Ingeniería en Sistemas Computacionales

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1 INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE LA MONTAÑA EXTENSIÓN ILIATENCO Ingeniería en Sistemas Computacionales MATERIA: FUNDAMENTOS DE BASES DE DATOS DOCENTE: ING. ADRIÁN NAVA SÁNCHEZ PRESENTA: JULIO CESAR DAMIÁN HERNÁNDEZ S Iliatenco, Gro., a 29 de Mayo de

2 ÍNDICE UNIDAD 7 BASES DE DATOS ORIENTADAS A OBJETOS INTRODUCCIÓN... 1 BASES DE DATOS ORIENTADAS A OBJETOS VISIÓN GENERAL TIPOS DE DATOS COMPLEJOS COLECCIONES OBJETOS DE GRAN TAMAÑO (LOB) TIPOS ESTRUCTURADOS CONSTRUCTORES TIPOS ESTRUCTURADOS Y HERENCIA EN SQL HERENCIA DE TABLAS TIPOS DE ARREGLO MULTICONJUNTO EN SQL CREACIÓN Y ACCESO A LOS VALORES DE LOS CONJUNTOS CONSULTA DE LOS ATRIBUTOS VALORADOS COMO CONJUNTOS MULTISET TIPOS DE ELEMENTOS MULTISET MULTISET DECLARACIÓN IDENTIDAD DE LOS OBJETOS Y TIPOS DE REFERENCIA EN SQL IMPLEMENTACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS OR CONCLUSIÓN BIBLIOGRAFÍA... 15

3 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 Herencia de Tablas... 6

4 INTRODUCCIÓN Se utilizan en aplicaciones más complejas donde no llegan las bases de datos tradicionales y son adecuados cuando se necesita un buen rendimiento en la manipulación de datos complejos y la información se representa mediante objetos como los utilizados en la programación orientada a objetos Cuando se integran las características de una base de datos con las de un lenguaje de programación orientado a objetos resulta un sistema gestor de base de datos orientada a objetos (OBDMS). 1

5 BASES DE DATOS ORIENTADAS A OBJETOS De igual forma que los sistemas de bases de datos fueron aplicados a rangos más amplios de aplicaciones, incluyendo, por ejemplo, diseño asistido por computadora, las limitaciones impuestas por el modelo relacional han surgido como obstáculos. En consecuencia, los investigadores de bases de datos inventaron nuevos modelos de datos que resuelven las limitaciones del modelo de datos relacional. Una base de datos es una colección de datos que puede constituirse de forma que sus contenidos puedan permitirse el encapsular, tramitarse y renovarse sencillamente, elementos de datos, sus características, atributos y el código que opera sobre ellos en elementos complejos llamados objetos. Las base de datos están constituida por objetos, que pueden ser de muy diversos tipos, y sobre los cuales se encuentran definidas unas operaciones donde interactúan y se integran con las de un lenguaje de programación orientado a objetos, es decir, que los componentes de la base de datos son objetos de los lenguajes de programación además que este tipo de base de datos están diseñadas para trabajar con lenguajes orientados a objetos también manipulan datos complejos de forma rápida y segura. 2

6 7.1 VISIÓN GENERAL Los modelos de bases de datos tradicionales (relacional, red y jerárquico) han sido capaces de satisfacer con éxito las necesidades, en cuanto a bases de datos, de las aplicaciones de gestión tradicionales. Sin embargo, presentan algunas deficiencias cuando se trata de aplicaciones más complejas o sofisticadas CAD, CAM, SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. La estructura de los objetos es más compleja, las transacciones son de larga duración, se necesitan nuevos tipos de datos para almacenar imágenes y textos, y hace falta definir operaciones no estándar. La orientación a objetos ofrece flexibilidad para manejar algunos de estos requisitos y no está limitada por los tipos de datos y los lenguajes de consulta de los sistemas de bases de datos tradicionales. 3

7 7.2 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 índice del array, por ejemplo, arrayautores [1] Objetos de gran tamaño (LOB) Muchas aplicaciones actuales de bases de datos necesitan almacenar atributos grandes (del orden de varios Kbytes), tales como la fotografía de una persona, o muy grandes (del orden de varios Mbytes o incluso Gbytes), tales como imágenes médicas de alta resolución o clips de vıdeo. 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 conseguir un localizador de un objeto grande y lo usaría para manipularlo desde el lenguaje anfitrión 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 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 explícitamente. Puede haber más de una constructora para el mismo tipo estructurado; aunque tengan el mismo nombre, solo tienen que ser distinguibles por el número de argumentos y sus tipos. 4

8 7.3 TIPOS ESTRUCTURADOS Y HERENCIA EN SQL 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 sí. Son parecidas porque deñen iguales atributos y métodos. No son idénticas porque cada clase denle, además, atributos y/o métodos que no comparte con las demás. Sería 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 características comunes, y redefiniendo las clases originales como especializaciones de la nueva clase. 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 jerarquía de clases, que es parecido al de especialización del modelo entidad-relación. Las relaciones entre una clase mas especifica, o clase derivada, con respecto 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 podrían 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 implícitamente, por la herencia. 5

9 7.4 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 presente en la supertabla. En principio, sería 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 hacen 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 solo 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. Considere entonces el siguiente ejemplo de herencia: Figura 1 Herencia de Tablas. En resumidas cuentas, un Jugador tiene un Nombre. A su vez, un Futbolista y un Voleibolista son Jugadores, por lo que ya tienen nombres y a su vez el primero pertenece a un Club y el segundo tiene una Posición. Finalmente, un Portero es un Futbolista, por lo que ya tiene un club y a su vez, es un jugador, por lo que tiene un nombre y además, cuenta con una cantidad de Bloqueos de gol registrados. 6

10 Por ejemplo, supóngase que se define la tabla personas de la manera siguiente: create table persona of Persona Se pueden definir entonces las tablas estudiantes y profesores como subtablas de persona: Create table estudiantes of Estudianteunder personacreate table profesores of Profesorunder persona Los tipos de las subtablas deben ser subtipos del tipo de la tabla padre. Por tanto, cada atributo presente en persona debe estar también presente en las subtablas. Además, cuando se declaran estudiantes y profesores como subtablas de persona, cada tupla presente es estudiantes o profesores también están presentes implícitamente en persona. Así, si una consulta usa la tabla persona, encontrará no sólo las tuplas insertadas directamente en la tabla, sino también en las tuplas insertadas en sus subtablas estudiantes y profesores. Sin embargo, sólo se puede acceder a los atributos que están presentes en persona. 7

11 7.5 TIPOS DE ARREGLO MULTICONJUNTO EN SQL SQL soporta dos tipos de conjuntos: arrays y multiconjuntos; los tipos array se añadieron en SQL: 1999, mientras que los tipos multiconjuntos se agregaron en SQL: Un multiconjunto es un conjunto no ordenado, en el que cada elemento puede aparecer varias veces. Supóngase que se desea registrar información sobre libros, incluido un conjunto de palabras clave para cada libro. Supóngase también que se deseara almacenar almacenar el nombre de los autores de un libro en forma de array; a diferencia de los elementos de los multiconjuntos, los elementos de los arrays están ordenados, de modo que se puede distinguir el primer autor del segundo autor, etc. El ejemplo siguiente ilustra la manera en que se puede definir en SQL estos atributos como arrays y como multiconjuntos. Create type Editor as (Nombre varchar(20), sucursal varchar(20)) create type Libro as (titulo varchar(20), array_autores varchar(20) array[10], fecha_publicacion date, editor Editor, conjunto_palabras_clave varchar(20) multiset) create table libros of Libro Creación y acceso a los valores de los conjuntos En SQL: 1999 se puede crear un array de valores de esta manera: array[ Silberschartz, Korth, Sudarshan ] De manera parecida, se puede crear un multiconjunto de palabras clave de la manera siguiente: multiset[ Silberschartz, Korth, Sudarshan ] Por lo tanto, se puede crear una tupla definido por la relación libros como: insert into libros values ( Compiladores, array[ Gómez, Santos ], new Editor( McGraw-Hill, Nueva York ), multiset[ análisis sintáctico, análisis ]) Se puede tener acceso a los elementos del array o actualizarlos especificando el índice del array, por ejemplo, array_autores[1]. 8

12 7.5.2 Consulta de los atributos valorados como conjuntos Ahora se considerará la forma de manejar los atributos que se valoran como conjuntos. Las expresiones que se valoran como conjuntos pueden aparecer en cualquier parte en la que pueda aparecer el nombre de una relación, como las cláusulas from. Si se desea averiguar todos los libros que contengan las palabras base de datos entre sus palabras clave, se puede usar la consulta siguiente: MultiSET select titulo form libros where base de datos in (unnest(conjunto_palabras_clave)) Un conjunto múltiple es un tipo de colección no ordenada que contiene de cero a una aplicación definida máxima cantidad de elementos. Todos los elementos deben ser del mismo tipo. Elemento en la misma se puede producir en las varias veces multiconjuntos Tipos de elementos MultiSET El tipo de elemento puede ser cualquier tipo SQL. Esto significa elementos en un conjunto múltiple puede ser cualquiera de los siguientes: Tipos definidos por el usuario (UDT) Tipos de fila Otro MultiSET Todos los demás tipos de construcción, tales como int, double, varchar, etc MultiSET Declaración Todo lo que tiene que ver con el fin de declarar un tipo de conjunto múltiple es añadir MultiSET después de que el tipo de elemento en la declaración. A continuación se muestra un ejemplo de una tabla que representa las personas y sus frutas favoritas. CREATE TABLE mstable (nombre VARCHAR (10), favfruits VARCHAR (5) MultiSET); Constructores MultiSet Valor Hay tres maneras de crear conjuntos múltiples. Haremos uso de nuestra mesa de fruta favorita definido anteriormente para ilustrar el uso de los constructores de valor. 9

13 Valor por enumeración INSERT INTO VALORES mstable ('Wael, MultiSET [' Apple ',' pera ']); Esto, dice, las frutas favoritas de Wael son manzana y pera. Alternativamente, el estándar SQL permite también la construcción de lo mismo con los trigramas del soporte. INSERT INTO VALORES mstable ('Wael, MultiSET ("Apple", "pera")??); Tenga en cuenta, aunque puede ser tentador pensar de esta construcción como un literal, es posible, por ejemplo, tienen un valor de subconsulta en la enumeración INSERT INTO VALORES mstable ('Wael, MultiSET ["Apple", SELECT * FROM frutas donde latin_name =' Pirus malus L. ']); 10

14 7.6 IDENTIDAD DE LOS OBJETOS Y TIPOS DE REFERENCIA EN SQL Los lenguajes orientados a objetos ofrecen la posibilidad de hacer referencia a objetos. Los atributos de un tipo dado pueden servir de referencia para los objetos de un tipo concreto. Por ejemplo, en SQL se puede definir el tipo Departamento con el campo nombre y el campo director, que es una referencia al tipo Persona, y la tabla departamentos del tipo Departamento, de la manera siguiente: create type Departamento( nombre varchar(20), director ref(persona) scope personas) create table departamentos of Departamento En este caso, la referencia está restringida a las tuplas de la tabla personas. La restricción del ámbito de referencia a las tuplas de una tabla es obligatoria en SQL, y hace que las referencias se comporten como las claves externas. La tabla a la que hace referencia debe tener un atributo que guarde el identificador para cada tupla. Ese atributo, denominado atributo autorreferenciable (selfreferential attribute), se declara añadiendo una cláusula ref is a la instrucción create table: create table personas of Persona ref is id_persona system generated En este caso, id_persona es el nombre del atributo, no una palabra clave, y la instrucción system generated especifica que la base de datos genera de manera automática el identificador. Para inicializar el atributo de referencia hay que obtener el identificador de la tupla a la que se va a hacer referencia. Se puede conseguir el valor del identificador de la tupla mediante una consulta. Por tanto, para crear una tupla con el valor de referencia, primero se puede crear la tupla con una referencia nula y luego definir la referencia de manera independiente: insert into departamentos values ( CS, null) update departamentos set director = (select p.id_persona from persona as p where nombre = Martín ) where nombre = CS Una alternativa a los identificadores generados por el sistema es permitir que los usuarios generen los identificadores. El tipo del atributo autorreferencial debe especificarse como parte de la definición de tipos de la tabla a la que se hace referencia, y la definición de la tabla debe especificar que la referencia está generada por el usuario (user generated): create type Persona (nombre varchar(20), direccion varchar(20)) ref using varchar(20) 11

15 create table personas of Persona ref is id_persona user generated Al insertar tuplas en personas hay que proporcionar el valor del identificador: insert into personas (id_persona, nombre, direccion) values ( , Martín, Av del Segura, 23 ) 12

16 7.7 IMPLEMENTACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS OR La orientación a objetos constituye una nueva forma de pensar acerca de problemas empleando modelos que se han organizado tomando como base conceptos del mundo real. Los modelos orientados a objetos son útiles para comprender problemas, comunicarse con expertos en esa aplicación, modelar empresas, preparar documentación y diseñar programas y bases de datos. El beneficio principal no es un tiempo de desarrollo más reducido, el desarrollo orientado a objetos puede requerir más tiempo que el desarrollo convencional porque se pretende que promueva la reutilización futura y la reducción de los posteriores errores y el futuro mantenimiento. Las interfaces de programas de aplicación como ODBC y JDBC se han extendido para recuperar y almacenar tipos estructurados; por ejemplo, JDBC ofrece el método getobject () que devuelve un objeto Java Struct, a partir del cual se pueden extraer los componentes del tipo estructurado. Las bases de datos orientadas a objetos unen dos tecnologías: La de las bases de datos y la de los lenguajes orientados a objetos. Los LPOO aportan gran capacidad en la manipulación de datos, pero no implementan el almacenamiento y consulta de grandes volúmenes de datos. Por el contrario, las bases de datos convencionales aportan un dominio de las técnicas de almacenamiento y consulta de grandes volúmenes de datos, aunque su capacidad de manipulación es limitada. Las bases de datos orientadas a objetos pretenden unir la capacidad de manipulación de datos de los LPOO con la capacidad de almacenamiento y consulta de los SGBD. Crear objetos. Crear clases para organizar objetos. Llamar métodos para acceder objetos específicos. Estructuras jerárquicas de herencia para organizar clases y sub-clases. Facilidades de bases de datos estándar Facilidades de queries no procedimentales para recuperar objetos Procesamiento y optimización de queries automáticos Cambios de esquemas dinámicos Manejo de transacciones automáticas Control de concurrencia 13

17 CONCLUSIÓN La Base de Datos Orientados a Objetos es una adaptación del paradigma de programación orientada a objetos, se basa en el concepto de encapsular los datos en un objeto y el código que opera sobre ellos. Trabaja de manera parecida con las clases, las subclases y superclases basadas en una extensión del concepto ES del modelo entidad-relación. 14

18 BIBLIOGRAFÍA Abraham Silberschatz, Henry F. Korth y S. Sudarshan, Fundamentos de bases de datos, 4º Edición, McGraw-Hill, PRINTED IN SPAIN 04/05/ /05/ Computacionales/4to%20Semestre/Fundamentos%20de%20Bases%20de%20 Datos/fundamentos_bd/BasesDeDatosOrientadasAObjetos.pdf, 04/05/ /05/ /05/ /05/