MongoDB中的加减乘除运算详解
前言
很多同学因为对MongoDB不熟悉，加之应用的不是很多，有时候会认为MongoDB数据库对一些功能不支持，或者认为支持不好。今天我们 演示一下 MongoDB对“加减乘除”的使用。
在MongoDB数据库中“加减乘除”运算，又称为 数学表达式（mathematical expression；或算术表达式），主要用于操作数值。
1.$add操作符（+）
1.1 语法及功能介绍
$add 操作符主要用于将一组数字相加；也可以用于在指定时间上添加一定的时间间隔。时间间隔单位为milliseconds（毫秒）。
$add操作符的语法：
{ $add: [ <expression1>, <expression2>, … ] }
这个操作符接受一个或多个表达式作为参数，将这些表达式相加。
1.2 案例演示
例如我们有一个sales的集合， 其中有 商品类别 字段、商品价格 字段，商品服务费 字段。
{ “_id” : 1, “item” : “abc”, “price” : 10, “fee” : 2, date: ISODate(“2014-03-01T08:00:00Z”) }
{ “_id” : 2, “item” : “jkl”, “price” : 20, “fee” : 1, date: ISODate(“2014-03-01T09:00:00Z”) }
{ “_id” : 3, “item” : “xyz”, “price” : 5, “fee” : 0, date: ISODate(“2014-03-15T09:00:00Z”) }
如果有个需求，要统计 商品 的 总费用（price + fee），那么其统计SQL 如下：
db.sales.aggregate(
[
{ $project: { item: 1, total: { $add: [ “$price”, “$fee” ] } } }
]
)
结果显示如下：
{ “_id” : 1, “item” : “abc”, “total” : 12 }
{ “_id” : 2, “item” : “jkl”, “total” : 21 }
{ “_id” : 3, “item” : “xyz”, “total” : 5 }
现在我们来看下在时间上的$add运算，例如，在上面的集合中，我们想看看商品的 有效日期 ，假如商品的有效日期是在现有的date字段数据 + 3天（注意时间参数的单位为毫秒）。
有效日期 命名为 expire_date，则相应的SQL如下：
db.sales.aggregate(
[
{ $project: { item: 1, expire_date: { $add: [ “$date”, 3*24*60*60*1000 ] } } }
]
)
结果显示为 ：
{ “_id” : 1, “item” : “abc”, “expire_date” : ISODate(“2014-03-04T08:00:00Z”) }
{ “_id” : 2, “item” : “jkl”, “expire_date” : ISODate(“2014-03-04T09:00:00Z”) }
{ “_id” : 3, “item” : “xyz”, “expire_date” : ISODate(“2014-03-18T09:00:00Z”) }
注：此案例中有关时间的这种运算，在SQL Server 数据库中是通过函数 DATEADD(）来实现的。
2.$subtract操作符（－）
2.1 语法及功能介绍
$subtract操作符是$add的逆运算，它可以计算两个数值的差值；可以计算 2个日期时间的间隔；还可以在指定日期上减去指定的时间间隔。关于时间的计算，参数的单位都是milliseconds（毫秒）。
$subtract操作符的语法
{ $subtract: [ <expression1>, <expression2> ] }
接受两个表达式作为参数，用第一个表达式减去第二个表达式作为结果。
2.2 案例演示
将案例1的集合 sales清空，插入以下数据
{ “_id” : 1, “item” : “abc”, “price” : 10, “fee” : 2, “discount” : 5, “date” : ISODate(“2014-03-01T08:00:00Z”) }
{ “_id” : 2, “item” : “jkl”, “price” : 20, “fee” : 1, “discount” : 2, “date” : ISODate(“2014-03-01T09:00:00Z”) }
新的数据，添加了 商品打折 的字段 。如果此时统计商品的总费用，则需要 商品价格字段 + 服务费用字段 – 打折字段
SQL 语句如下
db.sales.aggregate( [ { $project: { item: 1, total: { $subtract: [ { $add: [ “$price”, “$fee” ] }, “$discount” ] } } } ] )
统计结果显示如下
{ “_id” : 1, “item” : “abc”, “total” : 7 }
{ “_id” : 2, “item” : “jkl”, “total” : 19 }
关于时间的减法运算有2个场景
场景1 ：计算两个日期的时间间隔（统计单位为毫秒）
例如，我们计算sales中商品已生成存在的时间（现在的时间-集合中date字段）
db.sales.aggregate( [ { $project: { item: 1, dateDifference: { $subtract: [ new Date(), “$date” ] } } } ] )
结果显示为
{ “_id” : 1, “item” : “abc”, “dateDifference” : NumberLong(“154747094624”) }
{ “_id” : 2, “item” : “jkl”, “dateDifference” : NumberLong(“154743494624”) }
注：此案例中关于时间的这种运算，在SQL Server 数据库中是通过函数 DATEDiff(）来实现的。
场景2：指定日期上减去一定的时间间隔
假如sales集合中的商品一般是规定提前3个小时package的(date字段 –3个小时)，那么我们来计算出 这个package_date
实现SQL的语句如下
db.sales.aggregate( [ { $project: { item: 1, dateDifference: { $subtract: [ “$date”, 3 * 60 * 60 * 1000 ] } } } ] )
结果显示如下
{ “_id” : 1, “item” : “abc”, “dateDifference” : ISODate(“2014-03-01T05:00:00Z”) }
{ “_id” : 2, “item” : “jkl”, “dateDifference” : ISODate(“2014-03-01T06:00:00Z”) }
注：此案例中关于时间的这种运算，在SQL Server数据库中是通过函数 DATEADD(）来实现的。
3.$multiply操作符（*）
3.1 语法及功能介绍
$multiply操作符主要用来一组数值相乘。
$multiplyt操作符的语法
{ $multiply: [ <expression1>, <expression2>, … ] }
接受一个或多个表达式，并将它们相乘。
3.2 案例演示
将案例2的集合 sales清空，插入以下数据
{ “_id” : 1, “item” : “abc”, “price” : 10, “quantity”: 2, date: ISODate(“2014-03-01T08:00:00Z”) }
{ “_id” : 2, “item” : “jkl”, “price” : 20, “quantity”: 1, date: ISODate(“2014-03-01T09:00:00Z”) }
{ “_id” : 3, “item” : “xyz”, “price” : 5, “quantity”: 10, date: ISODate(“2014-03-15T09:00:00Z”) }
在这个商品销售集合中，有商品的价格字段，还有商品数量字段，我们需要统计出，每个商品的总额（商品价格*商品数据量）
统计的SQL语句：
db.sales.aggregate(
[
{ $project: { item: 1, total_price: { $multiply: [ “$price”, “$quantity” ] } } }
]
)
结果显示如下:
{ “_id” : 1, “item” : “abc”, “total_price” : 20 }
{ “_id” : 2, “item” : “jkl”, “total_price” : 20 }
{ “_id” : 3, “item” : “xyz”, “total_price” : 50 }
4.$divide操作符（/）
4.1 语法及功能介绍
$divide操作符主要用来2个数字相除。
$divide操作符的语法为：
{ $divide: [ <expression1>, <expression2> ] }
接受两个表达式，将第一个表达式除以第二个表达式的商作为结果。
4.2 案例演示
例如我们有一个关于项目计划的集合planning ， 在这个集合中 有关于耗时的字段 hours，数据格式如下。
{ “_id” : 1, “name” : “A”, “hours” : 80, “resources” : 7 },
{ “_id” : 2, “name” : “B”, “hours” : 40, “resources” : 4 }
上面的数据是安照工时统计的，如果我们安照工作日统计（工时/8）,其SQL语句如下：
db.planning.aggregate(
[
{ $project: { name: 1, workdays: { $divide: [ “$hours”, 8 ] } } }
]
)
结果显示如下：
{ “_id” : 1, “name” : “A”, “workdays” : 10 }
{ “_id” : 2, “name” : “B”, “workdays” : 5 }
5 求余 运算（$mod）
讲到除法运算，自然就会想到求余的运算（%），下面我们简单介绍以下求余运算符$mod。
5.1 语法及功能介绍
语法：
{ $mod: [ <expression1>, <expression2> ] }
接受两个表达式，将第一个表达式除以第二个表达式得到的余数作为结果。
5.2 案例演示
还是上面的关于任务计划的集合，上面有工时字段，还有任务字段，数据格式如下：
{ “_id” : 1, “project” : “A”, “hours” : 80, “tasks” : 7 }
{ “_id” : 2, “project” : “B”, “hours” : 40, “tasks” : 4 }
我们统计每个任务平均后，剩余的时间，SQL语句如下：
db.planning.aggregate(
[
{ $project: { remainder: { $mod: [ “$hours”, “$tasks” ] } } }
]
)
结果显示如下：
{ “_id” : 1, “remainder” : 3 }
{ “_id” : 2, “remainder” : 0 }
6.案例分析
在文章的最后一节，我们用一个例子，巩固一下上面的学习，同时引入另外一个知识点—-逻辑表达式。
6.1 案例探究
假如有个大学教授想通过某种比较复杂的计算为他的学生打分：出勤率占10%，日常测验成绩占30%，期末考试成绩占60%，但如果是老师宠爱的学生，那么分数就是100.
关于学生students集合的数据格式如下
{ “_id” : 1, “sno” : 201501010001, “name” : “xiaoming”, “attendanceAvg” : 90, “quizzAvg” : 95, “testAvg” : 98, “teacherPet” : true }
{ “_id” : 2, “sno” : 201501010002, “name” : “xiaoli”, “attendanceAvg” : 100, “quizzAvg” : 90, “testAvg” : 90, “teacherPet” : false }
{ “_id” : 3, “sno” : 201501010003, “name” : “xiaohong”, “attendanceAvg” : 100, “quizzAvg” : 80, “testAvg” : 100, “teacherPet” : false }
满足此教授老师需求的查询SQL语句如下：
db.students.aggregate(
[
{
$project:
{
“sno”: 1, “name”: 1,
grade:
{
$cond: [“$teacherPet”, 100, {
“$add”:
[
{ “$multiply”: [“$attendanceAvg”, .1] },
{ “$multiply”: [“$quizzAvg”, .3] },
{ “$multiply”: [“$testAvg”, .6] }
]
}]
}
}
}
]
)
查询的结果如下
{ “_id” : 1, “sno” : 201501010001, “name” : “xiaoming”, “grade” : 100 }
{ “_id” : 2, “sno” : 201501010002, “name” : “xiaoli”, “grade” : 91 }
{ “_id” : 3, “sno” : 201501010003, “name” : “xiaohong”, “grade” : 94 }
在本例中我们不仅用到了数学表达式$add,$$multiply，还用到了逻辑表达式$cond（if 老师宠爱的学生 就100，否则 计算分数…）。下面，我们粗略讲解一下关于 MongoDB的逻辑表达式。
6.2 常用逻辑表达式
| 类别 | 操作符 | 语法 | 功能用途 |
| 布尔表达式 | $and | {$and: [ <expression1>, <expression2>, … ]} | 如果所有表达式的值为true，那就返回true，否则返回false。 |
| $or | {$or: [ <expression1>, <expression2>, … ]} | 只要有任意表达式的值为true，那就返回true，否则返回false。 | |
| $not | { $not: [ <expression> ] } | 对expression取反。 | |
| 控制表达式 | $cond | { $cond: { if: <boolean-expression>, then: <true-case>, else: <false-case-> } } 或者 { $cond: [ <boolean-expression>, <true-case>, <false-case> ] } |
如果boolean-expression为的值是true，那就返回true-case，否则返回false-case。 |
| $ifNull | { $ifNull: [ <expression>,<replacement-expression-if-null> ] } | 如果expression是null，那就返回replacement-expression-if-null，否则返回expression。 | |
| 比较表达式 | $cmp | { $cmp: [ <expression1>,<expression2> ] } | 比较expression1和expression2，如果相等，返回0；如果前者大于后者，返回一个正数1；如果前者小于后者。返回一个负数-1。 |
| $strcasecmp | { $strcasecmp: [<expression1>,<expression2> ] } | $cmp的细化。用来比较expression1和expression2；区分大小写，主要针对ASCII characters。如果相等，返回0；如果前者大于后者，返回一个正数1；如果前者小于后者。返回一个负数-1。 | |
| $eq/$ne/$gt/$gte/$lt/$lte | $eq/$ne/$gt/$gte/$lt/$lte :[ <expression1>,<expression2> ] | 对expression1和expression2执行相应的比较操作，返回比较的结构（true或false）。 |
通过这些操作符，就可以在聚合中使用更复杂的逻辑。
总结
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