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使用 XML Schema 定义元素的基本知识

学习使用 XML Schema 代替 DTD 定义 XML 文档结构

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XML Schema 比 DTD 更强大。为了说明 XML Schema 机制的强大功能,下面三个程序清单简要比较了表示元素的不同方式。 清单 1给出了一个 XML 文档片段, 清单 2用 DTD 语法声明了这两个元素, 清单 3则是相应的 XML Schema 语法形式。要注意, 清单 3中所用的是相同的 XML 语法。通过模式,验证解析器可以检查元素 InvoiceNo 是否是正整数,元素 ProductID 的首字符是否为 A 到 Z 之间的字母,后面为六个阿拉伯数字。相反,引用 DTD 的验证解析器只能检查这些元素是否用字符串表示。

清单 1:XML 文档片段
<InvoiceNo>123456789</InvoiceNo>
<ProductID>J123456</ProductID>
清单 2:描述清单 1 中元素的 DTD 片段
<!ELEMENT InvoiceNo (#PCDATA)>
<!ELEMENT ProductID (#PCDATA)>
清单 3:描述清单 1 中元素的 XML Schema
<element name='InvoiceNo' type='positive-integer'/>
<element name='ProductID' type='ProductCode'/>
<simpleType name='ProductCode' base='string'>
<pattern value='[A-Z]{1}d{6}'/>
</simpleType>

在 XML Schema 中使用名称空间

在这个协作的世界中,一个人可能处理来自多个其他团体的文档,而不同的团体可能希望以不同的方式表示他们的数据元素。此外,他们还可能在一个文档中引用不同团体创建的同名元素。如何区分相同名字的不同定义呢?XML Schema 使用名称空间区分这些定义。

一个给定的 XML Schema 定义了一组新名字,如元素名、类型名、属性名、属性组名,这些名字的定义和声明都写在模式中。 清单 3定义的名字包括 InvoiceNoProductIDProductCode

我们说模式中定义的名字属于它的 目标名称空间。名称空间本身有一个固定但没有限制的名字,必须符合 URL 语法。比如,对于 清单 3中模式片段,您可以把名称空间的名字设为: http://www.SampleStore.com/Account

名称空间的名字语法容易让人混淆,尽管以 http:// 开始,那个 URL 并不指向一个包含模式定义的文件。事实上,这个 URL http://www.SampleStore.com/Account 根本没有指向任何文件,只是一个分配的名字。

模式中的定义和声明可能引用属于其他名称空间的名字。在本文中,我们称这些名称空间为 源名称空间。每个模式都有一个目标名称空间,但可能有多个源名称空间。名称空间的名字可能相当长,但在 XML 文档中通过 xmlns 声明可使用简写形式。为了说明这些概念,我们可以向前述 清单 4中的示例模式中添加更多的内容。

清单 4:目标名称空间和源名称空间
<!--XML Schema fragment in file schema1.xsd-->
<xsd:schema targetNamespace='http://www.SampleStore.com/Account'
xmlns:xsd='http://www.w3.org/1999/XMLSchema'
xmlns:ACC= 'http://www.SampleStore.com/Account'>
<xsd:element name='InvoiceNo' type='xsd:positive-integer'/>
<xsd:element name='ProductID' type='ACC:ProductCode'/>
<xsd:simpleType name='ProductCode' base='xsd:string'>
<xsd:pattern value='[A-Z]{1}d{6}'/>
</xsd:simpleType>

清单 4的 XML Schema 中, targetNamespace 的名字是 http://www.SampleStore.com/Account ,其中包含的名字有 InvoiceNoProductIDProductCodeschemaelementsimpleTypepatternstringpositive-integer 这些名字属于源名称空间 http://www.w3.org/1999/XMLSchema ,通过 xmlns 声明缩写为 xsd 。别名 xsd 没有任何特殊的地方,我们可以选择任何其他的名字。在本文后面的部分为了方便和简化起见,我们使用 xsd 代表名称空间 http://www.w3.org/1999/XMLSchema ,在一些代码片段中省略了限定符 xsd 。在这个例子中, targetNamespace 偶尔也作为一个源名称空间,因为要使用名字 ProductCode 定义其他的名字。

图 1:清单 4 中的名称空间
图 1: 清单 4 中的名称空间
图 1: 清单 4 中的名称空间

清单 4中的模式片段不需要指定源模式文件的位置。对于整个“模式的模式”, http://www.w3.org/1999/XMLSchema ,不需要指定位置,因为它的位置是人所共知的。对于源名称空间 http://www.SampleStore.com/Account ,也不需要指定位置,因为它恰好是该文件中定义的目标名称空间。为了更好地理解如何指定模式的位置和使用默认名称空间,看一看 清单 5中扩展的例子。

清单 5:多个源名称空间,导入一个名称空间
<!--XML Schema fragment in file schema1.xsd-->
<schema targetNamespace='http://www.SampleStore.com/Account'
xmlns='http://www.w3.org/1999/XMLSchema'
xmlns:ACC= 'http://www.SampleStore.com/Account'
xmlns:PART= 'http://www.PartnerStore.com/PartsCatalog'>
<import namespace='http://www.PartnerStore.com/PartsCatalog'
schemaLocation='http://www.ProductStandards.org/repository/alpha.xsd'/>
<element name='InvoiceNo' type='positive-integer'/>
<element name='ProductID' type='ACC:ProductCode'/>
<simpleType name='ProductCode' base='string'>
<pattern value='[A-Z]{1}d{6}'/>
</simpleType>
<element name='stickyGlue' type='PART:SuperGlueType'/>

清单 5中多了一个名称空间引用: http://www.PartnerStore.com/PartsCatalog 。这个名称空间不同于 targetNamespace 和标准名称空间。因此必须使用 import 声明元素引入,该元素的 schemaLocation 属性指明包含模式的文件位置。默认的名称空间是 http://www.w3.org/1999/XMLSchema ,它的 xmlns 声明没有名字。每个非限定的名字如 schemaelement ,都属于默认名称空间 http://www.w3.org/1999/XMLSchema 。如果模式从一个名称空间中引用了多个名字,将其指定为默认名字空间更方便。

一个 XML 实例文档可能引用多个名称空间的元素名,这些名称空间定义在不同模式中。为了引用和简化名称空间的名字,同样要使用 xmlns 声明。我们使用 XML Schema 实例名称空间的 schemaLocation 属性指定文件的位置。要注意,该属性不同于上一个例子中 xsd 名称空间的同名属性 schemaLocation

清单 6:使用来自多个模式的多个名称空间的名字
<?xml version="1.0"?>
<ACC:rootElement xmlns:ACC='http://www.SampleStore.com/Account'
xmlns:PART='http://www.PartnerStore.com/PartsCatalog'
xmlns:xsi='http://www.w3.org/1999/XMLSchema-instance'
xsi:schemaLocation='http://www.PartnerStore.com/PartsCatalog
http://www.ProductStandards.org/repository/alpha.xsd
http://www.SampleStore.com/Account
http://www.SampleStore.com/repository/schema1.xsd'>
<ACC:InvoiceNo>123456789</ACC:InvoiceNo>
图 2:清单 5 和清单 6 的名称空间
图 2:清单 5 和清单 6 的名称空间
图 2:清单 5 和清单 6 的名称空间

定义元素

定义元素就是定义元素的名字和内容模型。在 XML Schema 中,元素的内容模型由其类型定义,因此 XML 文档中实例元素的值必须符合模式中定义的类型。

类型包括简单类型和复杂类型。简单类型的值不能包含元素或属性。复杂类型可以产生在其他元素中嵌套元素的效果,或者为元素增加属性。(到目前为止本文中的例子都是用户定义的简单类型,比如 ProductCode )。XML Schema 规范也包括预定义的简单类型(请参阅侧栏 简单类型)。 派生的简单类型约束了基类型的值。比如,派生简单类型 ProductCode 的值是基类型 string 值的子集。

简单的、非嵌套的元素是简单类型

不含属性或其他元素的元素可以定义为简单类型,无论是预定义的简单类型还是用户定义的简单类型,如 stringintegerdecimaltimeProductCode 等等。

清单 7:一些元素的简单类型
<element name='age' type='integer'/>
<element name='price' type='decimal'/>

带有属性的元素必须是复杂类型

现在,试着向 清单 7中的简单元素 price 增加属性 currency 。您不能这样做,因为简单类型的元素不能有属性。如果希望增加属性,您必须把 price 元素定义成复杂类型。在 清单 8的例子中,我们定义了一个 匿名类型,没有明确地命名这个复杂类型。换句话说,没有定义复杂类型 complexTypename 属性。

清单 8:一个复杂元素类型
<element name='price'>
<complexType base='decimal' derivedBy='extension'>
<attribute name='currency' type='string'/>
</complexType>
</element>
<!-- In XML instance document, we can write: <price currency='US'>45.50</price> -->

嵌入其他元素的元素必须是复杂类型

在 XML 文档中,一个元素可能嵌入其他的元素。这种要求可以在 DTD 中直接表示。但 XML Schema 定义一个元素,这个元素有一个类型,而这个类型可以包含其他元素和属性的声明。 表 1给出了一个简单的例子。

表 1:DTD 和 XML Schema 中复杂数据类型的比较

XML 文档
<Book>
<Title>Cool XML<Title>
<Author>Cool Guy</Author>
</Book>
DTD
<Book>
<Title>Cool XML<Title>
<Author>Cool Guy</Author>
</Book>
XML Schema
<Book>
<Title>Cool XML<Title>
<Author>Cool Guy</Author>
</Book>
<!ELEMENT Book (Title, Author)>
<!ELEMENT Title (#PCDATA)>
<!ELEMENT Author (#PCDATA)>
<element name='Book' type='BookType'/>
<complexType name='BookType'>
<element name='Title' type='string'/>
<element name='Author' type='string'/>
</complexType>

尽管 表 1中的 XML 代码同时满足 DTD 与 XML Schema 片段,但两者之间有一个很大的区别。在 DTD 中所有的元素都是全局性的,而表中的 XML Schema 允许把 TitleAuthor 定义成局部的——只出现在元素 Book 中。为了在 XML Schema 中实现与 DTD 声明完全相同的效果,元素 TitleAuthor 必须是全局范围的,如 清单 9中所示。元素 elementref 属性使您能够引用前面声明的元素。

清单 9:用全局简单类型定义的复杂类型
<element name='Title' type='string'/>
<element name='Author' type='string'/>
<element name='Book' type='BookType'/>
<complexType name='BookType'>
<element ref='Title'/>
<element ref='Author'/>
</complexType>

表 1清单 9所示的例子中, BookType 是全局性的,可用于声明其他元素。相反, 清单 10将该类型局部地定义到元素 Book 中,而且定义成匿名元素。要注意, 表 1中的 XML 文档片段与表 1、 清单 9清单 10中三个模式片段都匹配。

清单 10:隐藏 BookType 作为本地类型
<element name='Title' type='string'/>
<element name='Author' type='string'/>
<element name='Book'>
<complexType>
<element ref='Title'/>
<element ref='Author'/>
</complexType>
</element>

表示元素的复杂约束

对于表示元素内容模型的约束,XML Schema 比 DTD 提供了更大的灵活性。在最简单的层次上,像在 DTD 中那样,您可以把属性和元素声明关联起来,指明能够出现的给定元素集合序列:只能出现 1 次(1)、出现 0 次或多次(*)或者出现 1 次或多次(+)。您还可以表示 XML Schema 中的其他约束,比方说使用 element 元素的 minOccursmaxOccurs 属性,以及 choicegroupall 元素。

清单 11:表示元素类型的约束
<element name='Title' type='string'/>
<element name='Author' type='string'/>
<element name='Book'>
<complexType>
<element ref='Title' minOccurs='0'/>
<element ref='Author' maxOccurs='2'/>
</complexType>
</element>

清单 11中, BookTitle 的出现是可选的(类似 DTD 的 '?')。但是, 清单 11也说明 Book 元素中至少要有一个但不能超过两个作者。 elementminOccursmaxOccurs 属性的默认值是 1。元素 choice 只允许它的一个子女出现在实例中。另外一个元素 all ,表示这样的约束:组中的所有子元素可以同时出现一次,或者都不出现,它们可以按任意的顺序出现。 清单 12表示 TitleAuthor 两者必须同时出现(顺序任意)在 Book 中,或者都不出现。这种约束很难在 DTD 中表示。

清单 12:指出必须为元素定义所有的类型
<xsd:element name='Title' type='string'/>
<xsd:element name='Author' type='string'/>
<xsd:element name='Book'>
<xsd:complexType>
<xsd:all>
<xsd:element ref='Tile'/>
<xsd:element ref='Author'/>
</xsd:all>
</xsd:complexType>
</xsd:element>

更上层楼

我们已经讨论了在 XML Schema 中定义元素所需的最基本的概念,通过一些简单的例子使您领略到它的强大功能。还有一些更强大的机制:

  • XML Schema 对类型继承提供了广泛的支持,允许重用以前定义的结构。使用所谓的 facets,您可以派生新的类型,表示其他某个类型值的更小子集,比如通过枚举、范围或模式匹配来定义子集。在本文的例子中, ProductCode 类型就是使用模式面( pattern facet)定义的。子类型也可以向基类型增加更多的元素和属性声明。
  • 有几种机制控制能否定义子类型,或者能否在具体的文档中替换为子类型。比如,有可能表示 InvoiceType ( Invoice 编号的类型)不允许子类型化,任何人都不能定义新版本的 InvoiceType 。通过规定在特定的上下文中不能用 ProductCode 类型的子类型替换,也能表达这种约束。
  • 除了子类型外,还可以定义等价的类型,这样,一个类型的值可以用另一个类型代替。
  • 通过声明抽象的元素或者类型,XML Schema 提供了一种强制替换机制。
  • 为了方便起见,可以定义并命名属性组和元素组,从而能够在后面引用这些组达到重用的目的。
  • XML Schema 提供了三个元素—— appInfodocumentationannotation ——为模式作注解,以方便读者( documentation )和应用程序( appInfo )。
  • 基于子元素的某些属性可以表示惟一性约束。

可以通过 W3C 站点(请参阅 参考资料)的文档进一步研究 XML Schema,或者访问 dW XML 专区了解更多的内容。目前,XML Schema 规范已经被批准,并成为候选推荐标准(Candidate Recommendation),毫无疑问您将越来越多地用到它。


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ArticleTitle=使用 XML Schema 定义元素的基本知识
publish-date=12012003