Schema

Schema

Schema简介
本章我们将用XML Schema文件对学生信息的XML文档进行约束，并加入老师的信息。实现了如下的功能：
  对每个“学生”元素都用一个编号属性唯一标识。且编号的值要类似“B001”，即第一个字符为大写字母，后面跟三个数字。约束“电子邮箱”为“[e-mail]”的形式。“老师”元素用一个编号属性唯一标识。且编号的值要类似“GB001”。
 Schema文件的部分内容如下：

 

对“年龄”元素和“身高”元素的值进行限制。即年龄必须是在26到18岁之间。身高必须在140.0cm到190.0cm之间。 代码如下：
<xs:simpleType name="age">
 <xs:restriction base="xs:int">
  <xs:maxExclusive value="26"></xs:maxExclusive>
  <xs:minExclusive value="18"></xs:minExclusive>
 </xs:restriction>
</xs:simpleType>
<xs:simpleType name="length">
 <xs:restriction base="xs:float">
  <xs:maxExclusive value="190.0"></xs:maxExclusive>
  <xs:minExclusive value="140.0"></xs:minExclusive>
 </xs:restriction>
</xs:simpleType>

Schema的诞生
XML在某些特殊的应用场合，对数据本身、数据的类型以及数据之间的联系都有一定的限制。这种限制不是由XML语法来规定的，而是在特殊的环境中所必须的一种限制。我们需要把这种限制用另外的方式表达出来，然后告诉用户和计算机。

Schema作为一种新的思想诞生了，Schema通常是一组为了描述某一类XML文档而定义好的一套规则。XML Schema与DTD一样，也是对某一类XML文档进行约束并确定其结构，包括对元素、属性、及数据类型的完整定义，及某个XML文档中所使用的元素、实体、元素的属性、元素与实体之间的关系的特殊约束。XML Schema最初是由微软提出并使用，后来在W3C的专家们充分讨论和论证的基础上，于1999年2月15日，W3C发布了一个需求定义，说明了新定义的Schema必须符合的要求。1999年5月6日，W3C完成并发布了Schema的定义。最终被确定成为一个标准。

Schema的优势
XML Schema文件使用XML语法，在其设计目的方面与DTD类似，但是在功能方面，XML Schema比DTD更完善，并且更容易扩展。相比DTD主要优势有以下几点：

 （1）一个XML Schema文件同时也是一个XML文档，

 （2）Schema定义了多种数据类型。在XML Schema文件中可以像在其他编程语言那样来定义数据类型，如整型、字符型、浮点型、布尔型、日期型等。

Schema的建立和使用

建立有效的Schema文件

 一个有效的Schema文件的结构如下：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
 <xs:schema xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"
 elementFormDefault="qualified" attributeFormDefault="unqualified">
  <!-- 这里编写内容 -->
 </xs:schema>

使用Xmlspy工具书写Schema
首先启动Xmlspy 2006企业版，然后点击菜单栏中的“文件”“新建”菜单项，打开“创建新文档”对话框，选择“xsd XML Schema file”文档类型，如下图：

点击“确定”按钮，进入文档编辑区，如下图：

内容编辑完成后，点击如图所示的工具栏中带黄色对勾（）的按钮验证文件格式，如果格式良好，将显示带黄色对勾（）的标记；反之，将显示带红色叉（X）的标记。点击图3-2所示的工具栏中带绿色对勾（）的按钮验证文件有效性，如果文件有效，将显示带绿色对勾（）的标记；反之，将显示带红色叉（X）的标记。

Schema简单类型元素

Schema类型的元素是Schema文件的根元素，每个Schema文件必须包含Schema类型的元素。Schema类型元素的属性有以下几种：

简单类型元素主要有： simpleType类型元素  element类型元素 attribute类型元素 enumeration类型元素 pattern类型元素 union类型元素 list类型元素

 simpleType类型元素
 simpleType类型用于定义一个简单类型的元素。

 simpleType类型的属性有“final”、“id”和“name”。“final”属性指出派生的类型，防止该simpleType元素的指定派生类型，该值可以包含一个列表，该列表是list、union或restriction元素的子集。如下：
<xs:simpleType>        <xs:restriction base="xs:positiveInteger">
  <!--  限制取值范围 -->      <xs:maxExclusive value="100"/>
 </xs:restriction>
</xs:simpleType>
xs:restriction :限制基类型元素

element类型元素
element用于定义一个普通的元素。一般格式如下：
<element name="name" type="string"></element>
<element name="age" type="int"></element>
<element name="address" type="string"></element>
element元素的属性有name、abstract、block、default、final、fixed、id、nillable、maxOccurs、minOccurs、substitutionGroup和type

name属性的值是该element元素的元素名。
type属性的值是该element元素的数据类型
ref属性的值必须指向一个全局元素。
maxOccurs属性的值是元素在其父元素中出现的最大次数，它的取值为大于0或等于0的数，在默认状态下为unbounded
minOccurs属性的值是元素在其父元素中出现的最小次数，它的取值为大于0或等于0的数，在默认状态下为1

attribute类型元素
attribute用于声明一个属性元素。如：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
 <xs:schema xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"
 elementFormDefault="qualified"
 attributeFormDefault="unqualified">
  <xs:attribute name="a"></xs:attribute>
 </xs:schema>
attribute主要有name、default、fixed、id、 ref、type、use几种属性
（1）Default：指该attribute类型元素的名称具有默认值；
（2）fixed：指该attribute类型元素的名称具有固定的值 ；
（3）use：指示如何使用该attribute类型元素。use属性的值必须是“optional”、“prohibited”、“required”中的一种。“optional”表示该属性可以是任何值，并且该属性是可选的；“prohibited”表示不能使用该属性；“required”表示该属性必须出现一次。在默认状态下use的值是“optional”。

enumeration类型元素
enumeration类型用于显示某个元素或属性的枚举。enumeration类型元素的属性有“id”和“value”，id属性标识该值在枚举列表中的位置，value表示该enumeration类型元素的值。如下：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
 <xs:schema xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"
 elementFormDefault="qualified" attributeFormDefault="unqualified">
    <xs:attribute name="address">
     <xs:simpleType>
    <xs:restriction base="xs:string">
     <xs:enumeration value="北京"/>
     <xs:enumeration value="上海"/>
    </xs:restriction>   
     </xs:simpleType>
    </xs:attribute>
 </xs:schema>

pattern类型元素
pattern类型主要用于对某个属性或元素的值进行约束，pattern类型的属性有“id”和“value”。“value”属性的值是被约束元素或属性的值的形式。如下：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
 <xs:schema xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"
 elementFormDefault="qualified" attributeFormDefault="unqualified">
  <xs:element name="id" type="mytype">
  </xs:element>
  <xs:simpleType name="mytype">
   <xs:restriction base="xs:string">
    <xs:pattern value="\d{3}-[A-Z]{2}"/>
   </xs:restriction>
  </xs:simpleType>
 </xs:schema>

union和list类型元素
list类型定义单个simpleType类型元素，而union类型定义多个simpleType类型元素。
list类型有“id”和“itemType”属性。

“itemType”属性是指在该元素中定义的内置数据类型或 simpleType元素的名称。包含list元素的simpleType元素是从“itemType”值指定的简单类型派生的。list值必须是限定名。对simpleType元素子级和“itemType”属性的使用是互相排斥的。

union类型有“id”和“memberTypes”属性。

“memberTypes”属性是指在该元素中定义的内置数据类型或simpleType元素的名称列表。包含union元素的simpleType元素是从“memberTypes”值指定的简单类型派生的。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
 <xs:schema xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"
 elementFormDefault="qualified" attributeFormDefault="unqualified">
  <xs:attribute name="id">
   <xs:simpleType>
    <xs:union memberTypes="first second" />
   </xs:simpleType>
  </xs:attribute> 
  <!--  第一个simpleType  --> 
  <xs:simpleType name="first">
   <xs:list itemType="second"></xs:list>
  </xs:simpleType>
  <!--  第二个simpleType  -->
  <xs:simpleType name="second">
   <xs:restriction base="xs:string">
    <xs:enumeration value="b001"/>
    <xs:enumeration value="b002"/>
   </xs:restriction>
  </xs:simpleType>
 </xs:schema>

Schema复杂类型元素

复杂类型是可以包含其他元素、属性和组的元素定义。 主要有以下几种：
sequence类型元素
complexType类型元素
choice类型元素
simpleContent类型元素
extension和restriction类型元素
group类型元素
attributeGroup类型元素

Schema的数据类型

简单数据类型
Schema定义了多种内置数据类型。我们在编写Schema文件时可以直接使用他们。内置数据类型又分为基本数据类型和派生数据类型。如下表所示：
简单数据类型
Schema定义了多种内置数据类型。我们在编写Schema文件时可以直接使用他们。内置数据类型又分为基本数据类型和派生数据类型。如下表所示：
string 表示字符串
boolean 表示布尔值
decimal 表示任意精度数字
float 表示单精度32位浮点数字
double 表示双精度64位浮点数字
duration 表示持续时间。duration的模式为PnYnMnDTnHnMnS
dateTime 表示时间的特定实例。模式是CCYY-MM-DDThh:mm:ss
time 表示每天重复的时间的实例，模式为hh:mm:ss.sss
date 表示日历日期。模式为CCYY-MM-DD
gYearMonth 表示特定公历年中的特定公历月
gYear 表示公历年
gDay 表示重复的公历日
gM onth 表示每年重复的公历月
hexBinary 表示任意十六进制编码的二进制数据
base64Binary 表示Base64编码的任意二进制数据
anyURI 表示按RFC 2396定义的URI
QName 表示限定名
NOTATION 表示NOTATION属性类型，QNames的集合

派生数据类型
由基本数据类型派生出来的数据类型有如下几种：
 ID：用于唯一标识元素
 IDREF：IDREF类型的含义和使用与DTD中的类似。
 IDREFS：IDREFS类型的含义和使用与DTD中的类似。
 ENTITY：实体类型，与DTD中的类似。
 ENTITIES：ENTITIES类型的含义和使用与DTD中的类似。
 NMTOKEN：NMTOKEN类型，与DTD中的类似。
 NMTOKENS：NMTOKENS类型集，与DTD中的类似。
 long：表示长整型数大小在-9223372036854775808和9223372036854775807之间
 int：表示整型数，大小在-2147483648和2147483647之间。
 short：表示短整型数，大小在-32768和32767之间。
 byte：表示整型数，大小在-128和127之间。
数据类型的属性
每种数据类型都有不同的属性，数据类型的属性主要包括以下几种：
 enumeration：在指定的数据项中选择，限定用户的选值。
 fractionDigits：限定最大的小数位，用于控制精度。
 length：指定数据的长度。
 maxExclusive：指定数据的最大值，不包含该最大值。
 maxInclusive：指定数据的最大值，包含该最大值。
 maxLength：指定长度的最大值，长度单位取决于数据类型。
 minExclusive：指定最小值，不包含该最小值。该值的数据类型必须与继承的数据类型相同。
 minInclusive：指定最小值，包含该最小值。
 minLength：指定最小长度。
 pattern：指定数据的显示规范。
用户自定义数据类型
用户在对数据类型进行自定义时，主要是通过simpleType定义，并通过simpleType元素的name属性值作为该自定义数据类型的名称。如下：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
 <xs:schema xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"
 elementFormDefault="qualified" attributeFormDefault="unqualified">
  <!-- 自定义类型mytype -->
  <xs:simpleType name="mytype">
   <xs:restriction base="xs:string">
    <xs:enumeration value="男"></xs:enumeration>
    <xs:enumeration value="女"></xs:enumeration>
   </xs:restriction>
  </xs:simpleType>
  <!--  使用自定义类型mytype -->
  <xs:element name="name" type="mytype"/>
 </xs:schema>
复杂数据类型
复杂数据类型的定义主要是通过complexType定义。并通过complexType元素的name属性值作为该自定义数据类型的名称。如下：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
 <xs:schema xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"
 elementFormDefault="qualified" attributeFormDefault="unqualified">
  <xs:element name="student"> 
   <xs:complexType>
    <xs:sequence>
       <xs:element name="address" type="mytype" >
     </xs:element>
    </xs:sequence>
   </xs:complexType>
  </xs:element>
  <!--  用complexType定义一个复杂数据类型mytype-->
  <xs:complexType name="mytype">
   <xs:sequence>
    <xs:element name="北京" type="xs:string"/>
    <xs:element name="上海" type="xs:string"/>
   </xs:sequence>
  </xs:complexType>
 </xs:schema>
用Schema约束XML文档
使用schema合理控制元素之间的关系

元素与元素之间存在着父子关系、包含关系、继承关系等，我们可以通过Schema中定义的各种类型元素来描述元素之间的关系。例如我们可以用complexType和sequence类型来描述父子关系、包含关系，用group类型来描述兄弟关系等。如下：
<!-- “Items”和“item”元素之间存在父子关系 -->
 <xs:complexType name="Items">
  <xs:sequence>
   <xs:element name="item" minOccurs="0"
   maxOccurs="unbounded">
   <!--“item”和“productName”元素之间存在父子关系-->
    <xs:complexType>
     <xs:sequence>
     <xs:element name="productName" type="xs:string"/>
     </xs:sequence>
    </xs:complexType>
   </xs:element>
  </xs:sequence>
 </xs:complexType>
使用schema文件对XML文档约束
在XML文档中使用已经编写好的schema文件的一般格式如下：
<class xmlns="http://tempuri.org/po.xsd"
 xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"  xsi:schemaLocation="http://tempuri.org/po.xsd test.xsd">
</class>
“class”表示根元素，其中xmlns:xsi是在文档中声明“XML 模式实例”名称空间，以授予对引用XML模式时需要的属性的访问权。当然，要添加前缀映射（xsi）和相关URL。xmlns是为所有没有前缀的元素提供缺省命名空间。
同时我们可以通过设置schemaLocation属性的值，让该文档应用多个schema文件。schemaLocation 属性如下：
<xsi:schemaLocation="http://tempuri.org/po.xsd D:\XML\Schema\test1.xsd
D:\XML\Schema\test2.xsd">
实践项目——<编写班级信息XML文档的XML Schema文件 >
程序的实现要求如下：
（1）使用Schema的内置数据类型和自定义数据类型来约束元素或属性的值。
（2）使用Schema简单类型元素和复杂类型元素来定义元素，以及描述个元素之间的关系。