XML: Extensible Markup Language

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1 Materialien zur Vorlesung Dr. rer. nat. Harald Sack Sommersemester 2003 Universität Jena Namensräume und XML Schemata XLink, XPointer, XPath Was ist XML? HTML/CSS läst nicht die Definition eigener, strukturbeschreibender Markup-Tags zu Daher als Datenaustauschformat zwischen verschiedenen Anwendungen nur unzureichend geeignet SGML/DSSS ist zwar flexibel, aber zu allgemein und zu mächtig Metasprache zur Definition von Markup-Sprachen XML = Daten + Strukturinformation = semistrukturierte Daten Beschreibt die Struktur des Dokuments Beschreibt die Semantik der Elemente eines Dokuments Auszeichnungen ( Markups ) über Markup-Tags XML: auf den Einsatz im WWW hin spezialisierte Untermenge von SGML XML Sprachfamilie einfach zu lesen durch Menschen zu verarbeiten durch Maschinen zu generieren erweiterbar XML ist nur generische Syntax Zusatz-Standards nutzen diese Syntax Strukturbeschreibung: XML DTD / XML-Schema Layout/Darstellung: XSL (Extensible Style Language) XSLT:FO Objekt-Identifikation: XPath, XPointer, XQuery, XQL standardisiert weithin akzeptiertes Format Standard-Tools als Basiskomponenten für Applikationen Transformationen: Hyperlinks: XSLT (XSL Transformations) XLink, XPointer, XPath 1

2 XML Timeline Document Object Model DOM XLink, XPointer, XPath XML vs. HTML XML vs. HTML HTML <h1> North by Northwest </h1> <i>1959</i> - directed by Alfred Hitchcock <P> Cast: <ul> <li>cary Grant</li> <li>eve Marie Saint</li> <li>james Mason</li> </ul> </P> XML <movie> <title>north by Northwest</title> <cast> <director> Alfred Hitchcock</director> <actor> Cary Grant</actor> <actor> Eve Marie Saint</actor> <actor> James Mason</actor> </cast> <year> 1959</year> </movie> HTML XML HTML sagt Ihnen wie die Informationen aussehen sollen, aber XML sagt Ihnen was sie bedeuten. Quelle: Charles F. Goldfarb, The XML Handbook XML vs. HTML XML vs. HTML!"!"#$! "#$!"%& '%'( ) *$+, ) -"*%'+,# %!.,% ) /"*#%'+,0,", ) #'+, ) ""%'+,# %!.,% ) 1*"2%'+,0,", **$+, HTML unterstützt stets nur einen vordefinierten Dokumententyp XML erlaubt die Definition eigener Dokumenten-Typen über die Definition einer zugehörigen DTD (Document Type Definition) XSL Stylesheet XML-Dokument XML DTD XML Parser XML SGML-Deklaration Darstellung 2

3 XML- Dokument XML- Dokument <?xml version="1.0" encoding="iso "?> XML Deklaration <!DOCTYPE movie SYSTEM "Beispiel.dtd"> <movie> XML DTD <title>north by Northwest</title> <cast> XML Tags <director>alfred Hitchcock</director> <actor type= protagonist >Cary Grant</actor> XML Attribute <actor>eve Marie Saint</actor> <actor type= antagonist > James Mason </actor> </cast> <year> 1959</year> </movie> <title> <director> <movie> <cast> <actor> <year> North by Northwest 1959 Alfred Hitchcock type= protagonist Darstellung des XML-Dokuments als abstrakter Strukturbaum <actor> XML-Parser type= antagonist <actor> Cary Grant Eve Marie Saint James Mason XML Parser XML Parser DOM Domain Object Model objektmodellorientiert XML-Dokument als Baumstruktur: Jeder Knoten entspricht einem Objekt Jedes XML-Element kann beliebig viele Unter-Elemente besitzen Sehr flexibel, aber hoher Speicher-/CPU-Verbrauch SAX Simple API for XML ereignisorientiert liest XML-Dokument sequentiell ein behandelt XML-Elemente wie eintretende Ereignisse Event-Handler muß vom Entwickler selbst programmiert werden sehr schnell, geringer Speicheraufwand, aber kann XML-Dokument nur sequentiell verarbeiten (DTD) (DTD) Um syntaktische Korrektheit eines XML-Dokuments zu prüfen, ist keine DTD notwendig Wohlgeformtes (well formed) XML-Dokument XML-Elemente sind korrekt geschachtelt Jedes Start-Tag wird mit einem korrespondierenden Ende-Tag abgeschlossen Problem: Regeln, wie ein gleichartiges XML-Dokument erstellt werden kann, bleiben unbekannt Bedeutung (Semantik) der XML-Elemente bleibt verborgen (DTD) spezifiziert Regeln (Semantik), wie ein XML-Dokument zu erstellen bzw. zu interpretieren ist. Formale Grammatik für XML-Dokument Analog zur Datendefinition/Datenmodellierung Wird ein wohlgeformtes XML-Dokument zusätzlich positiv gegen eine zugehörige XML DTD geprüft, dann spricht man von einem validierten XML-Dokument 3

4 XML Namensräume XML Namensräume XML-Autoren definieren eigene XML Element-Typen (Tags) XML-Tags mit demselben Namen, aber unterschiedlicher Bedeutung und unterschiedlichen Attributen Ambiguität und Namenskonflikte XML Namensraum legt eindeutigen Kontext für XML Element-Typ fest definiert Namen, die jeweils bestimmter DTD zugeordnet werden benötigt keine formale Struktur Zerlegung komplexer Strukturen in handhabbare Teilbereiche Mischung verschiedener Namensräume Beispiel: (1) Deklaration: xmlns:buch = xmlns:artikel = (2) Verwendung: <buch:titel> </buch:titel> <artikel:titel> </artikel:titel> XML Schemata XML-DTDs werden in eigener (nicht XML-konformer) Syntax realisiert Extended Backus-Naur Form (EBNF) Spezieller Interpreter notwendig XML-DTDs unterstützen lediglich den Datentyp text XML-DTDs unterstützen nicht das Vererbungskonzept XML-Schema: XML-spezifische Sprachdefinition die auf XML-Syntax beruht XML Namensräume und XML-Schemata XLink, XPointer, XPath XML 1.0 Syntax XML 1.0 Syntax XML Syntax ist case-sensitiv 16 Bit Unicode 2.1 Kodierung Jedes XML-Dokument besteht aus: Prolog: Wie Header in HTML Angabe von Metainformationen über das Dokument Rumpf: Ein oder mehrere XML-Elemente, die verschachtelt werden können Epilog: Kommetare und Verarbeitungsanweisungen XML-Elemente bestehen aus Start-Tag und Ende-Tag <start-tag> </ende-tag> Ausnahme: leeres Element <leeres-tag/> 4

5 XML 1.0 Syntax Bestandteile der XML 1.0 Syntax: Text-Literale: Textliteral Character Data: Attribute: Entity-Referenzen: Jeglicher Text, der weder Teil des Markup, eines Elements oder Attributs ist <autor name= F. Schiller > Definition eines Platzhalters <!ENTITY copyright " "> Verarbeitungsanweisung: <?target anweisung?> Kommentare: <!--..kommentar.. --> CDATA-Blöcke: Einbettung von Text, der sonst als Markup interpretiert wird. <![CDATA[ textblock ]]> XML Prolog XML-Deklaration: <?xml version= 1.0 encoding= UTF-8 standalone= yes > version: encoding: standalone: obligatorische Versionsnummer UTF-8/16/32 yes/no (wird DTD benötigt?) XML Prolog XML-Referenzen: Angabe des verwendeten XML-DTDs Referenz auf externe Teilmenge (globale URI) <!DOCTYPE name SYSTEM URI > Referenz auf externe Teilmenge (lokales Dateisystem) <!DOCTYPE name PUBLIC lok. URI glob. URI > Auf interne Teilmenge: <!DOCTYPE name [DTD-Definitionen]> DTD legt fest: welche Elementtypen gibt es welchen Inhalt dürfen sie haben welche Attribute sind erlaubt welche Werte sie dürfen annehmen XML-Elementtyp: <!ELEMENT name (inhalt)> XML-Elementtyp: Elementinhalt <!ELEMENT Buch (Titel, Autor+, Kapitel+)> Sequenzen <!ELEMENT Kapitel (Überschrift, Einleitung?, Inhalt) > Alternativen <!ELEMENT Pause (Tee Kaffee, Zucker?, Kuchen*) > XML-Elementtyp - Schlüsselwörter: #PCDATA-Element: Parsed Character Data (erlaubt Schachtelung) <!ELEMENT Text (#PCDATA)> Leeres Element <!ELEMENT leereselement EMPTY> Beliebiger Inhalt <!ELEMENT Kommentar ANY> 5

6 XML-Attribute <!ATTLIST elementname attributname attributtyp vorgabewert > Attributtypen: CDATA <!ATTLIST Pause Dauer CDATA #FIXED 15min > ID <!ATTLIST Buch ISBN ID #REQUIRED> Attributtypen: NMTOKEN: Attributwert wird nicht als Text, sondern als Symbol behandelt <!ATTLIST Buch Zugriff NMTOKEN #REQUIRED> <Buch Zugriff= geheim > z.b: Koppelung an XML-Elementtyp Person <!ATTLIST Person Zugriffsrecht NMTOKEN #REQUIRED> <Person Zugriffsrecht= geheim > XML-Notation: Verknüpfung beliebiger binärer Formate mit XML-Dokument <!NOTATION jpg SYSTEM xv.exe > <!NOTATION gif SYSTEM xv.exe > XML-Entity: Definition von Ersetzungen und Platzhalter <!ENTITY %KuchenEinfach Hartkeks > <!ENTITY %KuchenSpezial Stachelbeertorte > Applikation xv.exe wird an binäre Datentypen jpg/gif geknüpft <!ATTLIST Photo (jpg gif)> <Photo typ= jpg > </Photo> Bedingte Deklarationen: <![INCLUDE[ ]]> einbinden <![IGNORE[ ]]> ignorieren Beispiel: Beispiel (zugehöriges XML-Dokument): <!ELEMENT Buch (Titel, Subtitel?, Autor+, Preis)> <!ATTLIST Buch ISBN ID #REQUIRED)> <!ELEMENT Titel (#PCDATA)> <!ELEMENT Subtitel (#PCDATA)> <!ELEMENT Autor (#PCDATA)> <!ELEMENT Preis (#PCDATA)> <!DOCTYPE Buch SYSTEM buch.dtd > <Buch ISBN= > <Titel>Duden</Titel> <Subtitel> Rechtschreibung der deutschen Sprache </Subtitel> <Autor>Dudenredaktion, Hrsg.</Autor> <Preis>10,95</Preis> </Buch> 6

7 XML Schemata Beispiel (im Vergleich zu DTD): <Schema > <element name= Buch > <attribut name= ISBN type= string > <type> <element name= Titel type= string /> <element name= Subtitel type= string minoccurs= 0 maxoccurs= 1 /> <element name= Autor type= string minoccurs= 0 maxoccurs= 7 /> <element name= Preis type= decimal /> </type> </element> </Schema> XML Namensräume und XML-Schemata XLink, XPointer, XPath XML dient der Strukturierung von Dokumenten im WWW Notwendigkeit der Definition von Hyperlinks zur Dokumentenverknüpfung im WWW XML Linking Language XLink Definition von XML-Hyperlinks HTML <A> -Element Unidirektionale Verknüpfung zwischen genau zwei Informationsressourcen Stets Bestandteil des Start-Dokuments Darstellung hängt von Browser ab XML Pointer Language XPointer und XPath Definition von Ankerpunkten in XML Dokumenten Definition von Dokumentenfragmenten <A HREF= > <A name= > XLink Simple Links Entspricht HTML-Hperlink Zusätzliche Attribute: typ / role / title / show / actuate <publications xmlns:xlink= http// xlink:href= publications.xml xlink:role= xlink:title= Veröffentlichungen xlink:show= new xlink:actuate= onrequest /> XLink Out-of-Line Links Realisierung von bidirektionalen n:m Linkbeziehungen Linkbasis ist nicht Bestandteil von Quell-/Zieldokument Quelldokumente Linkbasis Zieldokumente 7

8 XLink Out-of-Line Links Beispiel; Pizzaboden Mozarella Tomaten from from from Thunfisch to Pizza Tonno to Oliven to Basilikum XLink Out-of-Line Links <xlink:extended xmlns:xlink= http// xlink:role= xlink:title= Pizza Tonno > <xlink:locator href= Pizzaboden.xml role= title= Pizzaboden /> <xlink:locator <xlink:arc <xlink:extended\> href= Basilikum.xml role= title= Basilikum /> from= = to= = Show= new Actuate= onrequest /> XML Pointer Language XPointer Festlegung eines Sprungziels innerhalb eines Dokuments HTML: <A NAME= > Probleme von HTML-Ankern: Einfügen von Sprungzielen in schreibgeschützte Dokumente Es muß stets das gesamte Zieldokument übertragen werden XML Pointer Language XPointer Bsp.: URI#xpointer(ankerbeschreibung) <gedicht> <strophe ID= strophe1 > <zeile ID= zeile1 >Dreifach ist des Raumes Maß:</zeile> <zeile ID= zeile2 >Rastlos fort ohn Unterlaß</zeile <zeile ID= zeile3 >Strebt die Länge fort ins Weite,</zeile> <zeile ID= zeile4 >Endlos gießet sich die Breite,</zeile> <zeile ID= zeile5 >Grundlos senkt die Tiefe sich</zeile> </strophe> </gedicht> XPath Navigation innerhalb des abstrakten Dokumenten- Strukturbaumes gedicht.xml#child::gedicht[position()<3] Kontextknoten adressierte Knoten Child Descendant Parent Ancestor XML Namensräume und XML-Schemata XLink, XPointer, XPath 8

9 XML: Transformationen XML-Dokument ist hierarchisch strukturierte Informationssammlung vergleichbar mit hierarchischer oder relationaler Datenbank über Transformationen können XML-Dokumente für eine Vielzahl von Anwendungen nutzbar gemacht werden XML: Transformationen - XSL Extensible Style Language (XSL) zur Transformation von XML-Dokumenten ist in drei separate Sprachen aufgeteilt: XSLT Spezifikation der Transformationen XSL:FO Layout-Transformationen (Formatierung) mit XSLT XPath Zugriff auf XML-Strukturen Strukturelle Transformationen Filterung/Sortierung/Umformatierung für andere Anwendungen (XSLT) Dynamische Dokumente Oft interaktive Filterung /Reorganisation eines XML-Dokuments (XSLT) Darstellungstransformationen Layoutspezifische Transformation über Stylesheets (CSS) oder XSL:FO DSSSL CSS XSL XML: Transformationen - XSL XML Transformationen - XSL HTML Präsentationsregeln XSL- SW DTD XML XSL Strukturierte Information Strukturregeln XSL arbeitet auf dem abstrakten Strukturbaum des XML- Dokuments ( XPath) Ein XSL-Stylesheet besteht aus einer Sammlung von Transformationsregeln (Templates) Strukturbaum wird durchlaufen, für jeden Knoten wird passendes Template aus XSL-Stylesheet gesucht und angewendet WAP Präsentationsregeln XSL- SW XSL Strukturbaum + XSL- Stylesheet neues Dokument XML Transformationen - XSL XML Transformationen - XSL <xsl:template match = Suchabfrage name = Name priority = Prioritität > Template Instruktionen </xsl:template> <?xml version="1.0" encoding="iso "?> <!DOCTYPE movie SYSTEM "Beispiel.dtd"> <movie> <title>north by Northwest</title> <cast> <director>alfred Hitchcock</director> <actor type= protagonist >Cary Grant</actor> <actor>eve Marie Saint</actor> <actor type= antagonist > James Mason </actor> </cast> <year> 1959</year> </movie> XML-Dokument 9

10 XML Transformationen - XSL XML Transformationen - XSL <?xml version="1.0" encoding="iso "?> <xsl:stylesheet xmlns:xsl=" <xsl:template match="/"> <HTML> <HEAD> <TITLE> <xsl:value-of select="movie/titel" /> </TITLE> </HEAD> <BODY> <H1> <xsl:value-of select="movie/titel" /> </H1> <P> Darsteller: </P> <UL> <xsl:for-each select="movie/cast/actor"> <LI> <xsl:value-of /> </LI> </xsl:for-each> </UL> </HTML> </xsl:template> XSL-Stylesheet <HTML> <HEAD> <TITLE> North by Northwest </TITLE> </HEAD> <BODY> <H1> North by Northwest </H1> <P> Darsteller: </P> <UL> <LI> Cary Grant</LI> <LI> Eve Marie Saint</LI> <LI> James Mason</LI> </UL> </HTML> Ergebnis der XSL-Transformation XML- Derivate XML Namensräume und XML-Schemata XLink, XPointer, XPath Wireless Markup Language Teil des WAP-Standards (Wireless Access Protocol) Teilmenge von XHTML Webseite wird als Karteikartenstapel dargestellt <wml> <head> </head> <card> </card> <card> </card> </wml> XML- Derivate XML- Derivate Voice XML Zur telefonischen Ausgabe von XML-Dokumenten Scalable Vector Graphics (SVG) Kodierung von 2-dim Vektorgrafiken Vector Markup Language (VML) Hyper Graphics Markup Language (HGML) Grafikaufbereitung für mobile Endgeräte Synchronized Multimedia Integration Language (SMIL) Synchronisation von Multimedia-Datenströmen Mathematical Markup Language (MathML) 10

11 XML- Derivate Chemical Markup Language (CML) XML Namensräume und XML-Schemata XLink, XPointer, XPath 11