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XML-Schema
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5 XML-Schema
Im vorhergehenden Kapitel haben Sie sich mit benutzerspezifischen XMLDokumenten befasst, deren Struktur über DTDs definiert wurde. Das aktuelle
Kapitel befasst sich mit der Frage, wie sich Dokumenttypen über Schemata
definieren lassen.
5.1
Einführung in XML-Schema
XML-Schema stellt einen neuen Ansatz dar, um XML-Dokumenttypen unter
Verzicht auf DTDs zu vereinbaren. In diesem Abschnitt wird kurz diskutiert,
warum dieser Ansatz gewählt wurde und wie ein einfaches Beispiel aussieht.
Außerdem stelle ich Ihnen kurz zwei Windows-Werkzeuge vor, die den
Entwurf und den Einsatz solcher XML-Schemata unterstützen.
5.1.1 Warum ein Schema statt einer DTD verwenden?
In der XML-Spezifikation 1.0 wird die Document Type Definition (DTD)
benutzt, um Dokumenttypen zu definieren. Dieser Aspekt wurde in Kapitel 4
recht ausführlich erklärt. Nachdem Sie mit DTDs umgehen können, stellt sich
die Frage, warum ein neuer Ansatz zur Definition der Dokumenttypen
benutzt wird und was es damit auf sich hat?
Nun, bei der Verwendung von DTDs zur Definition von Dokumenttypen
tauchen mehrere Probleme auf:
•
Einmal ist es natürlich recht ungeschickt, wenn zur Definition des
Dokumenttyps eine andere Notation als zur Erstellung des Dokuments
benutzt wird. Warum kann die Definition nicht mit XML-Elementen
erfolgen?
•
Die DTD sieht für XML-Elemente nur vier rudimentäre Datentypen vor,
wobei fast alles darauf hinausläuft, dass ein Element Zeichenketten
aufnimmt, die Unterelemente oder Daten darstellen. Der Versuch, die
Werte eines Elements auf Zahlen, Integerwerte etc. zu beschränken, ist
damit zum Scheitern verurteilt.
Weiterhin lässt sich die DTD nicht erweitern, da der Umfang der möglichen
Schlüsselwörter etc. in der XML-Spezifikation 1.0 fest
vorgeschrieben ist.
Validieren Sie ein auf einer DTD basierendes XMLDokument, gibt es keine Möglichkeit, nicht deklarierte Elemente zu
verwenden. Sie müssen entweder auf eine Validierung verzichten oder die
© Günter Born - www.borncity.de
ICON: Hin
176
DTD erweitern. Bei XML-Schema haben Sie die Möglichkeit, zusätzlich
zum validierbaren Dokumentinhalt neue Elemente oder Attribute einzufügen.
Aus diesem Grund begannen Firmen, die sich mit praktischen Anwendungen
von XML befassten, sich bereits frühzeitig unter Federführung von Microsoft
nach Alternativen umzusehen. Es kristallisierte sich recht schnell heraus, dass
eine Dokumentstruktur eigentlich direkt durch XML-Elemente beschreibbar
sein sollte. Nehmen wir einmal einen einfachen XML-Dokumenttyp, der
folgende Struktur besitzt:
<daten>
<person>
<name>...</name>
<vorname>...</vorname>
<tel>...</tel>
</person>
</daten>
Eine DTD für diese Struktur sähe dann folgendermaßen aus:
<!ELEMENT
<!ELEMENT
<!ELEMENT
<!ELEMENT
<!ELEMENT
daten
person
name
vorname
tel
(person)+>
(name, vorname, tel)>
(#PCDATA)>
(#PCDATA)>
(#PCDATA)>
Auch wenn diese DTD nicht sonderlich kompliziert ist, erfordert die
Anwendung der Syntaxregeln schon etwas Erfahrung. Andererseits haben wir
mit der obigen Definition der XML-Elementstruktur doch so etwas wie eine
Schablone, auch als Schema bezeichnet, die in etwa die Struktur des
Dokumenttyps beschreibt. Würde dieser Ansatz weiterentwickelt, ließe sich
die Struktur des XML-Dokumenttyps doch einfach mit XML-Elementen
beschreiben. Und genau hier setzt ein XML-Schema an. Sie könnten doch die
Struktur auch folgendermaßen umschreiben:
<xsd:schema xmlns:xsd="http://www.w3.org/2000/10/XMLSchema">
<xsd:annotation>
<xsd:documentation>
Definition eines Person-Schemas
</xsd:documentation>
</xsd:annotation>

<xsd:complexType name="daten">
<xsd:complexType name="person"/>
<element name="name" type="string" />
<element name="vorname" type="string" />
<element name="tel" type="string" />
</xsd:xsd:complexType>
</xsd:xsd:complexType>
</xsd:schema>
XML-Schema
177
Das Wurzelelement schema definiert über das Attribut xmlns eine Referenz
auf den Namensraum, in dem die zulässigen Elemente für die Schemadatei
festgelegt sind (hier wird ein Namensraum des W3C für XML-Schema
angegeben). Das Wurzelelement enthält weitere Element, die die Struktur des
XML-Dokuments beschreiben.
Das Element annotation dient hier lediglich zur Aufnahme eines
Kommentars, der Hinweise zur Struktur liefert. Interessanter ist das erste
complexType-Element, welches über das name-Attribut ein Element mit dem
Namen daten definiert. Ein weiteres complexType-Unterelement legt
anschließend das Element person fest. Dieses Element enthält weitere
element-Einträge, die die eigentlichen Dokumentelemente beschreiben.
Auch wenn bei obigem Schema noch Angaben bezüglich Wiederholungen
von Elementen etc. fehlen, ist die Struktur des XML-Dokuments ersichtlich.
Und Sie sehen, dass für die Elemente weitere Datentypen (wie z.B. string)
verfügbar sind.
Ein XML-Schema spezifiziert also die Struktur einer XML-Dokumentklasse
und enthält Hinweise auf die zulässigen Elemente bzw. Attribute.
XML-Schema in der Praxis
XML-Schema stellt eigentlich einen sehr interessanten Ansatz zur
Beschreibung von Dokumentklassen dar. Das W3C hat diesen Ansatz zwar
aufgegriffen, es liegen zurzeit aber nur Working Drafts vor. Diese Entwürfe
für XML-Schema können Sie über die Webseiten des W3C (www.w3c.org)
abrufen. Die obigen Ausführungen wurden verfasst, als die W3CSpezifikation für XML-Schema erst als Arbeitsentwurf (Working Draft, 22.
September 2000) vorlagen.
Von Microsoft wurden Teile von XML-Schema bereits frühzeitig in eigenen
Produkten implementiert. Die Implementierung im Microsoft XML-Parser
MSXML (Version 2.0 bis 3.0) basiert dabei auf den Konzepten, die in
folgenden Dokumenten hinterlegt sind: XML Data Reduced
(http://www.w3.org/TR/1998/NOTE-XML-data-0105, Januar 1998) und
Document Content Description (DCD) (http://www.w3.org/TR/NOTE-dcd).
Die Implementierung verzichtet auf Vererbung und einige objektorientierte
Ansätze dieser Dokumente und konzentriert sich auf Funktionen, die zum
Ersetzen einer DTD benötigt werden. Die Implementierung im Microsoft
XML-Parser des Internet Explorer 5.0 wird daher als XDR-Schema
bezeichnet und weicht geringfügig von den W3C-Arbeitsentwürfen ab. Die
nachfolgenden Ausführungen zu XDR-Schema beziehen sich daher konkret
auf die Vorgaben des Microsoft XML-Parsers.
178
Auch andere Werkzeuge wie XML Spy oder XMLwriter unterstützen wie der
Microsoft XML-Parser bereits XML-Schema als Untermenge von XMLData.
5.1.2 Ein Beispiel für ein XML-Schema (Microsoft)
Der folgende Quellcode bildet das Schema für den Beispiel-Dokumenttyp (in
der bei Microsoft für den XML-Parser benutzten Notation)
ab.
<?xml version='1.0' encoding="ISO-8859-1"?>
<Schema xmlns="urn:schemas-microsoft-com:xmldata"
xmlns:dt="urn:schemas-microsoft-com:datatypes">
<!-Schema für Personendaten
(basiert auf dem XML-Schema-Support
des Microsoft Internet Explorer 5)
-->

<ElementType name="vorname" content="textOnly"/>
<ElementType name="name" content="textOnly"/>
<ElementType name="tel" dt:type="string"/>

<ElementType name="person" content="eltOnly">
<element type="vorname"/>
<element type="name"/>
<element type="tel"/>
</ElementType>

<ElementType name="daten" content="eltOnly">
<element type="person"/>
</ElementType>
</Schema>
Der Quellcode beginnt wie andere XML-Dokumente ebenfalls mit einer
XML-Deklaration. Statt der DOCTYPE-Deklaration folgt jedoch ein
Schema-Element, welches Unterelemente mit den Definitionen für den
Dokumenttyp enthält. Ohne jetzt allzu sehr auf die Details einzugehen, es ist
sicherlich schnell ersichtlich, dass die Elemente des Dokumenttyps über
ElementType-Elemente beschrieben werden. Zusätzlich haben Sie die
Möglichkeit, die Anordnung der Elemente durch das element-Element
festzulegen (auf die Details gehe ich später noch ein).
ICON: Bei
XML-Schema
179
Im Wurzelelement der Schemadatei werden dabei Verweise auf die
Namensräume xml-data und datatypes vereinbart. In diesen Namensräumen
sind die Elemente und Attribute, die in der Schemadatei benutzt werden
dürfen, vereinbart. Datentypen sind dabei über das Präfix dt festzulegen.
Die Definition kann mit jedem Texteditor bzw. XML-Editor erstellt und als
XML-Datei gespeichert werden. Gemäß den W3C-Vorschlägen wird die
Dateinamenerweiterung .xsd benutzt (das Kürzel xsd steht dabei für XML
Schema Definition). Von Microsoft verfasste Beispiele nutzen aber auch die
Dateinamenweiterung .xml.
5.1.3 Einbinden des Schemas im XML-Dokument
Sobald Sie eine Schemadatei vorliegen haben, muss diese (ähnlich wie eine
DTD) im XML-Dokument referenziert werden. Die XML-Datei mit einem
Datensatz könnte beispielsweise folgendermaßen aussehen:
<daten xmlns="x-schema:Schema.xml">
<person>
<vorname>Klaus</vorname>
<name>Berninger</name>
<tel>089-333-4145</tel>
</person>
</daten>
ICON: Bei
Die XML-Dokumentdatei gleicht dem Aufbau, der in den vorangegangenen
Kapiteln benutzt wurde. Die einzige Abweichung tritt in der zweiten Zeile
auf. Dort finden Sie das daten-Element, welches das Attribut xmlns benutzt,
um die Referenz auf die Schemadatei zu vereinbaren.
An dieser Stelle wird auf ein Präfix für den Namensraum
verzichtet. Dies erspart Ihnen die betreffenden Angaben bei
allen Elementen. Eine solche Vereinfachung ist hier zulässig, da wir nur
einen Namensraum verwenden.
Der Wert des Attributs wird auf "x-schema:Schema.xml" gesetzt. Der
Ausdruck x-schema: signalisiert dem XML-Parser, dass die Definition des
Dokumenttyps in einer Schemadatei hinterlegt ist. Die Schemadatei wird
durch einen Doppelpunkt getrennt als URL angeben. Im obigen Beispiel wird
eine relative Pfadangabe benutzt, daher muss die Datei im gleichen
Verzeichnis wie das XML-Dokument vorliegen. Im Beispiel wurde
Schema.xml gewählt, die Datei hätte aber auch Schema.xsd genannt werden
können. Der Attributwert signalisiert dem XML-Parser also, dass er das
XML-Dokument gegenüber der angegebenen Schemadatei validieren kann.
ICON: Hin
180
Abbildung 5.1: Darstellung eines auf XML-Schema basierenden XMLElements
Das Element daten enthält dann in bekannter Weise die Daten eines
Benutzers. Gegenüber den bisherigen Ausführungen hat sich an dieser Stelle
nichts geändert. Sie können die Beispieldatei im Internet Explorer laden,
validieren und anzeigen lassen (Abbildung 5.1).
Sie können das Beispiel an den Dateien im Ordner
\Beisp\Kap05 der Begleit-CD verifizieren. Die Datei
Bsp05_01.xml bezieht sich auf die Schemadatei Schema.xml und stellt ein
gültiges XML-Dokument dar. Die zweite Schemadatei Schema1.xsd
entspricht vom Inhalt der Datei Schema.xml. Diese Schemadatei wird im
XML-Dokument Bsp05_01a.xml referenziert. Die XML-Dokumentdatei
enthält zusätzlich das undefinierte Element fax. Validieren Sie diese
Beispieldatei, muss diese als ungültig abgewiesen werden.
5.1.4 XML-Schema: Werkzeuge
Zur Anzeige eines auf einem Schema basierenden Dokuments lässt sich der
Microsoft Internet Explorer ab der Version 5.0 verwenden. Der XML-Parser
dieses Programms unterstützt das in diesem Kapitel benutzte XDRSchemaformat (welches geringfügig vom W3C-Entwurf abweicht).
Um Schemadateien zu erstellen, können Sie jeden beliebigen Editor
verwenden. Optimaler ist es jedoch, einen XML-Editor zum Erstellen der
ICON: Hin
XML-Schema
181
Schemadatei zu benutzen. Der XML-Editor XMLwriter unterstützt dies
durch eine eigene Vorlagedatei, die die Grundstruktur der Schemadatei
gemäß der Microsoft-Notation enthält. Das Ergebnis wird dann in einer .xsdDatei gespeichert.
Abbildung 5.2: XMLwriter mit Schemadefinition (rechts) und geladenem
Schema als TagBar (linkes Fenster)
Eine solche Schemadatei können Sie anschließend im XMLwriter als so
genannte TagBar laden (Abbildung 5.2, linkes Fenster). Anschließend lässt
sich im rechten Fenster ein XML-Dokument basierend auf diesem Schema
erstellen. Hierzu ziehen Sie ein Element aus der TagBar (linkes Fenster) in
den Dokumentbereich des rechten Fensters. Oder Sie klicken mit der rechten
Maustaste auf die Schemadefinition und wählen im Kontextmenü den
gewünschten Befehl.
Der bereits in Kapitel 4 vorgestellte XML-Editor XML Spy unterstützt XMLSchema ebenfalls. Die Schemadatei können Sie manuell wie andere (DTDlose) XML-Dokumente entwerfen. Wenn Sie anschließend ein neues XMLDokument anlegen und das Schema angeben, erlaubt der Editor die im
Schema definierten Elemente im Dokument zu verwenden. Weiterhin kann
der Editor das XML-Dokument gegenüber dem Schema validieren (wobei
auf die Funktionen des Internet Explorer 5.0 zugegriffen wird).
182
Arbeiten mit XML-Schema (XDR)
5.2
Der folgende Abschnitt enthält eine Einführung in den Entwurf von XDRLSchemata. Dabei stützen sich die Beispiele auf die Notation, die vom
Microsoft XML-Parser des Internet Explorer 5.0 unter dem Begriff XDRSchema benutzt wird.
Die Benennung der in einer XDR-Schemadatei nutzbaren
Elemente und deren Attribute sind auf die Verwendung im
XML-Parser (MSXML 2.0 bis 3.0) von Microsoft abgestimmt. Eine später
veröffentlichte W3C-Spezifikation zu XML-Schema wird wohl in Details
von der Microsoft-Implementierung abweichen. In der Praxis wird Ihnen aber
nichts anderes übrig bleiben, als die konkret verfügbaren XML-Parser zu
verwenden. Daher habe ich mich in diesem Kapitel dazu entschlossen, mit
statt auf Trockenübungen gemäß dem W3C-Entwurf auf konkrete, für den
Microsoft XML-Parser geschriebene Beispiele zu konzentrieren. Daher ist
der auf den nachfolgenden Seiten auftauchende Begriff XML-Schema mit
XDR-Schema synonym zu setzen.
5.2.1 Elemente und Attribute definieren
Zentraler Teil eines XML-Schemas sind die Anweisungen, um zulässige
Elemente einer XML-Dokumentklasse und die Attribute dieser Elemente zu
vereinbaren. Im XDR-Schema werden folgende (vordefinierte) XMLElemente für die Definition benutzt:
•
<Schema> ist das Wurzelelement, welches die Schemadefinition
aufnimmt. Das Element kennt das optionale Attribut name, welches den
Schemanamen angibt sowie das Attribut xmlns, mit dem Verweise auf
die Namensräume mit den Definitionen für die zulässigen
Schemaelemente angegeben werden. Das Wurzelelement kann die
Elemente ElementType, AttributType, element, attribute, datatype,
description und group aufnehmen.
•
<ElementType> definiert den Typ eines XML-Elements für die
Dokumentklasse. Das Element besitzt fünf mögliche Attribute content,
name, type, model und order. Das Attribut name ist unbedingt
erforderlich und vereinbart den Namen des Elements. Der Attributwert
ist dabei vom Typ idref, d.h., der Name für einen Elementtyp muss im
Schema eindeutig sein. Auf die Bedeutung der restlichen Attribute
komme ich auf den folgenden Seiten noch zurück. Das Element ist ein
Unterelement von Schema und kann die Unterelemente attribute,
AttributeType, datatype, description, element sowie group enthalten.
ICON: Hin
XML-Schema
183
•
<AttributeType> legt dagegen den Typ des Attributs für ein Element
fest. Auch hier wird name benutzt, um den Namen des Attributs
anzugeben. Zusätzlich sind die Angaben default, type, values und
required zulässig, die Datentypen, Vorgabewerte etc. regeln. Diese
Thematik wird weiter unten besprochen. Das Element darf Unterelement
von Schema und ElementType sein und kann die Unterelemente datatype
sowie description enthalten.
•
<element> dient dann dazu, die Instanzen der einzelnen Elemente zu
vereinbaren (umgangssprachlich: Mit <element ...> geben Sie an, wo
welches Element in der XML-Struktur auftreten darf). Das Attribut type
dieses Elements bezeichnet den Elementtyp, der im <ElementType>-Tag
definiert wurde. Zusätzliche Attribute erlauben, das Element als
erforderlich festzulegen (siehe folgende Seiten). Das leere Element
element ist Unterelement von ElementType und group.
•
<attribute> vereinbart die Attributinstanzen in den einzelnen Elementen.
Das Attribut type dieses Elements bezeichnet den Attributtyp, der im
<AttributeType>-Tag definiert wurde. Zusätzliche Optionen erlauben
das Attribut für das Element als erforderlich festzulegen oder einen
Standardwert vorzugeben (siehe folgende Seiten). Das leere Element
attribute ist ein Unterelement von ElementType.
•
<datatype> erlaubt Ihnen, den Datentyp für Elemente oder Attribute
festzulegen. Dieses Element besitzt nur das Attribut type, dessen Wert
den Datentyp des Elements oder Attributs spezifiziert. Das leere Element
ist ein Unterelement von ElementType und AttributeType.
•
<description> ist ein Element ohne weitere Attribute, welches einen
Text mit einer Beschreibung aufnehmen kann. In dieser Art Kommentar
können Hinweise für auswertende Werkzeuge hinterlegt werden.
•
<group> ist ein optionales Unterelement von <ElementType> und
ermöglicht, den Inhalt in einer Sequenz zu organisieren. Zwischen Startund Endtag können Sie element- und description-Elemente einfügen, die
ein Inhaltsmodell festlegen. <group> gibt dann an, wie die Elemente
auftreten dürfen (einmal, mehrfach, Sequenz).
Eine XDR-Schemadatei beginnt dabei mit der XML-Deklaration, gefolgt
vom
Schema-Element,
welches
den
XML-Namensraum
auf
xmlns="urn:schemas-microsoft-com:xml-data" festlegt.
<?xml version="1.0" encoding="ISO-8859-1"?>
<Schema xmlns="urn:schemas-microsoft-com:xml-data">
Anschließend folgen die oben beschriebenen Elemente, mit denen das
Schema für die XML-Dokumentklasse beschrieben wird. Dabei sind die
Elementtypen über ElementType-Elemente festzulegen. Hierbei gilt, dass
184
zuerst die inneren Elemente (die Elemente, die in der XML-Baumstruktur am
weitesten vom Wurzelelement entfernt liegen) definiert werden. Zusätzlich
werden die Inhalte der Elemente sowie die zugehörigen Attribute festgelegt.
Diese Festlegungen erfolgen über vordefinierte Elemente des Namensraums
xml-data sowie über Attribute dieser Elemente.
Bei Attributdefinitionen ist es so, dass das AttributeType-Element sowohl
innerhalb eines ElementType-Elements als auch global am Anfang der
Schemadatei auftreten darf. Dies eröffnet Ihnen die Möglichkeit, einen
Attributtyp global für das Dokument zu vereinbaren und dann den
gewünschten Elementen über die <attribute>-Angabe in der ElementTypeDefinition zuzuordnen. Sie haben aber auch die Möglichkeit, lokale
Attributtypen für ein Element in der ElementType-Definition zu definieren.
Dies erlaubt Ihnen individuelle Attribute für die Elementtypen zu
vereinbaren, die den gleichen Namen verwenden, aber eine unterschiedliche
Bedeutung besitzen. Dies wird beispielsweise an der Struktur in Abbildung
5.3 deutlich. Das Attribut status wird einmal benutzt, um den Familienstatus
der Person aufzunehmen. Gleichzeitig gibt es ein Attribut status des
Elements daten, welches angibt, ob die Daten der XML-Datei geprüft (gültig)
sind oder nicht. Auf den folgenden Seiten finden Sie ein Beispiel, das das
entsprechende Schema definiert.
XML-Schema
185
Abbildung 5.3: Schema mit Elementen und Attributen
Beispiel: XML-Schema mit Elementen (ElementType)
Für das erste Beispiel möchte ich nochmals die obige XML-Struktur
verwenden, die nur aus Elementen ohne Attribute besteht:
<daten>
<person>
<vorname>...</vorname>
<name>...</name>
<tel>...</tel>
</person>
</daten>
Weiterhin werden für die Werte der Elemente keine besonderen Angaben
bezüglich der Datentypen benutzt. Mit diesen Annahmen wird das XMLSchema sehr einfach. Zuerst sind die Elementtypen der inneren Elemente
vorname, name und tel zu vereinbaren.
<ElementType name="vorname"/>
<ElementType name="name"/>
<ElementType name="tel"/>
Um das Beispiel möglichst einfach zu halten, wird in obigen Anweisungen
nur der Name des Elements über das Attribut name
festgelegt.
Das Attribut name ist vom Datentyp idref, d.h., es
ICON: Hin
186
vereinbart einen eindeutigen Bezeichner innerhalb des Schemas. Das Attribut
name muss unbedingt beim ElementType-Element angegeben werden. Dies
macht auch Sinn, denn einmal legt das Attribut den Namen des Elements fest
(ohne das Attribut würde dann so etwas wie <> vereinbart). Weiterhin darf
ein Elementtyp innerhalb des Schemas genau einmal definiert werden, d.h.,
der Name muss eindeutig innerhalb des Schemas sein.
Da diese Elemente in der XML-Struktur keine Unterelemente enthalten,
greifen wir in der Definition auf Leerelemente zurück. Anschließend wird der
Elementtyp person festgelegt. Auch hier gelangt das ElementType-Element
zum Einsatz.
<ElementType name="person">
</ElementType>
Allerdings ergibt sich eine Abweichung, da person ja die Unterelemente
vorname, name und tel enthalten soll. Folglich werden zwischen Start- und
Endtag die Elementinstanzen über das element-Element vereinbart. Dem
Attribut type wird dann der Typ des Elements als Wert zugewiesen. Diese
Typen wurden aber gerade über das ElementType-Element vereinbart. Mit
legen Sie also eine Elementinstanz mit dem Typ vorname fest, die über
ElementType vereinbart wurde.
Die Elemente vorname, name und tel bilden den Inhalt des
Elements person. Man sagt dann auch, dass die obige
Deklaration mit <ElementType name="person"> ... </ElementType> das
Inhaltsmodell (content model) für das Element person beschreibt.
ICON: Hin
Die Definition für das Wurzelelement daten samt Elementtyp und
Inhaltsmodell erfolgt mit ähnlichen Anweisungen. Nachfolgend sehen Sie
den gesamten Quellcode der Schemadatei:
<Schema xmlns="urn:schemas-microsoft-com:xmldata">


ICON: Bei
XML-Schema
187
</ElementType>

<ElementType name="daten">
</ElementType>
</Schema>
Abbildung 5.4: Darstellung der XML-Daten, die das Schema benutzen
(Internet Explorer 5.0)
Im Ordner \Beisp\Kap05 der Begleit-CD finden Sie die
Schemadatei person.xsd aus obigem Beispiel sowie die
Beispieldatei Bsp05_02.xml. Laden Sie die XML-Dokumentdatei im Internet
Explorer 5.x, sollte dieser den Dokumentinhalt aus Abbildung 5.4 zeigen.
Beispiel: XML-Schema mit Elementen und Attributen
Das nächste Beispiel erweitert die bisherige XML-Struktur um einige
Attribute. Hierbei sollen dem Element person die Attribute für das
ICON: Hin
188
Geschlecht (hier als sex bezeichnet) sowie der Familienstatus (status)
zugeordnet werden. Das Attribut status kommt aber auch (in einem anderen
Kontext) im Element daten zum Einsatz. Dort zeigt es an, ob die Daten
geprüft wurden. Die entsprechende Datenstruktur wurde bereits weiter oben
in Abbildung 5.3 gezeigt. Schauen wir uns jetzt das Schema zur Definition
der entsprechenden XML-Dokumentklasse an.


<AttributeType name="sex"/>

<element type="vorname"/>>!-- Elementinstanzen -->

<AttributeType name="status"/>
<attribute type="sex"/>
<attribute type="status"/>
</ElementType>
<ElementType name="daten">
<AttributeType name="status"/>
<attribute type="status"/>
</ElementType>
</Schema>
Die Anweisungen mit dem ElementType-Element kennen Sie bereits aus dem
vorhergehenden Beispiel. Neu sind die AttributType-Elemente, die
Attributtypen vereinbaren. Der Attributtyp sex wurde hier einmal global zu
Beginn des Schemas vereinbart. Sie können daher Attribute dieses Typs in
allen Elementen ohne weitere Deklaration mit dem <attribut>-Befehl
einfügen. Dies sehen Sie beispielsweise im Inhaltsmodell des Elements
person. Das Attribut status wird in unterschiedlichen Kontexten eingesetzt.
Deshalb finden Sie das AttributType-Element sowohl im Inhaltsmodell des
Elements person als auch im Inhaltsmodell des Elements daten. Die
ICON: Bei
XML-Schema
189
Attributinstanzen beziehen sich dann auf unterschiedliche Attributtypen,
obwohl der gleiche Name status benutzt wird.
Es bleibt natürlich an dieser Stelle die Frage, wie sinnvoll
der gleiche Name für ein Attribut ist, welches
unterschiedliche Bedeutung bei den jeweiligen Elementen besitzt. Aber es
kann durchaus Fälle geben, wo dies gewollt ist (z.B. wenn Sie bei dem
Attribut eines Elements den Wertebereich einschränken möchten oder
müssen).
Sie finden das Schema person1.xsd sowie die Beispieldatei
Bsp05_03.xml im Ordner \Beisp\Kap05 auf der Begleit-CD.
ICON: Hin
ICON: Hin
5.2.2 Elementinhalte vereinbaren
Bei einer DTD lässt sich angeben, welche Inhalte (Daten und/oder
Unterelemente) ein Element haben darf. Weiterhin gibt es den Fall, dass ein
Element leer ist. Etwas analoges lässt sich auch bei einer Schemadefinition
erreichen. Hierzu verwenden Sie das Attribut content im ElementTypeElement. Die folgende Tabelle enthält die Werte, die vom Microsoft XMLParser für das content-Attribut in XDR-Schema definiert sind.
Wert
Bedeutung
empty
Es wird ein leeres Element vereinbart
Schlüsselwort EMPTY in der DTD).
textOnly
Das Element kann nur Text, aber keine Elemente, aufnehmen
(entspricht dem Schlüsselwort PCDATA in der DTD).
eltOnly
Das Element darf nur Unterelemente, die im Schema definiert sind,
aufnehmen.
mixed
Das Element darf sowohl Text als auch benannte Elemente
aufnehmen.
(entspricht
dem
Tabelle 5.1: Werte für das content-Attribut im
ElementType-Element
Weiter unten lernen Sie, dass ein XDR-Schema ein offenes
und ein geschlossenes Inhaltsmodell für ein Element vereinbaren kann. Bei
einem offenen Inhaltsmodell kann der Typ textOnly neben Daten auch
unbenannte Elemente (Elemente, die nicht im Inhaltsmodell vereinbart sind)
enthalten.
ICON: Ach
190
5.2.3 Datentypen für Elemente
Im vorhergehenden Kapitel haben Sie gelernt, wie Sie einem XML-Element
einen Datentyp zuordnen, der die zulässigen Daten vereinbart. Mit PCDATA
konnten geparste Zeichenketten im Element hinterlegt werden. Ähnliches
lässt sich auch für Elemente, die über ein Schema deklariert werden,
vereinbaren. Die Festlegung des Datentyps erfolgt dabei über das Attribut mit
dem Namen type. Allerdings sind einige Besonderheiten zu beachten. Um die
Datentypen des Microsoft XML-Parsers in einem Schema zu nutzen, müssen
Sie im Schema-Element einen Verweis auf den Namensraum hinterlegen, in
dem die Datentypen vereinbart sind. Die betreffenden Anweisungen sehen
dann für den Microsoft XML-Parser (Version 3) folgendermaßen aus:
<Schema name="TestSchema"
xmlns="urn:schemas-microsoft-com:xml-data"
....
</Schema>
Über xmlns:dt wird ein Präfix dt für den Namensraum vereinbart, über das
die Datentypen referenziert werden können.
Hier finden Sie ein schönes Beispiel für die Notwendigkeit
solcher Namensräume. Wir haben zweimal das Attribut
type, welches aber in verschiedenen Kontexten auftritt (einmal definiert es
den Namen eines Attributtyps und einmal einen Datentyp). Um anschließend
die beiden Attribute auseinander zu halten, werden Namensräume benutzt.
Die Angabe xmlns= bewirkt, dass ein Standard-Namensraum angelegt wird
(Sie brauchen keinen Namen vor Element- und Attributnamen zu setzen). Die
Angabe xmlns:dt= vereinbart dagegen einen Namen dt für den betreffenden
Namensraum. Im Schema können Sie dann das Präfix dt: vor Attribut- und
Elementnamen setzen, um die Vereinbarungen dieses Namensraums zu
identifizieren. Dies wird auf den folgenden Seiten noch etwas deutlicher.
Um den Datentyp eines Elements per Schema zu vereinbaren, bietet
Microsoft zwei Varianten an:
•
Sie können das Attribut mit dem Präfix für den vereinbarten
Namensraum direkt als dt:type im ElementType-Element angeben.
•
Alternativ lässt sich das datatype-Element zur Vereinbarung des
Datentyps verwenden, wobei dann das Attribut als dt:type in diesem
Element auftritt.
Diese beiden Varianten sind in den nachfolgenden Codezeilen abgebildet.
<ElementType name="vorname" dt:type="string">
<ElementType name="age">
ICON: Hin
XML-Schema
191
<datatype dt:type="int"/>
</ElementType>
In der ersten Zeile wird der Elementtyp mit dem Datentyp "string" vereinbart,
während für den zweiten Elementtyp die Typdeklaration in einem getrennten
<datatype>-Tag erfolgt. Sie erkennen dabei bereits, dass die SchemaDefinition wesentlich mehr Datentypen als eine DTD für Elemente zulässt.
Die nachfolgende Tabelle führt die Datentypen auf, die von Microsoft für den
eigenen XML-Parser bei Schemata implementiert sind.
Wert
Datentyp
bin.base64
MIME kodierte Binärdaten im Base64-Format (Base64 ist eine
Möglichkeit, Binärdaten als 7-Bit-Zeichen zu kodieren).
bin.hex
Hexadezimalzeichen, mit denen Binärdaten beschrieben werden.
Jede Hexadezimalziffer repräsentiert ein Byte (8 Bit).
boolean
Logische Werte 0 (ist false bzw. falsch) oder 1 (ist true bzw. wahr).
char
Ein Zeichen (Zeichenkette der Länge 1).
date
Angabe als Untermenge des ISO 8601-Formats ohne die
Zeitangabe (z.B. "1994-11-05"). Der Wert selbst wird nicht
validiert, das Dokument kann also fehlerhafte Datumsangaben
enthalten.
dateTime
Datumsangabe als Untermenge des ISO 8601-Formats mit
optionaler Zeitangabe, aber ohne Zeitzone (z.B. "1988-0407T18:39:09"). Zeitangaben
können
bis
Nanosekunden
heruntergebrochen werden.
dateTime.tz
Datumsangabe als Untermenge des ISO 8601-Formats mit
optionaler Zeitangabe und mit Zeitzone (z.B. "1988-0407T18:39:09-08:00"). Die Angabe -08:00 bedeutet, dass die
aktuelle Zeitangabe 8 Stunden hinter der Greenwich-Zeit gelegt
wird. Zeitangaben können bis Nanosekunden heruntergebrochen
werden.
fixed.14.4
Wie eine Zahl, aber nicht mehr als 14 Dezimalstellen links vom
Dezimalpunkt und nicht mehr als 4 Nachkommastellen.
float
Realzahl mit keiner Begrenzung hinsichtlich der Stellenzahl (kann
mit Vorzeichen, Wert und Exponent in f´der Form von
1.7976931348623157E+308
bis
2.2250738585072014E-308
angegeben werden).
int
Ganzzahl mit optionalem Vorzeichen.
number
Vorzeichenbehaftete Dezimalzahl im Intervall
1.7976931348623157E+308 bis 2.2250738585072014E-308.
time
Subset des ISO 8601-Formats ohne Datum und Zeitzone (z.B.
"08:15:27").
192
time.tz
Subset des ISO 8601-Formats ohne Datum, aber mit Zeitzone (z.B.
"08:15:27-02:00").
i1
Integer mit Darstellung in einem Byte (z.B. "1", "127", "-128").
i2
2-Byte-Integer (z.B. "1, 703, -32768").
i4
4-Byte-Integer (z.B. "1, 703, -32768, 148343, -1000000000").
i8
8-Byte-Integer
(Bereich
9.223.372.036.854.775.807).
r4
4-Byte-Realzahl (7 Stellen Genauigkeit, Bereich 3.40282347E+38F
bis 1.17549435E-38F).
r8
Gleiche Zahlen wie bei float, vorzeichenbehaftete Realzahlen mit
15 Stellen Auflösung (Intervall 1.7976931348623157E+308 bis
2.2250738585072014E-308).
ui1
Vorzeichenlose (unsigned) Integerzahl mit einem Byte Größe (z.B.
"1, 255").
ui2
Vorzeichenlose (unsigned) Integerzahl mit zwei Bytes (z.B. "1,
255, 65535").
ui4
Vorzeichenlose (unsigned) Integerzahl mit vier Bytes (z.B. "1, 703,
3000000000").
ui8
Vorzeichenlose (unsigned) Integerzahl mit acht Bytes (bis
18.446.744.073.709.551.615).
uri
Universal Resource Identifier (URI). Ein URI gibt eine Adresse der
Form
"urn:schemas-microsoft-com:datatypes"
an
(z.B.
urn:schemas-microsoft.com/Office9).
uuid
Steht für Unique Universal Identifier und beschreibt einen
Bezeichner für ein registriertes OLE/COM-Objekt als Sequenz von
Hexadeziminalzahlen. In der Sequenz sind immer 8 Bit (der 32-BitZahl) durch Bindestriche getrennt (z.B. "333C7BC4-460F-11D0BC04-0080C7055A83").
-9.223.372.036.854.775.808
bis
Tabelle 5.2: XML-Datentypen (für das type-Attribute von Elementen) in
Microsoft Schemas
Neben diesen Microsoft-spezifischen Datentypen hat das W3C zusätzliche
Datentypen wie entity, entities, enumeration (nur für Attributwerte), id, idref,
idrefs, nmtoken, nmtokens, notation und string vereinbart. Diese werden in
Microsofts XDR-Implementierung als primitive Datentypen aufgeführt. Die
Bedeutung ist Ihnen bereits aus dem Kapitel zur DTD
bekannt.
Eine detailliertere Beschreibung der XML-Datentypen für
Schemas wird von Microsoft in der Hilfedatei des Microsoft XML SDK (ab
ICON: Hin
XML-Schema
193
Version 2.5) angeboten. Sie können diesen SDK von msdn.microsoft.com/xml
kostenlos herunterladen.
5.2.4 Reihenfolge (Order) der Elemente
Die Reihenfolge der Elemente im XML-Dokument lässt sich gemäß den
Ausführungen im vorhergehenden Kapitel über die DTD angeben. Etwas
Ähnliches erlaubt das order-Attribut in einem Schema. Das Attribut darf die
folgenden Werte aufnehmen:
Wert
Bedeutung
one
Erlaubt, dass nur ein Element einer Auswahl vorkommt.
seq
Das Element muss in der im Schema angegebenen Sequenz im
übergeordneten Element auftreten.
many
Das Element darf keinmal oder mehrfach in beliebiger Reihenfolge
auftreten. Dies ist die Standardvorgabe.
Tabelle 5.3: Werte des order-Attributs
Das Attribut order wird standardmäßig auf seq gesetzt,
wenn das content-Attribut auf n Wert mixed aufweist.
5.2.5 Beispiel: Datentypen und Content festlegen
An einem einfachen Schema möchte ich jetzt die Auswirkungen der bisher
vorgestellten Attribute demonstrieren. Wir entwerfen eine XMLDokumentklasse zur Abbildung von Personendaten mit folgender
Elementstruktur:
<person>
<vorname/>
<name/>
<tel/>
<birth/>
</person>
Im Datensatz person werden Vorname, Name und Telefonnummer als
Strings hinterlegt. Das Element birth enthält das Geburtsdatum im
Datumsformat.
ICON: Hin
194
Abbildung 5.5: Eingabe der Datentypen im XML Spy-Editor
Die Struktur dieser Dokumentklasse lässt sich mit einigen wenigen
Anweisungen in einem Schema hinterlegen. In Abbildung 5.5 sehen Sie
sogar, dass der bereits mehrfach erwähnte XML-Editor XML Spy das direkte
Abrufen der Datentypen unterstützt. Sobald Sie ein Element eingeben, bietet
dieser Editor Ihnen die Namen der verfügbaren Attribute an. Geben Sie den
Namen eines Attributs vor, zeigt der Editor Ihnen bei der Eingabe des Werts
dieses Attributs eine Liste der zulässigen Werte. In der Abbildung werden die
von Microsoft unterstützten Datentypen eingeblendet. Sie können die
Vorgaben dann direkt übernehmen.
Der Aufbau der Schemadatei ist recht einfach. Um Datentypen nutzen zu
können, muss im Schema-Element zusätzlich ein Namespace auf den URN
datatypes definiert werden. Dies wird in folgender Zeile genutzt:
<Schema xmlns="urn:schemas-microsoft-com:xml-data"
Nach dieser Deklaration können Sie über das Präfix dt Datentypen mittels
des type-Attributs zuordnen. Die folgende Anweisung vereinbart den
Datentyp string für das Element vorname. Gleichzeitig wird über das Attribut
content angegebenen, dass dieses Element nur Text (keine Elemente)
aufnehmen kann:
<ElementType name="vorname"
dt:type="string" content="textOnly"/>
XML-Schema
195
Alternativ können Sie auch das datatype-Element verwenden, um den Typ
des Elements anzugeben. In diesem Fall ist es jedoch erforderlich, dass dieses
Element durch ein ElementTyp-Element eingefasst wird:
<ElementType name="birth" content="textOnly">
<datatype dt:type="date"/>
</ElementType>
Die obige Sequenz vereinbart den Datentyp date für das Element birth. Auf
diese Weise können Sie die gewünschte Datenstruktur mit zusätzlichen
Einschränkungen für die zulässigen Daten aufbauen. Nachfolgend sehen Sie
das komplette Schema für die XML-Dokumentklasse.

<ElementType name="name"
<ElementType name="tel"
</ElementType>
<element type="vorname"/>
<element type="birth"/>
</ElementType>
<ElementType name="daten" content="eltOnly">
</ElementType>
</Schema>
Basierend auf diesem Schema können Sie nun XML-Dokumente erstellen
und vom XML-Parser validieren lassen. Das folgende XML-Dokument lehnt
sich an das obige Schema an, weist aber im zweiten Datensatz zwei Fehler
auf: einmal ist die Reihenfolge der Elemente vertauscht, weiterhin ist das
Datum in der falschen Notation angegeben.
ICON: Bei
196
Abbildung 5.6: Fehlermeldung beim Validieren des XMLDokuments
<daten xmlns="x-schema:datentypen.xsd">
<person>
<vorname>Inge</vorname>
<tel>089-333-4145</tel>
<birth>1980-10-05</birth>
</person>
<person>
<tel>089-333-4145</tel>
</person>
</daten>
ICON: Bei
Die betreffenden Anweisungen sind fett im Quellcode hervorgehoben. Laden
Sie dieses XML-Dokument in einem validierenden Parser (z.B. im Microsoft
Internet Explorer), wird dieser die falsche Anordnung der Elemente im
zweiten Datensatz bemängeln. Korrigieren Sie diesen Fehler, bemängelt der
Parser noch den Datumswert (Abbildung 5.6). Sie müssen diesen im Format
"Jahr-Tag-Monat" schreiben.
Der XML-Parser validiert (im Gegensatz zu den Aussagen
der XML 2.5- bzw. 3.0 SDK-Hilfe) auch die Gültigkeit des
Datums. Ein Datum wie der 30. Februar wird also nicht akzeptiert! Bei
Ziffern muss ein Punkt als Dezimalpunkt angegeben werden. Sie finden die
ICON: Hin
XML-Schema
197
beiden Dateien Datentypen.xsd und Bsp05_04.xml im Ordner \Beisp\Kap05
auf der Begleit-CD.
5.2.6 Was sind offene und geschlossene
Inhaltsmodelle?
Weiter oben hatte ich ausgeführt, dass der Inhalt (präziser: das Inhaltsmodell)
eines Elements über das element-Element beschrieben wird. Mit der Vorgabe
...
</ElementType>
geben Sie an, welche Elementtypen in einer Elementinstanz benutzt werden
können; das content-Attribut legt ggf. fest, ob Elemente und Text gemischt
werden dürfen. Beispiele sind weiter oben aufgeführt. Gemäß Ihrem
bisherigen Wissen können XML-Dokumente nur solche Elemente bzw.
Inhalte aufnehmen, die auch im Schema definiert sind. Bei XDR-Schemata
muss dies aber nicht so sein, wie das folgende kleine
Beispiel demonstriert.
<daten xmlns="x-schema:Datentypen.xsd">
<person>
<tel>089-333-4145</tel>
<birth>1980-10-05</birth>Text ist hier unzulässig!
</person>
<person>
<tel>089-333-4145</tel>
<vorname>Marianne</vorname>
</person>
</daten>
Gemäß dem obigen Schema Datentypen darf das XML-Dokument nur in den
Elementen der untersten Ebene (z.B. Name) Textdaten enthalten. Ein im
Element person hinterlegter Text, müsste vom Parser abgewiesen werden.
Weiterhin dürfte auch immer nur ein Element vorname in einem Element
person auftreten. Bei Experimenten bin ich aber auf einen zuerst
merkwürdigen Zusammenhang gestoßen. Das obige XML-Dokument wird
als gültig ausgewiesen, obwohl die fett hervorgehobenen Stellen auf den
ersten Blick eindeutig die Regeln im Schema verletzen. Wandeln Sie
ICON: Bei
198
dagegen das Dokument geringfügig ab, weist der Parser das XML-Dokument
als ungültig zurück:
<daten xmlns="x-schema:Datentypen.xsd">
<person>Text ist hier unzulässig!
<tel>089-333-4145</tel>
</person>
<person>
<tel>089-333-4145</tel>
</person>
</daten>
Hier wurde der Text direkt hinter dem Starttag <person> eingefügt und es
treten zwei Elemente vorname auf.
Zuerst glaubte ich an einen Fehler, später kam ich dann auf den wahren
Grund: Im Gegensatz zu einer DTD erlaubt ein XDR-Schema dem XMLAutor, zusätzliche Elemente oder Attribute zum Dokument hinzuzufügen, die
nicht im Schema deklariert sind. Das Verhalten des XML-Parsers im
Hinblick auf undeklarierte Elemente können Sie über das von Microsoft
vorgesehene Attribut model steuern. Dieses Attribut darf die Werte open und
closed aufweisen, wobei standardmäßig der Wert open gilt. Die
Dokumentation spricht dann von offenen und geschlossenen Inhaltsmodellen.
Ist also kein Attribut open vorhanden (wie im Schema Datentype.xsd, das
obigen Beispiel zugrunde liegt), wird ein offenes Inhaltsmodell
angenommen. Bei einem offenen Inhaltsmodell dürfen Sie dann im XMLDokument zusätzliche Elemente und Daten einfügen (die nicht im XMLSchema definiert sind). Allerdings gibt es hierbei Verschiedenes zu beachten:
•
Inhalte, die die Definition eines Schemas verletzen, sind unzulässig. Dies
erklärt beispielsweise, warum ein neues Element oder ein Text nicht zu
Beginn einer Sequenz zulässig sind. Die Angabe
<person>Dies ist ein Text
<name>Hennsen</name>
...
</person>
muss daher bemängelt werden (das Schema schreibt vor, dass auf das
Starttag <person> ein Element <vorname> folgen soll.
ICON: Bei
XML-Schema
•
199
Sie haben aber z.B. die Möglichkeit, einen (im Schema undeklarierten)
Text an das Ende der Struktur anzuhängen.
<person>
...
Dies ist ein Text
</person>
Weiterhin dürfen Sie Elemente, die im Schema deklariert sind, an das
Ende der Struktur anhängen (sofern dies nicht der Deklaration im
Schema widerspricht). Die Vorgabe
<person>
...
</person>
ist daher zulässig.
Weiterhin dürfen Sie undeklarierte Elemente und Attribute hinzufügen,
sofern diese zu einem anderen Namensraum gehören. Wie dies funktioniert,
wird in folgendem Beispiel gezeigt.
<daten xmlns="x-schema:Datentypen.xsd"
xmlns:tt="urn:test">
<person>
<tel>089-333-4145</tel>
<birth>1980-10-05</birth>Text ist hier unzulässig!
<vorname tt:ruf="ja">Marlies</vorname>
<tt:fax>112</tt:fax>
</person>
</daten>
Im Starttag des Elements daten finden Sie die Deklaration für die xmlnsAttribute. Das erste Attribut xmlns legt den Standard-Namespace fest, der für
die Definitionen des Schemas Datentypen.xsd gilt. Das zweite Attribut xmlns
vereinbart einen Namensraum tt, der auf irgendeine Deklaration verweist.
Die Angabe urn:test macht an dieser Stelle keinen Sinn, da test nicht existiert
(die Angabe kann also auch vom Parser nicht ausgewertet werden). Der Pfiff
liegt aber darin, dass Sie anschließend beliebige Elemente oder Attribute aus
diesem Namensraum im XML-Dokument einfügen dürfen. Sie müssen die
betreffenden Namen lediglich durch das Präfix tt: kennzeichnen.
Dies eröffnet einerseits eine hohe Flexibilität gegenüber DTD-basierenden
XML-Dokumenten. Sie können dies an der Testdatei Bsp05_05.xml im
Ordner \Beisp\Kap05 der Begleit-CD testen. Diese Datei sollte vom Browser
ICON: Bei
200
als gültig erkannt werden, sofern die Schemadatei Datentypen.xsd im
gleichen Ordner hinterlegt ist.
Andererseits birgt dies auch die Unsicherheit, dass die Dokumente als gültig
klassifiziert werden, obwohl eine Übereinstimmung mit den Regeln des
Schemas nicht gegeben ist. Um einen Aufbau gemäß Schema im XMLDokument zu erzwingen, verwenden Sie den Wert closed für das Attribut
modell.
Das model-Attribut lässt sich bei jedem ElementType-Element einfügen und
legt fest, ob das Inhaltsmodell des betreffenden Elements offen oder
geschlossen ist. Sie könnten daher erreichen, dass bestimmte Elemente als
offen gelten, während andere Elemente samt Inhalt ein geschlossenes
Inhaltsmodell (wie bei einer DTD) aufweisen. Sehen wir uns einmal das
folgende XML-Dokument (Bsp05_05a.xml im Ordner \Beisp\Kap05 der
Begleit-CD) an.
<daten xmlns="x-schema:Model.xsd"
xmlns:tt="urn:test">
<person>
<tel>089-333-4145</tel>
<birth>1980-10-05</birth>Text ist hier zulässig!
<vorname tt:ruf="ja">Marlies</vorname>
<tt:fax>112</tt:fax>
</person>
An dieser Stelle soll ein Text unzulässig sein.
</daten>
ICON: Bei
Das Dokument weist nur einen Datensatz mit dem Element person auf. Das
Element Daten soll eigentlich nur Unterelemente vom Typ person
aufnehmen können, der Text in der vorletzten Zeile der Datei ist daher
unzulässig. Andererseits sollen im Element person neben den im Schema
deklarierten Elementen auch Texte und neue Elemente bzw. Attribute
eintragbar sein. Ich habe die betreffenden Stellen im Quellcode
hervorgehoben. Um dies im Schema zu hinterlegen, müssen Sie das modelAttribut mehrfach verwenden. Die nachfolgend gezeigte Datei Model.xsd
findet sich auf der Begleit-CD-ROM im Ordner \Beisp\Kap05 und basiert auf
dem Schema Datentypen.xsd.
<Schema xmlns="urn:schemas-microsoft-com:xmldata" xmlns:dt="urn:schemas-microsoftcom:datatypes">

ICON: Bei
XML-Schema
201
<ElementType name="name"
<ElementType name="tel"
</ElementType>
<ElementType name="person" content="eltOnly" model="open">

<element type="birth"/>
</ElementType>
<ElementType name="daten" content="eltOnly" model="closed">
</ElementType>
</Schema>
Die beiden Instanzen des model-Attributs sind im Quellcode hervorgehoben.
Im Element daten vereinbart das model-Attribut ein geschlossenes
Inhaltsmodell. Der XML-Parser muss daher alle vom Schema abweichenden
Elemente und Daten bei der Validierung abweisen. Folglich wird auch der
Text im Element daten bei der Validierung als unzulässig bemängelt.
Beim Element person soll es aber vereinbarungsgemäß zulässig sein, wenn
der XML-Dokumentautor im Schema definierte Elemente an den Inhalt
anhängt. Weiterhin darf er Attribute und Elemente aus einem anderen
Namensraum sowie Textdaten in jeden Datensatz des Elements person
aufnehmen. Daher wird bei der betreffenden ElementType-Deklaration das
Attribut model auf open zurückgesetzt. Wenn Sie daher die Beispieldatei
Bsp05_05a.xml mit der Schemadatei Model.xsd im Internet Explorer laden,
darf dieser nur den Text im daten-Element bei der
Validierung bemängeln.
Der XML-Editor XML Spy konnte in der von mir
benutzten Version das Dokument nicht validieren, da nicht alle Elemente
implementiert wurden. Bei Experimenten mit XMLwriter musste ich
feststellen, dass beim Aufruf des Parsers zur Validierung nicht immer
korrekte Ergebnisse gemeldet wurden (erst nach einem erneuten Laden der
Dokumente zeigte sich das erwartete Verhalten). Offenbar weisen beide
Werkzeuge noch Fehler auf.
ICON: Ach
202
5.2.7 Gruppierungen und Wiederholungen
In Kapitel 4 haben Sie gelernt, wie Sie bei einer DTD Elemente als Sequenz
oder als Auswahl vereinbaren (über ein Komma oder das Zeichen | als
Separator). Weiterhin wurde dort gezeigt, wie sich Elemente als optional oder
als erforderlich deklarieren lassen bzw. wie Elemente mehrfach im
Dokument auftreten dürfen. Ähnliches lässt sich auch in Schemadateien
erreichen, indem Sie in den Elementen ElementType und element die
entsprechenden Attribute verwenden. Schauen wir uns einmal an, wie sich
die Reihenfolge der Elemente beeinflussen lässt.
<ElementType name="email"/>

<ElementType name="person" content="eltOnly"
model="closed">
<group order="seq">
<element type="vorname" minOccurs="0"/>
</group>
<group order="one">
<element type="email"/>
</group>
</ElementType>
<ElementType name="daten" content="eltOnly" order="many">
</ElementType>
</Schema>
Als Erstes fällt auf, dass im ElementType-Element mit der Personendefinition
das neue group-Element auftritt. Sie können dieses Element zur Gruppierung
von element-Einträgen verwenden (group wirkt dann so ähnlich wie die
Klammern bei der DTD). Die Steuerung, wie Elemente im Dokument
auftreten, erfolgt über das order-Attribut des ElementType-Elements. Dieses
Attribut darf die Werte one, seq oder many aufweisen. Der Wert one besagt,
dass nur eines der Elemente der Gruppe als Auswahl benutzt werden kann.
ICON: Bei
XML-Schema
203
<group order="one">
<element type="email"/>
</group>
In obiger Sequenz wird festgelegt, dass entweder die Telefonnummer oder
eine E-Mail-Adresse anzugeben ist.
Beim Testen des betreffenden Schemas hatte ich jedoch
zuerst keinen Erfolg; der Parser akzeptierte beide Elemente,
egal wie der Wert von order gesetzt wurde. Erst als ich das Attribut model
des Elements daten auf closed setzte, validierte der XML-Parser die XMLDokumente gemäß den Vorgaben im Schema. Dies zeigt die Tücken, die ein
offenes Inhaltsmodell bietet.
ICON: Ach
Eine andere Variante besteht darin, dass einzelne Elemente als optional
angegeben werden können. Nehmen wir den Datensatz einer Person, der aus
Name und Vorname besteht. Dann wäre es durchaus möglich, den Vornamen
optional zu halten, d.h., das Element entfällt. Die betreffende Deklaration im
Schema sieht dann so aus:
<group order="seq">
<element type="vorname" minOccurs="0"/>
</group>
Das Element group fasst die möglichen Elemente zu einer Gruppe
zusammen. Durch order="seq" wird angegeben, dass der Inhalt der Gruppe
in der angegebenen Reihenfolge im Dokument auftreten muss. Beim Element
vorname wird aber das minOccurs-Attribut mit dem Wert 0 angegeben. Dies
bedeutet, dass dieses Element auch 0-mal auftreten darf, d.h., das Element ist
optional. Setzen Sie den Wert auf 1 (entspricht der Standardvorgabe), muss
das Element einmal vorkommen. Wird das Attribut maxOccurs benutzt, lässt
sich angeben, wie oft ein Element auftreten darf. Standard ist 1, ein Wert "*"
erlaubt dagegen beliebig viele Instanzen des Elements. Der Standardwert *
wird auch angenommen, falls content="mixed" für das Element gesetzt ist.
Beide Attribute können sowohl im element- als auch im group-Tag auftreten.
Sie können das Schema Order.xsd aus dem Ordner \Beisp\Kap05 der BegleitCD verwenden, um das folgende XML-Dokument
validieren zu lassen.
<daten xmlns="x-schema:Order.xsd">
<person>
<vorname>Ilse</vorname>
<name>Braun</name>
<tel>069-5555</tel>
</person>
ICON: Bei
204
<person>
<name>Hager</name>

<email>[email protected]</email>
</person>
</daten>
Im Dokument sind zwei Datensätze für Personen hinterlegt. Der erste
Datensatz umfasst Name und Vorname der Person sowie deren
Telefonnummer. Im zweiten Datensatz fehlt der Vorname und anstelle der
Telefonnummer ist die E-Mail-Adresse hinterlegt. Das Element mit der
Telefonnummer ist auskommentiert. Der Microsoft XML-Parser wird das
Dokument als gültig erkennen. Erst wenn Sie das auskommentierte Element
tel aktivieren, meldet der Parser einen Fehler (da tel und email durch one als
Auswahl deklariert wurden).
5.2.8 Besonderheiten bei Attributen
Ähnlich wie bei DTDs können Sie in einem Schema auch Attribute für die
jeweiligen Elemente vereinbaren. Weiter oben haben Sie entsprechende
Beispiele kennen gelernt. Bei der Definition des Attributs über das
AttributeType-Element können Sie zusätzliche Optionen für das Attribut
angeben. Diese Optionen werden über Attribute des attribute- und
AttributeType-Elements definiert. Für das attribute-Element gelten folgende
Optionen:
•
default: Dieses Attribut legt den Standardwert des deklarierten Attributs
fest.
•
type: Der Wert dieses Attributs gibt den Attributnamen des deklarierten
Attributs an. Dieser Name entspricht einem Namen in einer
AttributeType-Definition.
•
required: Kann die Werte "yes" und "no" aufnehmen, die angeben, ob
das Attribut angegeben werden muss oder nicht.
Im AttributeType-Element dürfen die folgenden Optionen als Attribute des
Elements angegebenen werden:
•
default: Dieses Attribut legt den Standardwert des deklarierten Attributs
für diesen Attributtyp fest. Fehlt der default-Wert im attribute-Element,
wird der in AttributeType vereinbarte Wert benutzt. Falls das Attribut als
erforderlich vereinbart ist, muss der Vorgabewert in der Deklaration des
attribute- oder AttributeType-Elements vereinbart werden.
•
dt:type: Dieses Attribut muss mit dem Präfix für den Namensraum
datatypes versehen werden und definiert den Attributtyp der
XML-Schema
205
Attributinstanz. Für Attribute sind nur die primitiven Datentypen entity,
entities, enumeration, id, idref, idrefs, nmtoken, nmtokens, notation und
string vorgesehen.
•
dt:values: Mit dieser Option legen Sie eine Auswahl an Werten für den
Attributwert fest.
•
name: Definiert den Namen des Attributtyps. Dieser Wert wird im
attribute-Element benutzt, um die Attributinstanz zu vereinbaren.
•
required: Kann die Werte "yes" und "no" aufnehmen, die angeben, ob
das Attribut angegeben werden muss oder nicht.
Die betreffenden Attributdeklarationen sind recht einfach, Sie müssen
lediglich die entsprechenden Optionen als Attribute der Elemente attribute
und AttributeType angeben.
5.2.9 Ein Beispiel für Attribute in Schemata
Abschließend möchte ich ein Beispiel für die Verwendung von Attributen
unter Verwendung verschiedener Optionen im Schema vorstellen. Es soll
eine Autoliste als XML-Dokument aufgestellt werden. Der Besitzer der Liste
hat jedoch eine Vorliebe für Autos in den Farben Rot, Blau und Gelb, d.h., es
sollen sich keine Fahrzeuge anderer Farben eintragen lassen. Falls das Alter
des Fahrzeugs bekannt ist, soll dieses auch aufgenommen werden.
Um die Struktur möglichst einfach zu halten — wir sprechen ja gerade über
Attribute — besteht jeder Eintrag nur aus einem Element name. Dieses
Element nimmt die Daten des Fahrzeugs (das Modell) auf. Die Informationen
über Farbe und Alter werden als Attribute des Elements hinterlegt, wobei
farbe erforderlich, das Attribut alter aber optional ist. Das Schema für die
entsprechende Datenstruktur sieht dann folgendermaßen
aus:
<AttributeType name="farbe"
dt:type="enumeration" dt:values="rot blau gelb"/>
<AttributeType name="alter"
dt:type="nmtoken" default="1"/>
<ElementType name="name">
<attribute type="alter"/>
<attribute type="farbe" required="yes"/>
</ElementType>

ICON: Bei
206
<ElementType name="auto" content="eltOnly" model="closed">
<element type="name" maxOccurs="*" />
</ElementType>
</Schema>
Da nur ein Element in der Struktur zur Datenablage benutzt wird, benennen
wir dieses Element mit name. Das Wurzelelement erhält den Namen auto.
Um sicherzustellen, dass mehr als ein Element name im Dokument auftreten
darf, wird in der <element .../>-Definition das Attribut maxOccurs="*"
gesetzt. Das Element name wird dann über ein ElementType-Element
vereinbart. Dieses Element definiert die beiden Attribute alter und farbe. Die
Eigenschaften dieser beiden Attribute werden über <AttributeType .../>-Tags
gesetzt. Mit
<AttributeType name="farbe"
dt:type="enumeration" dt:values="rot blau gelb"/>
definieren Sie das Attribut farbe. Der Typ des Attributwerts wird auf
enumeration gesetzt, um eine Auflistung von Farben im Attribut values
angeben zu können. Die Werte sind in Anführungszeichen getrennt durch
Leerzeichen anzugeben. Das Attribut alter wird auf ähnliche Weise definiert,
wobei als Datentyp nmtoken gewählt wird. Der Attributwert wird über
default auf den Wert 1 gesetzt. Basierend auf diesem XDR-Schema habe ich
nachfolgend
ein
XML-Dokument
mit
drei
Fahrzeugdatensätzen erzeugt.
<auto xmlns="x-schema:Attribute.xsd">
<name farbe="gelb">Opel Kadett</name>
<name farbe="silber" alter="1">Mercedes SE 320</name>
<name alter="8" farbe="blau">Ford Escord</name>
</auto>
ICON: Bei
Wenn Sie dieses Dokument im XML-Parser validieren lassen, weist dieser
den zweiten Datensatz ab, da die Farbe auf silber gesetzt wurde. Diese Farbe
kommt aber in der Auflistung der für das Attribut gültigen Werte nicht vor.
Sie müssen die Farbe auf Gelb setzen oder den Eintrag löschen, um eine
gültige XML-Datei zu bekommen.
Sie finden die beiden Dateien Bsp05_07.xml und
Attribute.xsd im Ordner \Beisp\Kap05 auf der Begleit-CD.
Zusammenfassung
In diesem Kapitel haben ich Ihnen gezeigt, wie XML-Schemas (in der von
Microsoft angebotenen Variante XDR-Schema) zur Definition einer
Dokumentklasse herangezogen werden können. XML-Schemas haben den
Vorteil, dass Sie die Struktur mit XML-Elementen beschreiben können.
Außerdem haben Sie gesehen, dass ein XML-Schema verschiedene
ICON: Hin
XML-Schema
207
Möglichkeiten zur Erweiterung der Dokumentstruktur bietet. Neuere XML
basierende Standards wie SOAP verwenden ebenfalls XML-Schema.
Einziger Nachteil dieses Ansatzes: die bisher fehlende Unterstützung des
W3C-Entwurfs zu XML-Schema durch Werkzeuge. Mit XDR-Schema liegt
von Microsoft aber eine praktisch nutzbare Möglichkeit vor. Sofern Sie
weitergehende Informationen benötigen, laden Sie sich die Dokument ezu
XML-Schema von den W3C-Webseiten (www.w3c.org). Details zur
Microsofts XDR-Schema bietet die Hilfedatei des Microsoft XML-SDK
(msdn.microsoft.com/xml).
Fragen
1. Nennen Sie einige Vorteile von XML-Schema gegenüber DTDs zur
Beschreibung von XML-Dokumentklassen.
2. Mit welchen Elementen wird eine Elementinstanz im XDR-Schema
vereinbart?
3. Wie werden Attribute im XDR-Schema deklariert?
Antworten
1. XML-Schemas verwenden XML-Elemente und damit die gleiche Syntax
zur Definition der Dokumentstruktur. XML-Schema bietet wesentlich
mehr Datentypen als eine DTD. XML-Schema benutzt standardmäßig ein
offenes Inhaltsmodell, d.h., Sie können die Struktur der XML-Klasse
erweitern, ohne die Elemente deklarieren zu müssen.
2. Mit dem <ElementType>-Eintrag legen Sie eine Definition für einen
Elementtyp ab. Die Elementinstanzen werden über <element> einem
übergeordneten Element zugewiesen.
3. Attributtypen sind mit <AttributeType> zu definieren, die Zuweisung der
Attribute erfolgt in den <ElementType>-Befehlen über <attribute>Einträge.

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