MongoDB 中的【加減乘除】運算
很多同學因為對MongoDB不熟悉，加之應用的不是很多，有時候會認為MongoDB數據庫對一些功能不支持，或者認為支持不好。今天我們 演示一下 MongoDB對“加減乘除”的使用。
在MongoDB數據庫中“加減乘除”運算，又稱為 數學表達式（mathematical expression；或算術表達式），主要用于操作數值。
1.$add操作符（+）
1.1 語法及功能介紹
$add 操作符主要用于將一組數字相加；也可以用于在指定時間上添加一定的時間間隔。時間間隔單位為milliseconds（毫秒）。
$add操作符的語法：
{ $add: [ <expression1>, <expression2>, ... ] }
這個操作符接受一個或多個表達式作為參數，將這些表達式相加。
1.2 案例演示
例如我們有一個sales的集合， 其中有 商品類別 字段、商品價格 字段，商品服務費 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") }
如果有個需求，要統計 商品 的 總費用（price + fee），那么其統計SQL 如下：
db.sales.aggregate( [ { $project: { item: 1, total: { $add: [ "$price", "$fee" ] } } } ] )
結果顯示如下：
{ "_id" : 1, "item" : "abc", "total" : 12 }
{ "_id" : 2, "item" : "jkl", "total" : 21 }
{ "_id" : 3, "item" : "xyz", "total" : 5 }
現在我們來看下在時間上的$add運算，例如，在上面的集合中，我們想看看商品的 有效日期 ，假如商品的有效日期是在現有的date字段數據 + 3天（注意時間參數的單位為毫秒）。
有效日期 命名為 expire_date，則相應的SQL如下：
db.sales.aggregate( [ { $project: { item: 1, expire_date: { $add: [ "$date", 3*24*60*60*1000 ] } } } ] )
結果顯示為 ：
{ "_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：此案例中有關時間的這種運算，在SQL Server 數據庫中是通過函數 DATEADD(）來實現的。
2.$subtract操作符（－）
2.1 語法及功能介紹
$subtract操作符是$add的逆運算，它可以計算兩個數值的差值；可以計算 2個日期時間的間隔；還可以在指定日期上減去指定的時間間隔。關于時間的計算，參數的單位都是milliseconds（毫秒）。
$subtract操作符的語法
{ $subtract: [ <expression1>, <expression2> ] }
接受兩個表達式作為參數，用第一個表達式減去第二個表達式作為結果。
2.2 案例演示
將案例1的集合 sales清空，插入以下數據
{ "_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") }
新的數據，添加了 商品打折 的字段 。如果此時統計商品的總費用，則需要 商品價格字段 + 服務費用字段 - 打折字段
SQL 語句如下
db.sales.aggregate( [ { $project: { item: 1, total: { $subtract: [ { $add: [ "$price", "$fee" ] }, "$discount" ] } } } ] )
統計結果顯示如下
{ "_id" : 1, "item" : "abc", "total" : 7 }
{ "_id" : 2, "item" : "jkl", "total" : 19 }
關于時間的減法運算有2個場景
場景1 ：計算兩個日期的時間間隔（統計單位為毫秒）
例如，我們計算sales中商品已生成存在的時間（現在的時間-集合中date字段）
db.sales.aggregate( [ { $project: { item: 1, dateDifference: { $subtract: [ new Date(), "$date" ] } } } ] )
結果顯示為
{ "_id" : 1, "item" : "abc", "dateDifference" : NumberLong("154747094624") }
{ "_id" : 2, "item" : "jkl", "dateDifference" : NumberLong("154743494624") }
注：此案例中關于時間的這種運算，在SQL Server 數據庫中是通過函數 DATEDiff(）來實現的。
場景2：指定日期上減去一定的時間間隔
假如sales集合中的商品一般是規定提前3個小時package的(date字段 --3個小時)，那么我們來計算出 這個package_date
實現SQL的語句如下
db.sales.aggregate( [ { $project: { item: 1, dateDifference: { $subtract: [ "$date", 3 * 60 * 60 * 1000 ] } } } ] )
結果顯示如下
{ "_id" : 1, "item" : "abc", "dateDifference" : ISODate("2014-03-01T05:00:00Z") }
{ "_id" : 2, "item" : "jkl", "dateDifference" : ISODate("2014-03-01T06:00:00Z") }
注：此案例中關于時間的這種運算，在SQL Server數據庫中是通過函數 DATEADD(）來實現的。
3.$multiply操作符（*）
3.1 語法及功能介紹
$multiply操作符主要用來一組數值相乘。
$multiplyt操作符的語法
{ $multiply: [ <expression1>, <expression2>, ... ] }
接受一個或多個表達式，并將它們相乘。
3.2 案例演示
將案例2的集合 sales清空，插入以下數據
{ "_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") }
在這個商品銷售集合中，有商品的價格字段，還有商品數量字段，我們需要統計出，每個商品的總額（商品價格*商品數據量）
統計的SQL語句：
db.sales.aggregate( [ { $project: { item: 1, total_price: { $multiply: [ "$price", "$quantity" ] } } } ] )
結果顯示如下:
{ "_id" : 1, "item" : "abc", "total_price" : 20 }
{ "_id" : 2, "item" : "jkl", "total_price" : 20 }
{ "_id" : 3, "item" : "xyz", "total_price" : 50 }
4.$divide操作符（/）
4.1 語法及功能介紹
$divide操作符主要用來2個數字相除。
$divide操作符的語法為：
{ $divide: [ <expression1>, <expression2> ] }
接受兩個表達式，將第一個表達式除以第二個表達式的商作為結果。
4.2 案例演示
例如我們有一個關于項目計劃的集合planning ， 在這個集合中 有關于耗時的字段 hours，數據格式如下。
{ "_id" : 1, "name" : "A", "hours" : 80, "resources" : 7 },
{ "_id" : 2, "name" : "B", "hours" : 40, "resources" : 4 }
上面的數據是安照工時統計的，如果我們安照工作日統計（工時/8）,其SQL語句如下：
db.planning.aggregate( [ { $project: { name: 1, workdays: { $divide: [ "$hours", 8 ] } } } ] )
結果顯示如下：
{ "_id" : 1, "name" : "A", "workdays" : 10 }
{ "_id" : 2, "name" : "B", "workdays" : 5 }
5 求余 運算（$mod）
講到除法運算，自然就會想到求余的運算（%），下面我們簡單介紹以下求余運算符$mod。
5.1 語法及功能介紹
語法：
{ $mod: [ <expression1>, <expression2> ] }
接受兩個表達式，將第一個表達式除以第二個表達式得到的余數作為結果。
5.2 案例演示
還是上面的關于任務計劃的集合，上面有工時字段，還有任務字段，數據格式如下：
{ "_id" : 1, "project" : "A", "hours" : 80, "tasks" : 7 }
{ "_id" : 2, "project" : "B", "hours" : 40, "tasks" : 4 }
我們統計每個任務平均后，剩余的時間，SQL語句如下：
db.planning.aggregate( [ { $project: { remainder: { $mod: [ "$hours", "$tasks" ] } } } ] )
結果顯示如下：
{ "_id" : 1, "remainder" : 3 }
{ "_id" : 2, "remainder" : 0 }
6.案例分析
在文章的最后一節，我們用一個例子，鞏固一下上面的學習，同時引入另外一個知識點----邏輯表達式。
6.1 案例探究
假如有個大學教授想通過某種比較復雜的計算為他的學生打分：出勤率占10%，日常測驗成績占30%，期末考試成績占60%，但如果是老師寵愛的學生，那么分數就是100.
關于學生students集合的數據格式如下
{ "_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 }
滿足此教授老師需求的查詢SQL語句如下：
db.students.aggregate( [ { $project: { "sno": 1, "name": 1, grade: { $cond: ["$teacherPet", 100, { "$add": [ { "$multiply": ["$attendanceAvg", .1] }, { "$multiply": ["$quizzAvg", .3] }, { "$multiply": ["$testAvg", .6] } ] }] } } } ] )
查詢的結果如下
{ "_id" : 1, "sno" : 201501010001, "name" : "xiaoming", "grade" : 100 }
{ "_id" : 2, "sno" : 201501010002, "name" : "xiaoli", "grade" : 91 }
{ "_id" : 3, "sno" : 201501010003, "name" : "xiaohong", "grade" : 94 }
在本例中我們不僅用到了數學表達式$add,$$multiply，還用到了邏輯表達式$cond（if 老師寵愛的學生 就100，否則 計算分數...）。下面，我們粗略講解一下關于 MongoDB的邏輯表達式。
6.2 常用邏輯表達式
| 類別 | 操作符 | 語法 | 功能用途 |
| 布爾表達式 | $and |
{$and: [ <expression1>, <expression2>, ... ]}
|
如果所有表達式的值為true，那就返回true，否則返回false。 |
| $or |
{$or: [ <expression1>, <expression2>, ... ]}
|
只要有任意表達式的值為true，那就返回true，否則返回false。 | |
| $not |
{ $not: [ <expression> ] }
|
對expression取反。 | |
| 控制表達式 | $cond |
{ $cond: { if: <boolean-expression>, then: <true-case>, else: <false-case-> } } |
如果boolean-expression為的值是true，那就返回true-case，否則返回false-case。 |
| $ifNull | { $ifNull: [ <expression>, <replacement-expression-if-null> ] } | 如果expression是null，那就返回replacement-expression-if-null，否則返回expression。 | |
| 比較表達式 | $cmp | { $cmp: [ <expression1>, <expression2> ] } | 比較expression1和expression2，如果相等，返回0；如果前者大于后者，返回一個正數1；如果前者小于后者。返回一個負數-1。 |
| $strcasecmp | { $strcasecmp: [ <expression1>, <expression2> ] } | $cmp的細化。用來比較expression1和expression2；區分大小寫，主要針對ASCII characters。如果相等，返回0；如果前者大于后者，返回一個正數1；如果前者小于后者。返回一個負數-1。 | |
| $eq/$ne/$gt/$gte/$lt/$lte | $eq/$ne/$gt/$gte/$lt/$lte :[ <expression1>, <expression2> ] | 對expression1和expression2執行相應的比較操作，返回比較的結構（true或false）。 |
通過這些操作符，就可以在聚合中使用更復雜的邏輯。
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