3.5. Оконные функции
Оконная функция выполняет вычисления для набора строк, некоторым образом связанных с текущей строкой. Её действие можно сравнить с вычислением, производимым агрегатной функцией. Однако с оконными функциями строки не группируются в одну выходную строку, что имеет место с обычными, не оконными, агрегатными функциями. Вместо этого, эти строки остаются отдельными сущностями. Внутри же, оконная функция, как и агрегатная, может обращаться не только к текущей строке результата запроса.
Вот пример, показывающий, как сравнить зарплату каждого сотрудника со средней зарплатой его отдела:
SELECT depname, empno, salary, avg(salary) OVER (PARTITION BY depname) FROM empsalary;
depname | empno | salary | avg -----------+-------+--------+----------------------- develop | 11 | 5200 | 5020.0000000000000000 develop | 7 | 4200 | 5020.0000000000000000 develop | 9 | 4500 | 5020.0000000000000000 develop | 8 | 6000 | 5020.0000000000000000 develop | 10 | 5200 | 5020.0000000000000000 personnel | 5 | 3500 | 3700.0000000000000000 personnel | 2 | 3900 | 3700.0000000000000000 sales | 3 | 4800 | 4866.6666666666666667 sales | 1 | 5000 | 4866.6666666666666667 sales | 4 | 4800 | 4866.6666666666666667 (10 rows)
Первые три столбца извлекаются непосредственно из таблицы empsalary, при этом для каждой строки таблицы есть строка результата. В четвёртом столбце оказалось среднее значение, вычисленное по всем строкам, имеющим то же значение depname, что и текущая строка. (Фактически среднее вычисляет та же обычная, не оконная функция avg, но предложение OVER превращает её в оконную, так что её действие ограничивается рамками окон.)
Вызов оконной функции всегда содержит предложение OVER, следующее за названием и аргументами оконной функции. Это синтаксически отличает её от обычной, не оконной агрегатной функции. Предложение OVER определяет, как именно нужно разделить строки запроса для обработки оконной функцией. Предложение PARTITION BY, дополняющее OVER, разделяет строки по группам, или разделам, объединяя одинаковые значения выражений PARTITION BY. Оконная функция вычисляется по строкам, попадающим в один раздел с текущей строкой.
Вы можете также определять порядок, в котором строки будут обрабатываться оконными функциями, используя ORDER BY в OVER. (Порядок ORDER BY для окна может даже не совпадать с порядком, в котором выводятся строки.) Например:
SELECT depname, empno, salary,
rank() OVER (PARTITION BY depname ORDER BY salary DESC)
FROM empsalary;depname | empno | salary | rank -----------+-------+--------+------ develop | 8 | 6000 | 1 develop | 10 | 5200 | 2 develop | 11 | 5200 | 2 develop | 9 | 4500 | 4 develop | 7 | 4200 | 5 personnel | 2 | 3900 | 1 personnel | 5 | 3500 | 2 sales | 1 | 5000 | 1 sales | 4 | 4800 | 2 sales | 3 | 4800 | 2 (10 rows)
Как показано здесь, функция rank выдаёт порядковый номер для каждого уникального значения в разделе текущей строки, по которому выполняет сортировку предложение ORDER BY. У функции rank нет параметров, так как её поведение полностью определяется предложением OVER.
Строки, обрабатываемые оконной функцией, представляют собой «виртуальные таблицы», созданные из предложения FROM и затем прошедшие через фильтрацию и группировку WHERE и GROUP BY и, возможно, условие HAVING. Например, строка, отфильтрованная из-за нарушения условия WHERE, не будет видна для оконных функций. Запрос может содержать несколько оконных функций, разделяющих данные по-разному с применением разных предложений OVER, но все они будут обрабатывать один и тот же набор строк этой виртуальной таблицы.
Мы уже видели, что ORDER BY можно опустить, если порядок строк не важен. Также возможно опустить PARTITION BY, в этом случае образуется один раздел, содержащий все строки.
Есть ещё одно важное понятие, связанное с оконными функциями: для каждой строки существует набор строк в её разделе, называемый рамкой окна. Некоторые оконные функции обрабатывают только строки рамки окна, а не всего раздела. По умолчанию с указанием ORDER BY рамка состоит из всех строк от начала раздела до текущей строки и строк, равных текущей по значению выражения ORDER BY. Без ORDER BY рамка по умолчанию состоит из всех строк раздела. [4] Посмотрите на пример использования sum:
SELECT salary, sum(salary) OVER () FROM empsalary;
salary | sum --------+------- 5200 | 47100 5000 | 47100 3500 | 47100 4800 | 47100 3900 | 47100 4200 | 47100 4500 | 47100 4800 | 47100 6000 | 47100 5200 | 47100 (10 rows)
Так как в этом примере нет указания ORDER BY в предложении OVER, рамка окна содержит все строки раздела, а он, в свою очередь, без предложения PARTITION BY включает все строки таблицы; другими словами, сумма вычисляется по всей таблице и мы получаем один результат для каждой строки результата. Но если мы добавим ORDER BY, мы получим совсем другие результаты:
SELECT salary, sum(salary) OVER (ORDER BY salary) FROM empsalary;
salary | sum --------+------- 3500 | 3500 3900 | 7400 4200 | 11600 4500 | 16100 4800 | 25700 4800 | 25700 5000 | 30700 5200 | 41100 5200 | 41100 6000 | 47100 (10 rows)
Здесь в сумме накапливаются зарплаты от первой (самой низкой) до текущей, включая повторяющиеся текущие значения (обратите внимание на результат в строках с одинаковой зарплатой).
Оконные функции разрешается использовать в запросе только в списке SELECT и предложении ORDER BY. Во всех остальных предложениях, включая GROUP BY, HAVING и WHERE, они запрещены. Это объясняется тем, что логически они выполняются после этих предложений, а также после не оконных агрегатных функций, и значит агрегатную функцию можно вызывать в аргументах оконной, но не наоборот.
Если вам нужно отфильтровать или сгруппировать строки после вычисления оконных функций, вы можете использовать вложенный запрос. Например:
SELECT depname, empno, salary, enroll_date
FROM
(SELECT depname, empno, salary, enroll_date,
rank() OVER (PARTITION BY depname ORDER BY salary DESC, empno) AS pos
FROM empsalary
) AS ss
WHERE pos < 3; Данный запрос покажет только те строки внутреннего запроса, у которых rank (порядковый номер) меньше 3.
Когда в запросе вычисляются несколько оконных функций для одинаково определённых окон, конечно можно написать для каждой из них отдельное предложение OVER, но при этом оно будет дублироваться, что неизбежно будет провоцировать ошибки. Поэтому лучше определение окна выделить в предложение WINDOW, а затем ссылаться на него в OVER. Например:
SELECT sum(salary) OVER w, avg(salary) OVER w FROM empsalary WINDOW w AS (PARTITION BY depname ORDER BY salary DESC);
Подробнее об оконных функциях можно узнать в Подразделе 4.2.8, Разделе 9.22, Подразделе 7.2.5 и в справке SELECT.
[4] Рамки окна можно определять и другими способами, но в этом введении они не рассматриваются. Узнать о них подробнее вы можете в Подразделе 4.2.8.
3.5. Window Functions
A window function performs a calculation across a set of table rows that are somehow related to the current row. This is comparable to the type of calculation that can be done with an aggregate function. However, window functions do not cause rows to become grouped into a single output row like non-window aggregate calls would. Instead, the rows retain their separate identities. Behind the scenes, the window function is able to access more than just the current row of the query result.
Here is an example that shows how to compare each employee's salary with the average salary in his or her department:
SELECT depname, empno, salary, avg(salary) OVER (PARTITION BY depname) FROM empsalary;
depname | empno | salary | avg -----------+-------+--------+----------------------- develop | 11 | 5200 | 5020.0000000000000000 develop | 7 | 4200 | 5020.0000000000000000 develop | 9 | 4500 | 5020.0000000000000000 develop | 8 | 6000 | 5020.0000000000000000 develop | 10 | 5200 | 5020.0000000000000000 personnel | 5 | 3500 | 3700.0000000000000000 personnel | 2 | 3900 | 3700.0000000000000000 sales | 3 | 4800 | 4866.6666666666666667 sales | 1 | 5000 | 4866.6666666666666667 sales | 4 | 4800 | 4866.6666666666666667 (10 rows)
The first three output columns come directly from the table empsalary, and there is one output row for each row in the table. The fourth column represents an average taken across all the table rows that have the same depname value as the current row. (This actually is the same function as the non-window avg aggregate, but the OVER clause causes it to be treated as a window function and computed across the window frame.)
A window function call always contains an OVER clause directly following the window function's name and argument(s). This is what syntactically distinguishes it from a normal function or non-window aggregate. The OVER clause determines exactly how the rows of the query are split up for processing by the window function. The PARTITION BY clause within OVER divides the rows into groups, or partitions, that share the same values of the PARTITION BY expression(s). For each row, the window function is computed across the rows that fall into the same partition as the current row.
You can also control the order in which rows are processed by window functions using ORDER BY within OVER. (The window ORDER BY does not even have to match the order in which the rows are output.) Here is an example:
SELECT depname, empno, salary,
rank() OVER (PARTITION BY depname ORDER BY salary DESC)
FROM empsalary;
depname | empno | salary | rank -----------+-------+--------+------ develop | 8 | 6000 | 1 develop | 10 | 5200 | 2 develop | 11 | 5200 | 2 develop | 9 | 4500 | 4 develop | 7 | 4200 | 5 personnel | 2 | 3900 | 1 personnel | 5 | 3500 | 2 sales | 1 | 5000 | 1 sales | 4 | 4800 | 2 sales | 3 | 4800 | 2 (10 rows)
As shown here, the rank function produces a numerical rank for each distinct ORDER BY value in the current row's partition, using the order defined by the ORDER BY clause. rank needs no explicit parameter, because its behavior is entirely determined by the OVER clause.
The rows considered by a window function are those of the “virtual table” produced by the query's FROM clause as filtered by its WHERE, GROUP BY, and HAVING clauses if any. For example, a row removed because it does not meet the WHERE condition is not seen by any window function. A query can contain multiple window functions that slice up the data in different ways using different OVER clauses, but they all act on the same collection of rows defined by this virtual table.
We already saw that ORDER BY can be omitted if the ordering of rows is not important. It is also possible to omit PARTITION BY, in which case there is a single partition containing all rows.
There is another important concept associated with window functions: for each row, there is a set of rows within its partition called its window frame. Some window functions act only on the rows of the window frame, rather than of the whole partition. By default, if ORDER BY is supplied then the frame consists of all rows from the start of the partition up through the current row, plus any following rows that are equal to the current row according to the ORDER BY clause. When ORDER BY is omitted the default frame consists of all rows in the partition. [4] Here is an example using sum:
SELECT salary, sum(salary) OVER () FROM empsalary;
salary | sum --------+------- 5200 | 47100 5000 | 47100 3500 | 47100 4800 | 47100 3900 | 47100 4200 | 47100 4500 | 47100 4800 | 47100 6000 | 47100 5200 | 47100 (10 rows)
Above, since there is no ORDER BY in the OVER clause, the window frame is the same as the partition, which for lack of PARTITION BY is the whole table; in other words each sum is taken over the whole table and so we get the same result for each output row. But if we add an ORDER BY clause, we get very different results:
SELECT salary, sum(salary) OVER (ORDER BY salary) FROM empsalary;
salary | sum --------+------- 3500 | 3500 3900 | 7400 4200 | 11600 4500 | 16100 4800 | 25700 4800 | 25700 5000 | 30700 5200 | 41100 5200 | 41100 6000 | 47100 (10 rows)
Here the sum is taken from the first (lowest) salary up through the current one, including any duplicates of the current one (notice the results for the duplicated salaries).
Window functions are permitted only in the SELECT list and the ORDER BY clause of the query. They are forbidden elsewhere, such as in GROUP BY, HAVING and WHERE clauses. This is because they logically execute after the processing of those clauses. Also, window functions execute after non-window aggregate functions. This means it is valid to include an aggregate function call in the arguments of a window function, but not vice versa.
If there is a need to filter or group rows after the window calculations are performed, you can use a sub-select. For example:
SELECT depname, empno, salary, enroll_date
FROM
(SELECT depname, empno, salary, enroll_date,
rank() OVER (PARTITION BY depname ORDER BY salary DESC, empno) AS pos
FROM empsalary
) AS ss
WHERE pos < 3;
The above query only shows the rows from the inner query having rank less than 3.
When a query involves multiple window functions, it is possible to write out each one with a separate OVER clause, but this is duplicative and error-prone if the same windowing behavior is wanted for several functions. Instead, each windowing behavior can be named in a WINDOW clause and then referenced in OVER. For example:
SELECT sum(salary) OVER w, avg(salary) OVER w FROM empsalary WINDOW w AS (PARTITION BY depname ORDER BY salary DESC);
More details about window functions can be found in Section 4.2.8, Section 9.22, Section 7.2.5, and the SELECT reference page.
[4] There are options to define the window frame in other ways, but this tutorial does not cover them. See Section 4.2.8 for details.
