09-udf.md

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sidebar_label: 用户定义函数
title: UDF（用户定义函数）
description: "支持用户编码的聚合函数和标量函数，在查询中嵌入并使用用户定义函数，拓展查询的能力和功能。"
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在有些应用场景中，应用逻辑需要的查询无法直接使用系统内置的函数来表示。利用 UDF(User Defined Function) 功能，TDengine 可以插入用户编写的处理代码并在查询中使用它们，就能够很方便地解决特殊应用场景中的使用需求。 UDF 通常以数据表中的一列数据做为输入，同时支持以嵌套子查询的结果作为输入。

用户可以通过 UDF 实现两类函数：标量函数和聚合函数。标量函数对每行数据输出一个值，如求绝对值 abs，正弦函数 sin，字符串拼接函数 concat 等。聚合函数对多行数据进行输出一个值，如求平均数 avg，最大值 max 等。

TDengine 支持通过 C/Python 语言进行 UDF 定义。接下来结合示例讲解 UDF 的使用方法。

## 用 C 语言实现 UDF

使用 C 语言实现 UDF 时，需要实现规定的接口函数
- 标量函数需要实现标量接口函数 scalarfn 。
- 聚合函数需要实现聚合接口函数 aggfn_start ， aggfn ， aggfn_finish。
- 如果需要初始化，实现 udf_init；如果需要清理工作，实现udf_destroy。

接口函数的名称是 UDF 名称，或者是 UDF 名称和特定后缀（_start, _finish, _init, _destroy)的连接。列表中的scalarfn，aggfn, udf需要替换成udf函数名。

### 用 C 语言实现标量函数
标量函数实现模板如下
```c
#include "taos.h"
#include "taoserror.h"
#include "taosudf.h"

// initialization function. if no initialization, we can skip definition of it. The initialization function shall be concatenation of the udf name and _init suffix
// @return error number defined in taoserror.h
int32_t scalarfn_init() {
    // initialization.
    return TSDB_CODE_SUCCESS;
}

// scalar function main computation function
// @param inputDataBlock, input data block composed of multiple columns with each column defined by SUdfColumn
// @param resultColumn, output column
// @return error number defined in taoserror.h
int32_t scalarfn(SUdfDataBlock* inputDataBlock, SUdfColumn* resultColumn) {
    // read data from inputDataBlock and process, then output to resultColumn.
    return TSDB_CODE_SUCCESS;
}

// cleanup function. if no cleanup related processing, we can skip definition of it. The destroy function shall be concatenation of the udf name and _destroy suffix.
// @return error number defined in taoserror.h
int32_t scalarfn_destroy() {
    // clean up
    return TSDB_CODE_SUCCESS;
}
```
scalarfn 为函数名的占位符，需要替换成函数名，如bit_and。

### 用 C 语言实现聚合函数

聚合函数的实现模板如下
```c
#include "taos.h"
#include "taoserror.h"
#include "taosudf.h"

// Initialization function. if no initialization, we can skip definition of it. The initialization function shall be concatenation of the udf name and _init suffix
// @return error number defined in taoserror.h
int32_t aggfn_init() {
    // initialization.
    return TSDB_CODE_SUCCESS;
}

// aggregate start function. The intermediate value or the state(@interBuf) is initialized in this function. The function name shall be concatenation of udf name and _start suffix
// @param interbuf intermediate value to initialize
// @return error number defined in taoserror.h
int32_t aggfn_start(SUdfInterBuf* interBuf) {
    // initialize intermediate value in interBuf
    return TSDB_CODE_SUCCESS;
}

// aggregate reduce function. This function aggregate old state(@interbuf) and one data bock(inputBlock) and output a new state(@newInterBuf).
// @param inputBlock input data block
// @param interBuf old state
// @param newInterBuf new state
// @return error number defined in taoserror.h
int32_t aggfn(SUdfDataBlock* inputBlock, SUdfInterBuf *interBuf, SUdfInterBuf *newInterBuf) {
    // read from inputBlock and interBuf and output to newInterBuf
    return TSDB_CODE_SUCCESS;
}

// aggregate function finish function. This function transforms the intermediate value(@interBuf) into the final output(@result). The function name must be concatenation of aggfn and _finish suffix.
// @interBuf : intermediate value
// @result: final result
// @return error number defined in taoserror.h
int32_t int32_t aggfn_finish(SUdfInterBuf* interBuf, SUdfInterBuf *result) {
    // read data from inputDataBlock and process, then output to result
    return TSDB_CODE_SUCCESS;
}

// cleanup function. if no cleanup related processing, we can skip definition of it. The destroy function shall be concatenation of the udf name and _destroy suffix.
// @return error number defined in taoserror.h
int32_t aggfn_destroy() {
    // clean up
    return TSDB_CODE_SUCCESS;
}
```
aggfn为函数名的占位符，需要修改为自己的函数名，如l2norm。

### C 语言 UDF 接口函数定义

接口函数的名称是 udf 名称，或者是 udf 名称和特定后缀（_start, _finish, _init, _destroy)的连接。以下描述中函数名称中的 scalarfn，aggfn, udf 需要替换成udf函数名。

接口函数返回值表示是否成功。如果返回值是 TSDB_CODE_SUCCESS，表示操作成功，否则返回的是错误代码。错误代码定义在 taoserror.h，和 taos.h 中的API共享错误码的定义。例如， TSDB_CODE_UDF_INVALID_INPUT 表示输入无效输入。TSDB_CODE_OUT_OF_MEMORY 表示内存不足。

接口函数参数类型见数据结构定义。

#### 标量函数接口

 `int32_t scalarfn(SUdfDataBlock* inputDataBlock, SUdfColumn *resultColumn)` 
 
 其中 scalarFn 是函数名的占位符。这个函数对数据块进行标量计算，通过设置resultColumn结构体中的变量设置值

参数的具体含义是：
  - inputDataBlock: 输入的数据块
  - resultColumn: 输出列 

#### 聚合函数接口

`int32_t aggfn_start(SUdfInterBuf *interBuf)`

`int32_t aggfn(SUdfDataBlock* inputBlock, SUdfInterBuf *interBuf, SUdfInterBuf *newInterBuf)`

`int32_t aggfn_finish(SUdfInterBuf* interBuf, SUdfInterBuf *result)`

其中 aggfn 是函数名的占位符。首先调用aggfn_start生成结果buffer，然后相关的数据会被分为多个行数据块，对每个数据块调用 aggfn 用数据块更新中间结果，最后再调用 aggfn_finish 从中间结果产生最终结果，最终结果只能含 0 或 1 条结果数据。

参数的具体含义是：
  - interBuf：中间结果 buffer。
  - inputBlock：输入的数据块。
  - newInterBuf：新的中间结果buffer。
  - result：最终结果。


#### 初始化和销毁接口
`int32_t udf_init()`

`int32_t udf_destroy()`

其中 udf 是函数名的占位符。udf_init 完成初始化工作。 udf_destroy 完成清理工作。如果没有初始化工作，无需定义udf_init函数。如果没有清理工作，无需定义udf_destroy函数。


### C 语言 UDF 数据结构
```c
typedef struct SUdfColumnMeta {
  int16_t type;
  int32_t bytes;
  uint8_t precision;
  uint8_t scale;
} SUdfColumnMeta;

typedef struct SUdfColumnData {
  int32_t numOfRows;
  int32_t rowsAlloc;
  union {
    struct {
      int32_t nullBitmapLen;
      char   *nullBitmap;
      int32_t dataLen;
      char   *data;
    } fixLenCol;

    struct {
      int32_t varOffsetsLen;
      int32_t   *varOffsets;
      int32_t payloadLen;
      char   *payload;
      int32_t payloadAllocLen;
    } varLenCol;
  };
} SUdfColumnData;

typedef struct SUdfColumn {
  SUdfColumnMeta colMeta;
  bool           hasNull;
  SUdfColumnData colData;
} SUdfColumn;

typedef struct SUdfDataBlock {
  int32_t numOfRows;
  int32_t numOfCols;
  SUdfColumn **udfCols;
} SUdfDataBlock;

typedef struct SUdfInterBuf {
  int32_t bufLen;
  char* buf;
  int8_t numOfResult; //zero or one
} SUdfInterBuf;
```
数据结构说明如下：

- SUdfDataBlock 数据块包含行数 numOfRows 和列数 numCols。udfCols[i] (0 <= i <= numCols-1)表示每一列数据，类型为SUdfColumn*。
- SUdfColumn 包含列的数据类型定义 colMeta 和列的数据 colData。
- SUdfColumnMeta 成员定义同 taos.h 数据类型定义。
- SUdfColumnData 数据可以变长，varLenCol 定义变长数据，fixLenCol 定义定长数据。 
- SUdfInterBuf 定义中间结构 buffer，以及 buffer 中结果个数 numOfResult

为了更好的操作以上数据结构，提供了一些便利函数，定义在 taosudf.h。

### 编译 C UDF

用户定义函数的 C 语言源代码无法直接被 TDengine 系统使用，而是需要先编译为 动态链接库，之后才能载入 TDengine 系统。

例如，按照上一章节描述的规则准备好了用户定义函数的源代码 bit_and.c，以 Linux 为例可以执行如下指令编译得到动态链接库文件：

```bash
gcc -g -O0 -fPIC -shared bit_and.c -o libbitand.so
```

这样就准备好了动态链接库 libbitand.so 文件，可以供后文创建 UDF 时使用了。为了保证可靠的系统运行，编译器 GCC 推荐使用 7.5 及以上版本。

### C UDF 示例代码

#### 标量函数示例 [bit_and](https://github.com/taosdata/TDengine/blob/3.0/tests/script/sh/bit_and.c)

bit_add 实现多列的按位与功能。如果只有一列，返回这一列。bit_add 忽略空值。

<details>
<summary>bit_and.c</summary>

```c
{{#include tests/script/sh/bit_and.c}}
```

</details>

#### 聚合函数示例1 返回值为数值类型 [l2norm](https://github.com/taosdata/TDengine/blob/3.0/tests/script/sh/l2norm.c)

l2norm 实现了输入列的所有数据的二阶范数，即对每个数据先平方，再累加求和，最后开方。

<details>
<summary>l2norm.c</summary>

```c
{{#include tests/script/sh/l2norm.c}}
```

</details>

#### 聚合函数示例2 返回值为字符串类型 [max_vol](https://github.com/taosdata/TDengine/blob/3.0/tests/script/sh/max_vol.c)

max_vol 实现了从多个输入的电压列中找到最大电压，返回由设备ID + 最大电压所在（行，列）+ 最大电压值 组成的组合字符串值

创建表：
```bash
create table battery(ts timestamp, vol1 float, vol2 float, vol3 float, deviceId varchar(16));
```
创建自定义函数：
```bash
create aggregate function max_vol as '/root/udf/libmaxvol.so' outputtype binary(64) bufsize 10240 language 'C'; 
```
使用自定义函数：
```bash
select max_vol(vol1,vol2,vol3,deviceid) from battery;
```

<details>
<summary>max_vol.c</summary>

```c
{{#include tests/script/sh/max_vol.c}}
```

</details>

## 用 Python 语言实现 UDF

### 准备环境
  
1. 准备好 Python 运行环境 
   
2. 安装 Python 包 `taospyudf`

```shell
pip3 install taospyudf
```

安装过程中会编译 C++ 源码，因此系统上要有 cmake 和 gcc。编译生成的 libtaospyudf.so 文件自动会被复制到 /usr/local/lib/ 目录，因此如果是非 root 用户，安装时需加 sudo。安装完可以检查这个目录是否有了这个文件:

```shell
root@slave11 ~/udf $ ls -l /usr/local/lib/libtaos*
-rw-r--r-- 1 root root 671344 May 24 22:54 /usr/local/lib/libtaospyudf.so
```

然后执行命令
```shell
ldconfig
```

3. 如果 Python UDF 程序执行时，通过 PYTHONPATH 引用其它的包，可以设置 taos.cfg 的 UdfdLdLibPath 变量为PYTHONPATH的内容

4. 启动 `taosd` 服务
细节请参考 [快速开始](../get-started)

### 接口定义

#### 接口概述

使用 Python 语言实现 UDF 时，需要实现规定的接口函数
- 标量函数需要实现标量接口函数 process 。
- 聚合函数需要实现聚合接口函数 start ，reduce ，finish。
- 如果需要初始化，实现 init；如果需要清理工作，实现 destroy。

#### 标量函数接口
```Python
def process(input: datablock) -> tuple[output_type]:
```

说明：
    - input:datablock 类似二维矩阵，通过成员方法 data(row,col)返回位于 row 行，col 列的 python 对象
    - 返回值是一个 Python 对象元组，每个元素类型为输出类型。

#### 聚合函数接口
```Python
def start() -> bytes:
def reduce(inputs: datablock, buf: bytes) -> bytes
def finish(buf: bytes) -> output_type:
```

说明：
 - 首先调用 start 生成最初结果 buffer
 - 然后输入数据会被分为多个行数据块，对每个数据块 inputs 和当前中间结果 buf 调用 reduce，得到新的中间结果
 - 最后再调用 finish 从中间结果 buf 产生最终输出，最终输出只能含 0 或 1 条数据。

#### 初始化和销毁接口
```Python
def init()
def destroy()
```

说明：
 - init 完成初始化工作
 - destroy 完成清理工作

### Python UDF 函数模板

#### 标量函数实现模板

标量函数实现模版如下

```Python
def init():
    # initialization
def destroy():
    # destroy
def process(input: datablock) -> tuple[output_type]:  
```

注意：定义标题函数最重要是要实现 process 函数，同时必须定义 init 和 destroy 函数即使什么都不做

#### 聚合函数实现模板

聚合函数实现模版如下
```Python
def init():
    #initialization
def destroy():
    #destroy
def start() -> bytes:
    #return serialize(init_state)
def reduce(inputs: datablock, buf: bytes) -> bytes
    # deserialize buf to state
    # reduce the inputs and state into new_state. 
    # use inputs.data(i,j) to access python ojbect of location(i,j)
    # serialize new_state into new_state_bytes
    return new_state_bytes   
def finish(buf: bytes) -> output_type:
    #return obj of type outputtype   
```

注意：定义聚合函数最重要是要实现  start, reduce 和 finish，且必须定义 init 和 destroy 函数。start 生成最初结果 buffer，然后输入数据会被分为多个行数据块，对每个数据块 inputs 和当前中间结果 buf 调用 reduce，得到新的中间结果，最后再调用 finish 从中间结果 buf 产生最终输出。

### 数据类型映射

下表描述了TDengine SQL数据类型和Python数据类型的映射。任何类型的NULL值都映射成Python的None值。

|  **TDengine SQL数据类型**   | **Python数据类型** |
| :-----------------------: | ------------ |
|TINYINT / SMALLINT / INT  / BIGINT     | int   |
|TINYINT UNSIGNED / SMALLINT UNSIGNED / INT UNSIGNED / BIGINT UNSIGNED | int |
|FLOAT / DOUBLE | float |
|BOOL | bool |
|BINARY / VARCHAR / NCHAR | bytes|
|TIMESTAMP | int |
|JSON and other types | 不支持 |

### 开发指南

本文内容由浅入深包括 4 个示例程序：
1. 定义一个只接收一个整数的标量函数： 输入 n， 输出 ln(n^2 + 1)。
2. 定义一个接收 n 个整数的标量函数， 输入 （x1, x2, ..., xn）, 输出每个值和它们的序号的乘积的和： x1 + 2 * x2 + ... + n * xn。
3. 定义一个标量函数，输入一个时间戳，输出距离这个时间最近的下一个周日。完成这个函数要用到第三方库 moment。我们在这个示例中讲解使用第三方库的注意事项。
4. 定义一个聚合函数，计算某一列最大值和最小值的差,  也就是实现 TDengien 内置的 spread 函数。
同时也包含大量实用的 debug 技巧。
本文假设你用的是 Linux 系统，且已安装好了 TDengine 3.0.4.0+ 和 Python 3.x。

注意：**UDF 内无法通过 print 函数输出日志，需要自己写文件或用 python 内置的 logging 库写文件**。

#### 最简单的 UDF

编写一个只接收一个整数的 UDF 函数： 输入 n， 输出 ln(n^2 + 1)。
首先编写一个 Python 文件，存在系统某个目录，比如 /root/udf/myfun.py 内容如下

```python
from math import log

def init():
    pass

def destroy():
    pass

def process(block):
    rows, _ = block.shape()
    return [log(block.data(i, 0) ** 2 + 1) for i in range(rows)]
```

这个文件包含 3 个函数， init 和 destroy 都是空函数，它们是 UDF 的生命周期函数，即使什么都不做也要定义。最关键的是 process 函数， 它接受一个数据块，这个数据块对象有两个方法：
1. shape() 返回数据块的行数和列数
2. data(i, j) 返回 i 行 j 列的数据
标量函数的 process 方法传人的数据块有多少行，就需要返回多少个数据。上述代码中我们忽略的列数，因为我们只想对每行的第一个数做计算。
接下来我们创建对应的 UDF 函数，在 TDengine CLI 中执行下面语句：

```sql
create function myfun as '/root/udf/myfun.py' outputtype double language 'Python'
```
其输出如下

```shell
 taos> create function myfun as '/root/udf/myfun.py' outputtype double language 'Python';
Create OK, 0 row(s) affected (0.005202s)
```

看起来很顺利，接下来 show 一下系统中所有的自定义函数，确认创建成功：

```text
taos> show functions;
              name              |
=================================
 myfun                          |
Query OK, 1 row(s) in set (0.005767s)
```

接下来就来测试一下这个函数，测试之前先执行下面的 SQL 命令，制造些测试数据，在 TDengine CLI 中执行下述命令

```sql
create database test;
create table t(ts timestamp, v1 int, v2 int, v3 int);
insert into t values('2023-05-01 12:13:14', 1, 2, 3);
insert into t values('2023-05-03 08:09:10', 2, 3, 4);
insert into t values('2023-05-10 07:06:05', 3, 4, 5);
```

测试 myfun 函数：

```sql
taos> select myfun(v1, v2) from t;

DB error: udf function execution failure (0.011088s)
```

不幸的是执行失败了，什么原因呢？
查看 udfd 进程的日志

```shell
tail -10 /var/log/taos/udfd.log
```

发现以下错误信息：

```text
05/24 22:46:28.733545 01665799 UDF ERROR can not load library libtaospyudf.so. error: operation not permitted
05/24 22:46:28.733561 01665799 UDF ERROR can not load python plugin. lib path libtaospyudf.so
```

错误很明确：没有加载到 Python 插件 libtaospyudf.so，如果遇到此错误，请参考前面的准备环境一节。

修复环境错误后再次执行，如下：

```sql
taos> select myfun(v1) from t;
         myfun(v1)         |
============================
               0.693147181 |
               1.609437912 |
               2.302585093 |
```

至此，我们完成了第一个 UDF 😊，并学会了简单的 debug 方法。

#### 示例二：异常处理

上面的 myfun 虽然测试测试通过了，但是有两个缺点：

1. 这个标量函数只接受 1 列数据作为输入，如果用户传入了多列也不会抛异常。

```sql
taos> select myfun(v1, v2) from t;
       myfun(v1, v2)       |
============================
               0.693147181 |
               1.609437912 |
               2.302585093 |
```

2. 没有处理 null 值。我们期望如果输入有 null，则会抛异常终止执行。
因此 process 函数改进如下：

```python
def process(block):
    rows, cols = block.shape()
    if cols > 1:
        raise Exception(f"require 1 parameter but given {cols}")
    return [ None if block.data(i, 0) is None else log(block.data(i, 0) ** 2 + 1) for i in range(rows)]
```

然后执行下面的语句更新已有的 UDF：

```sql
create or replace function myfun as '/root/udf/myfun.py' outputtype double language 'Python';
```

再传入 myfun 两个参数，就会执行失败了

```sql
taos> select myfun(v1, v2) from t;

DB error: udf function execution failure (0.014643s)
```

但遗憾的是我们自定义的异常信息没有展示给用户，而是在插件的日志文件 /var/log/taos/taospyudf.log  中：

```text
2023-05-24 23:21:06.790 ERROR [1666188] [doPyUdfScalarProc@507] call pyUdfScalar proc function. context 0x7faade26d180. error: Exception: require 1 parameter but given 2

At:
  /var/lib/taos//.udf/myfun_3_1884e1281d9.py(12): process

```

至此，我们学会了如何更新 UDF，并查看 UDF 输出的错误日志。
（注：如果 UDF 更新后未生效，在 TDengine 3.0.5.0 以前（不含）的版本中需要重启 taosd，在 3.0.5.0 及之后的版本中不需要重启 taosd 即可生效。）

#### 示例三： 接收 n 个参数的 UDF

编写一个 UDF：输入（x1, x2, ..., xn）, 输出每个值和它们的序号的乘积的和： 1 *  x1 + 2 * x2 + ... + n * xn。如果 x1 至 xn 中包含 null，则结果为 null。
这个示例与示例一的区别是，可以接受任意多列作为输入，且要处理每一列的值。编写 UDF 文件 /root/udf/nsum.py：

```python
def init():
    pass


def destroy():
    pass


def process(block):
    rows, cols = block.shape()
    result = []
    for i in range(rows):
        total = 0
        for j in range(cols):
            v = block.data(i, j)
            if v is None:
                total = None
                break
            total += (j + 1) * block.data(i, j)
        result.append(total)
    return result
```

创建 UDF：

```sql
create function nsum as '/root/udf/nsum.py' outputtype double language 'Python';
```

测试 UDF：

```sql
taos> insert into t values('2023-05-25 09:09:15', 6, null, 8);
Insert OK, 1 row(s) affected (0.003675s)

taos> select ts, v1, v2, v3,  nsum(v1, v2, v3) from t;
           ts            |     v1      |     v2      |     v3      |     nsum(v1, v2, v3)      |
================================================================================================
 2023-05-01 12:13:14.000 |           1 |           2 |           3 |              14.000000000 |
 2023-05-03 08:09:10.000 |           2 |           3 |           4 |              20.000000000 |
 2023-05-10 07:06:05.000 |           3 |           4 |           5 |              26.000000000 |
 2023-05-25 09:09:15.000 |           6 |        NULL |           8 |                      NULL |
Query OK, 4 row(s) in set (0.010653s)
```

#### 示例四：使用第三方库

编写一个 UDF，输入一个时间戳，输出距离这个时间最近的下一个周日。比如今天是 2023-05-25， 则下一个周日是 2023-05-28。
完成这个函数要用到第三方库 momen。先安装这个库：

```shell
pip3 install moment
```

然后编写 UDF 文件 /root/udf/nextsunday.py

```python
import moment


def init():
    pass


def destroy():
    pass


def process(block):
    rows, cols = block.shape()
    if cols > 1:
        raise Exception("require only 1 parameter")
    if not type(block.data(0, 0)) is int:
        raise Exception("type error")
    return [moment.unix(block.data(i, 0)).replace(weekday=7).format('YYYY-MM-DD')
            for i in range(rows)]
```

UDF 框架会将 TDengine 的 timestamp 类型映射为 Python 的 int 类型，所以这个函数只接受一个表示毫秒数的整数。process 方法先做参数检查，然后用 moment 包替换时间的星期为星期日，最后格式化输出。输出的字符串长度是固定的10个字符长，因此可以这样创建 UDF 函数：

```sql
create function nextsunday as '/root/udf/nextsunday.py' outputtype binary(10) language 'Python';
```

此时测试函数，如果你是用 systemctl 启动的 taosd，肯定会遇到错误：

```sql
taos> select ts, nextsunday(ts) from t;

DB error: udf function execution failure (1.123615s)
```

```shell
 tail -20 taospyudf.log  
2023-05-25 11:42:34.541 ERROR [1679419] [PyUdf::PyUdf@217] py udf load module failure. error ModuleNotFoundError: No module named 'moment'
```

这是因为 “moment” 所在位置不在 python udf 插件默认的库搜索路径中。怎么确认这一点呢？通过以下命令搜索 taospyudf.log:

```shell
grep 'sys path' taospyudf.log  | tail -1
```

输出如下

```text
2023-05-25 10:58:48.554 INFO  [1679419] [doPyOpen@592] python sys path: ['', '/lib/python38.zip', '/lib/python3.8', '/lib/python3.8/lib-dynload', '/lib/python3/dist-packages', '/var/lib/taos//.udf']
```

发现 python udf 插件默认搜索的第三方库安装路径是： /lib/python3/dist-packages，而 moment 默认安装到了 /usr/local/lib/python3.8/dist-packages。下面我们修改 python udf 插件默认的库搜索路径。
先打开 python3 命令行，查看当前的 sys.path

```python
>>> import sys
>>> ":".join(sys.path)
'/usr/lib/python3.8:/usr/lib/python3.8/lib-dynload:/usr/local/lib/python3.8/dist-packages:/usr/lib/python3/dist-packages'
```

复制上面脚本的输出的字符串，然后编辑 /var/taos/taos.cfg 加入以下配置：

```shell
UdfdLdLibPath /usr/lib/python3.8:/usr/lib/python3.8/lib-dynload:/usr/local/lib/python3.8/dist-packages:/usr/lib/python3/dist-packages
```

保存后执行 systemctl restart taosd, 再测试就不报错了：

```sql
taos> select ts, nextsunday(ts) from t;
           ts            | nextsunday(ts) |
===========================================
 2023-05-01 12:13:14.000 | 2023-05-07     |
 2023-05-03 08:09:10.000 | 2023-05-07     |
 2023-05-10 07:06:05.000 | 2023-05-14     |
 2023-05-25 09:09:15.000 | 2023-05-28     |
Query OK, 4 row(s) in set (1.011474s)
```

#### 示例五：聚合函数

编写一个聚合函数，计算某一列最大值和最小值的差。
聚合函数与标量函数的区别是：标量函数是多行输入对应多个输出，聚合函数是多行输入对应一个输出。聚合函数的执行过程有点像经典的 map-reduce 框架的执行过程，框架把数据分成若干块，每个 mapper 处理一个块，reducer 再把 mapper 的结果做聚合。不一样的地方在于，对于 TDengine Python UDF 中的 reduce 函数既有 map 的功能又有 reduce 的功能。reduce 函数接受两个参数：一个是自己要处理的数据，一个是别的任务执行 reduce 函数的处理结果。如下面的示例 /root/udf/myspread.py:

```python
import io
import math
import pickle

LOG_FILE: io.TextIOBase = None


def init():
    global LOG_FILE
    LOG_FILE = open("/var/log/taos/spread.log", "wt")
    log("init function myspead success")


def log(o):
    LOG_FILE.write(str(o) + '\n')


def destroy():
    log("close log file: spread.log")
    LOG_FILE.close()


def start():
    return pickle.dumps((-math.inf, math.inf))


def reduce(block, buf):
    max_number, min_number = pickle.loads(buf)
    log(f"initial max_number={max_number}, min_number={min_number}")
    rows, _ = block.shape()
    for i in range(rows):
        v = block.data(i, 0)
        if v > max_number:
            log(f"max_number={v}")
            max_number = v
        if v < min_number:
            log(f"min_number={v}")
            min_number = v
    return pickle.dumps((max_number, min_number))


def finish(buf):
    max_number, min_number = pickle.loads(buf)
    return max_number - min_number
```

在这个示例中我们不光定义了一个聚合函数，还添加记录执行日志的功能，讲解如下：
1. init 函数不再是空函数，而是打开了一个文件用于写执行日志
2. log 函数是记录日志的工具，自动将传入的对象转成字符串，加换行符输出
3. destroy 函数用来在执行结束关闭文件
4. start 返回了初始的 buffer，用来存聚合函数的中间结果，我们把最大值初始化为负无穷大，最小值初始化为正无穷大
5. reduce 处理每个数据块并聚合结果
6. finish 函数将最终的 buffer 转换成最终的输出 
执行下面的 SQL语句创建对应的 UDF：

```sql
create or replace aggregate function myspread as '/root/udf/myspread.py' outputtype double bufsize 128 language 'Python';
```

这个 SQL 语句与创建标量函数的 SQL 语句有两个重要区别：
1. 增加了 aggregate 关键字
2. 增加了 bufsize 关键字，用来指定存储中间结果的内存大小，这个数值可以大于实际使用的数值。本例中间结果是两个浮点数组成的 tuple，序列化后实际占用大小只有 32 个字节，但指定的 bufsize 是128，可以用 python 命令行打印实际占用的字节数

```python
>>> len(pickle.dumps((12345.6789, 23456789.9877)))
32
```

测试这个函数，可以看到 myspread 的输出结果和内置的 spread 函数的输出结果是一致的。

```sql
taos> select myspread(v1) from t;
       myspread(v1)        |
============================
               5.000000000 |
Query OK, 1 row(s) in set (0.013486s)

taos> select spread(v1) from t;
        spread(v1)         |
============================
               5.000000000 |
Query OK, 1 row(s) in set (0.005501s)
```

最后，查看我们自己打印的执行日志，从日志可以看出，reduce 函数被执行了 3 次。执行过程中 max 值被更新了 4 次， min 值只被更新 1 次。

```shell
root@slave11 /var/log/taos $ cat spread.log
init function myspead success
initial max_number=-inf, min_number=inf
max_number=1
min_number=1
initial max_number=1, min_number=1
max_number=2
max_number=3
initial max_number=3, min_number=1
max_number=6
close log file: spread.log
```

通过这个示例，我们学会了如何定义聚合函数，并打印自定义的日志信息。

### SQL 命令

1. 创建标量函数的语法

```sql
CREATE FUNCTION function_name AS library_path OUTPUTTYPE output_type LANGUAGE 'Python';
```

2. 创建聚合函数的语法

```sql
CREATE AGGREGATE FUNCTION function_name library_path OUTPUTTYPE output_type LANGUAGE 'Python';
```

3. 更新标量函数

```sql
CREATE OR REPLACE FUNCTION function_name AS OUTPUTTYPE int LANGUAGE 'Python';
```

4. 更新聚合函数
   
```sql
CREATE OR REPLACE AGGREGATE FUNCTION function_name AS OUTPUTTYPE BUFSIZE buf_size int LANGUAGE 'Python';
```

注意：如果加了 “AGGREGATE” 关键字，更新之后函数将被当作聚合函数，无论之前是什么类型的函数。相反，如果没有加 “AGGREGATE” 关键字，更新之后的函数将被当作标量函数，无论之前是什么类型的函数。

5. 查看函数信息
  
  同名的 UDF 每更新一次，版本号会增加 1。 
  
```sql
select * from ins_functions \G;     
```

6. 查看和删除已有的 UDF

```sql
SHOW functions;
DROP FUNCTION function_name;
```


上面的命令可以查看 UDF  的完整信息
 
### 更多 Python UDF 示例代码
#### 标量函数示例 [pybitand](https://github.com/taosdata/TDengine/blob/3.0/tests/script/sh/pybitand.py)

pybitand 实现多列的按位与功能。如果只有一列，返回这一列。pybitand 忽略空值。

<details>
<summary>pybitand.py</summary>

```Python
{{#include tests/script/sh/pybitand.py}}
```

</details>

#### 聚合函数示例 [pyl2norm](https://github.com/taosdata/TDengine/blob/3.0/tests/script/sh/pyl2norm.py)

pyl2norm 实现了输入列的所有数据的二阶范数，即对每个数据先平方，再累加求和，最后开方。

<details>
<summary>pyl2norm.py</summary>

```c
{{#include tests/script/sh/pyl2norm.py}}
```

</details>

#### 聚合函数示例 [pycumsum](https://github.com/taosdata/TDengine/blob/3.0/tests/script/sh/pycumsum.py)

pycumsum 使用 numpy 计算输入列所有数据的累积和。
<details>
<summary>pycumsum.py</summary>

```c
{{#include tests/script/sh/pycumsum.py}}
```

</details>
## 管理和使用 UDF
在使用 UDF 之前需要先将其加入到 TDengine 系统中。关于如何管理和使用 UDF，请参考[管理和使用 UDF](../12-taos-sql/26-udf.md)