。 方案四：将出现语义模糊的情况作为异常错误来处理。 方案四
在SQL中增加复杂类型和面向对象特征。
持久化程序设计语言
对某种现行的面向对象程序设计语言进行扩展。
3W----Who Will Win？
面向对象的语言
市场前景
ODL
SQL3
持久化程序设计语言
嵌入式SQL 嵌入式
宿主语言与数据操纵语言之间的类型系统有所不 同，由程序员负责两者之间的类型转换。 程序员负责编码实现数据从数据库到内存的装入 或写回。
可以使用多重继承来对“角色”来建模
学校数据库中，有person的多个子类，如student, teacher, footballPlayer等，每个对象可以同时属于这些类中的多个，每 个这样的类别被称为一个角色，如student.footballPlayer。
面向对象基本概念
对象标识符（ 对象标识符（OID） ）
面向对象基本概念
消息和方法
消息并不意味着物理信号的传递，它指的是对象 间请求的传递。可以将消息作为一个过程来实现。 方法是一段代码，其中
只有对象自己的变量才能直接引用。 其它对象的数据只能通过发送消息来引用。 方法可以分为只读和更新两种。 示例：职工对象有年薪变量，可以通过向其发送 annual-salary消息来查询年薪数额。将该消息实现为 一个方法，不同职工（经理、普通职工）年薪计算方 法不同，但提供的外部接口是一致的。从而对象内部 方法的改变不会影响到系统的其它成分。
面向对象基本概念
继承
有些类与类之间具有相似性，具有相同的变量和 消息。 如student有属性name和age，teacher也有属性 name和age。 每个student 都是一个person，因此student 是 person的一个特殊化。 创建类person，student，teacher，其中student 与teacher的共性被抽象为类person。 继承类似于E-R中的特殊化。
只有版本问题解决得好，长事务的处理才有希望。
面向对象基本概念
面向对象模型
一个对象对应着E-R模型中的一个实体。 对象：结构+行为的封装单元。
面向对象基本概念
对象结构
变量：包含该对象数据，相当于E-R模型中的 变量 属性。 消息：当欲查询对象、激活对象、请求对象时， 消息 向对象发送消息，对象对此做出响应。消息可 以有零个或多个参数。 方法：实现一个消息的代码段；一个方法返回 方法 一个值作为对消息的响应。 对象的物理表示只对对象的实现者是可见的。 消息和方法提供了从外部访问对象的唯一途径。
版本与长事务
多版本支持
有些应用如CAD、CASE，需要表示单个实体的多个不 同时期的版本，以便进行比较和重新设计。要求 DBMS能够支持数据的多个版本，并建立自然、方便 的管理机制。目前的RDBMS没有哪一个能够支持。
长事务
当前的有些应用需要锁住某些数据一整天甚或几个星 期，以便进行复杂的设计。这与传统的短事务（数秒 或数分钟内提交）有很大不同。传统的事务管理机制 已不再适合这种要求，需要新的数据一致性维护机制。
新的数据库应用
新的数据库应用
CAD(Computer-aided Desig)
CAD数据依附于某项工程，不但要记录单个组件的数 据项，还要记录各组件之间的相互联系（构成，位 置），以及在设计各阶段数据的不同版本。
CASE(Computer-Aided Software Engineering) Multimedia Database
每个对象是类的一个实例，对象标识符唯一标识 了一个对象。 OID在对象生成时产生，在撤消对象时被注销。 类似于人的身份证，DBTG系统中的DBK。 OID不随对象值的改变而改变。 两个具有相同值的对象其OID是不一样的。 OID可以作为对象的一个字段存储，也可以在一 个对象中引用其它对象的OID。 如person的spouse字段就是另一个person的OID。
持久化程序设计语言
对象的持久性
将一个瞬态对象变为持久的的方法：
(Class)按类持久 按类持久：声明一个类中所有对象都是持久的。 按类持久 简单但缺乏灵活性，有时一个类中可以同时有瞬态和持 久对象。 (Creation)按创建持久 按创建持久：扩展创建瞬态对象的语句来创 按创建持久 建持久对象。 (Marking)按标志持久 按标志持久：所有对象被创建为瞬态的，需 按标志持久 要持久的对象在程序结束前显式地标识为持久的。 (Reference)按引用持久 按引用持久：一个或多个对象被显式地声 按引用持久 明为（根）持久的；其它被根对象引用（直接地或间接 地）到的对象被看作是持久的。
面向对象基本概念
OID示例
Person(name, age, children) 无OID时：(Susan, 50, {(John, 25, {}}) (Peter, 52, {(John, 25, {}}) 无法判断Susan与Peter的孩子是否是同一个人。 更新复杂，如John又有孩子时，需要更新多处。 有OID时：OID1((Susan, 50, {OID3}}) OID2((Peter, 52, {OID3}}) OID3((John, 25, {}})
持久化程序设计语言
对象在数据库中的创建和存储不必经过任何外在 的类型转换。 允许在内存中操纵对象，不必显式地从数据库装 入或写回。 允许编程语言直接操纵数据库中数据，不必经过 数据操纵语言（如SQL）。
持久化程序设计语言
持久化程序设计语言的缺点
由于语言的强大的操纵能力，对数据库的安全性 更容易造成破坏。 由于语言的复杂性使得自动的高级优化难于实现。 对说明性查询语言的支持不够。
面向对象基本概念
实体的每一个属性对应着对象中的一个变量和一 对消息，其中一个用来读取消息，另一个用来更 新消息。 如职工有属性address，可以表示为： address •一个address变量 •一个get-address消息 •一个set-address消息
面向对象基本概念
对象类
许多相似的对象被分组形成一个类；每个这样的 对象称为类的一个实例。 一个类中的所有对象有相同的
DBMS有哪些不足？ 有哪些不足？ 有哪些不足
代价高 性能低
如何取舍？ 如何取舍？
新的数据库应用
传统的数据特征
统一性( Uniformity)： 数据的结构相似。 统一性 ( Uniformity)： 数据的结构相似 。 一个 表中所有元组都具有相同的属性列。 表中所有元组都具有相同的属性列。 面向记录( Orientation)： 面向记录 ( Record Orientation)： 数据项由固 定长度的记录组成。 定长度的记录组成。 小数据项( Items)： 小数据项 ( Small data Items)： 每条记录都很 短。 原子字段( Field)： 原子字段 ( Atomic Field)： 字段内部不再有其 它结构，字段具有原子性( NF)。 它结构，字段具有原子性(1NF)。
面向对象基本概念
对象包含
车轮
车架
齿轮
Leabharlann Baidu
车闸
轮框
辐条
轮胎
传杆
闸盒
闸线
一个构件可以包含其它构件。 包含其它对象的对象称为复合对象或复杂对象。
面向对象基本概念
对象继承
is-a B A C B
Vs
对象包含
A C is-part-of
类B中的一个对象也是类A中的 一个对象，它继承了类A的所 有属性，同时具有自己的特殊 属性，以及对所继承的方法提 供自己的实现途径。
RDBMS的局限 的局限
结构与行为的分离
RDB中存储的只是实体的数据，而实体的行为则 交由应用程序来编码实现。 现实世界中的实体除了数据结构之外，同时还有 其自身的行为。 如学生应该具有选课的行为。 实体的行为也是实体的属性，应当同实体紧密结 合，由应用来维护是不适合的。
RDBMS的局限 的局限
类A中的一个对象包含类B中的 一个对象。A与B的属性不必类 似，也不必相互继承对方的属 性。类A中的一个对象只能通过 类B的方法来访问B中的变量。
面向对象的语言
如何将面向对象概念与数据库系统结合起来？
两条途径
将面向对象概念作为概念设计阶段工具［示例］ 将面向对象概念结合到数据库操纵语言中
扩展SQL
变量类型 消息接口 方法
对象和类是型与值的区别。 类类似于E-R模型中的实体集。
面向对象基本概念
类定义实例
class employee { /*变量*/ string name; string address; int salary; /*消息*/ int annual-salary(); string get-name(); string get-address(); }
新的数据库应用
新的数据特征
大数据项
以兆计的一个数据项。
结构复杂
程序模块、图形、图象、文档、数字媒体流。
操作特殊
编译、旋转、播放、排版。
RDBMS的局限 的局限
表达能力有限
RDB的基本结构是二维表，是一种平面结构，无 法表达嵌套的信息结构。 在CAD等系统中，嵌套大量存在，如机器由很多 部件构成，每个部件又由多个零件构成。 嵌套的平面化可以通过模式分解和连接运算实现。 连接在关系数据库中是十分低效的运算。 XML的存储组织。