Tema 8. Bases de datos orientadas a objetos.

Tema 8. Bases de datos orientadas a objetos.
Juan Ignacio Rodrı́guez de León
Resumen
El paradigma de la programación orientada a objetos. Necesidad
de tipos complejos de datos. El modelo de datos orientado a objetos.
Lenguajes orientados a objetos. Lenguajes de programación persistentes. Sistemas C++ persistentes, sistemas Java persistentes
Índice
1. Orientación a objetos
1.1. Los objetos . . . . . . . . .
1.2. Clases de objetos . . . . .
1.3. polimorfismo . . . . . . .
1.4. sobrecarga de operadores
1.5. Herencia . . . . . . . . . .
1.6. Herencia múltiple . . . . .
1.7. Identidad de los objetos .
1.8. Continentes de objetos . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
2. Lenguajes orientados a objetos
3
3
4
6
6
6
7
8
9
9
3. Lenguajes de programación persistentes
3.1. Persistencia de los objetos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2. Identidad de los objetos y punteros a memoria . . . . . . . .
3.3. Almacenamiento y acceso a los objetos persistentes . . . . .
10
11
12
13
4. Bases de datos relacionales orientadas a objetos
4.1. Relaciones anidadas . . . . . . . . . . . . .
4.2. Tipos de datos complejos . . . . . . . . . . .
4.2.1. Colecciones . . . . . . . . . . . . . .
4.2.2. Objetos de gran tamaño (LOB) . . .
4.2.3. Tipos estructurados . . . . . . . . . .
4.2.4. Constructores . . . . . . . . . . . . .
4.3. Herencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.1. Herencia de tipos . . . . . . . . . . .
4.3.2. Herencia de tablas . . . . . . . . . .
13
13
14
14
14
14
14
15
15
15
1
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
ÍNDICE
4.4. Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5. Consultas con tipos complejos . . . . . . . .
4.5.1. Acceso a datos estructurados . . . .
4.5.2. Expresiones de ruta . . . . . . . . . .
4.5.3. Atributos de tipo colección . . . . .
4.6. Funciones y procedimientos . . . . . . . . .
4.6.1. Funciones y procedimientos en SQL
2
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
15
16
16
16
16
17
17
1
ORIENTACIÓN A OBJETOS
1.
3
Orientación a objetos
Los conceptos de la programación orientada a objetos tienen origen en
Simula 67, un lenguaje diseñado para hacer simulaciones, creado por OleJohan Dahl y Kristen Nygaard del Centro de Cómputo Noruego en Oslo.
Fueron refinados más tarde en Smalltalk, que fue desarrollado en Simula en
el Xerox PARC, pero diseñado para ser un sistema completamente dinámico
en el cual los objetos se podrı́an crear y modificar “en marcha” en lugar de
tener un sistema basado en programas estáticos.
La programación orientada a objetos introduce nuevos conceptos, que a
veces no son más que nombres nuevos aplicados a conceptos antiguos, ya
conocidos. Entre ellos destacan los siguientes:
Objetos entidades complejas provistas de datos (propiedades, atributos)
y comportamiento (funcionalidad, programas, métodos). Corresponden a los objetos reales del mundo que nos rodea.
Clases conjuntos de objetos que comparten propiedades y comportamiento.
Método es un código ejecutable asociado a un objeto (o a una clase de
objetos), cuya ejecución se desencadena mediante un ”mensaje”.
Mensaje una comunicación dirigida a un objeto, que le ordena que ejecute
uno de sus métodos con ciertos parámetros.
Propiedad, atributo o variable datos asociados a un objeto o a una clase
de objetos.
Herencia las clases no están aisladas, sino que se relacionan entre sı́, formando una jerarquı́a de clasificación. Los objetos heredan las propiedades
y el comportamiento de todas las clases a las que pertenecen.
Encapsulamiento cada objeto está aislado del exterior, es un módulo natural, y la aplicación entera se reduce a una agregación de objetos.
El aislamiento protege a los datos asociados a un objeto de su modificación por quien no tenga derecho a acceder a ellos, eliminando
efectos secundarios e interacciones.
Polimorfismo métodos diferentes, asociados a objetos distintos, pueden
compartir el mismo nombre, aunque el comportamiento del método
varı́e según el objeto al que se aplica.
1.1.
Los objetos
Hablando en general, los objetos se corresponden con las entidades del
modelo E-R. El paradigma orientado a objetos está basado en el encapsu-
1
ORIENTACIÓN A OBJETOS
4
lamiento de los datos y del código relacionados con cada objeto en una sola
unidad cuyo contenido no es visible desde el exterior.
Conceptualmente, todas las interacciones entre cada objeto y el resto
del sistema se realizan mediante mensajes. Por tanto, la interfaz entre cada
objeto y el resto del sistema se define mediante un conjunto de mensajes
permitidos.
En general, cada objeto está asociado con:
Un conjunto de variables o atributos que contiene los datos del objeto;
las variables se corresponden con los atributos del modelo E-R.
Un conjunto de mensajes a los que responde; cada mensaje puede no
tener parámetros, tener uno o varios.
Un conjunto de métodos, cada uno de los cuales es código que implementa un mensaje; el método devuelve un valor como respuesta
al mensaje.
El término mensaje en un entorno orientado a objetos no implica el
uso de mensajes fı́sicos; por el contrario, hace referencia al intercambio de
solicitudes entre los objetos, independientemente de los detalles concretos
de su implementación. Se utiliza a veces la expresión invocar a un método
para denotar el hecho de enviar un mensaje a un objeto y la ejecución del
método correspondiente.
La principal razón de diferenciar las dos acciones es obtener la capacidad
de modificar la definición de un objeto, sin afectar al resto del sistema. Esta
es una de las mayores ventajas de la programación orientada a objetos
Los atributos derivados de las entidades del modelo E-R pueden expresarse en el modelo orientado a objetos como mensajes sólo de lectura. Por
ejemplo, el atributo derivado antigüedad de una entidad empleado puede
expresarse como el mensaje antigüedad de un objeto empleado. El método
que implemente los mensajes, puede determinar la antigüedad restando la
fecha-alta del empleado de la fecha actual.
1.2.
Clases de objetos
En una base de datos hay muchos objetos similares. Por similar se entiende que responden a los mismos mensajes, utilizan los mismos métodos
y tienen atributos del mismo nombre y tipo. Serı́a un derroche definir por
separado cada uno de estos objetos. Por tanto, los objetos parecidos se agrupan para formar una clase. Cada uno de estos objetos se denomina ejemplar
o instancia de su clase.
Todos los objetos de una clase comparten una definición y un comportamiento común, y se diferencian sólo en los valores asignados a sus
atributos.
1
ORIENTACIÓN A OBJETOS
5
El concepto de clase del modelo orientado a objetos se corresponde con
el concepto de entidad del modelo E-R. Algunos ejemplos de clases en la
base de datos bancaria serı́an empleados, clientes, cuentas y préstamos.
El siguiente listado define una clase Empleado, en pseudo-código.
clase Empleado:
string nombre
string apellidos
string dirección
date
fecha-alta
int
sueldo
def sueldo-anual(self):
return self.sueldo * 14
def nombre-completo(self):
return self.nombre + ’ ’ + self.apellidos
def antigüedad(self):
return hoy() - self.fecha_alta
def set-dirección(self, newdir):
self.dirección = newdir
La representación en UML de esta clase serı́a ası́:
Empleado
string nombre
string apellidos
string dirección
date fecha-alta
int sueldo
int sueldo-anual()
string nombre-completo()
date antigüedad()
set-dirección(string)
La definición muestra las variables y los mensajes a los que responden los objetos de la clase. Cada objeto de la clase empleado contiene los
Atributos nombre, apellidos y dirección, todas cadenas de caracteres; fechaalta, que es una fecha, y sueldo, que es un entero. Se define tras mensajes:
sueldo-anual, nombre-completo y antigüedad. Obsérvese que el mensaje
set-dirección utiliza un parámetro que especifica el nuevo valor de dirección.
1
ORIENTACIÓN A OBJETOS
1.3.
6
polimorfismo
En programación orientada a objetos se denomina polimorfismo a la capacidad del código de un programa para ser utilizado con diferentes tipos
de datos u objetos. También se puede aplicar a la propiedad que poseen
algunas operaciones de tener un comportamiento diferente dependiendo
del objeto (o tipo de dato) sobre el que se aplican.
1.4.
sobrecarga de operadores
Algunos lenguajes de programación permiten un tipo especial de métodos que permiten la sobrecarga de operadores. Estos métodos otorgan la
capacidad de transformar los operadores de un lenguaje como por ejemplo los operadores +, -, *, /, etc de forma que se redefinen para poder ser
utilizados con los objetos de nuestra clase.
Mediante esta técnica podemos sumar dos objetos creados por nosotros,
o un objeto y un entero, en vez de limitarnos a sumar números enteros o
reales.
Por ejemplo, si definiéramos una clase complex para trabajar con números
complejos en un lenguaje que no soporta sobrecarga de operadores, tendrı́amos que implementar un método suma, y el código que implementa la
suma quedarı́a ası́:
a = complex(1, 3.4)
b = complex(-2, 0.54)
a.suma(b)
Sin embargo, en un lenguaje con sobrecarga de operadores, redefinirı́amos
el operador + para nuestra clase de complejos, y el código final quedarı́a:
a = complex(1, 3.4)
b = complex(-2, 0.54)
a = a + b
1.5.
Herencia
Los esquemas de las bases de datos orientadas a objetos suelen necesitar
gran número de clases. Frecuentemente, sin embargo, varias de las clases
son parecidas entre sı́. Son parecidas porque definen iguales atributos y
métodos. No son idénticas porque cada clase define, además, atributos y/o
métodos que no comparte con las demás.
Serı́a conveniente definir una representación de los atributos y métodos
comunes en un solo lugar. Esto puede hacerse creando una nueva clase,
que contendrá solo las caracterı́sticas comunes, y redefiniendo las clases
originales como especializaciones de la nueva clase.
1
ORIENTACIÓN A OBJETOS
7
Las clases especializadas adquieren una dependencia de herencia con
respecto a la clase general, ya que heredan los atributos y métodos definidos
en esta. Aparece por tanto el concepto de jerarquı́a de clases, que es parecido
al de especialización del modelo entidad-relación.
Las relaciones entre una clase más especifica, o clase derivada, con respecta a su clase genérica o superclase, siempre son de especialización, es decir ,
si la clase A deriva de una superclase B, lo que queremos decir es que A es
un tipo particular de B.
Como ejemplo de estas relaciones, se podrı́an definir las clases Persona,
Empleado y Cajero, donde un Empleado es un tipo especial de Persona, y
Cajero es un tipo especial de Empleado.
Una ventaja importante de la herencia en los sistemas orientados a
objetos es el concepto de posibilidad de sustitución: cualquier método de
una clase dada A puede ser invocado con cualquier objeto perteneciente
a cualquier subclase de A. De igual forma, los atributos definidos en la
superclase son utilizables en cualquiera de sus derivadas. Si la clase Persona
define el atributo Nombre, las clases Empleado y Cajero también las definen
implı́citamente, por la herencia.
La herencia propicia ası́ la reutilización del código, dado que no hace
falta volver a escribir los mensajes, métodos y funciones para los objetos de
las clases derivadas.
1.6.
Herencia múltiple
En la mayor parte de los casos una organización de clases con estructura
de árbol resulta adecuada para describir las aplicaciones; en la organización
con estructura de árbol, cada clase puede tener a lo sumo una superclase.
Sin embargo, hay situaciones que no pueden representarse bien en una
jerarquı́a de clases con estructura de árbol.
La herencia múltiple permite a las clases heredar variables y métodos
de múltiples superclases. La relación entre clases y subclases se representa
mediante un grafo acı́clico dirigido en vez de un árbol.
Cuando se utiliza la herencia múltiple existe una posible ambigüedad,
ya que se puede heredar la misma variable o el mismo método de más de
una superclase. Por ejemplo, la clase estudiante puede tener un variable
dept que identifica el departamento del estudiante y la clase profesor puede
tener análogamente una variable dept que identifica el departamento de
profesor. La clase ayudante-profesor heredarı́a ambas definiciones.
Existen varias formas de evitar esta ambigüedad:
Incluir las dos variables, dándoles nombres diferentes para distinguirlas
Escoger sólo una, según el orden en que se declararon las clases.
1
ORIENTACIÓN A OBJETOS
8
Obligar al usuario a seleccionar de manera explı́cita una de las opciones
Considerar esta situación como un error.
Diferentes implementaciones han elegido cada una de estas opciones.
Una solución aun más drástica es impedir la herencia múltiple, como en
Java.
1.7.
Identidad de los objetos
Los objetos de las bases de datos orientadas a objetos suelen corresponder a entidades del sistema modelado por la base de datos. Las entidades
conservan su identidad aunque algunas de sus propiedades cambien con
el tiempo. De manera parecida, los objetos deben conservar su identidad
aunque los valores de las variables o las definiciones de los métodos cambien total o parcialmente con el tiempo.
Este concepto de identidad no se aplica a las tuplas de las bases de datos
relacionales. En los sistemas relacionales las tuplas de una relación sólo se
distinguen por los valores que contienen.
La identidad de los objetos es un concepto de identidad más potente
que el que suele hallarse en los lenguajes de programación o en los modelos
de datos no orientados a objetos. A continuación se ilustran varios ejemplos
de identidad.
Valor Se utiliza un valor de datos como identidad. Esta forma de identidad
se utiliza en los sistemas relacionales.
Nombre Se utiliza como identidad un nombre proporcionado por el usuario.
Esta forma de identidad suele utilizarse para los archivos en los sistemas de archivos.
Incorporada Se incluye el concepto de identidad en el modelo de datos o
en el lenguaje de programación y no hace falta que el usuario proporcione ningún identificador. Esta forma de identidad se utiliza en
los sistemas orientados a objetos. Cada objeto recibe del sistema de
manera automática un identificador en el momento en que se crea.
Los identificadores de los objetos son únicos; es decir, cada objeto tiene
un solo identificador y no hay dos objetos que tengan el mismo identificador.
Los identificadores de los objetos no tienen por qué estar en una forma con
la que los seres humanos se encuentren cómodos; pueden ser números
grandes, por ejemplo. La posibilidad de guardar el identificador de un
objeto como un campo de otro objeto es más importante que tener un
nombre que resulte fácil de recordar. Utilizar un identificador de un objeto
como atributo de otro se denomina referenciar un objeto.
2
LENGUAJES ORIENTADOS A OBJETOS
1.8.
9
Continentes de objetos
Se pueden utilizar las referencias entre objetos para modelar diferentes
conceptos del mundo real. Uno de estos objetos es el de continentes de
objetos, que consiste en crear objetos compuestos o complejos, constituidos por
objetos más simples.
Puede haber varios niveles de continentes. Esta situación crea entre los
objetos una jerarquı́a de continentes.
Los enlaces entre las clases deben interpretarse en esta estructura como
“es parte de” en lugar de la interpretación “es una especialización de” de
los enlaces de una jerarquı́a de herencias.
En ciertas aplicaciones un objeto puede estar incluido en varios objetos.
En esos casos la relación de continentes se representa mediante un grafo.
2.
Lenguajes orientados a objetos
Hasta el momento se han explicado los conceptos básicos de la programación orientada a objetos en un nivel abstracto. Para poder utilizarlos en
la práctica en un sistema de bases de datos hay que concretarlos en algún
lenguaje. Esto puede realizarse de dos maneras:
1. Los conceptos de la programación orientada a objetos se utilizan
únicamente como herramientas de diseño y se codifican, por ejemplo, en una base de datos relacional. Se sigue este enfoque cuando
se utilizan los diagramas entidad-relación para modelar los datos y
luego se convierten de manera manual en un conjunto de relaciones.
2. Los conceptos de la programación orientada a objetos se incorporan en
un lenguaje que se utiliza para trabajar con la base de datos. Con este
enfoque hay varios lenguajes posibles en los que se pueden integrar
los conceptos:
Una opción es extender un lenguaje para el tratamiento de datos,
como SQL, añadiendo tipos complejos y las demás caracterı́sticas de la programación orientada a objetos. Los sistemas que
proporcionan extensiones orientadas a objetos a los sistemas relacionales se denominan sistemas relacionales orientados a objetos.
Otra opción es tomar un lenguaje de programación orientado a
objetos y extenderlo para que trabaje con las bases de datos. Estos
lenguajes se denominan lenguajes de programación persistente.
Estudiaremos estas dos opciones en el resto de este tema.
3
3.
LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN PERSISTENTES
10
Lenguajes de programación persistentes
Los lenguajes de las bases de datos trabajan directamente con datos
que son persistentes, es decir, los datos siguen existiendo una vez que el
programa que los creó ha concluido. Las relaciones de las bases de datos y las
tuplas de las relaciones son ejemplos de datos persistentes. Por el contrario,
los únicos datos persistentes con los que los lenguajes de programación
tradicionales trabajan directamente son los archivos.
La manera tradicional de realizar las interfaces de las bases de datos
con los lenguajes de programación tradicionales consiste en incorporar o
embeber el código SQL dentro del lenguaje de programación.
Los lenguajes de programación persistente son lenguajes de programación extendidos para el tratamiento de datos persistentes. Los lenguajes
de programación persistente pueden distinguirse de los lenguajes con SQL
embebido de al menos dos maneras:
1. En los lenguajes incorporados el sistema de tipos del lenguaje anfitrión suele ser diferente del sistema de tipos del lenguaje para el
tratamiento de los datos. Los programadores son responsables de las
conversiones de tipos entre el lenguaje anfitrión y SQL. Exigir que los
programadores ejecuten esta tarea presenta varios inconvenientes:
a) El código para la conversión entre objetos y tuplas opera fuera
del sistema de tipos orientado a objetos y, por tanto, tiene más
posibilidades de presentar errores no detectados.
b) La conversión entre el formato orientado a objetos y el formato relacional de las tuplas necesita gran cantidad de código. El
código de conversión, junto con el código para cargar y descargar los datos de la base de datos puede suponer un porcentaje
significativo del total necesario para la aplicación
Por el contrario, en los lenguajes de programación persistente, el
lenguaje de consulta se halla totalmente integrado con el lenguaje
anfitrión y ambos comparten el mismo sistema de tipos. Los objetos
se pueden crear y guardar en la base de datos sin ningún tipo explı́cito
ni cambios de formato; los cambios necesarios se realizan de manera
transparente.
2. Los programadores que utilizan lenguajes de consulta incorporados
son responsables de la escritura de código explı́cito para la búsqueda
de los datos de la base de datos en la memoria. Si se realizan actualizaciones, los programadores deben escribir código de manera explı́cita
para volver a guardar los datos actualizados en la base de datos.
Por el contrario, en los lenguajes de programación persistentes los
programadores pueden trabajar con datos persistentes sin tener que
3
LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN PERSISTENTES
11
escribir de manera explı́cita código para buscarlos en la memoria o
para volver a guardarlos en el disco.
Se han propuesto versiones persistentes de los lenguajes de programación como Pascal. En los últimos años han recibido mucha atención las
versiones persistentes de los lenguajes orientados a objetos como C++, Java
y Smalltalk.
Sin embargo, los lenguajes de programación persistentes presentan ciertos inconvenientes. Dado que los lenguajes de programación suelen ser potentes resulta relativamente sencillo cometer errores de programación que
dañen las bases de datos. Además, la complejidad de los lenguajes hace que
la optimización automática de alto nivel, como la reducción de E/S de disco,
resulte más difı́cil.
A continuación se describen varios aspectos que cualquier lenguaje de
programación persistente debe abordar.
3.1.
Persistencia de los objetos
En los lenguajes de programación orientados a objetos estos son transitorios, desaparecen cuando se termina el programa, Si se desea transformar
uno de estos lenguajes en un lenguaje para la programación de bases de
datos, el primer paso consiste en proporcionar una manera de hacer persistentes a los objetos. Se han propuesto varios enfoques.
Persistencia por clases El enfoque más sencillo, pero el menos conveniente,
consiste en declarar que una clase es persistente. Todos los objetos de
la clase son, por tanto, persistentes de manera predeterminada. Todos
los objetos de las clases no persistentes son transitorios. Este enfoque
no es flexible, porque no permite disponer en una misma clase tanto
de objetos transitorios como de objetos persistentes.
En muchos sistemas de bases de datos orientados a objetos, la declaración
de que una clase es persistente se debe interpretar mejor como “que
pueden ser persistentes”.
Persistencia por creación En este enfoque se introduce una sintaxis nueva
para crear los objetos persistentes mediante la extensión de la sintaxis
para la creación de los objetos transitorios. Por tanto, los objetos son
persistentes o transitorios en función de la manera de crearlos. Este
enfoque se sigue en varios sistemas de bases de datos orientados a
objetos.
Persistencia por marcas Una variante del enfoque anterior es marcar los
objetos como persistentes después de haberlos creado. Todos los objetos se crean como transitorios, pero, si un objeto tiene que persistir
más allá de la ejecución del programa, se le marca de manera explı́cita.
3
LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN PERSISTENTES
12
A diferencia del enfoque anterior, la decisión sobre la persistencia o
la transitoriedad se retrasa hasta después de la creación del objeto.
Persistencia por alcance Uno o varios objetos se declaran objetos persistentes (objetos raı́z) de manera explı́cita. Todos los demás objetos
serán persistentes si (y sólo si) son alcanzables desde el objeto raı́z
mediante una secuencia de una o más referencias.
Este esquema tiene la ventaja de que resulta sencillo hacer que sean
persistentes estructuras de datos completas con sólo declarar como
persistente la raı́z de las mismas. Sin embargo, el sistema de bases
de datos sufre la carga de tener que seguir las cadenas de referencias
para detectar los objetos que son persistentes, lo que puede resultar
costoso.
3.2.
Identidad de los objetos y punteros a memoria
El concepto de la identidad de los objetos tiene una relación interesante
con los punteros de los lenguajes de programación. Una manera sencilla de
conseguir una identidad intrı́nseca es utilizar los punteros a las ubicaciones
fı́sicas de almacenamiento. En concreto, en muchos lenguajes orientados a
objetos como C++, los identificadores de los objetos son en realidad punteros internos de la memoria.
Sin embargo, la asociación de los objetos con ubicaciones fı́sicas de almacenamiento puede variar con el tiempo. Hay varios grados de permanencia
de las identidades:
Dentro de los procedimientos La identidad sólo persiste durante la ejecución de un único procedimiento. Un ejemplo de la identidad dentro
de los procedimientos son las variables locales del interior de los procedimientos.
Dentro de los programas La identidad sólo persiste durante la ejecución
de un único programa o una única consulta. Un ejemplo de la identidad dentro de los programas son las variables globales de los lenguajes de programación. Los punteros de la memoria principal o de la
memoria virtual sólo ofrecen identidad dentro de los programas.
Entre programas La identidad persiste de una ejecución del programa a
otra. Los punteros a los datos del sistema de archivos del disco ofrecen
identidad entre los programas, pero pueden cambiar si se modifica la
manera en que los datos se guardan en el sistema de archivos.
Persistente La identidad no sólo persiste entre las ejecuciones del programa
sino también entre las reorganizaciones estructurales de los datos.
Es la forma persistente de la identidad necesaria para los sistemas
orientados a objetos.
4
BASES DE DATOS RELACIONALES ORIENTADAS A OBJETOS
3.3.
13
Almacenamiento y acceso a los objetos persistentes
Hay varias maneras de hallar los objetos de la base de datos. Uno de los
enfoques consiste en dar nombres a los objetos, igual que se hace con los
archivos. Este enfoque resulta útil con un número de objetos relativamente
pequeño, pero no resulta práctico para millones de objetos.
Un segundo enfoque consiste en exponer los identificadores de los objetos o los punteros persistentes de los objetos, que pueden guardarse de
manera externa. A diferencia de los nombres, estos punteros no tienen por
qué ser fáciles de recordar y pueden ser incluso punteros fı́sicos dentro de
la base de datos.
Un tercer enfoque es guardar las colecciones de objetos y permitir que
los programas iteren sobre las mismas para hallar los objetos deseados. Las
colecciones de objetos pueden a su vez modelarse como objetos de un tipo
colección. Los tipos de colecciones incluyen los conjuntos, los multiconjuntos, listas, etcétera. Un caso especial de colección son las extensiones de
clases, que son la colección de todos los objetos pertenecientes a una clase.
Si hay una extensión de clase, siempre que se cree un objeto de la clase, el
mismo se inserta en la extensión de clase de manera automática, y siempre
que se borre un objeto, éste se eliminará de la extensión de clase.
La mayor parte de los sistemas de bases de datos orientados a objetos permiten las tres maneras de acceso a los objetos persistentes. Todos
los objetos tienen identificadores. Generalmente sólo se da nombre a las
extensiones de las clases y a otros objetos de tipo colección y, quizás, a
determinados objetos seleccionados, pero normalmente no se nominan la
mayorı́a de los objetos.
4.
Bases de datos relacionales orientadas a objetos
Los modelos de datos relacionales orientados a objetos extienden el
modelo de datos relacional proporcionando un sistema de tipos más ricos
y complejos y añadiendo la programación orientada a objetos.
Los lenguajes de consulta relacionales como SQL también necesitan ser
extendidos para trabajar con el sistema de tipos enriquecido.
4.1.
Relaciones anidadas
El modelo relacional anidado es una extensión del modelo relacional en
la que los dominios pueden ser atómicos o de relación. Por tanto, el valor de
las tuplas de los atributos puede ser una relación, y las relaciones pueden
guardarse en otras relaciones. Los objetos complejos, por tanto, pueden
representarse mediante una única tupla de las relaciones anidadas.
4
BASES DE DATOS RELACIONALES ORIENTADAS A OBJETOS
4.2.
4.2.1.
14
Tipos de datos complejos
Colecciones
Los conjuntos son ejemplares de los tipos colección. Otros ejemplares
son los arrays y los multiconjuntos (es decir, colecciones sin orden donde
un elemento puede aparecer varias veces). Las siguientes definiciones de
atributos ilustran la declaración de un array:
array-autores varchar(20) array [10]
array-autores es un array de hasta 10 nombres de autor. Se puede acceder
a los elementos del array especificando el ı́ndice del array, por ejemplo,
array-autores[1].
4.2.2.
Objetos de gran tamaño (LOB)
Muchas aplicaciones actuales de bases de datos necesitan almacenar
atributos grandes (del orden de varios Kbytes), tales como la fotografı́a de
una persona, o muy grandes (del orden de varios Mbytes o incluso Gbytes),
tales como imágenes médicas de alta resolución o clips de vı́deo. SQL:1999
proporciona por tanto nuevos tipos de datos para objetos de gran tamaño
para datos de caracteres (clob) y binarios (blob). Las letras “lob” en estos
tipos de datos son acrónimos de “Large OBject” (objeto grande).
Los objetos grandes se usan normalmente en aplicaciones externas, y
tiene poco sentido extraerlos completamente en SQL. En su lugar, una
aplicación conseguirı́a un “localizador” de un objeto grande y lo usarı́a
para manipularlo desde el lenguaje anfitrión.
4.2.3.
Tipos estructurados
Los tipos estructurados permiten la representación directa de atributos
compuestos de los diagramas E-R.
Un tipo estructurado puede tener métodos definidos sobre él. Los métodos se declaran como parte de la definición de tipos de un tipo estructurado.
4.2.4.
Constructores
Hay que definir funciones constructoras para crear valores de tipos estructurados. En SQL-1999 y en muchos otros lenguajes se utiliza una función
con el mismo nombre que un tipo estructurado como función constructora.
De manera predeterminada, cada tipo estructurado tiene un constructor
sin argumentos, que establece los atributos a sus valores predefinidos.
Cualquiera otra función constructora tiene que crearse explı́citamente.
Puede haber más de una constructora para el mismo tipo estructurado;
4
BASES DE DATOS RELACIONALES ORIENTADAS A OBJETOS
15
aunque tengan el mismo nombre, sólo tienen que ser distinguibles por el
número de argumentos y sus tipos.
4.3.
Herencia
La herencia puede hallarse en el nivel de los tipos o en el nivel de las
tablas. En primer lugar se considerará la herencia de los tipos y después en
el nivel de las tablas.
4.3.1.
Herencia de tipos
Los tipos derivados heredan los atributos de superclase. Los métodos
también se heredan por sus subtipos, al igual que los atributos. Sin embargo,
un subtipo puede redefinir el efecto de un método declarándolo de nuevo.
Esto se conoce como sobreescritura (overriding) del método.
4.3.2.
Herencia de tablas
Las subtablas en SQL:1999 se corresponden con la noción del modelo
E-R de la especialización y la generalización.
Por tanto, cada atributo presente en una supertabla debe estar también
presente en las subtablas.
Además, cuando se declaran subtablas derivadas de una supertabla,
cada tupla presente en una subtabla también está presentes en la supertabla.
En principio, serı́a posible la herencia múltiple tanto en tipos como en
tablas, pero ANSI SQL:1999 no lo soporta
Las subtablas pueden guardarse de manera eficiente –sin réplica de
todos los campos heredados– de una de las dos siguientes formas:
Cada tabla almacena la clave primaria (que se puede heredar de una
tabla padre) y los atributos definidos localmente. Los atributos heredados (aparte de la clave primaria) no hace falta guardarlos y pueden
obtenerse mediante una reunión con la supertabla basada en la clave
primaria.
Cada tabla almacena todos los atributos heredados y definidos localmente. Cuando se inserta una tupla se almacena sólo en la subtabla
en la que se inserta y su presencia se infiere en cada supertabla. El
acceso a todos los atributos de una tupla es más rápido, dado que no
se requiere una reunión.
4.4.
Referencias
Los lenguajes orientados a objetos proporcionan la posibilidad de hacer
referencia a los objetos. El atributo de un tipo puede ser una referencia a
4
BASES DE DATOS RELACIONALES ORIENTADAS A OBJETOS
16
un objeto de un tipo especificado. Este concepto es equivalente al de clave
externa.
4.5.
Consultas con tipos complejos
En este apartado se presenta una extensión del lenguaje de consulta SQL
para trabajar con los tipos complejos.
4.5.1.
Acceso a datos estructurados
Se hace referencia al nombre del atributo compuesto utilizando una
notación con un punto.
Se verá mejor con un ejemplo sencillo: averiguar el tı́tulo y el nombre de
la editorial de cada documento. La consulta siguiente lleva a cabo esa tarea:
select tı́tulo, editorial.nombre
from libros
Obsérvese que se hace referencia al campo nombre del atributo compuesto editorial.
4.5.2.
Expresiones de ruta
Las referencias se desreferencian en SQL:1999 con el sı́mbolo ->. Considérese otra vez la tabla departamentos. Se puede usar la siguiente consulta
para hallar los nombres y direcciones de los directores de todos los departamentos.
select director-$>$nombre, director-$>$dirección \\
from departamentos
Una expresión como “director->nombre” se denomina una expresión de
ruta.
Dado que directores una referencia a una tupla de la tabla persona, el
atributo nombre en la consulta anterior es el atributo nombre de la tupla de
la tabla persona.
4.5.3.
Atributos de tipo colección
Los arrays son el único tipo colección soportado por SQL:1999 Una
expresión que se evalúe a una colección puede aparecer en cualquier lugar
en que aparezca un nombre de relación, tal como en la cláusula from, como
ilustran los siguientes ejemplos (Se usa la tabla Libros definida en el libro)
Si se desea hallar todos los documentos que tienen las palabras “base
de datos” entre sus palabras clave se puede utilizar la consulta siguiente:
4
BASES DE DATOS RELACIONALES ORIENTADAS A OBJETOS
17
select tı́tulo
from libros
where ’base de datos’ in (unnest(lista-palabras-clave))
Obsérvese que se ha usado el operador unnest(lista-palabras-clave) en
una posición en la que SQL sin relaciones anidadas habrı́a exigido una
subexpresión select-from-where.
La transformación de una relación anidada en una forma con menos (o
sin) atributos de tipo relación se denomina desanidamiento. El proceso inverso de transformar una relación 1FN en una relación anidada se denomina
anidamiento.
Si se sabe que un libro en particular tiene tres autores, se podrı́a escribir:
select array-autores[1], array-autores[2], array-autores[3]
from libros
where tı́tulo= ’Fundamentos de bases de datos’
4.6.
Funciones y procedimientos
SQL:1999 permite la definición de funciones, procedimientos y métodos.
Se pueden definir mediante el componente procedimental de SQL:1999
o mediante un lenguaje de programación como Java, C o C++. Algunos
sistemas de bases de datos soportan sus propios lenguajes procedimentales,
tales como PL/SQL en Oracle y TransactSQL en SQLServer de Microsoft.
Éstos incorporan una parte procedimental parecida a SQL:1999, pero hay
diferencias tanto en la sintaxis como en la semántica
4.6.1.
Funciones y procedimientos en SQL
Supóngase que se desea una función que, dado un libro, devuelva el
recuento del número de autores usando el esquema 4FN. Se puede definir
la función ası́:
create function recuento-autores(tı́tulo varchar(20))
returns integer
begin
declare recuento-a integer;
select count(autor) into recuento-a from autores
where autores.tı́tulo = tı́tulo
return recuento-a;
end
La función anterior se puede utilizar en una consulta que devuelva los
tı́tulos de todos los libros que tengan más de un autor:
4
BASES DE DATOS RELACIONALES ORIENTADAS A OBJETOS
18
select tı́tulo
from libros
where recuento-autores(tı́tulo) > 1
Las funciones son particularmente útiles con tipos de datos especializados tales como las imágenes y los objetos geométricos.
Las funciones se pueden escribir en un lenguaje externo, como C o Java. Algunos sistemas de bases de datos también soportan funciones que
devuelven relaciones, es decir, multiconjuntos de tuplas, aunque tales funciones no se soportan en SQL:1999.
Los métodos se pueden ver como funciones asociadas a tipos estructurados. Tienen un primer parámetro implı́cito denominado self, que se
establece al valor del tipo estructurado sobre el que se invoca el método.
Ası́, el cuerpo del método puede referirse a un atributo a del valor usando
self.a. El método también puede actualizar estos atributos.
SQL:1999 también soporta procedimientos. Los procedimientos se pueden
invocar desde un procedimiento SQL o desde SQL embebido con la instrucción call:
SQL:1999 permite que más de un procedimiento o función compartan
el mismo nombre, siempre que el número de los argumentos sea diferente,
o que las que tengan el mismo número difieran al menos en el tipo de un
argumento. El nombre, junto con el número y tipo de los argumentos, se
usa para identificar el procedimiento.