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
{$and: [ expression1 , expression2 , ]} 如果所有表达式的值为true，那就返回true，否则返回false。
{$or: [ expression1 , expression2 , ]} 只要有任意表达式的值为true，那就返回true，否则返回false。
$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。
 { $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）。

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