XML. XML-Einführung. u n i. XML-Grundlagen. Dr. Eckhardt Schön TU Ilmenau Institut für Medientechnik, FG Audiovisuelle Technik.

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1 XML-Einführung XML u n i XML-Grundlagen Dr. Eckhardt Schön TU Ilmenau Institut für Medientechnik, FG Audiovisuelle Technik Inhalt Geschichte und Konzept von XML grundlegende Syntax, Strukturen XML-Dokumente und XML-Daten Standards im XML-Umfeld Einsatzmöglichkeiten von XML XML-basierte Sprachen Programmierschnittstellen SAX und DOM Tools zur XML-Erstellung und Verarbeitung Metadaten XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 2

2 Geschichte von XML ab ca entwickelten Charles F. Goldfarb, Ed Mosher und Ray Lorie GML im Auftrag von IBM als Metasprache Standard Generalized Markup Language (SGML) 1986 als ISO-Standard 8879 HTML von Tim Berners-Lee als SGML- Sprache entwickelt (seit 1989) extensible Markup Language (XML) 1998 vom World Wide Web Consortium (W3C) standardisiert XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 3 Ziele von XML Trennung von Struktur und Layout Zielstellung für Entwicklung von XML: Metasprache (wie SGML), aber internettauglich einfach (ohne viele optionale Elemente) maschinen- und menschenlesbar international (Unicode) offener Standard Beschreibung von strukturierten Dokumenten und Daten automatische Verarbeitung ermöglichen XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 4

3 Einordnung von XML SGML XML DTD DocBook HTML SGML-Sprache DTD / XML Schema XHTML SVG MathML SOAP XML-Sprache XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 5 Syntax-Regeln (1) Tags werden durch spitze Klammern gekennzeichnet: <Tag> Jedes Tag muss auch geschlossen werden: <Tag>Inhalt</Tag> bzw. <Tag/> Es muss ein Wurzelement existieren, das alle anderen Tags umschließt (Ausnahmen: Kommentare und Verarbeitungsanweisungen). Elemente müssen korrekt verschachtelt werden: <Ebene1><Ebene2>... </Ebene2>... </Ebene1> XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 6

4 Syntax-Regeln (2) Groß- und Kleinschreibung ist relevant <tag> <Tag> <TAG> Attribute in einfachen oder doppelten Hochkommas im öffnenden Tag <Tag Attribut="Wert">... </Tag> XML-Version muss angegeben werden <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> Kommentare: <! Kommentar --> XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 7 Syntax-Regeln (3) Document Type Declaration <!DOCTYPE Wurzel SYSTEM "Name.DTD"> standardisierte Namens-Entities: & & < < > > " " ' &apos; weitere Entities müssen in einer DTD (bzw. einem Schema) definiert werden XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 8

5 Syntax-Regeln (4) CDATA-Abschnitte <![CDATA[beliebiger Text, einschließlich <>]]> Verarbeitungsanweisungen = Processing Instruction (PI) <? Anweisung?> Elementnamen müssen mit Buchstaben, _ oder : beginnen; (fast) beliebige Zeichen können folgen werden alle Syntaxregeln eingehalten, spricht man von einem wohlgeformten Dokument wird von nicht-validierendem Parser geprüft XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 9 Syntax-Beispiel 1 <?xml version="1.0" encoding="iso8859-1" standalone="no"?> <?xml:stylesheet type="text/xsl" href="dokument.xsl"?> <!DOCTYPE Dokument SYSTEM "Dokument.DTD"> <Dokument> <Titel>XML-Grundlagen</Titel> <Einleitung> <Autor> <Vorname>Eckhardt</Vorname> <Nachname>Schön</Nachname> </Autor> </Einleitung> <Kapitel>... </Kapitel> </Dokument> Prolog PI DTD Instanz Wurzel Epilog XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 10

6 Syntax-Beispiel 2 <Dokument>... <Kapitel id="kap01"> <Kapitelueberschrift>Ziele</Kapitelueberschrift> <Absatz>Text Text Text...</Absatz> <Bild Width="300" Height="200" Align="left" FileRef="image01.jpg" Alt="Grafik1"/> </Kapitel> <!- - Kapitel 2 beginnt - - > <Kapitel id="kap02"> <Kapitelueberschrift >Syntax</Kapitelueberschrift> <Absatz>Text Text Text...</Absatz> </Kapitel>... </Dokument> Attribut alleinstehendes Tag mit Attribut Kommentar XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 11 Dokumente Titel Kapitelüberschrift Kapitelüberschrift Beschränkung auf "digitale Dokumente" Strukturebenen: logische Struktur visuelle/grafische Struktur mediale und physische Struktur logische Struktur primär, grafische i.allg. daraus abgeleitet logische Struktur explizieren, d.h. muss maschinenlesbar im Dokument enthalten sein (semantisches Markup) pseudologische Formatierung verbreitet XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 12

7 Hierarchische Struktur Dokument Titel Kapitel Dokument Kapitelüberschrift Bild Titel Kapitel Kapitel Absatz Kapitel Kapitelüberschrift Bild Absatz XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 13 Generische Struktur von XML Festlegung von grundsätzlich erlaubten Dokumentenstrukturen, u.a. welche Strukturelemente zulässig welches Element darf in welches geschachtelt werden welches Element darf leer sein welche Attribute darf ein Element haben Dokumente übereinstimmender generischer Struktur gehören zur selben Dokumentenklasse XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 14

8 Konkrete Struktur von XML konkrete Dokumente mit konkreter Struktur Überprüfung, ob Dokument einer generischen Strukturdefinition genügt (Validierung, validierender Parser) vergleichbar mit Typüberprüfung bei Programmiersprachen Dokument gültig oder valid Strukturdefinitionen: DTD und XML Schema Document Type Declaration: <!DOCTYPE Wurzel SYSTEM "Name.DTD"> XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 15 Document Type Definition (DTD) Formalisierung der generischen Strukturbeschreibung in SGML und XML: DTD Beispiel: <!ELEMENT Dokument (Titel, Einleitung?, Kapitel+, Ende?)> <!ELEMENT Titel (#PCDATA)> <!ELEMENT Einleitung (Autor+, Abstract?)> <!ELEMENT Kapitel (Kapitelueberschrift, (Absatz)*)> <!ELEMENT Autor ((Vorname)*, Nachname)>... Alternative bei XML: XML Schema XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 16

9 XML Schema Vorteile: XML-Syntax Vereinbarung eigener Datentypen Vererbung <xsd:element name="dokument"> <xsd:complextype content="elementonly"> <xsd:sequence> <xsd:element name="titel" type="xsd:string"/> <xsd:element name="einleitung" type="einleitungtype" minoccurs="0" maxoccurs="1"/> <xsd:element name="kapitel" type="kapiteltype" minoccurs="1" maxoccurs="unbounded"/>... </xsd:element> XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 17 XML-Dokumente und XML-Daten XML-Dokumente variable Strukturen "mixed content" möglich Reihenfolge von Elementen auf einer Hierarchieebene wichtig Anwendung u.a. bei der Dokumentenverarbeitung; auch XHTML gehört dazu Semantik oft nur schwer zugänglich XML-Daten stark strukturiert kein "mixed content" Reihenfolge von Elementen auf einer Hierarchieebene meist unwichtig Datenbank-Ersatz, Nachrichtenaustausch zwischen Applikationen Semantik der Tags genau festgelegt XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 18

10 Standards im XML-Umfeld World Wide Web Consortium (W3C) XML Namespace XPath XML Pointer Language (XPointer) XLink XML Query extensibel Sytle Language (XSL), XSLT und XSL:FO extensible HTML (XHTML) XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 19 XML Namespace sorgt für Eindeutigkeit der Tag-Namen Beispiel für Deklaration: <Dokument xmlns:ns2=" mehrere Namensräume können in einer XML-Datei verwendet werden Beispiel für Nutzung: <ns1:titel>oberregierungsrat</ns1:titel> <ns2:titel>xml-grundlagen</ns2:titel> XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 20

11 XPath, XLink und XPointer XPath: Syntax für Zugriff auf Unterelemente von XML-Dateien (für XPointer, XSL, XQuery,...) XLink: erweitertes Linkkonzept bidirektionale Links Mehrfachlinks Trennung von Inhalt und Links Linkbase und Linkmanagement notwendig XPointer: Adressierung von einzelnen Elementen über ID mittels XPath XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 21 extensible Style Language (XSL) Style-Sprache mit erweiterten Möglichkeiten gegenüber CSS XML + XSL kann im IE angezeigt werden wichtiger: XSL Transformation (XSLT) XSLT XML Dokument 1 XLS-Prozessor XML Dokument 2 XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 22

12 XSL-Prozessor XML Dokument 1 XLS-Prozessor Parsen Quellbaum Ergebnisbaum XSLT Parsen Regeln Beispiele: Xalan (Apache), Saxon, MSXML, XT XML Dokument 2 XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 23 XSL-Beispiel Tamplate Rules: template wird in Ausgabebaum kopiert match Ziel im Quellbaum (XPath) "Kapitel[2]/Absatz[4]" <xsl:template match="*"> <xsl:apply-templates /> </xsl:template> <xsl:template match="titel"> <DIV STYLE="font-size:140%; font-weight:bolder; text-align:center; color:red"> <xsl:apply-templates /> </DIV> </xsl:template> <xsl:template match="absatz()"> <xsl:value-of select="." /> </xsl:template> XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 24

13 XML-basierte Sprachen Chemical Markup Language (CML) Mathematical Markup Language (MathML) Scalable Vector Graphic (SVG) Electronic Data Interchange (XML-EDI, ebxml) XML Metadata Interchange (XMI) Simple Object Access Protocol (SAOP) Synchronized Multimedia Integration Language (SMIL) Simple Markup Language for Comics (ComicsML) WML, VoiceXML, XMI,... XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 25 XHTML basiert auf XML (nicht mehr auf SGML) Version 1.0 Empfehlung des W3C vom Jan wohlgeformtes HTML (Umfang etwa HTML 4) Element- und Attributnamen klein schreiben Vorteile: syntaktisch kompatibel zu anderen XML-Sprachen als Dateninsel (z.b. in SVG) und umgekehrt mit XML-Tools zu verarbeiten XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 26

14 MathML basiert auf XML bereits seit April 1998 Empfehlung des W3C Kodierung von mathematischen Zeichen und mathematischen Bedeutungen dient dem mathematischen Informationsaustausch Weiterverarbeitung möglich x <mrow> <msup> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <mn>4</mn> </mrow> XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 27 Scalable Vector Graphic (SVG) XML-Beschreibung von Vektorgrafiken (ähnliche Funktionen wie Flash) Ex- und Import aus verschiedenen Anwendungen (u.a. Adobe, Corel) bisher nur mit Plug-In im Browser darstellbar Vorteile: kleine Dateigröße datenabhängige Grafiken Animationen und interaktive Grafiken personalisierte Grafiken XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 28

15 SOAP Simple Object Access Protocol (SOAP) XML-basierte Sprache, mit der Applikationen Informationen austauschen können unabhängig von benutztem Betriebssystem, Objektmodell oder Programmiersprache ermöglicht Zugriff auf Methoden fremder Programme (RPC, aber HTTP-Protokoll benutzt) Grundlage für Web Services XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 29 Verarbeitung von XML textbasierte Informationen (XML) in maschinell verarbeitbare Form bringen wird von Parser erledigt DOM-Parser baut aus XML-Dokument hierarchische Baumstruktur im Hauptspeicher auf SAX-Parser liest XML-Datei und liefert Events an Applikation Beispiele: Xerces, MSXML, XP, Ælfred XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 30

16 Präsentieren von XML XML enthält keine Layout-Informationen Formatierung über Cascading Style Sheets (CSS) XSL-Transformation in HTML (eventuell + CSS) einschließlich Verarbeitung XSL Formating Objects (XSL:FO) Reaktion von Browsern auf XML sehr unterschiedlich serverseitige Umwandlung in HTML als sicherster Weg XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 31 XML-Tools XML-Editor Erstellung und Bearbeitung von XML-Dokumenten Unterstützung des Markups Validierung XML-Parser Lesen, Validieren und Aufbereiten vom XML DOM strukturbetont SAX ereignisgesteuert XSL-Prozessor XML-Viewer (Browser) XML-Entwicklungsumgebungen XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 32

17 Einsatzmöglichkeiten von XML logische (und semantische) Strukturierung von Dokumenten Content Management / Publishing Dokumenten-Management Datenaustausch zwischen Anwendungen / Application Integration Web Services Datenintegration (Text, Formeln, Grafik, Anweisungen,...) XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 33 Content-Management verwandt dem Dokumentenmanagements Inhalte aus verschiedenen Quellen werden in einem (Web-)Dokument vereinigt dynamisch (Templates) kleingranular, strukturierter Content Quellen: Datenbanken, Content-Broker, Medien-Pools XML als geeignetes Ablageformat logisch strukturiert XPointer ermöglicht gezielten Zugriff Verarbeitung mittels XSL(T) XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 34

18 <Kapitelueberschrift> <Titel> <Autor> Der Zauberer Harry Potter Jugend Werk Metadaten Metadaten sind Daten über Daten Beispiele: Autor Dokumententitel Schlagworte Status-Informationen wichtig für das Managen und Finden von Dokumenten XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 35 Form von Metadaten HTML <META NAME="Author" Content="E. Schön"> XML oder SGML <Autor>E. Schön</Autor> Resource Description Framework (RDF) <DC:Creator>E. Schön</DC:Creator> Schlüsselbegriffe (hier: Name) mit Bedeutung (Autor des Dokumentes) Semantik? XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 36

19 Metadaten in XML Tags als (implizite) Metadaten <Autor>E. Schön</Autor> (fast) beliebig fein strukturierbare Dokumente mit entsprechend vielen Metadaten Probleme: aufwändige (z.t. manuelle) Auszeichnung Parsen des gesamten Dokumentes notwendig Eindeutigkeit der Tags, sprachabhängig ( XML Namespaces) vorteilhaft für Content-Management und EDI XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 37 Resource Description Framework (RDF) Vortrag_01 hat den Titel XML-Grundlagen Ressourcen durch URI gekennzeichnet Statement (Ressource, Property, Property Value) XML-Syntax (serialisiert) <rdf:description about="vortrag_01"> <DC:Title>XML-Grundlagen</DC:Title> </rdf:description> Bedeutung der Tags RDF Schema XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 38

20 Zusammenfassung XML zur logischen Strukturierung von Daten und Dokumenten Trennung von Layout und Struktur in gewissem Maß selbstbeschreibend (Metadaten) Metasprache zur Definition von domänenspezifischen Markup-Sprachen vielfältige Verarbeitungs- und Präsentationsmöglichkeiten breite Akzeptanz in der IT-Welt gut archivierbar und zukunftssicher XML Uni, 26. Febr XML-Grundlagen Folie 39