CTE 与 UNION ALL 未按预期工作

Question

下面的查询看似简单明了，但却产生了意想不到的结果。

CREATE TABLE #NUMBERS
(
    N BIGINT
);

INSERT INTO #NUMBERS VALUES
(1),
(2),
(3),
(4),
(5),
(6),
(7),
(8),
(9)
;



WITH
A AS
(   
    -- CHOOSE A ROW AT RANDOM
    SELECT   TOP 1 *
    FROM     #NUMBERS            
    ORDER BY NewID()           
),
B AS
(
    SELECT A.N AS QUANTITY, 'METERS' AS UNIT FROM A
    
    UNION ALL

    SELECT A.N*100 AS QUANTITY, 'CENTIMETERS' AS UNIT FROM A
    
    UNION ALL

    SELECT A.N*1000 AS QUANTITY, 'MILLIMETERS' AS UNIT FROM A
    
    UNION ALL

    SELECT A.N*1000000 AS QUANTITY, 'MICRONS' AS UNIT FROM A

    UNION ALL

    SELECT A.N*1000000000 AS QUANTITY, 'NANOMETERS' AS UNIT FROM A
)
SELECT   *
FROM     B
ORDER BY B.QUANTITY
;

我希望它执行 CTE A 一次，然后将这些结果带入 CTE B 以产生如下结果：

数量	单元
4	米
400	厘米
4000	毫米
4000000	微米
4000000000	纳米

但是，它会产生如下结果：

数量	单元
8	米
700	厘米
1000	毫米
6000000	微米
3000000000	纳米

这意味着它会返回并执行 CTE A 五次，每次在 CTE B 中提及 A 一次。这不仅是不需要的且不直观的，而且看起来效率也不必要地低。

这是怎么回事？CTE 天才将如何重写它以产生所需的结果？

顺便说一句，关于 CTE 的 Microsoft 文档页面包含以下可能相关或可能不相关的神秘声明：

如果定义了多个 CTE_query_definition，则查询定义必须由以下集合运算符之一连接：UNION ALL、UNION、EXCEPT 或 INTERSECT。

最后，重写查询以消除 CTE B 没有帮助：

WITH
A AS
(   
    -- CHOOSE A ROW AT RANDOM
    SELECT   TOP 1 *
    FROM     #NUMBERS            
    ORDER BY NewID()           
)
SELECT   *
FROM     (
          SELECT A.N AS QUANTITY, 'METERS' AS UNIT FROM A
    
          UNION ALL

          SELECT A.N*100 AS QUANTITY, 'CENTIMETERS' AS UNIT FROM A
    
          UNION ALL

          SELECT A.N*1000 AS QUANTITY, 'MILLIMETERS' AS UNIT FROM A
    
          UNION ALL

          SELECT A.N*1000000 AS QUANTITY, 'MICRONS' AS UNIT FROM A

          UNION ALL

          SELECT A.N*1000000000 AS QUANTITY, 'NANOMETERS' AS UNIT FROM A

         ) AS B
ORDER BY B.QUANTITY
;

Answer 1

将公用表表达式想象成更像表达式而不像（永久）表是有帮助的。每次引用公共表表达式时，它都必须重新表达自身。

这是一个简单的例子：

DECLARE
    @t table(id int);

INSERT 
    @t
(
    id
)
SELECT
    id = 1

SET STATISTICS XML ON;

WITH
    t AS
(
    SELECT
        t.id
    FROM @t AS t
)
SELECT
    t.*
FROM t 
JOIN t AS t1
  ON t1.id = t.id
JOIN t AS t2
  ON t2.id = t.id;

查询计划将如下所示，对于公共表表达式之间的每个连接，都连接到基表变量：

同样，UNION (ALL) 每次也会生成一个引用：

WITH
    t AS
(
    SELECT
        t.id
    FROM @t AS t
)
SELECT
    t.*
FROM t 
UNION ALL
SELECT
    t.*
FROM @t AS t
UNION ALL
SELECT
    t.*
FROM @t AS t;

如果需要稳定结果，则需要使用：

• #temp桌子
• @table多变的
• 常驻表

Answer 2

其他答案已经解释了问题发生的原因：基本上，CTE 只是一个表达式，其计算次数与引用次数相同，因此导致A每次计算时返回不同的值。

我想在回答中解决的是问题的这一部分：

CTE 天才将如何重写它以产生期望的结果？

在一些 CTE 天才聚集讨论 CTE 相关业务的地方闲逛可能教会了我一些我想分享的技巧。

我认为对于解决当前的问题非常有用的是两件事：

• 运营商CROSS APPLY;
• 行构造函数VALUES。

使用这两个，我将专门重写BCTE，如下所示：

B AS
(
    SELECT   X.*
    FROM     A
    CROSS APPLY
    (
        VALUES
        (A.N, 'METERS'),
        (A.N*100, 'CENTIMETERS'),
        (A.N*1000, 'MILLIMETERS'),
        (A.N*1000000, 'MICRONS'),
        (A.N*1000000000, 'NANOMETERS')
    ) AS X (QUANTITY, UNIT)
)

保留查询的其余部分不变。

该方式B在上面定义，A仅被引用（和评估）一次。它仍然生成一个行集而不是单个行，因为它用行集替换（在 的帮助下CROSS APPLY）返回的行，并且行集（由 构造）本质上将其作为参数，生成所需的值集。AVALUESA.N

您可以在dbfiddle.uk测试完整查询。