Exkurs: Backus-Naur-Form (BNF) Document Type Definition (DTD) W3C XML Schema (XSD) RELAX NG. Diskussion

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1 J. Schneeberger Exkurs: Backus-Naur-Form (BNF) Document Type Definition (DTD) W3C XML Schema (XSD) RELAX NG Diskussion 2 1

2 Exkurs J. Schneeberger BNF steht für Backus-Naur-Form Die BNF dient dazu, eine Programmiersprache zu beschreiben Genauer: Die Syntax der Programmiersprache Die Syntax einer Programmiersprache legt fest, welche Programme korrekte Programme sind. Mit Hilfe einer Syntax, die selbst wieder formal aufgeschrieben ist, kann ein Programm erzeugt/verwendet werden, das die Korrektheit der (ersteren) Programme überprüfen kann. Solche Programme bezeichnet man als Parser. 4 2

3 Die BNF kennt folgende Meta-Symbole: ::= definiert oder < > zur Kennzeichnung von Symbol Namen Eine BNF Regel hat folgende Form: <nichtterminal> ::= Sequenz von terminalen Zeichenketten und nicht terminalen Symbolen getrennt durch 5 Erweiterungen der Meta-Symbole [... ] für optionale Teile {... } für Wiederholungen (beliebig oft, einschließlich gar nicht) Spezielle Schreibweisen von terminalen Symbolen 6 3

4 Document Type Definition J. Schneeberger DTD ist das Regelwerk, nach dem sich die Dokumente richten müssen: Welche Elementtypen das Dokument enthalten darf Welchen Inhalt die Elemente haben dürfen Welche Attribute erlaubt sind Welche Werte die Attribute annehmen können Wie die Elemente u. in welcher Reihenfolge die Elemente ineinander geschachtelt werden dürfen. 8 Welche speziellen Zeichen, d.h. Entities, verwendet werden können. 4

5 Eine DTD wird innerhalb eines XML-Dokuments über die Syntax direkt nach der Versionsangabe im XML-Prolog und vor dem eigentlichen Dokumentenbeginn definiert. Die DTD wird mit dem Schlüsselwort <! DOCTYPE...> eingeleitet. <?xml version="1.0" encoding="iso standalone="yes"?> <! DOCTYPE Musiksammlung [ <! -- Definition der einzelnen Element -- >] > <Musiksammlung>... </Musiksammlung> Die DTD muss so benannt werden wie das Hauptelement der XML Datei. 9 Elementtyp-Deklarationen legen die Namen der Unterelemente fest, die innerhalb der übergeordneten Elemente möglich sind. Elementgruppen Eine Elementgruppe ist ein XML-Element mit weiteren Unterelementen und wird in der DTD mit Hilfe des Schlüsselworts ELEMENT eingeleitet. Bsp.: <! ELEMENT Musiksammlung (Album) > Das Hauptelement ist Musiksammlung und besitzt als Unterelement Album. Doch innerhalb des Elements <Album> können sich weitere Unterelemente befinden, die ebenfalls definiert werden müssen. 10 5

6 ( ) Die Unterelemente werden generell in Klammern gesetzt. Mehrere Unterelemente werden durch Komma getrennt, gleichzeitig wird auch die Reihenfolge der Unterelemente festgelegt. Der senkrechte Strich ist der Oder-Operator. Man kann eines der angegebenen Unterelemente wählen. #PCDATA Der Inhalt des Elements kann aus beliebigen Zeichenketten bestehen. Bsp.: <! ELEMENT MUSIKSAMMLUNG (ALBUM) > <! ELEMENT ALBUM (AUTOR, (INTERPRET SAENGER SAENGERIN GRUPPE), TITEL, LIED) > 11 Ein einzelnes Element, das keine weiteren Unterelemente enthält, wird mit der Definition <! ELEMENT name (#PCDATA)> angegeben. Bsp.: <! ELEMENT AUTOR (#PCDATA)> <! ELEMENT GRUPPE (#PCDATA) > Jedes Unterelement und jedes Element, das über einen Oder- Operator verknüpft ist, muss in der DTD als Einzelelement definiert werden. 12 6

7 Ob ein Element einen Inhalt besitzen muss oder ob es mehrmals innerhalb des übergeordneten Elements vorkommen kann, bestimmt man mit Hilfe der nachfolgenden Zeichen zur Angabe der Häufigkeit.? Wird ein Fragezeichen hinter einer Elementbezeichnung angegeben, darf das Element weggelassen oder nur einmal angegeben werden. * Eines mit Stern gekennzeichnetes Element kann beliebig oft angewendet oder ganz weggelassen werden. + Beliebig oft viele Elemente können eingefügt werden, jedoch mindestens einmal muss es vorkommen. Gibt man kein Zeichen an, muss das Element genau einmal des übergeordneten Elements verwendet werden. 13 Beispiel <! ELEMENT MUSIKSAMMLUNG (ALBUM+) > <! ELEMENT ALBUM (AUTOR, (INTERPRET SAENGER SAENGERIN GRUPPE), TITEL, LIED*) > 14 7

8 Inhaltsmodelle mit EMPTY und ANY: In HTML gibt es Elemente ohne einen Inhalt. Dies sind Elemente, die kein Ende- Tag benötigen und als leere Elemente bezeichnet werden. In der DTD eines XML- Dokuments werden die Elemente ohne einen Inhalt mit dem Schlüsselwort EMTPY definiert. Bsp.: <! ELEMENT name EMPTY > Das Schlüsselwort ANY gibt an, dass ein Element mit diesem Inhaltsmodell jedes andere Element der DTD beinhalten kann auch sich selbst. Es wird jedoch selten angewendet. Bsp.: <! ELEMENT name ANY > 15 Wenn man eine Dokumenttyp-Definition für mehrere XML- Dokumente verwenden möchte, sodass jede XML- Datei darauf zugreifen kann, empfiehlt es sich, diese als externe Datei auszulagern. Statt also die Definition des Dokuments immer wieder in allen Dokumenten festzulegen, kann eine zentrale Datei angelegt werden. Ändert man die Definition eines Elements in der externen DTD, so wirkt sich diese Änderung auch in allen anderen XML - Dokumenten aus, in denen die DTD eingebunden ist. 16 8

9 Das Einbinden einer externen Teilmenge in ein XML- Dokument erfolgt über das Schlüsselwort SYSTEM. Beispiel: <! DOCTYPE name SYSTEM extern.dtd > Der XML- Prolog muss um die Angabe standalone= no erweitert werden, um das verarbeitende Programm zu informieren, dass externe Dokumenttyp-Definition geladen werden müssen. Bsp.: <?xml version= 1.0 encoding= ISO standalone= no? > 17 Ein wohlgeformtes XML- Dokument muss aus einem Prolog und mindestens einem Element bestehen. In einem gültigen Dokument (engl. valid document ) müssen zusätzlich die folgenden Kriterien erfüllt sein: interne oder externe Dokumenttyp-Definition Das Dokument muss sich an die Regeln der DTD halten. Es dürfen nur die in der DTD definierten Elemente innerhalb des Dokuments benutzt werden. Alle notwendigen Attribute müssen verwendet werden. Die Werte der Attribute müssen gültig sein. 18 Alle Inhalte der Elemente müssen den festgelegten Datentypen entsprechen. 9

10 Attribute werden verwendet, um Elemente besser zu spezifizieren. Eine Attributlisten-Definition in einer DTD hat folgende Eigenschaften: Sie kann zu einer speziellen Interpretation durch eine Anwendung dienen. Sie legt fest, welchem Element bestimmte Attribute zugewiesen werden können. Es wird der Typ eines Attributs und die möglichen Werte beschrieben. Sie können eine bestimmte Voreinstellung eines Attributs erzeugen. Schlüsselwort ATTLIST, Bsp.: <! ATTLIST Element AttributName (Attributtyp) > 19 CDATA-Attribute sind die am häufigsten verwendeten Attributtypen. Deren Inhalte können, wie #PCDATA in Elementen, aus beliebigen Zeichenfolgen bestehen. NMTOKEN und NMTOKENS: Sie schränken die erlaubten Zeichen auf Buchstaben, Ziffern und die Zeichen (. : - _ ) ein. Weder Leerzeichen noch andere Zeichen sind zulässig. Mit der Pluralform NMTOKENS lassen sich mehrere Eigenschaften festlegen

11 ID (eindeutiger Identifier): Attribut, das dem Element eine eindeutige Bezeichnung gibt. Bsp.: <! ATTLIST PERSON kennung ID >... < PERSON kennung= P > Mariola Muster < /PERSON > IDREF und IDREFS: Dieser Attributtyp verweist auf ein Element, das zuvor mit Hilfe des Attributtyps ID eindeutig bestimmt wurde. Es kann also nur angewendet werden, wenn ein Element mit der entsprechenden Referenz-ID vorhanden ist. Somit können Verknüpfungen zw. Daten hergestellt werden. Zusätzlich muss angegeben werden, ob es sich um eine notwendige Angabe (#REQUIRED) oder um eine mögliche Angabe (#IMPLIED) handelt. Bsp.: <! ATTLIST PERSON kennung ID #REQUIRED > 21 <! ATTLIST PERSON verwandt IDREF #IMPLIED > ENTITY und ENTITIES: Dieser Attributtyp kann auf andere Dateien und Objekte verweisen. Die Syntax für die Deklaration eines Entity-Attributs in einer externen DTD lautet: <! ATTLIST ElementName AttributName ENTITY > NOTATION und NOTATIONS: Sie werden eingesetzt, um auf externe Informationen zuzugreifen. Bsp.: <! ATTLIST ElementName AttributName (Vorgaben) NOTATION > 22 11

12 Allgemeine Entities (Platzhalter) stellen Sonderzeichen mit Hilfe von Bezeichnungen dar. Jeder Entity- Verweis beginnt mit dem UND- Zeichen &, gefolgt von der Bezeichnung des Sonderzeichens und umschlossen mit dem Semikolon ;. Das Schlüsselwort für das Festlegen eines Platzhalters ist ENTITY. In XML können statt der Sonderzeichen auch Abkürzungen für lange und häufig eingesetzte Zeichenfolgen in den Inhalt eines Elements festgelegt werden. Statt also immer einen bestimmten Text erneut anzugeben, können Abkürzungen verwendet werden. Bsp.: <! ENTITY mm Max Müller > < PERSON >&mm;</person> 23 Parameter-Entities können als Platzhalter innerhalb einer DTD betrachtet werden. Sie werden angewendet, wenn innerhalb von Elementlisten häufig gleiche Zeichenketten wiederkehren. Außerdem können mit Hilfe von Parameter-Entities Elementlisten als Abkürzung definiert und später abgerufen werden. Im Unterschied zur allgemeinen Entity wird bei der Parameter-Entity vorne ein Prozentzeichen % eingefügt und am Ende gewohnt das Semikolon ; 24 Bsp.: <! ENTITY % umschreibung wiederkehrende Elementlisten > Einbinden über: %umschreibung ; 12

13 Eine weitere Möglichkeit, Entities zu definieren, ist der Verweis auf bestehende XML-Dateien oder binäre Dateien, wie Bilder, Dokumente, Musikdateien usw. Bsp.: <! ENTITY abkuerzung SYSTEM Dateiname NDATA Binärtyp > <! ENTITY pngdatei SYSTEM abc123.pgn NDATA png > Mit dem Schlüsselwort SYSTEM wird beispielsweise die Adresse bestimmter Anwendungsprogramme angegeben. 25 Mit SYSTEM kann man die Adresse bestimmter Anwendungsprogramme angeben, öffentlich zugängliche Definitionen können auch über das Schlüsselwort PUBLIC kenntlich gemacht werden. Bsp.: <! NOTATION abkuerzung SYSTEM Verweis oder Datentyp > Angewendetes Bsp.: <! NOTATION tif SYSTEM > 26 13

14 ä deutscher Umlaut &auml ; Ä deutscher Umlaut &Auml ; ö deutscher Umlaut &ouml ; Ü deutscher Umlaut &Uuml ; ü deutscher Umlaut &uuml ; ß deutsches Sonderzeichen &szlig ; Euro- Zeichen &euro ; Paragraf-Zeichen &sect ; ¼ ein Viertel &frac14 ; 27 Mischen von DTDs ist nicht einfach Beispiel für eine DTD, die mehrere andere DTDs zusammenführt (XHTML+MathML+SVG mit Namespaces): Einfacher: DTDs zusammenkopieren und Namespaces dazufügen 28 14

15 Zusammenführen ist nicht-triviales Problem Sehr grobe Typenklassen Keine Zahlen Keine Booleschen Werte Keine Zeitangaben... Daher als Basis für Datenaustausch zwischen Softwaresystemen nur sehr bedingt brauchbar 29 DTD Nachteile Keine XML Syntax Keine Namespaces Beschränkte Typisierung von Daten DTD Vorteile weit verbreitet viele DTDs existieren verbreitete Expertise Kompliziert zu erweitern XML Schema behebt diese Schweirigkeiten 30 15

16 J. Schneeberger Objekt-orientierte Typ-Deklarationen für XML-Dokumente Basistypen Kompositionsmechanismen Mechanismen zur eigenen Spezifikation abgeleiteter Typen (Typenhierarchien) String-Muster zur Definition von abgeleiteten Basis-Typen XML Schema verwendet XML zur Spezifikation 32 XML Schemas sind erweiterbar 16

17 <?xml version= 1.0 > <xs:schema xmlns:xs=" xmlns= > <xs:element name= rootelement >... </xs:element>... </xs:schema> Definiert komplexen Datentyp Gilt für sämtliche XML-Dokumente mit angegebenem Namespace (mit allen Unterelementen) 33 Definiert standardisierten Namespace-Bezeichner 34 <?xml version="1.0"?> <xs:schema xmlns:xs=" targetnamespace=" xmlns=" elementformdefault="qualified"> <xs:element name="note"> <xs:complextype> <xs:sequence> <xs:element name="to" type="xs:string"/> <xs:element name="from" type="xs:string"/> <xs:element name="heading" type="xs:string"/> <xs:element name="body" type="xs:string"/> </xs:sequence> </xs:complextype> </xs:element> </xs:schema> 17

18 xs:type xs:string Eine Zeichenkette xs:decimal xs:integer 0 xs:boolean true / false <xs:element name= elem type= xs:typ default= wert fixed= wert /> <xs:attribute name= attrib type= xs:type default= wert fixed= wert use= required /> xs:datetime 35 xs:anyuri Definiert einen abgeleiteten Typ durch Ausfiltern erlaubter Werte aus dem Basistyp <xs:mininclusive value= wert /> <xs:maxexclusive value= wert /> <xs:enumeration value= wert /> wiederholt zu verwenden <xs:pattern value= p /> reguläre Ausdrücke [0-9a-f], (a)*, (b)+, (a b c), \s, \w, \d 36 <xs:length value= n /> <xs:whitspace value=. /> preserve/replace/collapse <xs:simpletype name= typ > <xs:restriction base= typ >... </xs:restriction> </xs:simpletype> 18

19 xs:string xs:normalizedstring xs:token Restrictions: xs:enumeration xs:minlength, xs:maxlength xs:whitespace xs:length xs:pattern xs:decimal xs:integer (positive/negative) xs:short xs:long xs:int xs:byt (unsigned) xs:enumeration totaldigits, fractiondigits,... xs:float 37 xs:double xs:date xs:datetime :00 xs:gday (----27) 38 = Datum MEZ xs:time 11:11:00 11:11:00-01:00 Zeit MEZ xs:duration P13Y2M20D -PT1H30M10S xs:gmonth (--10--) xs:gyear (2003) xs:gyearmonth xs:language xs:hexbinary 19

20 <xs:element name= elem > <xs:complextype mixed= true >... </xs:complextype> </xs:element> minoccurs=0 maxoccurs=unbounded <xs:attribute name= attrib type= xs:typ /> 39 <xs:simplecontent> <xs:extension base= xs:string > <xs:attribute name= attrib type= xs:typ /> </xs:extension> </xs:simplecontent> Verwendung in einem XML-Dokument <rootelement xmlns= root-namespace-uri xmlns:xsi= ' xsi:schemalocation= schemadefinitionfile >... </rootelement> 40 <rootelement xmlns:xsi= ' xsi:nonamespaceschemalocation= schemadeffile >... </rootelement> 20

21 <xs:sequence> <xs:element.../>... </xs:sequence> <xs:choice>... </xs:choice> <xs:all>... </xs:all> <xs:group name= gruppe >... </xs:group> <xs:group ref= gruppe /> <xs:attributegroup name= attributgruppe >... </xs:attributegroup> <xs:attributegroup ref= attributgruppe /> 41 <xs:any/> 21

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