Реляционная и Обьектная модели - разные модели
Реляционная и объектная модели относятся к разным уровням моделирования прикладной области. Реляционная модель относится к логическому уровню моделирования, объектная модель является концептуальной. Для того чтобы более четко определить разницу между этими моделями рассмотрим системы, основанные на них.
Системой можно назвать множество закономерностей определяющих существование и взаимодействие элементов этой системы. Для того, чтобы описать некую систему, введем следующие операции.
= Xj). Возвращает величину необходимую для однозначной идентификации элемента X.
В случае O-систем операция ADR(X) возвратит уникальное значение А ( или OID) объекта Х или, говоря по другому, спроецирует объект Х на адресное пространство ( пространство значений OID ) системы. Можно сказать, что результатом операции ADR(X) будет (А) где A - адрес. Исходя из определения операции ADR(X), действительным является выражение Аi
и Aj следует что IS(Ai) = IS(Aj). Для сохранения адресов используются элементы особого базового типа - ссылки или указатели.
Следует сказать, что в общем случае пространство определения типов О-системы является сложным и многомерным, что следует из многобразия способов типообразования в этой системе.[5,18] Одним из этих способов является наследование. Этот способ присущ только О-системам и позволяет при определении новых типов использовать уже существующие, более общие по смыслу, базовые типы.
Благодаря наследованию в О-системах один и тот же атрибут может быть определен в разных типах. На иллюстации класс В является наследником класса А и поэтому атрибут I определенный в классе А определен также и в классе-наследнике В. [1,5,16]
Рис 1. Простейшая реализация O-системы
Для того чтобы изобразить пространство R-системы необходимо вспомнить о ключе.Это понятие является одним из основных для R-систем и определяется следующим образом: ключом отношения называют такое подмножество внутри множества имен атрибутов отношения, что кортежи отношения могут быть однозначно определены значениями соответствующих атрибутов этого подмножества. Таким образом ключ состоит из набора значений которые однозначно определяют любую строку таблицы. Определенное значение ключевого поля (или полей), принадлежащих записи некоторой таблицы, позволяет найти эту запись внутри этой таблицы.[1,4]
Для однозначной идентификации кортежа Х некоторого отношения R операция ADR(X) должна вернуть выражение вида (R,K), которое звучит как "Ключ K кортежа X отношения R где R = IS(X)" . На этом определении основывается понятие внешнего ключа, который может быть назван R-аналогом ссылок и указателей O-систем. Определение подобного рода позволяет ввести в R-системы (рис. 2) механизм поддержки ссылочной целостности не позволяющий присвоить ссылке(внешнему ключу) значение выходящее из области значений первичного ключа соответствующего отношения.
Рис 2. R-система
Если сравнивать пространства R- и O- систем то можно отметить два различия:
Данные рассуждения верны также и для элементов системы позволяющих сохранять адрес. Существующий в O-системах ссылочный тип данных определяется системой и не зависит от типа объектов на который ссылка указывает. Возможно объявить неопределенную ссылку (в C++ - это указатель void* ) или на класс, который является базовым для любого другого класса и существует в системе по умолчанию (в Java - ссылка на объект класса Object). В R-системах внешний ключ должен быть связан с первичным ключом определенного отношения, и следовательно может быть объявлен только после того как это отношение описано.
Основные свойства системы, объединяющей R- и O- системы, должны складываться из свойств присущих каждой из этих систем в отдельности. Следовательно
Кажется, что наиболее простым путем создания системы имеющей свойства R- и O-систем будет расширение R-системы за счет введения в нее общего адресного пространства и применения к отношениям операции наследования. Рассмотрим это подробнее.
Создание общего адресного пространства в R-системе
Расcмотрим пару (R,K) подробнее. Поскольку она описывает результат операции ADR(X), однозначно идентифицирующей кортеж Х внутри системы, можно сказать что (Ri,Ki)
поскольку в них могут существовать такие Ki
и Kj что IS(Ki)
Эти рассуждения приводят нас к введению в R-систему понятия RecID - идентификатора, позволяющего однозначно определить любой кортеж системы. Следует заметить, что поле содержащее RecID является ключевым для любой таблицы хотя может быть и не определено явно как ключ.
Введение RecID не представляет особой сложности. Смысл, однако, заключается не в самом RecID. Важным является возможность использовать его значение для инициализации ссылок (или указателей), которые позволяют другим частям системы обращаться к данному кортежу. Можно рассмотреть два случая:
Применение наследования для отношений
Взглянем еще раз на рис.(1) описывающий пространство O-системы. Класс B является наследником класса А. Таким образом для операции IS(Bi) (где Вi - объект класса B) возможно два варианта правильного ответа - класс А и класс В. Можно сказать, что IS(Bi) = IS(Aj) в то время как IS(Ai)
Применим к отношениям наследование и определим отношение Rn+1 как наследник Rn. Из этого следует что для кортежа Х относящемуся к Rn+1 действительным будет IS(X) = IS((Rn)X) и в в то же время IS((Rn)X)
Тогда операции ADR(Х) возвратит пару (Rn+1, K) где K - ключ кортежа Х в адресном пространстве отношения Rn+1=IS(X). Соответственно ADR((Rn)Х) возвратит пару (Rn, K) где K - тот же самый (поскольку он наследуется) ключ в адресном пространстве отношения Rn=IS((Rn)X). Сравнение этих пар приведет к следующему выводу : ADR(Х) = ADR((Rn)Х) и в то же время ADR((Rn)Х)
= Xj) где Xi и Xj - элементы системы) данный вывод говорит о принципиальной невозможности применить к отношениям операцию наследования. Можно сказать, что элемент реляционной системы (кортеж) описываемый типом R, в связи с особенностями адресации (пара (R,K) ), может входят только в одно множество R которое определяется существованием данного типа (схемы отношения) R. Таким образом тип отношения и тип класса не могут быть одним же типом. Это является достаточным, для того что бы сказать, что реляционная и объектная модели являются разными моделями.
Однако, поскольку разные модели могут одновременно использоваться для описания одного и того же набора данных, можно предположить, что для этого могут использоваться реляционная и объектная модели. Для этого эти модели следуют рассматривать как ортогональные. И для того, что бы соотнести эти модели вспомним о том, что
Структуру любой сложности можно нормализовать
Блок информации любой сложности можно сохранить как набор записей различных таблиц.[2,1] Говоря по другому любой объект можно представить как набор кортежей различных отношений. Эта идея является основой проектирования реляционных БД и используется с момента их создания. По мнению автора именно эту идею нужно рассматривать как основу для создания системы объединяющей свойства объектных и реляционных систем. Причина, по которой существующие в настоящее время реляционные системы не обладают объектными свойствами заключаеться не в том, что эта идея является неверным.
Она является неполной.
Для того чтобы понять что имеется в виду, вернемся к примеру с программой сохраняющей свои данные в ОЗУ. Мы можем сказать, что в ОЗУ может быть сохранена любая информация (во всяком случае до сих пор это удавалось). Соответсвенно информация о некотором моделируемом объекте (здесь мы исходим из того, что любая программа в той или иной мере является способом моделирования некой предметной области) представляет из себя некоторое множество элементов ОЗУ. Важным является тот факт, что это верно для любой программы, будь она написана на Си, FORTRAN или ассемблере (все эти языки используют разные парадигмы программирования и не являются объектными) - в любом случае некоторому моделируемому объекту можно поставить в соответствие некоторое множество элементов ОЗУ, сохраняющие данные о этом объекте. Преимущество объектных систем заключается в том, что только они позволяют явно поставить в соответсвие объекту моделируемой области ИДЕНТИФИЦИРУЕМЫЙ и ОСМЫСЛЕННЫЙ(или, по другому, ИМЕЮЩИЙ ОПРЕДЕЛЕННУЮ СТРУКТУРУ) набор элеметов ОЗУ, который также (в терминах О-систем) называется объектом.
Аналогичные рассуждения верны и для объекта, данные о котором необходимо сохранить в реляционной базе данных. Из того факта, что информация о объекте с произвольной внутренней структурой может быть сохранена в реляционной системе, необходимо сделать следующий вывод: любому объекту можно поставить в соответствие ИДЕНТИФИЦИРУЕМЫЙ и ОСМЫСЛЕННЫЙ набор кортежей.
Рассмотрим это положение по частям:
Очень важно понимать, что речь здесь идет о смысле, который присущ кортежу как атрибуту обьекта. Дело в том, что любой кортеж может обладать собственным смыслом, и этот смысл определяется отношением в которое этот кортеж входят. Кортеж сам по себе является семантически значимым набором данных. И этот осмысленный набор данных осмыслен также в контексте обьекта, атрибутом которого он является. В этом нет никакого противоречия. Рассмотрим следующий пример.
Некоторая организация занимается рассылкой корреспонденции. Для каждого клиента определен адрес, по которому эту корреспонденцию нужно высылать. Клиенты могут быть как юридическими, так и физическими лицами. В контракте на обслуживание юридических лиц необходимо указывать регистационную информацию, включающую юридический адрес. В контракте для физических лиц необходимо указывать их паспорные данные. Возможная иерархия классов в О-системе моделирующей деятельность фирмы выглядит следующим образом (в скобках указана сохраняемая информация):
В каждый объект класса "Юридическое лицо" будет входит три набора данных, три поля, каждое из которых содержит определенную информацию об этом объекте: 1) фактический адрес 2) регистационная информация 3) юридический адрес. Каждый из этих наборов данных содержит информацию о их состоянии в процессе определенного взаимодействия с другими объектами окружающего мира, информацию определяющую возможность этого взаимодействия. Говоря по другому, каждый из этих наборов данных содержит информацию об одной из многих сущностей этого объекта.
Рассмотрим поля содержащие юридический и фактический адреса. В принципе, почтовая корреспонденция может быть послана по любому из этих адресов. Структура этих полей абсолютно одинакова. Эта структура определяется их собственным смыслом (т.е. их смыслом вне объекта, атрибутами которого являются эти поля), определяется их сущностью, которая может быть выражена словом "адрес". Информация содержащаяся в таких полях является достаточной для установления определенной связи (например почтовой) с содержащими их объектами.
Чтобы послать письмо важно наличие у объекта-получателя поля с сущностью "адрес", а какой объект - человек или фирма - данным адресом идентифицируется, какой текст находится в письме, что представляет данный адрес в контексте объекта - вся эта информация совершенно неважна для того чтобы письмо было послано по почте объекту, которому этот адрес принадлежит. Разница между этими полями (в одном случае адрес является юридическим, в другом - фактическим) существует только если рассматривать их в контексте объекта. Именно класс определяет по какому из этих адресов письмо должно быть послано.
Обратим особое внимание на то, что вне контекста класса все информационное содержимое полей, имеющих сущность "адрес", определяется только содержащимися в них данными. Только эти данные являются существенными.[11] Из этого следует, что в сущности адрес имеет реляционную природу и может рассматриваться как схема соответсвующего отношения. Тоже можно сказать и про сущность "регистрационная информация".
Рассмотрим наш пример более формально. Существует класс A описывающий клиентов, которым надо рассылать корреспонденцию.. Этот класс включает поле X1 содержащее фактический адрес клиента; это поле является котрежом отношения ADDR соответствующего сущности "адрес". Существует производный класс В (фирма) включающий поле X2 (юридический адрес) являющееся кортежом того же отношения ADDR и поле Y1 являющегося кортежом другого отношения LegIn соответствующего сущности "регистрационная информация". Создадим объект ОА класса А идентифицируемый OID1
и объект ОВ класса В идентифицируемый OID2.
В нашем примере мы имеем дело и с классами (объектная модель) и с отношениями (реляционная модель). Поскольку объектная и реляционная модели могут рассмариваться только как ортогональные, этот пример может быть проиллюстрирован следующим образом (рис. 4)
