A bunch of changes, primarily focused on adding the concept of a FooList and adding...
[dbsrgits/SQL-Abstract-2.0-ish.git] / lib / SQL / Abstract / Manual / Specification.pod
1 =head1 NAME
2
3 SQL::Abstract::Manual::Specification
4
5 =head1 SYNOPSIS
6
7 This discusses the specification for the AST provided by L<SQL::Abstract>. It is
8 meant to describe how the AST is structured, various components provided by
9 L<SQL::Abstract> for use with this AST, how to manipulate the AST, and various
10 uses for the AST once it is generated.
11
12 =head1 MOTIVATIONS
13
14 L<SQL::Abstract> has been in use for many years. Originally created to handle
15 the where-clause formation found in L<DBIx::Abstract>, it was generalized to
16 manage the creation of any SQL statement through the use of Perl structures.
17 Through the beating it received as the SQL generation syntax for L<DBIx::Class>,
18 various deficiencies were found and a generalized SQL AST was designed. This
19 document describes that AST.
20
21 =head1 GOALS
22
23 The goals for this AST are as follows:
24
25 =head2 SQL-specific semantics
26
27 Instead of attempting to be an AST to handle any form of query, this will
28 instead be specialized to manage SQL queries (and queries that map to SQL
29 queries). This means that there will be support for SQL-specific features, such
30 as placeholders.
31
32 =head2 Perl-specific semantics
33
34 This AST is meant to be used from within Perl5 only. So, it will take advantage
35 of as many Perl-specific features that make sense to use. No attempt whatosever
36 will be made to make this AST work within any other language, including Perl6.
37
38 =head2 Whole-lifecycle management
39
40 Whether a query is built out of whole cloth in one shot or cobbled together from
41 several snippets over the lifetime of a process, this AST will support any way
42 to construct the query. Queries can also be built from other queries, so an
43 UPDATE statement could be used as the basis for a SELECT statement, DELETE
44 statement, or even a DDL statement of some kind.
45
46 =head2 Dialect-agnostic usage
47
48 Even though SQL itself has several ANSI specifications (SQL-92 and SQL-99 among
49 them), this only serves as a basis for what a given RDBMS will expect. However,
50 every engine has its own specific extensions and specific ways of handling
51 common features. The AST will provide ways of expressing common functionality in
52 a common language. The emitters (objects that follow the Visitor pattern) will
53 be responsible for converting that common language into RDBMS-specific SQL.
54
55 =head1 RESTRICTIONS
56
57 The following are the restrictions upon the AST:
58
59 =head2 DML-only
60
61 The AST will only support DML (Data Modelling Language). It will not (currently)
62 support DDL (Data Definition Language). Practically, this means that the only
63 statements supported will be:
64
65 =over 4
66
67 =item * SELECT
68
69 =item * INSERT INTO
70
71 =item * UPDATE
72
73 =item * DELETE
74
75 =back
76
77 Additional DML statements may be supported by specific Visitors (such as a
78 MySQL visitor supporting REPLACE INTO). q.v. the relevant sections of this
79 specification for details.
80
81 =head1 COMPONENTS
82
83 There are two major components to SQL::Abstract v2.
84
85 =over 4
86
87 =item * AST
88
89 This is the Abstract Syntax Tree. It is a data structure that represents
90 everything necessary to construct the SQL statement in whatever dialect the
91 user requires.
92
93 =item * Visitor
94
95 This object conforms to the Visitor pattern and is used to generate the SQL
96 represented by the AST. Each dialect will have a different Visitor object. In
97 addition, there will be visitors for at least one of the ANSI specifications.
98
99 =back
100
101 The division of duties between the two components will focus on what the AST
102 can and cannot assume. For example, identifiers do not have 20 components in
103 any dialect, so the AST can validate that. However, determining what
104 constitutes a legal identifier can only be determined by the Visitor object
105 enforcing that dialect's rules.
106
107 =head1 AST STRUCTURE
108
109 The AST will be a HoHo..oH (hash of hash of ... of  hashes). The keys to the
110 outermost hash will be the various clauses of a SQL statement, plus some
111 metadata keys. All metadata keys will be identifiable as such by being prefixed
112 with an underscore. All keys will be in lowercase.
113
114 =head2 Metadata keys
115
116 These are the additional metadata keys that the AST provides for.
117
118 =head3 _query
119
120 This denotes what kind of query this AST should be interpreted as. Different
121 Visitors may accept additional values for _query. For example, a MySQL Visitor
122 may choose to accept 'replace' for REPLACE INTO. If a _query value is
123 unrecognized by the Visitor, the Visitor is expected to throw an error.
124
125 All Visitors are expected to handle the following values for _query:
126
127 =over 4
128
129 =item * select
130
131 This is a SELECT statement.
132
133 =item * insert
134
135 This is an INSERT statement.
136
137 =item * update
138
139 This is an UPDATE statement.
140
141 =item * delete
142
143 This is a DELETE statement.
144
145 =back
146
147 =head3 _version
148
149 This denotes the version of the AST. Different versions will indicate different
150 capabilities provided. Visitors will choose to respect the _version as needed
151 and desired.
152
153 =head2 Structural units
154
155 All structural units will be hashes. These hashes will have, at minimum, the
156 following keys:
157
158 =over 4
159
160 =item * name
161
162 This indicates the structural unit that this hash is representing. While this
163 specification provides for standard structural units, different Visitors may
164 choose to accept additional units as desired. If a Visitor encounters a unit it
165 doesn't know how to handle, it is expected to throw an exception. 
166
167 =back
168
169 Structural units in the AST are supported by loaded components. L<SQL::Abstract>
170 provides for the following structural units by default:
171
172 =head3 Identifier
173
174 This is a (potentially) fully canonicalized identifier for a elemnt in the
175 query. This element could be a schema, table, or column. The Visitor will
176 determine validity within the context of that SQL dialect. The AST is only
177 responsible for validating that the elements are non-empty Strings.
178
179 The hash will be structured as follows:
180
181   {
182       name     => 'Identifier',
183       element1 => Scalar,
184       element2 => Scalar,
185       element3 => Scalar,
186   }
187
188 If element3 exists, then element2 must exist. element1 must always exist. If a
189 given element exists, then it must be defined and of non-zero length.
190
191 Visitors are expected to, by default, quote all identifiers according to the SQL
192 dialect's quoting scheme.
193
194 =head3 Value
195
196 A Value is a Perl scalar. Depending on the type, a Visitor may be able to make
197 certain decisions.
198
199 =over 4
200
201 =item * String
202
203 A String is a quoted series of characters. The Visitor is expected to ensure
204 that embedded quotes are properly handled per the SQL dialect's quoting scheme.
205
206 =item * Number
207
208 A Number is an unquoted number in some numeric format.
209
210 =item * Null
211
212 Null is SQL's NULL and corresponds to Perl's C<undef>.
213
214 =item * BindParameter
215
216 This corresponds to a value that will be passed in. This value is normally
217 quoted in such a fashion so as to protect against SQL injection attacks. (q.v.
218 L<DBI/quote()> for an example.)
219
220 BindParameters are normally represented by a '?'.
221
222 =back
223
224 The hash will be structured as follows:
225
226   {
227       name    => 'Value'
228       subtype => [ 'String' | 'Number' | 'Null' | 'BindParameter' ]
229       value   => Scalar
230   }
231
232 The provided subtypes are the ones that all Visitors are expected to support.
233 Visitors may choose to support additional subtypes. Visitors are expected to
234 throw an exception upon encountering an unknown subtype.
235
236 =head3 Function
237
238 A Function is anything of the form C<< name( arglist ) >> where C<<name>> is a
239 string and C<arglist> is an ExpressionList.
240
241 Yes, a Subquery is legal as an argument for many functions. Some example
242 functions are:
243
244 =over 4
245
246 =item * C<< MAX >>
247
248 =item * C<< MIN >>
249
250 =item * C<< SUM >>
251
252 =item * C<< IF >>
253
254 =back
255
256 The hash will be structured as follows:
257
258   {
259       name     => "Function",
260       function => String,
261       arglist  => ExpressionList,
262   }
263
264 Functions have a cardinality, or expected number of arguments. Some functions,
265 such as MAX(), have a cardinality of 1. Others, such as IF(), have a cardinality
266 of N, meaning they can have any number of arguments greater than 0. Others, such
267 as NOW(), have a cardinality of 0. Several functions with the same meaning may
268 have a different cardinality in different SQL dialects as different engines may
269 allow different behaviors.
270
271 As cardinality may differ between dialects, enforcing cardinality is necessarily
272 left to the Visitor.
273
274 =head3 Subquery
275
276 A Subquery is another AST whose _query metadata parameter is set to "SELECT".
277
278 Most places that a Subquery can be used would require a single value to be
279 returned (single column, single row), but that is not something that the AST can
280 easily enforce. The single-column restriction may possibly be enforced, but the
281 single-row restriction is much more difficult and, in most cases, probably
282 impossible.
283
284 Subqueries, when expressed in SQL, must be bounded by parentheses.
285
286 =head3 Unary Operator
287
288 A UnaryOperator takes a single argument on the RHS. The argument for a
289 UnaryOperator is an Expression.
290
291 Visitors are expected to support, at minimum, the following operators:
292
293 =over 4
294
295 =item * NOT X
296
297 =item * ANY X
298
299 =item * ALL X
300
301 =item * SOME X
302
303 =back
304
305 The hash for a UnaryOperator is as follows:
306
307   {
308       name      => 'UnaryOperator'
309       operator  => [ .... ],
310       argument1 => Expression,
311   }
312
313 Visitors may choose to support additional operators. Visitors are expected to
314 throw an exception upon encountering an unknown operator.
315
316 =head3 BinaryOperator
317
318 A BinaryOperator takes two arguments (one on the LHS and one on the RHS). The
319 arguments for a BinaryOperator are all Expressions.
320
321 Visitors are expected to support, at minimum, the following operators:
322
323 =over 4
324
325 =item * X = Y
326
327 =item * X != Y
328
329 =item * X > Y
330
331 =item * X < Y
332
333 =item * X >= Y
334
335 =item * X <= Y
336
337 =item * X IS Y
338
339 =item * X IN Y
340
341 =item * X NOT IN Y
342
343 =item * X AND Y
344
345 =item * X OR Y
346
347 =back
348
349 (Note that an operator can comprise of what would be multiple tokens in a normal
350 parsing effort.)
351
352 Visitors may choose to support additional operators. Visitors are expected to
353 throw an exception upon encountering an unknown operator.
354
355 The hash for a BinaryOperator is as follows:
356
357   {
358       name      => 'BinaryOperator'
359       operator  => [ .... ],
360       argument1 => Expression,
361       argument2 => Expression,
362   }
363
364 =head3 TrinaryOperator
365
366 A TrinaryOperator takes three arguments. It generally is composed of two
367 elements with one argument to the LHS, one to the RHS, and a third in the middle
368 of the elements. The arguments for a TrinaryOperator are all Expressions.
369
370 Visitors are expected to support, at minimum, the following operators:
371
372 =over 4
373
374 =item * X BETWEEN Y AND Z
375
376 =back
377
378 Visitors may choose to support additional operators. Visitors are expected to
379 throw an exception upon encountering an unknown operator.
380
381 The hash for a TrinaryOperator is as follows:
382
383   {
384       name      => 'TrinaryOperator'
385       operator  => [ .... ],
386       argument1 => Expression,
387       argument2 => Expression,
388       argument3 => Expression,
389   }
390
391 =head3 Expression
392
393 An Expression can be any one of the following:
394
395 =over 4
396
397 =item * Value
398
399 =item * Function
400
401 =item * Subquery
402
403 =item * UnaryOperator
404
405 =item * BinaryOperator
406
407 =item * TrinaryOperator
408
409 =back
410
411 An Expression is a meta-syntactic unit. An "Expression" unit will never appear
412 within the AST. It acts as a junction.
413
414 =head3 ExpressionList
415
416 An ExpressionList is a list of Expressions, generally separated by commas
417 (though other separators may be appropriate at times or for different SQL
418 dialects).
419
420 The hash for an ExpressionList is as follows:
421
422   {
423       name      => 'ExpressionList',
424       separator => ',',
425       elements  =>  Array of Expressions,
426   }
427
428 An ExpressionList is always rendered in SQL with parentheses around it.
429
430 =head2 SQL clauses
431
432 These are all the legal and acceptable clauses within the AST that would
433 correpsond to clauses in a SQL statement. Not all clauses are legal within a
434 given RDBMS engine's SQL dialect and some clauses may be required in one and
435 optional in another. Detecting and enforcing those engine-specific restrictions
436 is the responsibility of the Visitor object.
437
438 The clauses are defined with a yacc-like syntax. The various parts are:
439
440 =over 4
441
442 =item * :=
443
444 This means "defined" and is used to create a new term to be used below.
445
446 =item * []
447
448 This means optional and indicates that the items within it are optional.
449
450 =item * []*
451
452 This means optional and repeating as many times as desired.
453
454 =item * |
455
456 This means alternation. It is a binary operator and indicates that either the
457 left or right hand sides may be used, but not both.
458
459 =item * C<< <> >>
460
461 This is a grouping construct. It means that all elements within this construct
462 are treated together for the purposes of optional, repeating, alternation, etc.
463
464 =back
465
466 The expected clauses are (name and structure):
467
468 =head3 select
469
470 This corresponds to the SELECT clause of a SELECT statement.
471
472 A select clause unit is an array of one or more SelectComponent units.
473
474 The hash for a SelectComponent unit is composed as follows:
475
476   {
477       name  => 'SelectComponent',
478       value => Expression,
479       [ as    => Identifier, ]
480   }
481
482 The 'as' component is optional. Visitors may choose to make it required in
483 certain situations.
484
485 =head3 tables
486
487 This is a list of tables that this clause is affecting. It corresponds to the
488 FROM clause in a SELECT statement and the INSERT INTO/UPDATE/DELETE clauses in
489 those respective statements. Depending on the _query metadata entry, the
490 appropriate clause name will be used.
491
492 A tables clause unit is an array of one or more TableComponent units.
493
494 The tables clause has several RDBMS-specific variations. The AST will support
495 all of them and it is up to the Visitor object constructing the actual SQL to
496 validate and/or use what is provided as appropriate.
497
498 The hash for a TableJoin will be composed as follows:
499
500   # TableJoin
501   {
502       name => 'TableJoin',
503       join => < LEFT|RIGHT [ OUTER ] > | INNER | CROSS | ',',
504       [ using => IdentifierList, ]
505       [ on    => ExpressionList, ]
506   }
507
508 A TableJoin may not have both a 'using' element and an 'on' element. It may
509 have one of them if the 'join' element is not equal to ',' but doesn't have to.
510 If the 'join' element is equal to ',', then it may not have either a 'using' or
511 an 'on' element.
512
513 The hash for a TableIdentifier will be composed as follows:
514
515   # TableIdentifier
516   {
517       name  => 'TableIdentifier',
518       value => Identifier | SubQuery
519       [ join  => TableJoin, ]
520       [ as    => Identifier, ]
521   }
522
523 The first TableComponent in a tables clause may not have a join element. All
524 other TableComponent elements that do not have a join element will have a
525 default join element of:
526
527   {
528       name => 'TableJoin',
529       join => ',',
530   }
531
532 The 'as' component is optional. Visitors may choose to make it required in
533 certain situations (such as MySQL requiring an alias for subqueries).
534
535 Additionally, where aliases are provided for in the TableIdentifier, those
536 aliases must be used as the tablename in subsequent Identifiers that identify a
537 column of that table. This may be enforceable by the AST or the Visitor. But, it
538 is more likely that it will not be.
539
540 =head3 where
541
542 This corresponds to the WHERE clause in a SELECT, UPDATE, or DELETE statement.
543
544 A where clause is composed as follows:
545
546   WhereOperator := AND | OR
547   WhereExpression := Expression | Expression WhereOperator Expression
548
549   WhereExpression
550
551 =head3 set
552
553 This corresponds to the SET clause in an INSERT or UPDATE statement.
554
555 A set clause is composed as follows:
556
557   SetComponent := Identifier = Expression
558
559   SetComponent [ , SetComponent ]*
560
561 =head3 columns
562
563 This corresponds to the optional list of columns in an INSERT statement.
564
565 A columns clause is an IdentifierList and the unit is composed as follows:
566
567   columns => [
568       Identifier,
569       [ Identifier, ]*
570   ],
571
572 =head3 values
573
574 This corresponds to the VALUES clause in an INSERT statement.
575
576 A values clause is an ExpressionList and the unit is composed as follows.
577
578   values => [
579       Expression,
580       [ Expression, ]*
581   ],
582
583 If there is a columns clause, the number of entries in the values clause must be
584 equal to the number of entries in the columns clause.
585
586 =head3 orderby
587
588 This corresponds to the ORDER BY clause in a SELECT statement.
589
590 An orderby clause is composed as follows:
591
592   OrderByComponent := XXX-TODO-XXX
593   OrderByDirection := ASC | DESC
594
595   OrderByComponent [ OrderByDirection ]
596   [ , OrderByComponent [ OrderByDirection ] ]*
597
598 =head3 groupby
599
600 This corresponds to the GROUP BY clause in a SELECT statement.
601
602 An groupby clause is composed as follows:
603
604   GroupByComponent := XXX-TODO-XXX
605
606   GroupByComponent [ , GroupByComponent ]*
607
608 =head3 rows
609
610 This corresponds to the clause that is used in some RDBMS engines to limit the
611 number of rows returned by a query. In MySQL, this would be the LIMIT clause.
612
613 A rows clause is composed as follows:
614
615   Number [, Number ]
616
617 =head3 for
618
619 This corresponds to the clause that is used in some RDBMS engines to indicate
620 what locks are to be taken by this SELECT statement.
621
622 A for clause is composed as follows:
623
624   UPDATE | DELETE
625
626 =head3 connectby
627
628 This corresponds to the clause that is used in some RDBMS engines to provide for
629 an adjacency-list query.
630
631 A connectby clause is composed as follows:
632
633   Identifier, WhereExpression
634
635 =head1 EXAMPLES
636
637 The following are example SQL statements and a possible AST for each one.
638
639 =over 4
640
641 =item * SELECT 1
642
643   {
644       _query => 'select',
645       _ast_version => 0.0001,
646       select => [
647           {
648               name  => 'SelectComponent',
649               value => {
650                   name    => 'Value',
651                   subtype => 'number',
652                   value   => 1,
653               },
654           },
655       ],
656   }
657
658 =item * SELECT NOW() AS time FROM dual AS duality
659
660   {
661       _query => 'select',
662       _ast_version => 0.0001,
663       select => [
664           {
665               name  => 'SelectComponent',
666               value => {
667                   name     => 'Function',
668                   function => 'NOW',
669               },
670               as => {
671                   name     => 'Identifier',
672                   element1 => 'time',
673               },
674           },
675       ],
676       tables => [
677           {
678               name => 'TablesComponent',
679               value => {
680                   name => 'Identifier',
681                   element1 => 'dual',
682               },
683               as => {
684                   name     => 'Identifier',
685                   element1 => 'duality',
686               },
687           },
688       ],
689   }
690
691 =back
692
693 =head1 AUTHORS
694
695 robkinyon: Rob Kinyon C<< <rkinyon@cpan.org> >>
696
697 =head1 LICENSE
698
699 You may distribute this code under the same terms as Perl itself.
700
701 =cut