MongoDB如何在对象数组中对多类型值执行正则搜索？

问题背景 #

集合数据结构简化如下：

[
  { items: [
    { id: '000', value: 'string' },
    { id: '001', value: 1234 },
    { id: '002', value: true },
    ...
  ] },
  { items: [
    { id: '000', value: 'another string' },
    { id: '001', value: 2345 },
    { id: '002', value: false },
    ...
  ] },
  ...
]

需求是根据用户选择的id，对对应value执行正则子串匹配。当前使用的聚合$match阶段代码如下：

{ $match: {
    items: { $elemMatch: {
        item_id: { $in: ['000', '002'] },
        item_data: { $regex: 'e', $options: 'i' }
    } }
} }

实际问题：$regex仅对字符串类型生效，无法匹配true转字符串后的"true"中的'e'，导致预期的两个匹配文档只返回一个。需要将非字符串类型的value转为字符串后再执行正则匹配，询问是否可通过$elemMatch实现，或需要其他操作符。

解决方案 #

$elemMatch本身无法在查询阶段直接转换字段类型，因为$match的查询条件基于原始字段值。需要借助聚合管道的其他阶段处理类型转换，以下是两种可行方案：

方案一：预处理字段后匹配（推荐，易读且性能可控） #

先通过$addFields生成一个转换后的数组字段，再基于该字段执行匹配：

[
  {
    $addFields: {
      processedItems: {
        $map: {
          input: "$items",
          as: "item",
          in: {
            id: "$$item.id",
            valueStr: { $toString: "$$item.value" }
          }
        }
      }
    }
  },
  {
    $match: {
      processedItems: {
        $elemMatch: {
          id: { $in: ['000', '002'] },
          valueStr: { $regex: 'e', $options: 'i' }
        }
      }
    }
  },
  // 可选：移除临时处理字段，保留原文档结构
  {
    $project: {
      processedItems: 0
    }
  }
]

• $map遍历items数组，将每个元素的value通过$toString转为字符串，生成processedItems临时字段
• 在后续$match阶段，对processedItems使用$elemMatch同时匹配指定id和正则条件
• 最后用$project移除临时字段，不影响原文档结构

方案二：使用$expr直接在$match中写表达式（无需临时字段，但性能受限） #

通过$expr在$match内嵌入表达式，直接处理类型转换和匹配逻辑：

{
  $match: {
    $expr: {
      $gt: [
        {
          $size: {
            $filter: {
              input: "$items",
              cond: {
                $and: [
                  { $in: ["$$this.id", ['000', '002']] },
                  { $regexMatch: { input: { $toString: "$$this.value" }, regex: 'e', options: 'i' } }
                ]
              }
            }
          }
        },
        0
      ]
    }
  }
}

• $filter遍历items数组，筛选出符合id在指定列表、且value转字符串后匹配正则的元素
• $size获取筛选结果的长度，只要长度大于0，说明文档符合匹配条件
• 注意：$expr内的表达式无法利用索引，数据量较大时会影响查询性能，适合小数据集场景

内容的提问来源于stack exchange，提问作者walderich