查询运算符（比较、逻辑、元素、数组、位运算等）

MongoDB提供了丰富的查询运算符，用于在查询文档时进行各种操作。这些运算符可以分为比较、逻辑、元素、数组和位运算等类型，每种类型都有特定的用途和语法。

比较运算符

比较运算符用于比较字段值与指定值之间的关系。常用的比较运算符包括：

• $eq：匹配等于指定值的字段
• $ne：匹配不等于指定值的字段
• $gt：匹配大于指定值的字段
• $gte：匹配大于或等于指定值的字段
• $lt：匹配小于指定值的字段
• $lte：匹配小于或等于指定值的字段
• $in：匹配数组中任意一个值的字段
• $nin：不匹配数组中任意一个值的字段

// 查找年龄大于25的用户
db.users.find({ age: { $gt: 25 } })

// 查找状态为"active"或"pending"的用户
db.users.find({ status: { $in: ["active", "pending"] } })

逻辑运算符

逻辑运算符用于组合多个查询条件，实现复杂的逻辑判断。主要的逻辑运算符有：

• $and：逻辑与，所有条件都必须满足
• $or：逻辑或，至少一个条件必须满足
• $not：逻辑非，反转查询条件
• $nor：逻辑或非，所有条件都不满足

// 查找年龄大于25且状态为active的用户
db.users.find({ 
  $and: [
    { age: { $gt: 25 } },
    { status: "active" }
  ]
})

// 查找年龄小于20或大于30的用户
db.users.find({
  $or: [
    { age: { $lt: 20 } },
    { age: { $gt: 30 } }
  ]
})

元素运算符

元素运算符用于检查文档中字段的存在性或数据类型：

• $exists：检查字段是否存在
• $type：检查字段的BSON类型

// 查找有email字段的用户
db.users.find({ email: { $exists: true } })

// 查找age字段为数字类型的用户
db.users.find({ age: { $type: "number" } })

数组运算符

数组运算符专门用于处理数组字段：

• $all：匹配包含所有指定元素的数组
• $elemMatch：匹配数组中至少有一个元素满足所有指定条件
• $size：匹配指定长度的数组

// 查找skills数组同时包含"JavaScript"和"MongoDB"的用户
db.users.find({ skills: { $all: ["JavaScript", "MongoDB"] } })

// 查找成绩数组中至少有一个大于90且课程为math的记录
db.users.find({
  scores: {
    $elemMatch: {
      score: { $gt: 90 },
      course: "math"
    }
  }
})

位运算符

位运算符用于对整数值进行位操作：

• $bitsAllSet：匹配所有指定位都设置为1的字段
• $bitsAnySet：匹配任何指定位设置为1的字段
• $bitsAllClear：匹配所有指定位都清除为0的字段
• $bitsAnyClear：匹配任何指定位清除为0的字段

// 查找flags字段的第1位和第3位都设置为1的文档
db.users.find({ flags: { $bitsAllSet: [1, 3] } })

// 查找permissions字段的第2位或第4位设置为1的文档
db.users.find({ permissions: { $bitsAnySet: [2, 4] } })

评估运算符

评估运算符允许在查询中使用JavaScript表达式或其他评估方式：

• $expr：允许在查询语言中使用聚合表达式
• $jsonSchema：根据给定的JSON模式验证文档
• $mod：对字段值执行模运算并匹配结果
• $regex：提供正则表达式匹配字符串
• $text：执行文本搜索

// 使用表达式比较两个字段
db.sales.find({
  $expr: {
    $gt: ["$revenue", "$cost"]
  }
})

// 使用正则表达式匹配以"John"开头的名字
db.users.find({ name: { $regex: /^John/ } })

地理空间运算符

MongoDB提供了专门的地理空间查询运算符：

• $geoWithin：匹配完全包含在指定几何图形内的地理空间数据
• $geoIntersects：匹配与指定几何图形相交的地理空间数据
• $near：返回接近指定点的文档，按距离排序
• $nearSphere：类似$near，但使用球面几何计算距离

// 查找位于指定多边形区域内的地点
db.places.find({
  location: {
    $geoWithin: {
      $geometry: {
        type: "Polygon",
        coordinates: [[[0,0], [3,6], [6,0], [0,0]]]
      }
    }
  }
})

投影运算符

投影运算符用于控制查询返回的字段：

• $：投影数组中匹配查询条件的第一个元素
• $elemMatch：投影数组中匹配指定条件的第一个元素
• $meta：投影文本搜索的分数或其他元数据
• $slice：限制返回数组元素的数量

// 只返回comments数组中第一个匹配条件的元素
db.posts.find(
  { "comments.author": "John" },
  { "comments.$": 1 }
)

// 返回scores数组的前3个元素
db.students.find(
  {},
  { scores: { $slice: 3 } }
)

更新运算符

虽然主要用于更新操作，但这些运算符在查询上下文中也有特殊用途：

• $：充当占位符，更新与查询条件匹配的第一个数组元素
• $[]：充当占位符，更新所有匹配查询条件的数组元素
• $[<identifier>]：与arrayFilters一起使用，更新匹配arrayFilters条件的数组元素

// 更新第一个状态为"pending"的订单
db.orders.update(
  { "items.status": "pending" },
  { $set: { "items.$.status": "processing" } }
)

聚合管道运算符

在聚合管道中使用的特殊查询运算符：

• $match：过滤文档，类似于find()
• $lookup：执行左外连接
• $graphLookup：执行递归搜索
• $redact：基于字段值限制文档内容

// 在聚合管道中使用$match
db.orders.aggregate([
  { $match: { status: "completed" } },
  { $group: { _id: "$customer", total: { $sum: "$amount" } } }
])