MySQL 多表查询

核心目标： 学习如何使用 JOIN、UNION、自连接和子查询等技术，从一个或多个表中检索和组合复杂的数据。

前提：

1. 熟悉单表 SELECT 查询 (SELECT, FROM, WHERE, ORDER BY, LIMIT 等)。
2. 理解表间关联（主键-外键）。

1. 表连接 (JOIN)

作用：将来自两个或多个表中的行，基于它们之间的相关列组合起来。

(1.1) 内连接 (INNER JOIN 或 JOIN)

作用：返回两个（或多个）表中 满足连接条件 的行。不匹配的行被排除。最常用。
语法：

select column_list
from table1
inner join table2 on join_condition;

示例:

-- 查询学生及其专业名称 (只显示有匹配专业的学生)
select s.student_name, m.major_name
from students s
inner join majors m on s.major_id = m.major_id;

(1.2) 外连接 (OUTER JOIN)

• 左连接 (LEFT JOIN 或 LEFT OUTER JOIN)
  作用：返回 左表的所有行，以及右表中匹配的行。右表无匹配时，其列值为 NULL。
  语法：

select column_list
from table1 -- 左表
left join table2 on join_condition;

示例:

-- 查询所有学生及其专业 (没有专业的学生也会显示)
select s.student_name, m.major_name
from students s
left join majors m on s.major_id = m.major_id;

• 右连接 (RIGHT JOIN 或 RIGHT OUTER JOIN)
  作用：返回 右表的所有行，以及左表中匹配的行。左表无匹配时，其列值为 NULL。
  语法：

select column_list
from table1
right join table2 on join_condition; -- 右表

示例:

-- 查询所有专业及其学生 (没有学生的专业也会显示)
select s.student_name, m.major_name
from students s
right join majors m on s.major_id = m.major_id;

• (了解) 全外连接 (FULL OUTER JOIN)
  作用：返回左表和右表中 所有 的行。无匹配的对应列为 NULL。
  语法：MySQL 不直接支持。通过 LEFT JOIN UNION RIGHT JOIN 模拟。
  模拟语法:

select column_list from table1 left join table2 on join_condition
union
select column_list from table1 right join table2 on join_condition;

(1.3) (了解) 交叉连接 (CROSS JOIN)

作用：返回两表的笛卡尔积（所有可能的行组合）。谨慎使用。
语法：

select column_list from table1 cross join table2;

(1.4) 使用 USING 子句

当连接的两个表中用于匹配的列名称完全相同时，可用 USING(common_column_name) 简化 ON。
语法:

select ... from table1 join table2 using(common_column_name);

2. 自连接 (Self Join)

作用：将一个表连接到它自身，用于查询表内行与行之间的关系（如员工与经理）。必须使用表别名。
语法：

select alias1.column, alias2.column
from table_name alias1
join table_name alias2 on alias1.related_column = alias2.related_column;

示例 (查询员工及其经理):

select
e.emp_name as employee_name,
m.emp_name as manager_name
from
employees e
left join
employees m on e.manager_id = m.emp_id;

3. 联合查询 (UNION / UNION ALL)

作用：合并两个或多个 SELECT 语句的结果集。
语法：

select column_list1 from table1 ...
union | union all
select column_list2 from table2 ...
[order by ...]
[limit ...]

规则：

• 所有 SELECT 语句列数相同。
• 对应列数据类型兼容。
• 列顺序相同。
• UNION 去重，UNION ALL 不去重。

示例:

-- 合并活跃客户和潜在客户邮箱 (去重)
select email from active_customers
union
select email from potential_customers;

-- 合并不同年份销售记录 (不去重)
select product_id, sale_date, amount from sales_2023
union all
select product_id, sale_date, amount from sales_2024;

4. 子查询 (Subqueries)

作用：嵌套在其他 SQL 语句中的查询。根据返回结果的结构，可分为以下几类：

(4.1) 标量子查询 (Scalar Subquery)

定义：返回 单个值（即一行一列）的子查询。
用途：可以用在任何需要单个值的地方，如 SELECT 列表、WHERE 子句的比较条件、SET 子句等。

示例:

-- WHERE 子句：查询工资高于平均工资的员工
select emp_name, salary
from employees
where salary > (select avg(salary) from employees); -- 子查询返回平均工资(单个值)

-- SELECT 列表：查询每个学生姓名及其选修的课程总数
select
s.student_name,
(select count(*) from enrollments e where e.student_id = s.student_id) as courses_taken -- 子查询计算每个学生的选课数(单个值)
from students s;

-- SET 子句 (在 UPDATE 中): 将所有员工工资设为平均工资 (危险操作示例)
-- update employees set salary = (select avg(salary) from employees);

(4.2) 列子查询 (Column Subquery)

定义：返回 单列多行 的子查询。
用途：主要用于 WHERE 子句中与 IN, NOT IN, ANY, SOME, ALL 等操作符结合使用。

示例:

-- 使用 IN：查询选修了 'CS101' 或 'MA201' 课程的学生姓名
select student_name
from students
where student_id in (select student_id from enrollments where course_id in ('CS101', 'MA201')); -- 子查询返回选了这两门课的学生 ID 列表

-- 使用 NOT IN：查询没有下过订单的客户
select customer_name
from customers
where customer_id not in (select distinct customer_id from orders); -- 子查询返回下过单的客户 ID 列表

-- 使用 ANY/SOME：查询工资高于 IT 部门（dept_id=2）任意一个员工工资的其他部门员工
-- (注意: 不包括 IT 部门自身员工)
select emp_name, salary
from employees
where salary > any (select salary from employees where dept_id = 2)
and dept_id != 2; -- 或 dept_id is null

-- 使用 ALL：查询工资高于 IT 部门所有员工工资的员工
select emp_name, salary
from employees
where salary > all (select salary from employees where dept_id = 2);

(4.3) 行子查询 (Row Subquery)

定义：返回 单行多列 的子查询。
用途：主要用于 WHERE 子句中进行行级别的比较。需要使用括号将多个列括起来进行比较。

示例:

-- 查询与 ID 为 101 的员工 部门和经理都相同的其他员工
select emp_name
from employees
where (dept_id, manager_id) = (select dept_id, manager_id from employees where emp_id = 101)
and emp_id != 101; -- 排除员工 101 自己

-- 查找选修了与学生 'Alice' 完全相同的一组课程的学生 (这比较复杂，通常用 JOIN 或 EXISTS 更优，仅作行子查询示例)
-- (假设能查询出 Alice 选的所有课作为一个 "行" - 实际场景复杂)
-- select ... where (col1, col2, ...) = (select col1, col2, ... from ... where ...)

注意：行子查询的直接比较在某些场景下可能效率不高或不易理解，常有替代方案。

(4.4) 表子查询 (Table Subquery / Derived Table)

定义：返回 多行多列（即一个结果集）的子查询。
用途：主要用在 FROM 子句中，将子查询的结果当作一个临时的表（必须为其指定别名）来进一步查询。也可用在 JOIN 子句中。

示例:

-- FROM 子句：查询每个专业的平均 GPA，然后找出平均 GPA 大于 3.5 的专业
select major_avg.major_name, major_avg.avg_gpa
from (
select m.major_name, avg(s.gpa) as avg_gpa -- 子查询计算每个专业的平均 GPA
from students s
join majors m on s.major_id = m.major_id
group by m.major_name
) as major_avg -- 必须为派生表指定别名
where major_avg.avg_gpa > 3.5;

-- JOIN 子句：查询每个部门中工资最高的员工信息
select e.emp_name, e.salary, d.dept_name
from employees e
inner join (
select dept_id, max(salary) as max_salary -- 子查询找出每个部门的最高工资
from employees
where dept_id is not null
group by dept_id
) as dept_max_salary
on e.dept_id = dept_max_salary.dept_id and e.salary = dept_max_salary.max_salary -- 连接条件：部门ID相同且工资等于该部门最高工资
inner join departments d on e.dept_id = d.dept_id;

(4.5) EXISTS / NOT EXISTS 结合子查询

EXISTS 操作符用于检查子查询是否返回任何行。如果子查询返回至少一行，EXISTS 返回 TRUE；否则返回 FALSE。NOT EXISTS 相反。这通常用于替代 IN 进行存在性检查，效率可能更高。子查询通常是相关子查询（依赖外部查询的值）。

示例:

-- EXISTS：查询至少选修了一门课程的学生
select s.student_name
from students s
where exists (select 1 from enrollments e where e.student_id = s.student_id limit 1); -- 检查是否存在该学生的选课记录

-- NOT EXISTS：查询没有员工的部门
select d.dept_name
from departments d
where not exists (select 1 from employees e where e.dept_id = d.dept_id limit 1); -- 检查是否不存在该部门的员工记录

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练习题 (Practice Exercises - Advanced Queries with Answers)

继续使用 employees 和 departments 表。

employees 表:

emp_id	emp_name	dept_id	salary	manager_id
101	Alice	1	60000	102
102	Bob	2	75000	NULL
103	Charlie	1	65000	101
104	David	NULL	50000	102
105	Eve	2	80000	102

departments 表:

dept_id	dept_name	location
1	HR	New York
2	IT	London
3	Finance	New York

1. (Self Join) 查询所有员工及其直接经理的姓名。如果员工没有经理，也要显示该员工。
   答案:

   select e.emp_name as employee_name, m.emp_name as manager_name
   from employees e
   left join employees m on e.manager_id = m.emp_id;
   

2. (Column Subquery with IN) 查询所有在 ‘New York’ 地点工作的员工的姓名和工资。
   答案:

   select emp_name, salary
   from employees
   where dept_id in (select dept_id from departments where location = 'New York');
   

3. (Scalar Subquery) 查询工资最高的员工的姓名和工资。
   答案:

   select emp_name, salary
   from employees
   where salary = (select max(salary) from employees);
   

4. (Scalar Subquery in SELECT) 查询每个部门的名称以及该部门的员工人数。
   答案:

   select
   d.dept_name,
   (select count(*) from employees e where e.dept_id = d.dept_id) as employee_count
   from departments d;
   

5. (Table Subquery / Derived Table) 先计算每个部门的平均工资，然后找出平均工资超过 70000 的部门名称及其平均工资。
   答案:

   select dept_avg.dept_name, dept_avg.avg_salary
   from (
   select d.dept_name, avg(e.salary) as avg_salary
   from employees e
   join departments d on e.dept_id = d.dept_id
   group by d.dept_name
   ) as dept_avg
   where dept_avg.avg_salary > 70000;
   

6. (UNION) 假设有一个 retired_employees 表结构类似 employees，合并当前员工和退休员工的姓名列表（去除重复）。
   答案: (假设 retired_employees 表存在)

   select emp_name from employees
   union
   select emp_name from retired_employees;
   

7. (EXISTS) 查询哪些部门至少有一名员工。
   答案:

   select d.dept_name
   from departments d
   where exists (select 1 from employees e where e.dept_id = d.dept_id limit 1);
   

8. (Column Subquery with ALL) 查询工资比 HR 部门（dept_id=1）所有员工都高的员工姓名和工资。
   答案:

   select emp_name, salary
   from employees
   where salary > all (select salary from employees where dept_id = 1);
   

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