神奇的SQL之層級(jí) →為什么 GROUP BY 之后不能直接引用原表中的列

GROUP BY 后 SELECT 列的限制

標(biāo)準(zhǔn) SQL 規(guī)定，在對(duì)表進(jìn)行聚合查詢(xún)的時(shí)候，只能在 SELECT 子句中寫(xiě)下面 3 種內(nèi)容：通過(guò) GROUP BY 子句指定的聚合鍵、聚合函數(shù)（SUM 、AVG 等）、常量。我們來(lái)看個(gè)例子

我們有 學(xué)生班級(jí)表（tbl_student_class） 以及 數(shù)據(jù)如下 ：

DROP?TABLE?IF?EXISTS?tbl_student_class;
CREATE?TABLE?tbl_student_class?(
?id?int(8)?unsigned?NOT?NULL?AUTO_INCREMENT?COMMENT?'自增主鍵',
?sno?varchar(12)?NOT?NULL?COMMENT?'學(xué)號(hào)',
?cno?varchar(5)?NOT?NULL?COMMENT?'班級(jí)號(hào)',
?cname?varchar(20)?NOT?NULL?COMMENT?'班級(jí)名',
?PRIMARY?KEY?(id)
)?COMMENT='學(xué)生班級(jí)表';
--?----------------------------
--?Records?of?tbl_student_class
--?----------------------------
INSERT?INTO?tbl_student_class?VALUES?('1',?'20190607001',?'0607',?'影視7班');
INSERT?INTO?tbl_student_class?VALUES?('2',?'20190607002',?'0607',?'影視7班');
INSERT?INTO?tbl_student_class?VALUES?('3',?'20190608003',?'0608',?'影視8班');
INSERT?INTO?tbl_student_class?VALUES?('4',?'20190608004',?'0608',?'影視8班');
INSERT?INTO?tbl_student_class?VALUES?('5',?'20190609005',?'0609',?'影視9班');
INSERT?INTO?tbl_student_class?VALUES?('6',?'20190609006',?'0609',?'影視9班');

我們想統(tǒng)計(jì)各個(gè)班（班級(jí)號(hào)、班級(jí)名）一個(gè)有多少人、以及最大的學(xué)號(hào)，我們?cè)撛趺磳?xiě)這個(gè)查詢(xún) SQL ？ 我想大家應(yīng)該都會(huì)

SELECT?cno,cname,count(sno),MAX(sno)?
FROM?tbl_student_class
GROUP?BY?cno,cname;

可是有人會(huì)想了，cno 和 cname 本來(lái)就是一對(duì)一，cno 一旦確定，cname 也就確定了，那 SQL 是不是可以這么寫(xiě) ？

SELECT?cno,cname,count(sno),MAX(sno)?
FROM?tbl_student_class
GROUP?BY?cno;

執(zhí)行報(bào)錯(cuò)了：

[Err]?1055?-?Expression?#2?of?SELECT?list?is?not?in?GROUP?BY?clause?and?contains?nonaggregated?column?'test.tbl_student_class.cname'?which?is?not?functionally?dependent?on?columns?in?GROUP?BY?clause;?this?is?incompatible?with?sql_mode=only_full_group_by

提示信息：SELECT 列表中的第二個(gè)表達(dá)式（cname）不在 GROUP BY 的子句中，同時(shí)它也不是聚合函數(shù)；這與 sql 模式：ONLY_FULL_GROUP_BY 不相容。

為什么 GROUP BY 之后不能直接引用原表（不在 GROUP BY 子句）中的列 ？ 莫急，我們慢慢往下看。

SQL 模式

MySQL 服務(wù)器可以在不同的 SQL 模式下運(yùn)行，并且可以針對(duì)不同的客戶(hù)端以不同的方式應(yīng)用這些模式，具體取決于 sql_mode 系統(tǒng)變量的值。 DBA 可以設(shè)置全局SQL模式以匹配站點(diǎn)服務(wù)器操作要求，并且每個(gè)應(yīng)用程序可以將其會(huì)話(huà) SQL 模式設(shè)置為其自己的要求。模式會(huì)影響 MySQL 支持的 SQL 語(yǔ)法以及它執(zhí)行的 數(shù)據(jù)驗(yàn)證檢查，這使得在不同環(huán)境中使用MySQL以及將MySQL與其他數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器一起使用變得更加容易。更多詳情請(qǐng)查閱官網(wǎng)：Server SQL Modes。MySQL 版本不同，內(nèi)容會(huì)略有不同（包括默認(rèn)值），查閱的時(shí)候注意與自身的 MySQL 版本保持一致。

SQL 模式主要分兩類(lèi)：語(yǔ)法支持類(lèi)和數(shù)據(jù)檢查類(lèi)，常用的如下

語(yǔ)法支持類(lèi)

ONLY_FULL_GROUP_BY

對(duì)于 GROUP BY 聚合操作，如果在 SELECT 中的列、HAVING 或者 ORDER BY 子句的列，沒(méi)有在GROUP BY中出現(xiàn)，那么這個(gè)SQL是不合法的

ANSI_QUOTES

啟用 ANSI_QUOTES 后，不能用雙引號(hào)來(lái)引用字符串，因?yàn)樗唤忉尀樽R(shí)別符，作用與 ` 一樣。設(shè)置它以后，update t set f1="" ...，會(huì)報(bào) Unknown column ‘’ in field list 這樣的語(yǔ)法錯(cuò)誤

PIPES_AS_CONCAT

將 || 視為字符串的連接操作符而非 或 運(yùn)算符，這和Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)是一樣的，也和字符串的拼接函數(shù) CONCAT() 相類(lèi)似

NO_TABLE_OPTIONS

使用 SHOW CREATE TABLE 時(shí)不會(huì)輸出MySQL特有的語(yǔ)法部分，如 ENGINE ，這個(gè)在使用 mysqldump 跨DB種類(lèi)遷移的時(shí)候需要考慮

NO_AUTO_CREATE_USER

字面意思不自動(dòng)創(chuàng)建用戶(hù)。在給MySQL用戶(hù)授權(quán)時(shí)，我們習(xí)慣使用 GRANT ... ON ... TO dbuser 順道一起創(chuàng)建用戶(hù)。設(shè)置該選項(xiàng)后就與oracle操作類(lèi)似，授權(quán)之前必須先建立用戶(hù)

數(shù)據(jù)檢查類(lèi)

NO_ZERO_DATE

認(rèn)為日期 ‘0000-00-00’ 非法，與是否設(shè)置后面的嚴(yán)格模式有關(guān)

1、如果設(shè)置了嚴(yán)格模式，則 NO_ZERO_DATE 自然滿(mǎn)足。但如果是 INSERT IGNORE 或 UPDATE IGNORE，’0000-00-00’依然允許且只顯示warning；

2、如果在非嚴(yán)格模式下，設(shè)置了NO_ZERO_DATE，效果與上面一樣，’0000-00-00’ 允許但顯示warning；如果沒(méi)有設(shè)置NO_ZERO_DATE，no warning，當(dāng)做完全合法的值；

3、NO_ZERO_IN_DATE情況與上面類(lèi)似，不同的是控制日期和天，是否可為 0 ，即 2010-01-00 是否合法；

NO_ENGINE_SUBSTITUTION

使用 ALTER TABLE 或 CREATE TABLE 指定 ENGINE 時(shí)， 需要的存儲(chǔ)引擎被禁用或未編譯，該如何處理。啟用 NO_ENGINE_SUBSTITUTION 時(shí)，那么直接拋出錯(cuò)誤；不設(shè)置此值時(shí)，CREATE用默認(rèn)的存儲(chǔ)引擎替代，ATLER不進(jìn)行更改，并拋出一個(gè) warning

STRICT_TRANS_TABLES

設(shè)置它，表示啟用嚴(yán)格模式。注意 STRICT_TRANS_TABLES 不是幾種策略的組合，單獨(dú)指 INSERT、UPDATE 出現(xiàn)少值或無(wú)效值該如何處理：

1、前面提到的把 ‘’ 傳給int，嚴(yán)格模式下非法，若啟用非嚴(yán)格模式則變成 0，產(chǎn)生一個(gè)warning；

2、Out Of Range，變成插入最大邊界值；

3、當(dāng)要插入的新行中，不包含其定義中沒(méi)有顯式DEFAULT子句的非NULL列的值時(shí)，該列缺少值；

默認(rèn)模式

當(dāng)我們沒(méi)有修改配置文件的情況下，MySQL 是有自己的默認(rèn)模式的；版本不同，默認(rèn)模式也不同

--?查看?MySQL?版本
SELECT?VERSION();
--?查看?sql_mode
SELECT?@@sql_mode;

我們可以看到，5.7.21 的默認(rèn)模式包含：

ONLY_FULL_GROUP_BY,STRICT_TRANS_TABLES,NO_ZERO_IN_DATE,NO_ZERO_DATE,ERROR_FOR_DIVISION_BY_ZERO,NO_AUTO_CREATE_USER,NO_ENGINE_SUBSTITUTION

而第一個(gè)：ONLY_FULL_GROUP_BY 就會(huì)約束：當(dāng)我們進(jìn)行聚合查詢(xún)的時(shí)候，SELECT 的列不能直接包含非 GROUP BY 子句中的列。那如果我們?nèi)サ粼撃Ｊ剑◤摹皣?yán)格模式”到“寬松模式”）呢 ？

我們發(fā)現(xiàn)，上述報(bào)錯(cuò)的 SQL

--?寬松模式下?可以執(zhí)行
SELECT?cno,cname,count(sno),MAX(sno)?
FROM?tbl_student_class
GROUP?BY?cno;

能正常執(zhí)行了，但是一般情況下不推薦這樣配置，線(xiàn)上環(huán)境往往是“嚴(yán)格模式”，而不是“寬松模式”；雖然案例中，無(wú)論是“嚴(yán)格模式”，還是“寬松模式”，結(jié)果都是對(duì)的，那是因?yàn)?cno 與 cname 唯一對(duì)應(yīng)的，如果 cno 與 cname 不是唯一對(duì)應(yīng)，那么在“寬松模式下” cname 的值是隨機(jī)的，這就會(huì)造成難以排查的問(wèn)題，有興趣的可以去試試。那為什么會(huì)有 ONLY_FULL_GROUP_BY 模式呢 ？ 我們繼續(xù)往下看

階

階（order）是用來(lái)區(qū)分集合或謂詞的階數(shù)的概念。謂詞邏輯中，根據(jù)輸入值的階數(shù)對(duì)謂詞進(jìn)行分類(lèi)。= 或者 BETWEEEN 等輸入值為一行的謂詞叫作"一階謂詞"，而像 EXISTS 這樣輸入值為行的集合的謂詞叫作"二階謂詞"（HAVING 的輸入值也是集合，但它不是謂詞）。以此類(lèi)推，三階謂詞＝輸入值為"集合的集合"的謂詞，四階謂詞＝輸入值為"集合的集合的集合"的謂詞，但是 SQL 里并不會(huì)出現(xiàn)三階

以上的情況，所以不用太在意。簡(jiǎn)單點(diǎn)如下圖

談到了階，就不得不談下集合論；集合論是 SQL 語(yǔ)言的根基，因?yàn)樗倪@個(gè)特性，SQL 也被稱(chēng)為面向集合語(yǔ)言。只有從集合的角度來(lái)思考，才能明白 SQL 的強(qiáng)大威力。通過(guò)上圖，相信大家也都能看到，這里不做更深入的講解了，有興趣的可以去查相關(guān)資料。

為什么聚合后不能再引用原表中的列

很多人都知道聚合查詢(xún)的限制，但是很少有人能正確地理解為什么會(huì)有這樣的約束。表 tbl_student_class 中的 cname 存儲(chǔ)的是每位學(xué)生的班級(jí)信息，但需要注意的是，這里的 cname 只是每個(gè)學(xué)生的屬性，并不是小組的屬性，而 GROUP BY 又是聚合操作，操作的對(duì)象就是由多個(gè)學(xué)生組成的小組，因此，小組的屬性只能是平均或者總和等統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的屬性，如下圖

詢(xún)問(wèn)每個(gè)學(xué)生的 cname 是可以的，但是詢(xún)問(wèn)由多個(gè)學(xué)生組成的小組的 cname 就沒(méi)有意義了。對(duì)于小組來(lái)說(shuō)，只有"一共多少學(xué)生"或者"最大學(xué)號(hào)是多少？"這樣的問(wèn)法才是有意義的。強(qiáng)行將適用于個(gè)體的屬性套用于團(tuán)體之上，純粹是一種分類(lèi)錯(cuò)誤；而 GROUP BY 的作用是將一個(gè)個(gè)元素劃分成若干個(gè)子集，使用 GROUP BY 聚合之后，SQL 的操作對(duì)象便由 0 階的"行"變?yōu)榱?1 階的"行的集合"，此時(shí)，行的屬性便不能使用了。SQL 的世界其實(shí)是層級(jí)分明的等級(jí)社會(huì)，將低階概念的屬性用在高階概念上會(huì)導(dǎo)致秩序的混亂，這是不允許的。此時(shí)我相信大家都明白：為什么聚合后不能再引用原表中的列 。

單元素集合也是集合

現(xiàn)在的集合論認(rèn)為單元素集合是一種正常的集合。單元素集合和空集一樣，主要是為了保持理論的完整性而定義的。因此對(duì)于以集合論為基礎(chǔ)的 SQL 來(lái)說(shuō)，當(dāng)然也需要嚴(yán)格地區(qū)分元素和單元素集合。因此，元素 a 和集合 {a} 之間存在著非常醒目的層級(jí)差別。

a?≠?{a}

這兩個(gè)層級(jí)的區(qū)別分別對(duì)應(yīng)著 SQL 中的 WHERE 子句和 HAVING 子句的區(qū)別。WHERE 子句用于處理"行"這種 0 階的對(duì)象，而 HAVING 子句用來(lái)處理"集合"這種 1 階的對(duì)象。

總結(jié)

1、SQL 嚴(yán)格區(qū)分層級(jí)，包括謂詞邏輯中的層級(jí)（EXISTS），也包括集合論中的層級(jí)（GROUP BY）；

2、有了層級(jí)區(qū)分，那么適用于個(gè)體上的屬性就不適用于團(tuán)體了，這也就是為什么聚合查詢(xún)的 SELECT 子句中不能直接引用原表中的列的原因；

3、一般來(lái)說(shuō)，單元素集合的屬性和其唯一元素的屬性是一樣的。這種只包含一個(gè)元素的集合讓人覺(jué)得似乎沒(méi)有必要特意地當(dāng)成集合來(lái)看待，但是為了保持理論的完整性，我們還是要嚴(yán)格區(qū)分元素和單元素集合；

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