Geodaten: Modelle und Strukturen

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1 XML und Auszeichnungssprachen Dr. Sven-Henrik Kleber

2 IMPRESSUM Diese Publikation ist vom Universitätslehrgang "GEOGRAPHICAL INFORMATION SCIENCE & SYSTEMS" am Zentrum für Geoinformatik der Universität Salzburg herausgegeben. Für den Inhalt verantwortlich ist der Lehrgangsleiter, Univ.-Prof. Dr. Josef Strobl. Anschrift: Universität Salzburg Zentrum für Geoinformatik Hellbrunnerstraße 34, 5020 Salzburg, AUSTRIA Tel: , Fax: Für alle hier enthaltenen Materialien ohne ausdrücklichen anderweitigen Hinweis gilt Zentrums für Geoinformatik der Universität Salzburg. Studierenden werden individuelle Nutzungsrechte für Studienzwecke eingeräumt. Jegliche Weitergabe, Speicherung, Vervielfältigung und Übernahme auch von Teilen von UNIGIS-Materialien ist vorbehalten. Für die Verwendung außerhalb des Universitätslehrganges 'Geographical Information Science & Systems' ist eine entsprechende Lizenz erforderlich. Alle verwendeten Marken- und Firmenbezeichnungen dienen nur illustrativen und erläuternden Zwecken. Hinweise auf registrierte Handelsmarken u.ä. wurden im Text weggelassen, es darf aus deren Fehlen daher nicht auf die freie Verwendbarkeit von Produkt- und Firmenbezeichnungen geschlossen werden! UNIGIS und das UNIGIS-Logo sind eingetragene Markenzeichen des Zentrums für Geoinformatik, Universität Salzburg (Österreich) bzw. von UNIGIS.

3 EINLEITUNG XML (extensible Markup Language) ist nicht mehr nur in aller Munde, sondern bereits integraler Bestandteil vieler Applikationen. Der offene Standard vereinfacht den Austausch von Daten zwischen zentralen Anwendungen unabhängig von Plattform, Betriebssystem und Programmiersprachen - auch über Unternehmensgrenzen hinaus. XML und die darauf aufbauenden Dialekte finden sich in Dateiformaten, in Kommunikationsprotokollen wie SOAP oder in Konfigurationsdateien. Man könnte diese Liste wohl beliebig weiter führen. Kurz gesagt: XML sollte heute zum Handwerkszeug gehören. XML kann dieses weite Spektrum nur abdecken, weil es zwei wesentliche Eigenschaften hat: Es stellt nur wenige einfache Regeln auf, die allerdings komplexe Szenarien abbilden können. Wenn man sich dem Thema XML nähert, sind einige Hürden zu nehmen. Es gilt, Fachbegriffe und Konzepte zu lernen sowie mitunter auch relativ abstrakte Gedankengänge nachzuvollziehen.

4 Auszeichnungssprachen textbasierte Sprachen, die Dokumente mit zusätzlichen Tags ( Markierungen ) versehen anwendungsunabhängige Dateiformate mit umfangreichen Metainformationen <tag-name>ausgezeichneter Text</tag-name> dadurch zusätzliche Information (Metainformationen) Beispiel: Hypertext Markup Language (HTML) und Standard Generalized Markup Language (SGML)

5 Entwicklung 1969 wurde von Charles Goldfarb und zwei weiteren Kollegen bei IBM die Generalized Markup Language (GML) entwickelt 1980 Vorstellung von SGML (Standard Generalized Markup Language) durch das American National Standards Institute (ANSI) 1983 Empfehlung von SGML von der GCA (Graphic Communications Association) als nationaler Standard in den USA 1986 Einführung von SGML als internationaler Standard (ISO)

6 SGML: Beispiel Sieht so ähnlich aus wie XML Ermöglicht die Strukturierung von Dokumenten Keine speziellen Tags für das Layout

7 SGML: Vor- und Nachteile kombiniert Vorteile von Binärdateien mit Vorteilen von Textdateien beliebig erweiterbar erlaubt die Definition von konkreten Auszeichnungssprachen wie HTML sehr komplex: Spezifikation über 600 Seiten lang SGML-Parser schwierig zu implementieren

8 Weitere Entwicklung 1989 Entwicklung von HTML im CERN in Genf 1990 Beners-Lee entwickelt HTML, HTTP und URL. World Wide Web nimmt Betrieb mit zwei Maschinen am CERN auf 1994 HTML Version 2.0 unter Leitung des W3C als Standard verabschiedet 1996 XML Version 1.0 als Diskussionsvorschlag verabschiedet 1998 XML Version 1.0 als Standard vom W3C beschlossen 2000 XML 1.0, 2nd Edition (einschl. Namensräume) XHTML 1.0 (Reformulierung von HTML in XML) 2004 XML 1.1

9 Was ist XML? XML steht für extensible Markup Language und kann als eine Metasprache zur Definition von konkreten Auszeichnungen angesehen werden. extensible - erweiterbar Markup - zur Auszeichnung von Text Language - eine Struktur mit eigener Grammatik und Syntax

10 Wozu dient XML? Zur Beschreibung von Daten Unabhängig von Anwendung und Plattform Keine festgelegten Tags Autor kann die Struktur selbst festlegen Einfacher Texteditor für die Erstellung

11 Unterschiede XML und HTML XML ist eine Metasprache, HTML eine Beschreibungssprache XML strukturiert die Inhalte, nicht das Aussehen Mit XML werden eigene Dokumenttypen und eigene Tags definiert; XML ist somit beliebig erweiterbar Durch die inhaltliche Struktur ist eine logische Suche innerhalb der Dokumente möglich XML-Dokumente können nicht nur in einem Browser dargestellt, sondern durch Transformation nahezu in allen Medien verwendet werden; somit sind verschiedene Darstellungen der selben Daten möglich XML hat keine vorgegebenen Formatvorschläge XHTML 1.0 ist die Neuformulierung von HTML auf XML 1.0 Basis

12 Status Quo XML als universelles Austauschformat etabliert Interoperabilität wurde durch XML ermöglicht IT-Branche hat XML angenommen Import & Exportschnittstellen verwenden Datenformate auf XML- Basis

13 Bestandteile von XML XML 1.0 / 1.1 Namensräume (namespaces) Document Type Definitions (DTDs) XML-Schema (xsd) Extensible Stylesheet Language (xsl) Extensible Stylesheet Language Transformation (xslt) XPath Document Object Model (DOM)

14 Zusammenspiel der Bestandteile

15 XML Namensräume <atlas xmlns= > </atlas> <child-element> <subchild>...</subchild> </child-element> MSDN Webcast XML-Namespaces

16 Namensräume Sonnensystem : Elemente : <Saturn> <Luft> <Pluto> <Jupiter> <Feuer> <Wasser> Namensraum <Erde> qualifizierter Name <Erde> Namensraum < sonnensystem : erde > < elemente : erde > Namensraum-Präfix Lokaler Element- oder Attribut-Name

17 Einsatz von Namensraum-Präfixen <kommunalgis:leitung xmlns:kommunalgis= xmlns:gml= > <kommunalgis:bezeichnung>abwasser</ kommunalgis:bezeichnung> <gml:centerlineof> <gml:linestring> </gml:linestring> </gml:centerlineof> </kommunalgis:leitung> <gml:coordinates>10 5, 10 20, 100 3</gml:coordinates>

18 Document Type Definition Beispiel DTD für ein Kochrezept: <!ELEMENT kochrezept (zutatenliste, anweisungsfolge)> <!ELEMENT zutatenliste (zutat)+> <!ELEMENT zutat (#PCDATA)> <!ELEMENT anweisungsfolge (anweisung)*> <!ELEMENT anweisung (#PCDATA)> (Quelle: ) Lesen Sie Allgemeines zu DTDs unter: DTDs haben zwei gravierende Nachteile: lassen nur grobe Vorgaben zu und Sind keine XML-Dokumente.

19 XML Schema neuerer Ansatz des W3C XML Schema ist XML-basiert XML Schema ist mächtiger als der DTD-Ansatz, so daß die Struktur besser als mit DTDs definierbar ist Eine XML-Schema-Vorgabe heißt XML-Schema-Definition (XSD). MSDN Webcast XML-Schema Das Einbinden einer XSD in ein XML-Dokument erfordert: Definition des Namensraums des XML-Dokuments, Deklaration des Namensraums von XML Schema, (Präfix typischerweise xsi) Attribut xsi:schemalocation, das die Zuordnung zwischen dem Namensraum des XML-Dokumentes und der Schema Definition vornimmt.

20 Extensible Stylesheet Language (xsl) Beschreibt, wie Informationen des XML-Dokuments darzustellen sind Darstellung von XML-Dokumenten in einem Web-Browser erfolgt durch einen validierenden XML-Parser (MSXML.dll) Vorteil: Trennung von Daten und Präsentation; verschiedene Ansichten leicht realisierbar Dient der Transformation von XML-Dokumenten in andere Formate Umwandlung in andere Formate mit einem so genannten XSLT- Prozessor

21 Beispiel: XSL-Datei

22 Transformation mit XSL Erstellung eines XML-fähigen Ausgabedokuments

23 Transformation mit XSL FO =Formating Objects Für nicht XML-konforme Ausgaben, wie z.b. PDF Für komplexe Stylings (Seitenhöhe, Ausrichtung, ) Vorteil: Ein erstelltes Dokument kann in verschiedene Formate (PDF, HTML, etc) konvertiert werden

24 XPath Definiert die Struktur des XML-Dokuments als Baumstruktur zur Selektion von Daten Adressierung einzelner Teile eines XML-Dokumentes Ausdrucksweise / Formulierung nicht in XML Syntax: Orientierung an den Pfadangaben in URLs (Doppelpunkt / Backslash) Anwendung in XSLT: Auswahl eines Elementes oder mehrerer Elemente zur Transformation

25 Document Object Model (DOM) DOM ist eine baumorientierte Programmierschnittstelle (API) für den Zugriff auf XML- oder HTML Dokumente Aufbau des DOM-Baums bei Parsen als Abbild des XML- Dokumentes Die DOM-API bietet Werkzeuge für den Zugriff auf den Baum <TABLE> <TBODY> <TR> <TD>Shady Grove</TD> <TD>Aeolian</TD> </TR> <TR> <TD>Over the River, Charlie</TD> <TD>Dorian</TD> </TR> </TBODY> </TABLE>

26 Syntax: Aufbau eines XML Dokumentes XML Deklaration in der ersten Zeile <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> XML Version version="1.0" Zeichenkodierung encoding="utf-8"

27 Beispiele für ISO-Zeichensätze ISO Norm UTF-8 UTF-16 ISO ISO ISO ISO ISO Bedeutung des Zeichensatz internationaler Zeichensatz 8 Bit internationaler Zeichensatz 16 Bit ASCII Zeichensatz + Zeichen für alle westeuropäische Sprachen ASCII Zeichensatz + zentral und osteuropäische Sprachen ASCII + Zeichen für einige zusätzliche Sprachen darunter Deutsch, Esperanto ASCII + Zeichen für kyrillische Sprachen ASCII + Arabisch ISO ASCII + Griechisch ISO ASCII + nordische Sprachen

28 XML Elemente Elementbegrenzer Identifikator <nachricht> Hello World! </nachricht> Start-tag Elementinhalt End-tag Bei XML (im Gegensatz zu HTML) Groß- und Kleinbuchstaben unterschieden, d.h. die Identifikatoren Nachricht, nachricht und NACHRICHT entsprechen sich in XML nicht! Namen von Elementen und Attributen sind in XML "case sensitive!

29 Beispiel für ein XML-Element <atlas> <karte id="1"> </karte> </atlas> <titel>weltkarte</titel> <massstab> </massstab> <datum> </datum> <autor /> <inhalt>die Karte beinhaltet folgende Themen: </inhalt> <root> </root> <thema>staatsgrenzen</thema> <thema>gewässer</thema> <thema>haupstädte</thema> <child-element> <subchild>...</subchild> </child-element>

30 Baumstruktur des XML Beispiels element content mixed content empty content simple content

31 Attribute dienen der genaueren Beschreibung von Elementen Start-Tag Attributname Attributwert <karte id="1">... </karte> Attribute nur dann einsetzen, wenn ihr Inhalt nicht angezeigt werden soll. Attribute sind Metainformationen zum betreffenden Element.

32 Attribute Attribute dienen der näheren Beschreibung von Elementen müssen innerhalb des Start-Tags angeführt werden bestehen aus Namen und einem dazugehörigen Wert der Wert muss in Hochkommas angegeben werder müssen innerhalb des Elements eindeutig sein Es ist eine beliebige Anzahl von Attributen in einem Element möglich bei Festlegungen zur Struktur des Dokumentes ist zu überlegen, ob Attribute oder Child Elemente eingesetzt werden. Mit Attributen werden Eigenschaften oft eindeutiger, können jedoch nicht angezeigt werden mit Child-Elementen sind Unterstrukturen möglich, die je nach Belieben angezeigt oder nicht angezeigt werden können Faustregel: Elemente sollten Daten enthalten Attribute sollten Informationen zu diesen Daten liefern

33 Kommentare <!-- Dies ist ein Kommentar -->

34 XML Syntax: Wohlgeformte XML Dokumente Ein XML Dokument ist wohl geformt wenn, genau ein Wurzelelement existiert Alle Elemente ein Start- und ein End-Tag haben (Ausnahme: leere Elemente) Tags gleichgeschrieben sind -> case SeNsitivE Die Elemente richtig verschachtelt sind Die Attributwerte in Anführungszeichen stehen Bei der Validierung auf Wohlgeformtheit wird die Syntax des XML Dokumentes überprüft.

35 XML Validierung: gegen ein Schema Ein XML Dokument ist valid wenn, die Prüfung gegen Schemabeschreibungen keine Fehler ergab Mit DTD und XSD wird, vereinfach ausgedrückt, beschrieben, welche Elemente und Attribute im XML Dokument zulässig sind.

36 XML im Browser

37 Bekannte Markup-Sprachen MathML A calculus expression language OpenMath Another math language CML Chemical Markup Language WML Wireless Markup Language GML Geographical Markup Language SMIL Synchronized Multimedia Integration Language SVG Scalable Vector Graphics BML Bean markup language X3D Extensible 3D language XBRL Extensible Business Reporting Language BIPS Bank Internet Payments System ebxml Electronic Business XML Visa XML Invoice Specification cxml Commerce XML LegalXML NewsML Open ebook Publication Structure XUL Extensible User Interface Language

38 LITERATUR BEHME, H. und S. MINTERT, XML in der Praxis. Extensible Markup Language für Profis. [ONLINE]. WWW: GÖTTMANN, L., 2007, XML Einführungstutorial, XML Summer School 2007, (Wadham College, University of Oxford) Microsoft Developer Network, XML. [Online]. WWW: VONHOEGEN, H., Einstieg in XML: Grundlagen, Praxis, Referenzen. 4. Auflage. Bonn: Galileo Press WWW: W3 Schools, XML Tutorials. [Online]. WWW: World Wide Web Consortium, Extensible Markup Language (XML). [Online]. WWW:

39 XML RESOURCEN W3C Oasis Cover Pages xml.coverpages.org XML.org XML.com

40 ZUSAMMENFASSUNG XML steht für extensible Markup Language XML ist eine generische Auszeichnungssprache XML wurde entworfen, um Daten zu beschreiben XML Tags sind nicht vorgegeben. Man muss eigene Tags definieren Struktur eines XML-Dokuments: Deklaration Inhalt Elemente Attribute Text Kommentare Namensräume dienen zur Vermeidung von Namenskonflikten Wohlgeformtheit: Syntax entspricht der XML-Spezifikation

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