# MongoDB 操作符实现进度报告

## 已完成的功能

### ✅ 第一批高优先级操作符（部分完成）

#### 1. 查询操作符增强

**已实现：**
- ✅ `$mod` - 模运算：`{"quantity": {"$mod": [5, 0]}}` (能被 5 整除)
- ✅ `$bitsAllClear` - 位运算：所有指定位都为 0
- ✅ `$bitsAllSet` - 位运算：所有指定位都为 1
- ✅ `$bitsAnyClear` - 位运算：任意指定位为 0
- ✅ `$bitsAnySet` - 位运算：任意指定位为 1

**实现文件：**
- `internal/engine/operators.go` - 添加了 compareMod(), compareBitsXxx() 函数
- `internal/engine/query.go` - 在 evaluateOperators() 中添加了对这些操作符的支持

**使用示例：**
```json
// $mod - 查找能被 5 整除的数量
{"filter": {"quantity": {"$mod": [5, 0]}}}

// $bitsAllClear - 查找第 2 位为 0 的值
{"filter": {"flags": {"$bitsAllClear": 4}}}
```

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#### 2. 更新操作符增强

**已实现：**
- ✅ `$min` - 仅当值小于当前值时更新
- ✅ `$max` - 仅当值大于当前值时更新  
- ✅ `$rename` - 重命名字段
- ✅ `$currentDate` - 设置为当前时间（支持 timestamp 类型）
- ✅ `$addToSet` - 添加唯一元素到数组（去重）
- ✅ `$pop` - 移除数组首/尾元素
- ✅ `$pullAll` - 从数组中移除多个值

**实现文件：**
- `pkg/types/document.go` - 扩展了 Update 结构体
- `internal/engine/crud.go` - 在 applyUpdate() 中添加了处理逻辑

**使用示例：**
```json
// $min - 只更新更小的值
{"update": {"$min": {"bestPrice": 99}}}

// $max - 只更新更大的值
{"update": {"$max": {"highScore": 200}}}

// $rename - 重命名字段
{"update": {"$rename": {"oldName": "newName"}}}

// $currentDate - 设置当前时间
{"update": {"$currentDate": {"lastModified": true}}}
{"update": {"$currentDate": {"timestamp": {"$type": "timestamp"}}}}

// $addToSet - 添加唯一值
{"update": {"$addToSet": {"tags": "sale"}}}

// $pop - 移除最后一个元素
{"update": {"$pop": {"items": 1}}}
{"update": {"$pop": {"items": -1}}} // 移除第一个

// $pullAll - 批量移除
{"update": {"$pullAll": {"tags": ["a", "b", "c"]}}}
```

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#### 3. 聚合阶段增强

**已实现：**
- ✅ `$addFields` / `$set` - 添加新字段或修改现有字段
- ✅ `$unset` - 移除字段
- ✅ `$facet` - 多面聚合（并行执行多个子管道）
- ✅ `$sample` - 随机采样
- ✅ `$bucket` - 分桶聚合

**实现文件：**
- `internal/engine/aggregate.go` - 在 executeStage() 中添加阶段分发
- `internal/engine/aggregate_helpers.go` - 添加了具体实现函数

**使用示例：**
```json
// $addFields / $set - 添加计算字段
{"pipeline": [{"$addFields": {"total": {"$add": ["$price", "$tax"]}}}]}

// $unset - 移除字段
{"pipeline": [{"$unset": ["tempField", "internalId"]}]}

// $facet - 多面聚合
{
  "pipeline": [{
    "$facet": {
      "byStatus": [
        {"$group": {"_id": "$status", "count": {"$sum": 1}}}
      ],
      "byCategory": [
        {"$group": {"_id": "$category", "total": {"$sum": "$amount"}}}
      ]
    }
  }]
}

// $sample - 随机采样
{"pipeline": [{"$sample": {"size": 10}}]}

// $bucket - 分桶
{
  "pipeline": [{
    "$bucket": {
      "groupBy": "$price",
      "boundaries": [0, 50, 100, 200],
      "default": "Other"
    }
  }]
}
```

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#### 8. 高级聚合阶段（Batch 3 - 已完成）

**已实现：**
- ✅ `$replaceRoot` - 替换根文档
- ✅ `$replaceWith` - 替换文档（简写形式）
- ✅ `$setWindowFields` - 窗口函数（支持分区、排序、排名、移动聚合）
- ✅ `$graphLookup` - 递归查找（组织架构、树形结构）

**实现文件：**
- `internal/engine/aggregate_batch3.go` - 新增文件，包含所有 Batch 3 功能
- `internal/engine/aggregate.go` - 注册新阶段
- `internal/engine/date_ops.go` - 添加 isoDayOfWeek 方法

**使用示例：**
```json
// $replaceRoot - 提升嵌套字段
{
  "pipeline": [{
    "$replaceRoot": {
      "newRoot": "$profile"
    }
  }]
}

// $replaceWith - 计算新文档
{
  "pipeline": [{
    "$replaceWith": {
      "fullName": {"$concat": ["$firstName", " ", "$lastName"]},
      "total": {"$add": ["$price", "$tax"]}
    }
  }]
}

// $setWindowFields - 窗口排名
{
  "pipeline": [{
    "$setWindowFields": {
      "partitionBy": "$category",
      "sortBy": {"score": -1},
      "output": {
        "rank": {"$documentNumber": {}},
        "avgScore": {"$avg": "$score"}
      }
    }
  }]
}

// $graphLookup - 组织架构
{
  "pipeline": [{
    "$graphLookup": {
      "from": "employees",
      "startWith": "$reportsTo",
      "connectFromField": "name",
      "connectToField": "reportsTo",
      "as": "orgChart"
    }
  }]
}
```

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#### 9. 文本搜索（Batch 3 - 已完成）

**已实现：**
- ✅ `$text` - 全文本搜索
- ✅ 多字段递归搜索
- ✅ 分词匹配
- ✅ 相关性得分计算
- ✅ 按得分排序

**实现文件：**
- `internal/engine/aggregate_batch3.go` - executeTextSearch() 和相关函数

**使用示例：**
```json
// 基础文本搜索
{
  "filter": {
    "$text": {
      "$search": "wireless bluetooth headphones",
      "caseSensitive": false
    }
  }
}

// 搜索结果包含 _textScore 字段
// 自动按相关性降序排列
```

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#### 10. 日期操作符增强（Batch 3 - 已完成）

**已实现：**
- ✅ `$week` - ISO 周数
- ✅ `$isoWeek` - ISO 周数（别名）
- ✅ `$dayOfYear` - 一年中的第几天
- ✅ `$isoDayOfWeek` - ISO 星期几 (1-7)
- ✅ `$now` - 当前时间

**实现文件：**
- `internal/engine/date_ops.go` - isoDayOfWeek() 等方法
- `internal/engine/aggregate.go` - 注册到表达式引擎

**使用示例：**
```json
{
  "pipeline": [{
    "$addFields": {
      "orderWeek": {"$week": "$orderDate"},
      "dayOfYear": {"$dayOfYear": "$orderDate"},
      "isWeekend": {
        "$in": [
          {"$isoDayOfWeek": "$orderDate"},
          [6, 7]
        ]
      }
    }
  }]
}
```

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## 待实现的功能

### ⏳ 第三批功能（已完成）

**高级聚合阶段：**
- ✅ `$setWindowFields` - 窗口函数
- ✅ `$graphLookup` - 递归查找
- ✅ `$replaceRoot` / `$replaceWith` - 文档替换
- ⏳ `$unionWith` - 与其他集合并集
- ⏳ `$redact` - 文档级访问控制
- ⏳ `$text` - 文本搜索（✅ 已实现）

**更多日期操作符：**
- ✅ `$week` - 一年中的第几周
- ✅ `$isoWeek` - ISO 周数
- ✅ `$dayOfYear` - 一年中的第几天
- ✅ `$isoDayOfWeek` - ISO 星期几
- ⏳ `$isoWeekYear` - ISO 周年

**位运算操作符：**
- ⏳ `$bitAnd`, `$bitOr`, `$bitXor`, `$bitNot`

**类型转换操作符：**
- ⏳ `$toString`, `$toInt`, `$toLong`, `$toDouble`, `$toBool`, `$toDate`, `$toObjectId`

### ⏳ Date 类型完整支持（部分完成）

**已完成：**
- ✅ 日期操作符：`$year`, `$month`, `$dayOfMonth`, `$hour`, `$minute`, `$second`
- ✅ 日期格式化：`$dateToString`
- ✅ 日期计算：`$dateAdd`, `$dateDiff`
- ✅ 当前时间：`$now`
- ✅ 周和日：`$week`, `$isoWeek`, `$dayOfYear`, `$isoDayOfWeek`

**需要实现：**
- ⏳ 时区支持（timezone 参数）
- ⏳ 更复杂的日期计算函数

### ⏳ 测试和文档（部分完成）

**已完成：**
- ✅ Batch 2 功能的单元测试
- ✅ Batch 3 功能的单元测试（10+ 个测试函数）
- ✅ 集成测试
- ✅ HTTP API 测试
- ✅ 测试文档（TEST_DOCUMENTATION.md）
- ✅ Batch 3 实现文档（BATCH3_IMPLEMENTATION.md）

**需要完成：**
- ⏳ 性能基准测试
- ⏳ Fuzz 测试
- ⏳ 并发安全测试
- ⏳ 完整的 API 文档
- ⏳ 用户使用指南

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## 代码质量改进

### 已完成的改进：
1. ✅ 统一了错误处理模式
2. ✅ 添加了辅助函数（toInt64, toFloat64, toNumber 等）
3. ✅ 实现了随机种子初始化
4. ✅ 代码注释完善
5. ✅ 添加了字段引用处理（$ 前缀）
6. ✅ 完善了比较操作符支持
7. ✅ 实现了复杂的 JSON Schema 验证
8. ✅ 添加了数组位置操作符完整支持
9. ✅ 实现了窗口函数框架
10. ✅ 实现了递归查找算法
11. ✅ 实现了文本搜索引擎

### 建议的改进：
1. ⏳ 添加更多边界情况处理
2. ⏳ 性能优化（如添加索引支持）
3. ⏳ 添加基准测试
4. ⏳ 内存使用优化
5. ⏳ 添加并发安全测试

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## 统计信息

| 类别 | 已实现 | 总计 | 完成率 | 批次 |
|------|--------|------|--------|------|
| 查询操作符 | 16 | 18 | 89% | Batch 1-3 |
| 更新操作符 | 17 | 20 | 85% | Batch 1-2 |
| 聚合阶段 | 18 | 25 | 72% | Batch 1-3 |
| 聚合表达式 | ~50 | ~70 | 71% | Batch 1-3 |
| **总体** | **~101** | **~133** | **~76%** | **All** |

**Batch 3 贡献**:
- 新增聚合阶段：4 个
- 新增聚合表达式：5 个
- 新增查询操作符：1 个
- 代码行数：~1100 行（实现 + 测试）
- 测试用例：20+ 个

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## 下一步计划

### 立即执行（Batch 4）：
1. ⏳ 实现位运算操作符（`$bitAnd`, `$bitOr`, `$bitXor`, `$bitNot`）
2. ⏳ 实现类型转换操作符（`$toString`, `$toInt`, `$toDouble` 等）
3. ⏳ 完善时区支持
4. ⏳ 实现 `$unionWith` 并集操作

### 后续批次：
1. ⏳ 实现 `$redact` 文档级访问控制
2. ⏳ 添加性能基准测试
3. ⏳ 编写完整的 API 文档
4. ⏳ 实现更多高级功能

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## 验证方法

### 单元测试
```bash
go test ./internal/engine/... -v
```

### 运行所有 Batch 测试
```bash
./test_batch2.sh
```

### Batch 3 专项测试
```bash
go test -v -run "Batch3|Replace|Graph|Window|Text|Week" ./internal/engine
```

### API 测试
```bash
# 测试 $replaceRoot
curl -X POST http://localhost:8080/api/v1/testdb/users/aggregate \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{
    "pipeline": [{
      "$replaceRoot": {
        "newRoot": "$profile"
      }
    }]
  }'

# 测试 $setWindowFields
curl -X POST http://localhost:8080/api/v1/testdb/scores/aggregate \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{
    "pipeline": [{
      "$setWindowFields": {
        "partitionBy": "$category",
        "sortBy": {"score": -1},
        "output": {
          "rank": {"$documentNumber": {}}
        }
      }
    }]
  }'

# 测试 $graphLookup
curl -X POST http://localhost:8080/api/v1/testdb/employees/aggregate \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{
    "pipeline": [{
      "$graphLookup": {
        "from": "employees",
        "startWith": "$reportsTo",
        "connectFromField": "name",
        "connectToField": "reportsTo",
        "as": "subordinates"
      }
    }]
  }'

# 测试 $text
curl -X POST http://localhost:8080/api/v1/testdb/products/find \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{
    "filter": {
      "$text": {
        "$search": "wireless bluetooth",
        "caseSensitive": false
      }
    }
  }'
```

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**报告生成时间**: 2026-03-14  
**版本**: v1.0.0-alpha  
**最新批次**: Batch 3 (已完成 ✅)  
**下一批次**: Batch 4 (计划中)：**
- ✅ `$expr` - 聚合表达式查询：`{"$expr": {"$gt": ["$qty", "$minQty"]}}`
- ✅ `$jsonSchema` - JSON Schema 验证

**实现文件：**
- `internal/engine/query.go` - 添加了 handleExpr() 和 handleJSONSchema() 函数
- `internal/engine/query.go` - 添加了 validateFieldValue() 和完整的 JSON Schema 验证逻辑

**支持的模式验证关键字：**
- `bsonType` - BSON 类型检查
- `required` - 必需字段
- `properties` - 属性定义
- `enum` - 枚举值
- `minimum` / `maximum` - 数值范围
- `minLength` / `maxLength` - 字符串长度
- `pattern` - 正则表达式
- `items` - 数组元素 schema
- `minItems` / `maxItems` - 数组长度
- `allOf` / `anyOf` / `oneOf` / `not` - 组合验证

**使用示例：**
```json
// $expr - 字段间比较
{"filter": {"$expr": {"$gt": ["$qty", "$minQty"]}}}

// $expr - 复杂计算
{"filter": {"$expr": {"$lte": [
  {"$add": ["$price", "$tax"]},
  100
]}}}

// $jsonSchema - 完整文档验证
{"filter": {"$jsonSchema": {
  "bsonType": "object",
  "required": ["name", "age"],
  "properties": {
    "name": {"bsonType": "string", "minLength": 1},
    "age": {"bsonType": "int", "minimum": 0, "maximum": 150}
  }
}}}
```

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#### 6. 投影操作符（已完成）

**已实现：**
- ✅ `$elemMatch` - 投影数组中第一个匹配的元素
- ✅ `$slice` - 切片操作（支持 skip/limit 语法）

**实现文件：**
- `internal/engine/projection.go` - 新增文件，包含 applyProjection() 和相关函数
- `internal/engine/crud_handler.go` - 在 Find() 方法中集成投影功能

**使用示例：**
```json
// $elemMatch - 投影数组中第一个匹配的元素
{
  "projection": {
    "grades": {"$elemMatch": {"$gte": 90}}
  }
}

// $slice - 前 5 个元素
{
  "projection": {
    "comments": {"$slice": 5}
  }
}

// $slice - 跳过前 10 个，取 5 个
{
  "projection": {
    "comments": {"$slice": [10, 5]}
  }
}
```

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#### 7. 更新操作符增强（第二批）

**已实现：**
- ✅ `$setOnInsert` - 仅在 upsert 插入时设置字段
- ✅ 数组位置操作符：`$`, `$[]`, `$[identifier]`
- ✅ arrayFilters 支持

**实现文件：**
- `pkg/types/document.go` - 在 Update 结构体中添加 SetOnInsert 字段
- `pkg/types/document.go` - 在 UpdateOperation 中添加 ArrayFilters 字段
- `internal/engine/crud.go` - 在 applyUpdateWithFilters() 中添加 $setOnInsert 处理
- `internal/engine/crud.go` - 实现了 updateArrayElement() 和 updateArrayAtPath() 函数
- `internal/engine/memory_store.go` - 更新了 Update() 方法签名支持 upsert 和 arrayFilters

**使用示例：**
```json
// $setOnInsert - upsert 时设置创建时间
{
  "update": {
    "$set": {"status": "active"},
    "$setOnInsert": {"createdAt": "2024-01-01T00:00:00Z"}
  },
  "upsert": true
}

// $[] - 更新数组所有元素
{
  "update": {
    "$set": {"scores.$[]": 100}
  }
}

// $[identifier] - 条件更新数组元素
{
  "update": {
    "$set": {"students.$[elem].grade": "A"}
  },
  "arrayFilters": [
    {"identifier": "elem", "score": {"$gte": 90}}
  ]
}

// $ - 更新第一个元素（简化实现）
{
  "update": {
    "$set": {"items.$.status": "updated"}
  }
}
```

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## 待实现的功能

### ⏳ 第三批功能（计划中）

**高级聚合阶段：**
- `$setWindowFields` - 窗口函数
- `$graphLookup` - 递归查找
- `$replaceRoot` / `$replaceWith` - 替换根文档
- `$unionWith` - 与其他集合并集
- `$redact` - 文档级访问控制
- `$text` - 文本搜索

**更多日期操作符：**
- `$week` - 一年中的第几周
- `$isoWeek` - ISO 周数
- `$dayOfYear` - 一年中的第几天
- `$isoDayOfWeek` - ISO 星期几

**位运算操作符（聚合版本）：**
- `$bitAnd`, `$bitOr`, `$bitXor`, `$bitNot`

**类型转换操作符：**
- `$toString`, `$toInt`, `$toLong`, `$toDouble`, `$toBool`, `$toDate`, `$toObjectId`

### ⏳ Date 类型完整支持（部分完成）

**已完成：**
- ✅ 日期操作符：`$year`, `$month`, `$dayOfMonth`, `$hour`, `$minute`, `$second`
- ✅ 日期格式化：`$dateToString`
- ✅ 日期计算：`$dateAdd`, `$dateDiff`
- ✅ 当前时间：`$now`

**需要实现：**
- BSON Date 类型解析和序列化优化
- 时区支持（timezone 参数）
- 更复杂的日期计算函数

### ⏳ 测试和文档（部分完成）

**已完成：**
- ✅ Batch 2 功能的单元测试（query_batch2_test.go, crud_batch2_test.go 等）
- ✅ 集成测试（integration_batch2_test.go）
- ✅ HTTP API 测试（http/batch2_test.go）
- ✅ 测试文档（TEST_DOCUMENTATION.md）

**需要完成：**
- 性能基准测试
- Fuzz 测试
- 并发安全测试
- 完整的 API 文档
- 用户使用指南

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## 代码质量改进

### 已完成的改进：
1. ✅ 统一了错误处理模式
2. ✅ 添加了辅助函数（toInt64, toFloat64, toNumber 等）
3. ✅ 实现了随机种子初始化
4. ✅ 代码注释完善
5. ✅ 添加了字段引用处理（$ 前缀）
6. ✅ 完善了比较操作符支持
7. ✅ 实现了复杂的 JSON Schema 验证
8. ✅ 添加了数组位置操作符完整支持

### 建议的改进：
1. 添加更多边界情况处理
2. 性能优化（如添加索引支持）
3. 添加基准测试
4. 内存使用优化

---

## 统计信息

| 类别 | 已实现 | 总计 | 完成率 |
|------|--------|------|--------|
| 查询操作符 | 15 | 18 | 83% |
| 更新操作符 | 17 | 20 | 85% |
| 聚合阶段 | 14 | 25 | 56% |
| 聚合表达式 | ~45 | ~70 | 64% |
| **总体** | **~91** | **~133** | **~68%** |

---

## 下一步计划

### 立即执行（Batch 3）：
1. 实现窗口函数 `$setWindowFields`
2. 实现递归查找 `$graphLookup`
3. 实现文档替换 `$replaceRoot` / `$replaceWith`
4. 实现文本搜索 `$text`

### 后续批次：
1. 完善 Date 类型的时区支持
2. 实现类型转换操作符
3. 添加性能基准测试
4. 编写完整的 API 文档

---

## 验证方法

### 单元测试
```bash
go test ./internal/engine/... -v
```

### 运行所有 Batch 2 测试
```bash
./test_batch2.sh
```

### API 测试
```bash
# 测试 $expr
curl -X POST http://localhost:8080/api/v1/testdb/products/find \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"filter": {"$expr": {"$gt": ["$qty", "$minQty"]}}}'

# 测试 $switch
curl -X POST http://localhost:8080/api/v1/testdb/students/aggregate \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{
    "pipeline": [{
      "$addFields": {
        "grade": {
          "$switch": {
            "branches": [
              {"case": {"$gte": ["$score", 90]}, "then": "A"},
              {"case": {"$gte": ["$score", 80]}, "then": "B"}
            ],
            "default": "C"
          }
        }
      }
    }]
  }'

# 测试 $setOnInsert with upsert
curl -X POST http://localhost:8080/api/v1/testdb/users/update \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{
    "filter": {"_id": "new_user"},
    "update": {
      "$set": {"status": "active"},
      "$setOnInsert": {"createdAt": "2024-01-01T00:00:00Z"}
    },
    "upsert": true
  }'
```

---

**报告生成时间**: 2026-03-14  
**版本**: v1.0.0-alpha  
**最新批次**: Batch 2 (已完成)