XML-схема (W3C)

Язык схемы W3C XML

XSD ( определение схемы XML ), рекомендация Консорциума Всемирной паутины ( W3C ), определяет, как формально описывать элементы в документе расширяемого языка разметки ( XML ). Программисты могут использовать его для проверки каждой части содержимого элемента в документе, чтобы убедиться, что он соответствует описанию элемента, в котором он находится. ^[1]

Как и все языки схем XML , XSD можно использовать для выражения набора правил, которым должен соответствовать документ XML, чтобы считаться «действительным» в соответствии с этой схемой. Однако, в отличие от большинства других языков схем, XSD также был разработан с намерением, чтобы при определении действительности документа производился сбор информации, относящейся к конкретным типам данных . Такой информационный набор после проверки может быть полезен при разработке программного обеспечения для обработки XML-документов.

История

XML-схема , опубликованная в качестве рекомендации W3C в мае 2001 года, ^[2] является одним из нескольких языков схем XML . Это был первый отдельный язык схемы для XML , получивший статус Рекомендации W3C. Из-за путаницы между XML-схемой как конкретной спецификацией W3C и использованием одного и того же термина для описания языков схем в целом, некоторые части сообщества пользователей называли этот язык WXS , инициализмом для XML-схемы W3C, в то время как другие ссылались на это как XSD , инициализм для определения схемы XML. ^{[3] [4]} В версии 1.1 W3C решил использовать XSD в качестве предпочтительного имени, и это имя используется в этой статье.

В приложении со ссылками спецификация XSD признает влияние DTD и других ранних усилий по созданию схемы XML, таких как DDML , SOX , XML-Data и XDR . Он перенял черты каждого из этих предложений, но также является компромиссом между ними. Из этих языков XDR и SOX продолжали использоваться и поддерживаться некоторое время после публикации XML-схемы. Ряд продуктов Microsoft поддерживали XDR до выпуска MSXML 6.0 (в котором XDR был заменен схемой XML) в декабре 2006 года. ^[5] Компания Commerce One , Inc. поддерживала свой язык схемы SOX до объявления о банкротстве в конце 2004 года.

Наиболее очевидными функциями, предлагаемыми в XSD, которые недоступны в собственных определениях типов документов XML (DTD), являются осведомленность о пространстве имен и типах данных, то есть возможность определять содержимое элементов и атрибутов как содержащее такие значения, как целые числа и даты, а не произвольный текст.

Спецификация XSD 1.0 была первоначально опубликована в 2001 году, а второе издание последовало в 2004 году с исправлением большого количества ошибок. XSD 1.1 стал рекомендацией W3C в апреле 2012 года.

Схемы и документы схем

Технически схема — это абстрактная коллекция метаданных, состоящая из набора компонентов схемы : в основном объявлений элементов и атрибутов, а также сложных и простых определений типов. Эти компоненты обычно создаются путем обработки набора документов схемы , которые содержат определения этих компонентов на исходном языке. Однако в обычном использовании документ схемы часто называют схемой.

Документы схемы организованы по пространству имен: все именованные компоненты схемы принадлежат целевому пространству имен, а целевое пространство имен является свойством документа схемы в целом. Документ схемы может включать в себя другие документы схемы для того же пространства имен и может импортировать документы схемы для другого пространства имен.

Когда документ экземпляра проверяется на соответствие схеме (процесс, известный как оценка ), схема, которая будет использоваться для проверки, может быть либо предоставлена ​​в качестве параметра механизму проверки, либо на нее можно ссылаться непосредственно из документа экземпляра с использованием двух специальных атрибутов. , xsi:schemaLocationи xsi:noNamespaceSchemaLocation. (Последний механизм требует, чтобы клиент, вызывающий проверку, достаточно доверял документу, чтобы знать, что он проверяется на соответствие правильной схеме. «xsi» — это обычный префикс для пространства имен «http://www.w3.org/2001/XMLSchema». -пример".)

Документы схемы XML обычно имеют расширение имени файла «.xsd». Уникальный тип интернет-медиа еще не зарегистрирован для XSD, поэтому следует использовать «application/xml» или «text/xml» в соответствии с RFC 3023.

Компоненты схемы

Основными компонентами схемы являются:

• Объявления элементов , которые определяют свойства элементов. К ним относятся имя элемента и целевое пространство имен. Важным свойством является тип элемента, который определяет, какие атрибуты и дочерние элементы может иметь элемент. В XSD 1.1 тип элемента может зависеть от значений его атрибутов. Элемент может принадлежать к группе замещения; если элемент E находится в группе замещения элемента H, то везде, где схема допускает появление H, на его месте может появиться E. Элементы могут иметь ограничения целостности: ограничения уникальности, определяющие, что конкретные значения должны быть уникальными в пределах поддерева, корнем которого является элемент, и реляционные ограничения, определяющие, что значения должны соответствовать идентификатору какого-либо другого элемента. Объявления элементов могут быть глобальными или локальными, что позволяет использовать одно и то же имя для несвязанных элементов в разных частях экземплярного документа.
• Объявления атрибутов , которые определяют свойства атрибутов. Опять же, свойства включают имя атрибута и целевое пространство имен. Тип атрибута ограничивает значения, которые атрибут может принимать. Объявление атрибута также может включать значение по умолчанию или фиксированное значение (которое в этом случае является единственным значением, которое может принимать атрибут).
• Простые и сложные типы . Они описаны в следующем разделе.
• Определения группы моделей и группы атрибутов . По сути, это макросы: именованные группы элементов и атрибутов, которые можно повторно использовать во многих определениях различных типов.
• Использование атрибута представляет связь сложного типа и объявления атрибута и указывает, является ли атрибут обязательным или необязательным, когда он используется в этом типе.
• Частица элемента аналогичным образом представляет связь сложного типа и объявления элемента и указывает минимальное и максимальное количество раз, когда элемент может появляться в содержимом. Помимо частиц-элементов, модели контента могут включать в себя частицы групп моделей , которые действуют как нетерминалы в грамматике: они определяют единицы выбора и повторения в последовательности разрешенных элементов. Кроме того, разрешены частицы с подстановочными знаками , которые допускают набор различных элементов (возможно, любого элемента, при условии, что он находится в определенном пространстве имен).

Другие более специализированные компоненты включают аннотации, утверждения, обозначения и компонент схемы , который содержит информацию о схеме в целом.

Типы

Простые типы (также называемые типами данных) ограничивают текстовые значения, которые могут присутствовать в элементе или атрибуте. Это одно из наиболее существенных отличий XML-схемы от DTD. Например, атрибут может содержать только допустимую дату или десятичное число.

XSD предоставляет набор из 19 примитивных типов данных ( anyURI, base64Binary, boolean, date, dateTime, decimal, double, duration, float, hexBinary, gDay, gMonth, gMonthDay, gYear, gYearMonth, NOTATION, QName, string, и time). Он позволяет создавать новые типы данных из этих примитивов с помощью трех механизмов:

• ограничение (уменьшение набора разрешенных значений),
• список (разрешающий последовательность значений) и
• объединение (позволяющее выбирать значения из нескольких типов).

Двадцать пять производных типов определены в самой спецификации, а дополнительные производные типы могут определяться пользователями в их собственных схемах.

Доступные механизмы ограничения типов данных включают возможность указывать минимальные и максимальные значения, регулярные выражения, ограничения на длину строк и ограничения на количество цифр в десятичных значениях. В XSD 1.1 снова добавлены утверждения — возможность указывать произвольное ограничение с помощью выражения XPath 2.0 .

Сложные типы описывают разрешенное содержимое элемента, включая его дочерние элементы и текст, а также его атрибуты. Определение сложного типа состоит из набора использований атрибутов и модели контента. Разновидности модели контента включают в себя:

• содержимое только для элемента, в котором не может быть текста (кроме пробелов или текста, заключенного в дочерний элемент)
• простой контент, в котором разрешен текст, но не дочерние элементы
• пустой контент, в котором не разрешены ни текст, ни дочерние элементы
• смешанный контент, который позволяет отображать как элементы, так и текст

Сложный тип может быть получен из другого сложного типа путем ограничения (запрета использования некоторых элементов, атрибутов или значений, которые разрешены базовым типом) или путем расширения (разрешения появления дополнительных атрибутов и элементов). В XSD 1.1 сложный тип может быть ограничен утверждениями — выражениями XPath 2.0 , которые оцениваются по содержимому, которое должно иметь значение true.

Информационный набор после проверки схемы

После проверки на основе XML-схемы можно выразить структуру и содержимое XML-документа в терминах модели данных , которая была неявной во время проверки. Модель данных XML-схемы включает в себя:

• Словарь (имена элементов и атрибутов)
• Модель контента (отношения и структура)
• Типы данных

Этот набор информации называется информационным набором после проверки схемы (PSVI). PSVI присваивает допустимому XML-документу его «тип» и облегчает обработку документа как объекта, используя парадигмы объектно-ориентированного программирования (ООП).

Вторичное использование XML-схем

Основная причина определения схемы XML — формальное описание XML-документа; однако полученная схема имеет ряд других применений, выходящих за рамки простой проверки.

Генерация кода

Схема может использоваться для генерации кода, называемого привязкой данных XML . Этот код позволяет рассматривать содержимое XML-документов как объекты в среде программирования.

Создание документации по структуре файла XML

Схема может использоваться для создания удобочитаемой документации файловой структуры XML; это особенно полезно, когда авторы использовали элементы аннотации. Официального стандарта для создания документации не существует, но доступен ряд инструментов, таких как таблица стилей Xs3p, которые позволяют создавать высококачественные читаемые HTML и печатные материалы.

Критика

Хотя XML-схема успешна в том смысле, что она получила широкое распространение и в значительной степени достигает поставленных целей, она стала предметом серьезной критики, возможно, большей, чем любая другая рекомендация W3C. Хорошее резюме критики предоставлено Джеймсом Кларком, ^[6] Андерсом Мёллером и Михаэлем Шварцбахом, ^[7] Риком Джеллиффом ^[8] и Дэвидом Уэббером. ^[9]

Общие проблемы:

• Он слишком сложен (спецификация состоит из нескольких сотен страниц на очень техническом языке), поэтому его трудно использовать неспециалистам, но многим неспециалистам нужны схемы для описания форматов данных. Саму Рекомендацию W3C чрезвычайно сложно читать. Большинству пользователей гораздо проще понять W3Cs XML Schema Primer.
• В XSD отсутствует какая-либо формальная математическая спецификация. (Это затрудняет рассуждения о схемах, например, доказательство того, что модификация схемы обратно совместима.)
• В языке много сюрпризов, например, ограничение элементов работает иначе, чем ограничение атрибутов.

Практические ограничения выразимости:

• XSD предлагает очень слабую поддержку неупорядоченного содержимого.
• XSD не может требовать определенного корневого элемента (поэтому для проверки даже самых простых документов требуется дополнительная информация).
• При описании смешанного содержимого данные символов не могут быть каким-либо образом ограничены (нельзя указать даже набор допустимых символов).
• Объявления контента и атрибутов не могут зависеть от атрибутов или контекста элемента (это также было указано как центральная проблема DTD).
• Это не на 100% самоописание (тривиальный пример см. в предыдущем пункте), даже несмотря на то, что это было первоначальным требованием к проектированию.
• Значения по умолчанию не могут быть указаны отдельно от объявлений (это затрудняет создание семейств схем, которые отличаются только значениями по умолчанию); значениями элемента по умолчанию могут быть только символьные данные (не содержащие разметки).

Технические проблемы:

• Хотя технически он соответствует пространству имен, он, похоже, не соответствует духу пространства имен (например, «неквалифицированные локальные пользователи»).
• В XSD 1.0 не было возможности указать, что значение или присутствие одного атрибута зависит от значений или присутствия других атрибутов (так называемые ограничения совместного появления ). Это было исправлено в XSD 1.1.
• Набор предлагаемых типов данных XSD весьма произволен. ^[10]

• Две задачи проверки и расширения (добавление информации о типе и значений по умолчанию) следует разделить.

Версия 1.1

XSD 1.1 стал рекомендацией W3C в апреле 2012 года, что означает, что это утвержденная спецификация W3C.

Важными новыми функциями XSD 1.1 являются:

• Возможность определять утверждения относительно содержимого документа с помощью выражений XPath 2.0 (идея, заимствованная у Schematron ).
• Возможность выбора типа, по которому будет проверяться элемент, на основе значений атрибутов элемента («условное присвоение типа»).
• Ослабление правил, согласно которым явные элементы в модели контента не должны соответствовать подстановочным знакам, также разрешенным моделью.
• Возможность указывать подстановочные знаки (как для элементов, так и для атрибутов), которые применяются ко всем типам в схеме, чтобы все они реализовывали одну и ту же политику расширяемости.

До проекта предлагаемой рекомендации в XSD 1.1 также предлагалось добавление нового числового типа данных — PrecisionDecimal. Это оказалось спорным, и поэтому было исключено из спецификации на поздней стадии разработки.

Смотрите также

• Список типов XML-схем - список используемых в Интернете XML-схем, отсортированный по назначению.
• RELAX NG — еще один язык схем XML (международный стандарт ISO), который часто используется с типами данных XSD.
• Редакторы XML-схем – информация об инструментах XSD
• Языки схем XML — сравнивает XSD с другими языками схем XML.
• Уникальная атрибуция частиц
• Каноническая модель
• Схема JSON

Рекомендации

1. «Определение XSD (Определение схемы XML)» TechTarget, получено 10 июня 2014 г.
2. «Хронология стандартов XML и семантической сети W3C» (PDF) . 04.02.2012.
3. См. схему — W3C.
4. См. Язык определения схемы XML W3C (XSD) 1.1, часть 1: Структуры.
5. «Удаление поддержки схемы XDR в MSXML 6.0» . Проверено 19 сентября 2010 г.
6. Джеймс Кларк , краткое изложение критики XML-схемы и продвижение RELAX NG в качестве альтернативы, https://web.archive.org/web/20150316212413/http://www.imc.org/ietf-xml-use/mail- архив/msg00217.html
7. Андерс Мёллер и Майкл И. Шварцбах представляют «Проблемы со схемой XML», http://cs.au.dk/~amoeller/XML/schemas/xmlschema-problems.html.
8. Рика Джеллиффа в мае 2009 г., https://web.archive.org/web/20090516232816/http://broadcast.oreilly.com/2009/05/w3c-please-put-xsd-11-on-hold. HTML
9. Дэвид Уэббер , технический документ о сравнении и аналитических данных OASIS от августа 2008 г., http://www.oasis-open.org/committees/download.php/29164/White%20Paper%20on%20CAM%20and%20XSD.pdf
10. Этот момент усиливается Уче Огбуджи. Подробнее о войне классов XML - блог O'Reilly ONLamp

дальнейшее чтение

• Окончательная схема XML , Присцилла Уолмсли, Прентис-Холл, 2001, ISBN 0-13-065567-8 
• XML-схема , Эрик ван дер Влист, О'Рейли, 2001, ISBN 0-596-00252-1 
• The XML Schema Companion , Нил Брэдли, Аддисон-Уэсли, 2003, ISBN 0-321-13617-9 
• Профессиональные XML-схемы , Джон Дакет и др., Wrox Press, 2001, ISBN 1-86100-547-4. 
• XML-схемы , Люсинда Дайкс и др., Sybex, ISBN 0-7821-4045-9 

Внешние ссылки

Спецификация W3C XML Schema 1.0

• XSD 1.0 Учебное пособие
• Структуры XSD 1.0
• Типы данных XSD 1.0
• Инструменты

Спецификация W3C XML Schema 1.1

• XSD 1.1 Структуры
• Типы данных XSD 1.1

Другой

• XML-схема в Curlie
• SPARQL2XQuery Преобразование XML-схемы в OWL. Сопоставьте XML-схемы и онтологии OWL-RDF/S.