SQL 如何进行并集、交集、差集等集合运算

一、什么是集合运算

截至目前，我们已经学习了从表中读取数据以及插入数据的方法。

所谓集合运算，就是对满足同一规则的记录进行的加减等四则运算。

通过集合运算，可以得到两张表中记录的集合或者公共记录的集合，又或者其中某张表中的记录的集合。

像这样用来进行集合运算的运算符称为 集合运算符 。

本文将会为大家介绍表的加减法， SQL 如何使用内联结、外联结和交叉联结将会和大家一起学习进行“表联结”的集合运算符及其使用方法-->。

二、表的加法——UNION

首先为大家介绍的集合运算符是进行记录加法运算的 UNION （并集） 。

在学习具体的使用方法之前，我们首先添加一张表，该表的结构与之前我们使用的 Product （商品）表相同，只是表名变为 Product2 （商品 2）（代码清单 1）。

代码清单 1 创建表 Product2（商品 2）

CREATE TABLE Product2
(product_id     CHAR(4)      NOT NULL,
 product_name   VARCHAR(100) NOT NULL,
 product_type   VARCHAR(32)  NOT NULL,
 sale_price     INTEGER      ,
 purchase_price INTEGER      ,
 regist_date    DATE         ,
 PRIMARY KEY (product_id));
接下来，我们将代码清单 2 中的 5 条记录插入到 Product2 表中。
商品编号（product_id）为“0001”~“0003”的商品与之前 Product 表中的商品相同，而编号为“0009”的“手套”和“0010”的“水壶”是 Product 表中没有的商品。
代码清单 2 将数据插入到表 Product2（商品 2）中
SQL Server PostgreSQL
BEGIN TRANSACTION; ---------①
INSERT INTO Product2 VALUES ('0001', 'T恤衫' ,'衣服', 1000, 500, '2009-09-20');
INSERT INTO Product2 VALUES ('0002', '打孔器', '办公用品', 500, 320, '2009-09-11');
INSERT INTO Product2 VALUES ('0003', '运动T恤', '衣服', 4000, 2800, NULL);
INSERT INTO Product2 VALUES ('0009', '手套', '衣服', 800, 500, NULL);
INSERT INTO Product2 VALUES ('0010', '水壶', '厨房用具', 2000, 1700, '2009-09-20');
COMMIT;
特定的 SQL
不同的 DBMS 的事务处理的语法也不尽相同。代码清单 2 中的 DML 语句在 MySQL 中执行时，需要将 ① 部分更改为“START TRANSACTION;”。在 Oracle 和 DB2 中执行时，无需用到 ① 的部分（请删除）。
详细内容请大家参考 什么是 SQL 事务 中的“创建事务”。
这样我们的准备工作就完成了。接下来，就让我们对上述两张表进行“Product 表 + Product2 表”的加法计算吧。语法请参考代码清单 3。
代码清单 3 使用 UNION 对表进行加法运算
SELECT product_id, product_name
  FROM Product
UNION
SELECT product_id, product_name
  FROM Product2;
执行结果：
product_id | product_name
-----------+-------------
 0001      | T恤衫
 0002      | 打孔器
 0003      | 运动T恤
 0004      | 菜刀
 0005      | 高压锅
 0006      | 叉子
 0007      | 擦菜板
 0008      | 圆珠笔
 0009      | 手套
 0010      | 水壶
上述结果包含了两张表中的全部商品。可能有些读者会发现，这就是我们在学校学过的集合中的并集运算，通过文氏图会看得更清晰（图 1）。
图 1　使用 UNION 对表进行加法（并集）运算的图示
商品编号为“0001”~“0003”的 3 条记录在两个表中都存在，因此大家可能会认为结果中会出现重复的记录，但是 UNION 等集合运算符通常都会除去重复的记录。
集合运算符会除去重复的记录。
三、集合运算的注意事项
其实结果中也可以包含重复的记录，在介绍该方法之前，还是让我们先来学习一下使用集合运算符时的注意事项吧。不仅限于 UNION，之后将要学习的所有运算符都要遵守这些注意事项。
注意事项 ① ——作为运算对象的记录的列数必须相同
例如，像下面这样，一部分记录包含 2 列，另一部分记录包含 3 列时会发生错误，无法进行加法运算。
-- 列数不一致时会发生错误
SELECT product_id, product_name
FROM Product
UNION
SELECT product_id, product_name, sale_price
FROM Product2;
注意事项 ②——作为运算对象的记录中列的类型必须一致
从左侧开始，相同位置上的列必须是同一数据类型。
例如下面的 SQL 语句，虽然列数相同，但是第 2 列的数据类型并不一致（一个是数值类型，一个是日期类型），因此会发生错误 ^[1]。
-- 数据类型不一致时会发生错误
SELECT product_id, sale_price
FROM Product
UNION
SELECT product_id, regist_date
FROM Product2;
一定要使用不同数据类型的列时，可以使用 SQL 常用的函数 中的类型转换函数 CAST。
注意事项 ③——可以使用任何 SELECT 语句，但 ORDER BY 子句只能在最后使用一次
通过 UNION 进行并集运算时可以使用任何形式的 SELECT 语句，之前学过的 WHERE、GROUP BY、HAVING 等子句都可以使用。
但是 ORDER BY 只能在最后使用一次（代码清单 4）。
代码清单 4 ORDER BY 子句只在最后使用一次
SELECT product_id, product_name
FROM Product
WHERE product_type = '厨房用具'
UNION
SELECT product_id, product_name
FROM Product2
WHERE product_type = '厨房用具'
ORDER BY product_id;
执行结果：
product_id | product_name
-----------+--------------
0004      | 菜刀
0005      | 高压锅
0006      | 叉子
0007      | 擦菜板
0010      | 水壶
四、包含重复行的集合运算——ALL 选项
接下来给大家介绍在 UNION 的结果中保留重复行的语法。其实非常简单，只需要在 UNION 后面添加 ALL 关键字就可以了。
这里的 ALL 选项，在 UNION 之外的集合运算符中同样可以使用（代码清单 5）。
代码清单 5 保留重复行
SELECT product_id, product_name
  FROM Product
UNION ALL
SELECT product_id, product_name
  FROM Product2;
执行结果：
在集合运算符中使用 ALL 选项，可以保留重复行。
五、选取表中公共部分——INTERSECT
下面将要介绍的集合运算符在数的四则运算中并不存在，不过也不难理解，那就是选取两个记录集合中公共部分的 INTERSECT（交集） ^[2]。
让我们赶快来看一下吧。其语法和 UNION 完全一样（代码清单 6）。
代码清单 6 使用 INTERSECT 选取出表中公共部分
Oracle SQL Server DB2 PostgreSQL
SELECT product_id, product_name
  FROM Product
INTERSECT
SELECT product_id, product_name
  FROM Product2
ORDER BY product_id;
执行结果：
 product_id | product_name
------------+--------------
 0001       | T恤衫
 0002       | 打孔器
 0003       | 运动T恤
大家可以看到，结果中只包含两张表中记录的公共部分。该运算的文氏图如下所示（图 2）。
图 2　使用 INTERSECT 选取出表中公共部分的图示
与使用 AND 可以选取出一张表中满足多个条件的公共部分不同，INTERSECT 应用于两张表，选取出它们当中的公共记录。
其注意事项与 UNION 相同，我们在“集合运算的注意事项”和“保留重复行的集合运算”中已经介绍过了。希望保留重复行时同样需要使用 INTERSECT ALL。
六、记录的减法——EXCEPT
最后要给大家介绍的集合运算符就是进行减法运算的 EXCEPT（差集）^[3]，其语法也与UNION 相同（代码清单 7）。
代码清单 7 使用 EXCEPT 对记录进行减法运算
SQL Server DB2 PostgreSQL
SELECT product_id, product_name
  FROM Product
EXCEPT
SELECT product_id, product_name
  FROM Product2
ORDER BY product_id;
特定的 SQL
在 Oracle 中执行代码清单 7 或者代码清单 8 中的 SQL 时，请将 EXCEPT 改为 MINUS。
  -- Oracle中使用MINUS而不是EXCEPT
  SELECT …
    FROM …
  MINUS
  SELECT …
    FROM …;
执行结果：
product_id | product_name
-----------+--------------
 0004      | 菜刀
 0005      | 高压锅
 0006      | 叉子
 0007      | 擦菜板
 0008      | 圆珠笔
大家可以看到，结果中只包含 Product 表中记录除去 Product2 表中记录之后的剩余部分。该运算的文氏图如图 3 所示。
图 3　使用 EXCEPT 对记录进行减法运算的图示
EXCEPT 有一点与 UNION 和 INTERSECT 不同，需要注意一下。
那就是在减法运算中减数和被减数的位置不同，所得到的结果也不相同。4 + 2 和 2 + 4 的结果相同，但是 4 - 2 和 2 - 4 的结果却不一样。
因此，我们将之前 SQL 中的 Product 和 Product2 互换，就能得到代码清单 8 中的结果。
代码清单 8 被减数和减数位置不同，得到的结果也不同
SQL Server DB2 PostgreSQL
-- 从Product2的记录中除去Product中的记录
SELECT product_id, product_name
  FROM Product2
EXCEPT
SELECT product_id, product_name
  FROM Product
ORDER BY product_id;
执行结果：
 product_id | product_name
------------+--------------
 0009       | 手套
 0010       | 水壶
上述运算的文氏图如图 4 所示。
图 4　使用 EXCEPT 对记录进行减法运算的图示（从 Product2 中除去 Product 中的记录）
到此，对 SQL 提供的集合运算符的学习已经结束了。
可能有些读者会想“唉？怎么没有乘法和除法呢？”关于乘法的相关内容，我们将在 SQL 如何使用内联结、外联结和交叉联结 详细介绍。
此外，SQL 中虽然也存在除法，但由于除法是比较难理解的运算，属于中级内容，因此我们会在 SQL 如何使用内联结、外联结和交叉联结 末尾的专栏中进行一些简单的介绍，感兴趣的读者请参考专栏“关系除法”。
原文链接：https://www.developerastrid.com/sql/sql-union-intersect-except/
实际上，在有些 DBMS 中，即使数据类型不同，也可以通过隐式类型转换来完成操作。但由于并非所有的 DBMS 都支持这样的用法，因此还是希望大家能够使用恰当的数据类型来进行运算。 ↩︎
因为 MySQL 尚不支持 INTERSECT，所以无法使用。 ↩︎
只有 Oracle 不使用 EXCEPT，而是使用其特有的 MINUS 运算符。使用 Oracle 的用户，请用 MINUS 代替 EXCEPT。此外，MySQL 还不支持 EXCEPT，因此也无法使用。 ↩︎