VU Semistrukturierte Daten 2. XQuery (Teil 2) Inhalt

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1 VU Semistrukturierte Daten 2 XQuery (Teil 2) Reinhard Pichler Inhalt Motivation / Einführung XQuery Datenmodell Ausdrücke (Expressions) Beispiele: relationale Datenbanken XQuery Moduln und Funktionsdefinitionen Built-in Funktionen XQuery XML-Syntax (XQueryX) 1

2 XQuery und relationale Daten Beispiele Motivation: Einfluss von SQL auf das Design von XQuery XQuery lässt sich auch auf relationale Daten (als Spezialfall von XML-Daten) anwenden In der VL: Illustration der Ähnlichkeit von FLWOR- Expressions und SELECT-FROM-WHERE-ORDER BY. Viele weitere Beispiele: XML Query Use Cases (non-normative) Use Case "R" - Access to Relational Data Working Draft: 3 Tabellen: buecher (buchnr, titel, autor, seiten, preis) leser (lesernr, nachname, vorname, geburtsdatum, wohnort) ausleihen (buchnr, lesernr, entlehndat, rueckdat) Darstellung in XML: 3 XML-Dateien: BUECHER.XML, LESER.XML, AUSLEIHEN.XML, z.b.: <buecher-tabelle> <buch> <buchnr>012</buchnr> <titel>the Adventures of Huckleberry Finn</titel> <autor>mark Twain</autor> <seiten>336</seiten> <preis>12.75</preis> </buch>... </buecher-tabelle> Beispiel-DB Rel-data 2

3 Einige typische SQL-Konstrukte Projektion Selektion Sortierung Join Sub-Select Gruppierung/Aggregat-Funktionen Rel-db1 Rel-db2 Rel-db3 Rel-db4 Rel-db5 Rel-db6 XQuery Moduln Moduln XQuery Modul: main module: Prolog + Body (= 1 Expression) library module: nur Prolog. => Deklaration von Funktionen und Variablen, die von anderen Moduln importiert werden können Prolog: Optional: Versionsdeklaration Module declaration: nur für library module Setters : setzen Eigenschaften (wie z.b. ordering mode) Namespace declarations, Module/Schema imports Variablen- / Funktionsdeklarationen Trennzeichen nach jeder Deklaration: ";" 3

4 Version / Module Declaration Version Declaration (optional), z.b.: xquery version "1.0"; xquery version "1.0" encoding "utf-8"; Module Declaration: nur für library module zur Definition eines target namespace (für alle exportierten Funktionen und Variablen), z.b.: module namespace math = " Setters (Beispiele) Base URI Declaration: Basis-URI für relative URIs z.b.: declare base-uri " Default Collation Declaration: Collation: = Menge von Regeln, die das Sortieren und Vergleichen von (Text-)Daten bestimmen. normalerweise: Unicode codepoint collation Eigene Recommendation: Character Model for the World Wide Web 1.0: Fundamentals Ordering Mode Declaration: Kann durch ordered / unordered Expression überschrieben werden. z.b.: declare ordering unordered; Empty Order Declaration: empty sequence am größten oder am kleinsten. z.b.: declare default order empty least; (:oder greatest:) 4

5 (Default) Namespace Declaration Namespace Declaration: Definiert ein Namespace prefix Zusätzlich zu den vordefinierten Prefixes: xml, xs, xsi, fn, xdt, local z.b.: declare namespace xx = " let $i := <zz:name xmlns:zz = " <zz:last>maier</zz:last> </zz:name> return $i/xx:last Default Namespace Declarations: Default element and type namespace declaration, z.b.: declare default element namespace " Default function namespace declaration, z.b.: declare default function namespace " Module-1 Schema Import: Schema / Module Import importiert element / attribute / type declarations z.b.: import schema namespace co=" at "e:\ssd2\lva1\bsp2\contact.xsd"; Module Import: Importiert variable / function declarations Importiert nicht die Importe des importierten Modules, d.h.: A importiert module B und B importiert schema/module C bedeutet nicht, dass A automatisch C importiert. z.b.: import module namespace math=" at "e:\ssd2\lva2\module-2\math.xquery"; 5

6 Variable / Function Declarations Variable Declaration: z.b.: declare variable $a := fn:doc("e:\ssd2\lva1\bsp1\buchbestand.xml"); Function Declaration: Funktionen müssen immer in einem Namespace liegen (notfalls der default function namespace) Beliebige Rekursion (auch von mehreren Funktionen) erlaubt Optionale Parameterliste, mit optionaler Parametertyp-Angabe optionale Result-Type Angabe ohne Typangabe (der Parameter bzw. des Resultats): default: item()* Module-2 XQuery Built-in Funktionen Funktionen XQuery 1.0 and XPath 2.0 Functions and Operators Working Draft: Namespaces: Die meisten Funktionen: mit Präfix fn Constructor Funktionen (für die built-in Types von XML Schema und von XQuery/XPath): mit Präfix xs mit Präfix xdt Fehler-Werte: mit Präfix err 6

7 Constructor Funktionen Für alle built-in Datentypen von XML-Schema und XPath/XQuery, z.b.: xs:string($arg as xdt:anyatomictype?) as xs:string? xs:decimal($arg as xdt:anyatomictype?) as xs:decimal? xdt:yearmonthduration($arg as xdt:anyatomictype?) as xdt:yearmonthduration? xdt:daytimeduration($arg as xdt:anyatomictype?) as xdt:daytimeduration? Auch für die user-defined atomaren Typen legt XPath/XQuery eine Constructor Funktion an, z.b.: my:hatsize($arg as xdt:anyatomictype) as my:hatsize Accessor Funktionen Erlauben Zugriff auf Knoteneigenschaften wie Name, string value, typed value. Funktionen (Auswahl): fn:node-name($arg as node()?) as xs:qname? liefert den Namen eines Knoten fn:string($arg as item()?) as xs:string liefert den string value eines Knoten fn:data($arg as item()*) as xdt:anyatomictype* liefert den typed value eines Knoten Beispiel: element {fn:node-name($e)} 2 * fn:data($e)} 7

8 Numerische Funktionen numeric Datentypen: xs:integer, xs:decimal, xs:float, xs:double Funktionen (Auswahl): fn:abs($arg as numeric?) as numeric? fn:ceiling($arg as numeric?) as numeric? fn:floor($arg as numeric?) as numeric? fn:round($arg as numeric?) as numeric? Beispiele: fn:abs(-10.5) (: 10.5 :) fn:ceiling(-10.5) (: -10 :) fn:floor(-10.5) (: -11 :) fn:round(2.4999) (: 2 :) fn:round(-2.5) (: -2 :) Collation: String Funktionen Regeln für Vergleich bzw. Sortierung von Strings Default-Verhalten: Vergleich der Unicode Codepoints (ohne Rücksicht auf die Sprache) Viele String-Funktionen erlauben die Angabe einer collation (mittels URI) bzw. verwenden die default collation (die in XQuery im Prolog definiert werden kann). Beispiele: fn:compare('abc', 'abc') (: 0 :) fn:compare('strasse', 'Straße')(: 0 falls ß = ss :) fn:contains('müller', 'elle') (: true falls ü = ue :) fn:ends-with('fluß', 's') (: true falls ß = ss :) 8

9 Funktionen (Auswahl): fn:compare($comparand1 as xs:string?, $comparand2 as xs:string?) as xs:integer? liefert -1, 0, 1 für comp1 <, =, > comp2 fn:concat($arg1 as xdt:anyatomictype?, $arg2 as xdt:anyatomictype?,...) as xs:string fn:substring($sourcestring as xs:string?, $startingloc as xs:double) as xs:string fn:substring($sourcestring as xs:string?, $startingloc as xs:double,$length as xs:double) as xs:string liefert substring der Länge round(length) ab Position round(startingloc); fn:string-length($arg as xs:string?) as xs:integer fn:upper-case($arg as xs:string?) as xs:string fn:lower-case($arg as xs:string?) as xs:string Funktionen (Auswahl): fn:contains($arg1 as xs:string?, $arg2 as xs:string?) as xs:boolean liefert true, wenn $arg2 in $arg1 enthalten ist. fn:starts-with($arg1 as xs:string?, $arg2 as xs:string?) as xs:boolean fn:ends-with($arg1 as xs:string?, $arg2 as xs:string?) as xs:boolean fn:substring-before($arg1 as xs:string?, $arg2 as xs:string?) as xs:string fn:substring-after($arg1 as xs:string?, $arg2 as xs:string?) as xs:string fn:matches($input as xs:string?, $pattern as xs:string) as xs:boolean $pattern ist eine regular expression, gegen die $input gematcht wird. fn:replace($input as xs:string?,$pattern as xs:string, $replacement as xs:string) as xs:string erstetzt in $input jeden (nicht überlappenden) Substring, der mit $pattern matcht, durch den String $replacement, z.b.: replace("abracadabra", "bra", "*") (: "a*cada*" :) 9

10 Boolean Funktionen Funktionen (wie XPath 1.0) : fn:true() as xs:boolean fn:false() as xs:boolean fn:not($arg as item()*) as xs:boolean Bemerkung: Die alten XPath 1.0 Constructor Funktionen fn:true() und fn:false() Entsprechen den neuen Funktionen xs:boolean("true") bzw. xs:boolean("false") Beispiele: fn:not(fn:true()) (: false :) fn:not("false") (: false!! :) Durations, Dates, Times XPath/XQuery bietet zahlreiche Funktionen für Dauer-, Datumsbzw. Zeitangabe, z.b.: component extraction functions : fn:years-from-duration (ebenso: months, days, hours, etc.) fn:year-from-datetime (ebenso: months, days, hours, etc.) fn:timezone-from-datetime etc. Außerdem sind die arithmetischen Operatoren und die Vergleichsoperatoren eq, ne, gt, ge, le, lt definiert (soweit eine sinnvolle Definition möglich ist), z.b.: $datum1 lt $datum2 $datum + $dauer $dauer * $integer 10

11 Funktionen (Auswahl): Node Funktionen fn:name($arg as node()?) as xs:string liefert den Knoten-Namen als String fn:local-name() as xs:string fn:namespace-uri() as xs:anyuri (vgl. XPath 1.0: namespace-uri plus local-name ergibt name) fn:lang($testlang as xs:string?, $node as node()) as xs:boolean entspricht $testlang der Sprache von $node (lt. xml:lang Attribut) fn:root($arg as node()?) as node()? liefert den root Knoten des XML-Baumes, in dem sich $arg befindet Sequence Funktionen Funktionen (Auswahl): fn:index-of($seqparam as xdt:anyatomictype*, $srchparam as xdt:anyatomictype) as xs:integer* liefert Sequence von Integern mit allen Positionen in $seqparam, an an denen $srchparam vorkommt. fn:index-of ((10, 20, 30, 40), 35) (: () :) fn:index-of ((10, 20, 30, 30, 20, 10), 20) (:(2, 5) :) fn:empty($arg as item()*) as xs:boolean fn:distinct-values($arg as xdt:anyatomictype*) as xdt:anyatomictype* fn:insert-before($target as item()*, $position as xs:integer, $inserts as item()*) as item()* fn:remove($target as item()*, $position as xs:integer) as item()* löscht das item an der Position $position aus der Sequence $target. 11

12 fn:reverse($arg as item()*) as item()* kehrt die Reihenfolge der items in $arg um fn:subsequence($sourceseq as item()*, $startingloc as xs:double) as item()* fn:subsequence($sourceseq as item()*, $startingloc as xs:double, $length as xs:double) as item()* liefert Teil-Folge (analog zu fn:substring) fn:unordered($sourceseq as item()*) as item()* liefert items von $sourceseq in bel. Reihenfolge (-> Optimierung) Funktionen, die die Länge der Sequence prüfen: fn:zero-or-one($arg as item()*) as item()? fn:one-or-more($arg as item()*) as item()+ fn:exactly-one($arg as item()*) as item() liefern entweder $arg zurück oder erzeugen einen Fehler fn:deep-equal($parameter1 as item()*, $parameter2 as item()*) as xs:boolean vergleicht die Items von 2 Sequences an den jeweiligen Position; atomic value und node (bzw. 2 versch. Arten von nodes) sind ungleich. Funktionen, um Sequences zu erzeugen Funktionen (Auswahl): Selektion von Elementen mit bestimmten ID-Attributwerten fn:id($arg as xs:string*) as element()* fn:id($arg as xs:string*, $node as node()) as element()* Es wird nur im XML-Dokument von $node nach IDs gesucht. Selektion von Elementen und Attributen mit bestimmten. IDREF-Werten: fn:idref($arg as xs:string*) as node()* fn:idref($arg as xs:string*, $node as node()) as node()* fn:doc($uri as xs:string?) as document-node()? fn:doc-available($uri as xs:string?) as xs:boolean 12

13 Funktionen: Aggregat-Funktionen fn:count($arg as item()*) as xs:integer Anzahl der Items in $arg fn:avg($arg as xdt:anyatomictype*) as xdt:anyatomictype? Durchschnitt der Werte der Items in $arg fn:max($arg as xdt:anyatomictype*) as xdt:anyatomictype? fn:min($arg as xdt:anyatomictype*) as xdt:anyatomictype? fn:sum($arg as xdt:anyatomictype*) as xdt:anyatomictype Kontext-Funktionen Erlauben Zugriff auf Informationen des dynamischen Kontexts Funktionen (Auswahl): fn:position() as xs:integer fn:last() as xs:integer fn:current-datetime() as xs:datetime fn:current-date() as xs:date fn:current-time() as xs:time 13

14 XQuery XML Syntax XQueryX XML Syntax for XQuery 1.0 (XQueryX) Working Draft: Ausgehend von der XQuery Grammatik soll letztlich automatisch eine XML Schema Definition für XQueryX erzeugt werden. Design-Entscheidungen für diese XSD: Wichtigste Datenstruktur: Menge von Typen, die den verschiedenen Arten von XQuery-Expressions entsprechen Ableitung aller Typen von einer abstrakten Basis-Klasse expr Definition eines Typs exprwrapper, der für eine beliebige Expression stehen kann. Dieser Typ exprwrapper wird in der XSD verwendet, um die Schachtelung von beliebigen Expressions zu modellieren. Beispiel Base Class / Wrapper Class in XML Schema: <! Base class --> <xsd:complextype name="expr"/> <xsd:element name="expr" type="expr"/> <!-- Simple wrapper class --> <xsd:complextype name="exprwrapper"> <xsd:sequence> <xsd:element ref="expr"/> </xsd:sequence> </xsd:complextype> Produktionsregel für FLWOR-Expressions: FLWORExpr ::= (ForClause LetClause)+ WhereClause? OrderByClause? "return" ExprSingle 14

15 XML Schema Typ für FLWOR-Expressions: <xsd:complextype name="flworexpr"> <xsd:complexcontent> <xsd:extension base="expr"> <xsd:sequence> <xsd:choice maxoccurs="unbounded"> <xsd:element ref="forclause"/> <xsd:element ref="letclause"/> </xsd:choice> <xsd:element name="whereclause" minoccurs="0"/> <xsd:element name="orderbyclause" minoccurs="0"/> <xsd:element name="returnclause"/> </xsd:sequence> </xsd:extension> </xsd:complexcontent> </xsd:complextype> XML Schema Typ für FOR-Clause: <xsd:element name="forclause"> <xsd:complextype> <xsd:sequence> <xsd:element ref="forclauseitem" maxoccurs="unbounded"/> </xsd:sequence> </xsd:complextype> </xsd:element> <xsd:element name="forclauseitem"> <xsd:complextype> <xsd:sequence> <xsd:element ref="typedvariablebinding"/> <xsd:element ref="positionalvariablebinding" minoccurs="0"/> <xsd:element name="forexpr" type="exprwrapper"/> </xsd:sequence> </xsd:complextype> XQueryX </xsd:element> 15

16 Übungsbeispiel 1 Erstellen Sie für die Dateien Buecher.xml, Leser.xml und Ausleihen.xml ein XQuery-Programm, das eine XML-Datei mit folgendem Inhalt erzeugt: Liste aller Wohnorte der Leser (in alphabetischer Reihenfolge) Zu jedem Wohnort werden lesernr und Nachname sämtlicher Leser (geordnet nach lesernr) ausgegeben. Zu jedem Leser werden buchnr und titel aller ausgeliehenen und noch nicht zurückgegebenen Bücher aufgelistet. Übungsbeispiel 2 Erstellen Sie für die Dateien Buecher.xml, Leser.xml und Ausleihen.xml ein XQuery-Programm, das eine XML-Datei mit folgendem Inhalt erzeugt: Liste aller Autoren (in alphabetischer Reihenfolge der Nachnamen) Zu jedem Autor wird folgende Information ausgegeben: Nachname Vorname Die Titel aller Bücher von diesem Autor Informationen über den Preis dieser Bücher: höchster Preis, niedrigster Preis, Durchschnittspreis. Anzahl der Leser, die eines dieser Bücher jemals ausgeliehen haben. 16