PostgreSQLでバイナリデータをスマートに整形！TRIM関数とその周辺知識

2025-05-31

PostgreSQLにおいて、「バイナリ文字列（bytea型）」の操作は、一般的なテキスト文字列（text型）とは少し異なります。特に「TRIM」関数は、テキスト文字列に対しては空白文字などを除去するのに使われますが、バイナリ文字列に対しては、特定のバイトシーケンス（一連のバイト）を除去する際に使用できます。

TRIM関数の基本構文（バイナリ文字列の場合）

TRIM([ LEADING | TRAILING | BOTH ] [ `removestring` FROM ] `string` )

ここで：

LEADING、TRAILING、BOTHもオプションであり、省略された場合はBOTHがデフォルトになります。
BOTH: stringの先頭と末尾の両方からremovestringを除去します。
TRAILING: stringの末尾からremovestringを除去します。
LEADING: stringの先頭からremovestringを除去します。
removestring: stringから除去したいバイトシーケンス（bytea型）です。これはオプションであり、指定しない場合、TRIM関数はバイナリ文字列に対しては特別な操作を行いません（テキスト文字列のように空白を除去するようなデフォルトの動作はありません）。
string: 操作対象となるバイナリ文字列（bytea型）です。

注意点

繰り返し除去
removestringが複数回連続して出現する場合、それら全てが除去されます。
removestringの指定が必須
テキスト文字列のTRIMと異なり、バイナリ文字列に対してTRIMを使用する場合、removestring（除去したいバイトシーケンス）を明示的に指定する必要があります。指定しない場合、TRIM関数はバイナリ文字列に対して何も変更を行いません。
バイト単位の操作
バイナリ文字列に対するTRIMは、文字コードを意識せず、指定されたバイトシーケンスと完全に一致する部分を除去します。テキスト文字列のTRIMのように、ロケールに応じた空白文字などを自動的に除去するわけではありません。

使用例

例えば、あるバイナリデータ（\x0102030102040102）から、バイトシーケンス\x0102を除去したいとします。

SELECT TRIM(LEADING '\x0102' FROM '\x0102030102040102'::bytea);
-- 結果: \x030102040102  (`\x0102`が先頭から除去された)

末尾から除去 (TRAILING)

SELECT TRIM(TRAILING '\x0102' FROM '\x0102030102040102'::bytea);
-- 結果: \x010203010204  (`\x0102`が末尾にはないので何も変化しない。もし末尾にあったら除去される。)
-- 例: \x0102030102 から \x0102 を末尾から除去
SELECT TRIM(TRAILING '\x0102' FROM '\x0102030102'::bytea);
-- 結果: \x010203

両端から除去 (BOTH または指定なし)

SELECT TRIM(BOTH '\x0102' FROM '\x0102030102040102'::bytea);
-- 結果: \x03010204  (先頭の`\x0102`と末尾の`\x0102`が除去された。末尾には`\x0102`がなかったため、先頭のみ。)
-- 例: \x010203040102 から \x0102 を両端から除去
SELECT TRIM('\x0102' FROM '\x010203040102'::bytea); -- BOTHがデフォルト
-- 結果: \x0304

removestring の指定忘れ

エラーの原因
テキスト文字列の TRIM 関数は、引数を1つだけ指定した場合、デフォルトで空白文字を除去します。しかし、bytea 型の TRIM 関数は、除去したいバイトシーケンス（removestring）を明示的に指定しないと、何も処理を行いません。

例

SELECT TRIM(BOTH FROM '\x010203'::bytea);
-- 期待する結果: 何らかの除去。しかし実際には何も変化しない。
-- 結果: \x010203

トラブルシューティング
TRIM 関数を bytea 型に対して使用する際は、必ず removestring を指定してください。

SELECT TRIM(BOTH '\x01' FROM '\x010203'::bytea);
-- 結果: \x0203

想定と異なるバイトシーケンスの除去

エラーの原因
TRIM 関数は、removestring と完全に一致するバイトシーケンスを先頭または末尾から除去します。部分一致や、文字コードの解釈に基づく除去は行いません。例えば、\x0102 を除去しようとしているのに、データが \x01 と \x02 に分かれている場合、結合された \x0102 としては認識されず除去されません。

例
データが \x01\x02\x03\x04 で、\x0102 を除去したい場合。

SELECT TRIM(BOTH '\x0102' FROM '\x01020304'::bytea);
-- 結果: \x0304 (期待通り)

しかし、例えばバイトシーケンスが \x01 と \x03 で構成されていて、\x0103 を除去しようとしても、これは失敗します。

トラブルシューティング

string と removestring のバイト構成を慎重に比較してください。
除去したいバイトシーケンスが、実際にデータ中にどのように存在しているかを確認してください。bytea 型は、\x 表記でリテラルを記述できますので、正確なバイト値を把握することが重要です。

文字列エンコーディングの混同

エラーの原因
PostgreSQLでは、通常のテキストデータはデータベースのエンコーディング（UTF-8など）に従って処理されますが、bytea 型は生のバイト列として扱われます。このため、テキストデータを bytea にキャストしたり、bytea データをテキストにキャストする際に、エンコーディングの問題が発生する可能性があります。

-- "あいうえお" のUTF-8バイト列 (例: \xe38182e38184e38186e38188e3818a)
SELECT 'あいうえお'::bytea; 

-- ここで例えば 'あ' のバイト列 (\xe38182) を除去しようとする
SELECT TRIM(E'\\xe3\\x81\\x82'::bytea FROM 'あいうえお'::bytea); 
-- この例はうまくいくかもしれませんが、マルチバイト文字の部分的なバイト列を除去しようとすると、
-- 文字の途中で切れてしまい、元の文字としての意味を失う可能性があります。

トラブルシューティング

不必要な bytea 変換を避ける
- テキスト文字列を操作したいのであれば、bytea ではなく text や varchar 型を使用し、通常の文字列関数（TRIM、SUBSTRINGなど）を利用してください。bytea を使用する必要があるのは、画像データ、暗号化されたデータ、特定のプロトコルのバイナリメッセージなど、文字として解釈すべきではない場合のみです。
エンコーディングの変換が必要な場合
- テキストデータをバイト列として扱い、処理後に再度テキストに戻す場合は、ENCODE() および DECODE() 関数を使用して、明示的にエンコーディング変換を行うことを検討してください。
- 例: ENCODE(data, 'hex') や DECODE(text, 'hex')
bytea はバイト列と理解する
bytea は文字コードやロケールとは無関係な生データであるということを常に意識してください。

エラーの原因
TRIM 関数は、指定された removestring が先頭または末尾に連続して出現する限り除去します。一度の除去で終わりではありません。この挙動が期待と異なる場合があります。

例

SELECT TRIM(BOTH '\x01' FROM '\x01\x01\x02\x01'::bytea);
-- 期待する結果: \x01\x02\x01 (先頭の1つだけ除去)
-- 実際の結果: \x02\x01 (先頭の2つが除去される)

トラブルシューティング

もし、特定の位置の最初の1回だけ除去したいなど、より複雑なパターンマッチングが必要な場合は、TRIM ではなく REPLACE() 関数や、正規表現関数（REGEXP_REPLACE()）の利用を検討してください。ただし、bytea に対する正規表現関数は、テキストに対するものほど柔軟ではない場合があるため、注意が必要です。
TRIM 関数の「繰り返し除去」の挙動を理解し、本当にその挙動で良いのかを確認してください。

PostgreSQL の bytea 型に対する TRIM 関数で問題が発生した場合のトラブルシューティングの鍵は、以下の点に集約されます。

TRIM は bytea には removestring が必須であることの理解。
bytea は生バイト列であり、文字コードの概念は適用されないという理解。
除去したいバイトシーケンスが、実際にデータ中でどのように表現されているかを正確に把握すること。
TRIM が先頭/末尾から removestring を「連続して」除去する挙動を理解すること。
本当に bytea 型で処理する必要があるのかどうかを再検討し、可能であればテキスト型での処理に切り替えることを検討する。

基本的な TRIM の使用例

TRIM 関数は、[ LEADING | TRAILING | BOTH ] [ removestring FROM ] string の形式で利用します。BOTH がデフォルトであり、removestring を省略するとテキスト型では空白文字が除去されますが、bytea 型では何も除去されません。

両端から特定のバイトシーケンスを除去 (BOTH または指定なし)

バイナリデータ \x010203040102 から、\x0102 というバイトシーケンスを両端から除去します。

-- BOTH を明示的に指定
SELECT TRIM(BOTH '\x0102' FROM '\x010203040102'::bytea);
-- 結果: \x0304

-- BOTH を省略 (デフォルトで BOTH となる)
SELECT TRIM('\x0102' FROM '\x010203040102'::bytea);
-- 結果: \x0304

先頭から特定のバイトシーケンスを除去 (LEADING)

SELECT TRIM(LEADING '\x0102' FROM '\x010203040102'::bytea);
-- 結果: \x03040102

末尾から特定のバイトシーケンスを除去 (TRAILING)

SELECT TRIM(TRAILING '\x0102' FROM '\x010203040102'::bytea);
-- 結果: \x01020304

複数の除去対象バイトを持つ場合

removestring は、除去したいバイトシーケンス全体を指定します。もし複数の異なる単一バイトを除去したい場合は、それらを結合したバイトシーケンスを指定します。

例えば、\x01 と \x02 のどちらか、または両方が連続して出現する部分を除去したい場合。

-- データ: '\x01010203020101'
-- 除去したいバイト: '\x01', '\x02' (これらが連続する限り)
SELECT TRIM(BOTH '\x01\x02' FROM '\x01010203020101'::bytea);
-- 結果: \x03
-- 解説: 先頭の \x010102 と末尾の \x020101 が除去される。

TRIM 関数が何も変更しない例

removestring を指定せずに bytea 型に TRIM を適用しても、何も変更されません。

SELECT TRIM(BOTH FROM '\x010203'::bytea);
-- 結果: \x010203

テーブルデータの更新例

テーブルに bytea 型のカラムがあり、そのデータから特定のバイトシーケンスを除去したい場合。

テーブルの作成とデータの挿入

CREATE TABLE binary_data_storage (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    data_payload bytea
);

INSERT INTO binary_data_storage (data_payload) VALUES
    ('\x0001020300'::bytea),
    ('\x01020304'::bytea),
    ('\x000005060000'::bytea),
    ('\x070809'::bytea);

特定のバイトシーケンスを除去してデータを更新

先頭と末尾の \x00 バイトを除去します。

UPDATE binary_data_storage
SET data_payload = TRIM(BOTH '\x00' FROM data_payload)
WHERE data_payload LIKE E'\\x00%'; -- 先頭が\x00で始まるデータのみ対象

更新結果の確認

SELECT id, ENCODE(data_payload, 'hex') AS trimmed_data FROM binary_data_storage;

更新前

 id | trimmed_data 
----+--------------
  1 | 0001020300
  2 | 01020304
  3 | 000005060000
  4 | 070809
(4 rows)

更新後

 id | trimmed_data 
----+--------------
  1 | 010203
  2 | 01020304
  3 | 0506
  4 | 070809
(4 rows)

id が 1 と 3 のレコードの data_payload から、先頭と末尾の \x00 が除去されていることがわかります。

bytea 型のデータを可読な形式（例: 16進数）で表示したり、その逆の変換を行うには、ENCODE および DECODE 関数が非常に便利です。

-- 16進数文字列を bytea に変換
SELECT DECODE('48656c6c6f', 'hex')::bytea;
-- 結果: \x48656c6c6f (これは "Hello" の ASCII バイト列)

-- bytea を 16進数文字列に変換
SELECT ENCODE('\x48656c6c6f'::bytea, 'hex');
-- 結果: 48656c6c6f

-- これらを組み合わせて、TRIM の前後のバイト列を確認
SELECT
    ENCODE('\x010203040102'::bytea, 'hex') AS original_hex,
    ENCODE(TRIM(BOTH '\x0102' FROM '\x010203040102'::bytea), 'hex') AS trimmed_hex;
-- 結果:
-- original_hex | trimmed_hex 
--------------+-------------
-- 010203040102 | 0304

SUBSTRING 関数

SUBSTRING 関数は、バイナリ文字列から指定した範囲のバイト列を抽出するのに使えます。これにより、先頭や末尾の不要なバイトを手動でスキップして、必要な部分を抽出することができます。

構文
SUBSTRING(string bytea FROM start integer [ FOR length integer ])

使用例

先頭と末尾のNバイトを除去したい場合

SELECT SUBSTRING('\xAA010203BB'::bytea FROM 2 FOR LENGTH('\xAA010203BB'::bytea) - 2);
-- 結果: \x010203

末尾のNバイトを除去したい場合
データ \xAA010203BB から末尾の \xBB (1バイト) を除去したい場合。 LENGTH() 関数で全体のバイト長を取得し、そこから計算します。
```
SELECT SUBSTRING('\xAA010203BB'::bytea FROM 1 FOR LENGTH('\xAA010203BB'::bytea) - 1);
-- 結果: \xAA010203
```
先頭のNバイトを除去したい場合
データ \xAA010203BB から先頭の \xAA (1バイト) を除去したい場合。
```
SELECT SUBSTRING('\xAA010203BB'::bytea FROM 2);
-- 結果: \x010203BB
```

利点

TRIM のように、連続して出現するバイト列を自動的に除去する挙動がないため、1回だけ除去したい場合など、より細かい制御が可能。
除去するバイト数を正確に指定できる。

欠点

特定のバイトシーケンスの内容に基づいて除去するのではなく、オフセットと長さで指定するため、汎用性が低い場合がある。
除去したいバイト列の長さが可変の場合、事前にその長さを特定するロジックが必要になる。

REPLACE 関数

REPLACE 関数は、指定したバイトシーケンスを別のバイトシーケンスに置換します。これは TRIM のような「除去」とは少し異なりますが、特定のパターンを「空のバイトシーケンス」に置換することで、結果的に除去するのと同じ効果を得られます。ただし、これは文字列全体に適用されるため、先頭や末尾に限定される TRIM とは挙動が大きく異なります。

構文
REPLACE(string bytea, from bytea, to bytea)

使用例
データ \x0102030102040102 から全ての \x0102 を除去したい場合。

SELECT REPLACE('\x0102030102040102'::bytea, '\x0102'::bytea, ''::bytea);
-- 結果: \x0304

利点

文字列内の特定パターンをすべて置き換えることができる。

欠点

意図しない中間部分のバイト列も除去されてしまう可能性がある。
先頭や末尾だけに限定して除去する TRIM とはユースケースが異なる。

PostgreSQLの正規表現関数（限定的）

PostgreSQL の正規表現関数は通常テキスト文字列 (text) に対して使用されますが、bytea 型のデータに対しても一部の操作が可能です。しかし、bytea 型の正規表現は、text 型のように文字セットやエンコーディングを意識した複雑なパターンマッチングはできません。基本的には、生のバイト列としてパターンを扱うことになります。

関数

REGEXP_REPLACE(string text, pattern text, replacement text, flags text) (より一般的な関数、通常はtext型で使用)
PG_CATALOG.textregexreplace(text, text, text) (内部関数)

bytea に対する注意点
REGEXP_REPLACE を bytea に対して直接適用することはできません。bytea を一時的に text に変換し、その後再度 bytea に戻すというアプローチを考えることもできますが、この方法はエンコーディングの問題を伴い、データ破損のリスクがあるため、非常に慎重に行う必要があります。特に、バイナリデータが有効なテキスト表現ではない場合、変換自体が失敗するか、意図しない結果を生む可能性があります。

推奨されない例（エンコーディング問題の可能性大）

-- 非常に危険な操作であり、データが壊れる可能性が高い
-- bytea を hex 表現に変換して正規表現を適用し、再度 bytea に戻すアプローチ
SELECT DECODE(
    REGEXP_REPLACE(
        ENCODE('\xAA010203AA'::bytea, 'hex'), -- bytea を hex 文字列に変換
        '^aa|aa$',                             -- hex 表現で先頭/末尾の 'aa' を除去
        '',
        'g'
    ),
    'hex'
)::bytea;
-- 結果: \x010203

この方法は、正規表現のパターンも16進数表現で書く必要があり、非常に扱いにくいです。また、中間でtext型に変換されるため、大きなデータ量の場合パフォーマンスが低下する可能性もあります。

利点

複雑なパターンマッチングが可能。

欠点

パターンがバイト列であるため、可読性が低い。
bytea 型に対して直接適用するには、エンコーディングの問題が大きく、ほとんどの場合推奨されない。

PostgreSQL の SQL レベルで複雑なバイナリ文字列操作を行うのが難しい場合、アプリケーション層（Python, Java, Node.js, Ruby など）でデータを取得し、そこで処理を行うのが最も一般的で柔軟な方法です。

アプローチ

データベースから bytea 型のデータを取得する。
アプリケーションの言語（例: Python の bytes オブジェクト）で、バイト列操作を行う。
- startswith(), endswith() でプレフィックス/サフィックスをチェック。
- スライシングで特定範囲のバイト列を抽出。
- strip() や replace() メソッド（ただし、TRIM とは挙動が異なるので注意）。
- 正規表現ライブラリ（re モジュールなど）を使って、より複雑なパターンマッチングと置換。
処理結果を必要に応じてデータベースに書き戻す。

Python での例

# PostgreSQL から取得した bytea データ（例として固定値）
binary_data_from_db = b'\xaa\x01\x02\x03\xbb'

# 先頭の \xaa を除去
if binary_data_from_db.startswith(b'\xaa'):
    trimmed_data = binary_data_from_db[1:]
    print(f"先頭除去後: {trimmed_data.hex()}") # 結果: 010203bb

# 末尾の \xbb を除去
if binary_data_from_db.endswith(b'\xbb'):
    trimmed_data = binary_data_from_db[:-1]
    print(f"末尾除去後: {trimmed_data.hex()}") # 結果: aa010203

# 特定のバイトシーケンスを置換 (例: b'\x01\x02' を b'\xff\xff' に)
replaced_data = binary_data_from_db.replace(b'\x01\x02', b'\xff\xff')
print(f"置換後: {replaced_data.hex()}") # 結果: aa ff ff 03 bb

# 正規表現 (例: 先頭または末尾の \xaa を除去)
import re
# ^\xaa|\\xaa$ は正規表現パターン。bytea は文字列ではないため、
# 通常は hex 表現にしてから正規表現を適用するなどの工夫が必要になる。
# あるいは、バイト列直接を扱う正規表現ライブラリを利用する。
# Pythonのreモジュールはデフォルトでバイト文字列も扱える。
pattern = re.compile(b'^\xaa|\xbb$') # バイト文字列としてパターンを指定
regex_trimmed_data = pattern.sub(b'', binary_data_from_db)
print(f"正規表現除去後: {regex_trimmed_data.hex()}") # 結果: 010203

利点

エンコーディングの問題をアプリケーション側で適切に管理できる。
より複雑なロジックや条件分岐を実装しやすい。
アプリケーションの言語が提供する豊富な文字列/バイト列操作機能を利用できる。

欠点

データベースサーバーの負荷は軽減されるが、アプリケーションサーバーの負荷が増える。
データベースとのI/Oが増える可能性がある（大量のデータを取得・処理する場合）。

bytea 型の TRIM 関数の代替手段は、解決したい問題の複雑さや、パフォーマンス要件によって使い分けられます。

複雑なパターンマッチング、またはエンコーディング制御が必要な場合
アプリケーション層での処理（最も推奨）
文字列全体の特定のパターン置換
REPLACE
単純なオフセットでの除去
SUBSTRING