Язык XML. Язык запросов X-Query

Помимо последовательностей в  запросной модели данных определяется специальное значение, называемое значением ошибки (error value), которое является результатом вычисления выражения, содержащего ошибку. Значение ошибки не может присутствовать в последовательности вместе с каким-либо другим значением.

Входные XML-документы могут быть преобразованы в запросную модель данных с помощью процесса, называемого проверкой корректности по схеме (schema validation). Этот процесс выполняет грамматический разбор документа, проверяет его корректность в соответствии с некоторой схемой и представляет документ в виде иерархии узлов и атомарных значений, помеченных типом полученным из схемы. Если входной документ не имеет схемы, проверка его корректности выполняется в соответствии с используемой по умолчанию рекомендательной схемой, которая присваивает родовые типы — узлы маркируются как anyType, а атомарные величины — как anySimpleType.

Результат запроса может быть преобразован из запросной модели данных запросов в XML-представление с помощью процесса, называемого сериализацией (serialization). Следует отметить, что результат запроса не всегда является правильно построенным XML-документом. Например, запрос может возвращать атомарное значение или последовательность элементов, не имеющих общего предка.

Иллюстрация  запросной модели

Чтобы проиллюстрировать запросную модель данных и обеспечить основу для последующих примеров, рассмотрим небольшую базу данных, содержащую данные интерактивного аукциона. Эта база данных содержит два XML-документа с именами items.xml и bids.xml.

Документ items.xml содержит корневой элемент с именем items, который, в свою очередь, содержит элемент item для каждого из товаров, предложенных к продаже на аукционе. Каждый элемент item имеет атрибут status и подэлементы с именами itemno, seller, description, reserve-price и end-date. Элемент reserve-price указывает минимальную продажную цену, установленную владельцем товара, а end-date определяет дату окончания торгов.

Документ bids.xml содержит корневой элемент  с именем bids, который, в свою очередь, содержит элемент bid для каждой ставки, которая предлагается за товар. Каждый элемент bid имеет подэлементы с именами itemno, bidder, bid-amount и bid-date.

Рис. 1. Представление модели данных из items.xml

 

На рис. 1 и 2 показаны модельные  представления документов items.xml и bids.xml соответственно (включающие только образцы товара и ставки). Круги, помеченные буквами D, E, A и T, обозначают узлы документов, элементов, атрибутов и тестов соответственно.

 

Рис. 2. Представление  модели данных из bids.xml

Выражения XQuery

Основы

Подобно XML и XPath, в XQuery различаются  прописные и строчные буквы, а  все ключевые слова состоят из строчных букв. Символы, заключенные  между «{—» и «—}» считаются комментариями и при обработке запроса игнорируются (конечно, кроме тех случаев, когда они входят в строку, заключенную в кавычки, и считаются частью этой строки).

Простейший вид выражения XQuery —  литерал (literal), который представляет атомарное значение.

Атомарные значения других типов могут  создаваться путем вызова конструкторов. Конструктор (constructor) представляет собой  функцию, которая создает значение определенного типа на основе строки, содержащей лексическое представление  значения этого типа. В общем случае конструктор имеет то же имя, что и тип, значения которого он конструирует. Ниже конструктор используется для создания значения типа date.

date(«2002-5-31»)

Переменная (variable) в XQuery — имя, начинающееся со знака доллара. Переменная может быть связана со значением и использоваться в выражении для представления этого значения. Один из способов связывания переменной состоит в использовании выражения LET, которое связывает одну или несколько переменных, а затем вычисляет внутреннее выражение. Значение выражения LET — результат вычисления внутреннего выражения со связанными переменными. Следующий пример иллюстрирует выражение LET, которое возвращает последовательность 1, 2, 3.

let $start := 1, $stop := 3

return $start to $stop

Выражение LET — частный случай выражения FLWR (for, let, where, return), которое обеспечивает дополнительные способы связывания переменных.

Выражения пути

Выражения пути в XQuery базируются на синтаксисе XPath. Выражение пути состоит из серии  шагов, разделенных символом слэша («/»). Результат каждого шага — последовательность узлов. Значение выражения пути — последовательность узлов, которая формируется на последнем шаге.

Каждый шаг вычисляется в  контексте некоторого узла, называемого  контекстным узлом (context node). В общем случае шаг может быть любым выражением, возвращающим последовательность узлов. Один из важных видов шага, называемый осевым шагом (axis step), можно считать перемещением от контекстного узла по иерархии узлов в некотором направлении, называемом осью (axis). При перемещении по указанной оси осевой шаг выбирает узлы, которые удовлетворяют критерию выбора. Критерий выбора может выбирать узлы на основе их имен, положения по отношению к контекстному узлу или предикату, базирующемуся на значении узла. В XPath определяются 13 осей, и часть из них или все будут поддерживаться и в XQuery. Пока планируется реализовать в XQuery поддержку шести осей: child, descendant, parent, attribute, self и descendant-or-self.

Выражения пути могут быть записаны в полном или в сокращенном синтаксисе. Полный синтаксис для осевого шага предусматривает указание оси и критерия выбора, разделенных парой двоеточий. Q1 иллюстрирует четырехшаговое выражение пути, оформленное в полном синтаксисе. На первом шаге вызывается встроенная функция document, которая возвращает узел-документ документа items.xml. Второй шаг — осевой шаг, который находит всех потомков узла-документа («*» выбирает все узлы на данной оси; в данном случае будет выбран единственный узел-элемент с именем items). Третий шаг снова выполняет поиск вдоль оси child, чтобы найти на следующем уровне все элементы-потомки с именем item, которые, в свою очередь, имеют потомков с именем seller и значением «Smith». Результатом третьего шага является последовательность узлов-элементов item. Каждый из этих узлов item служит контекстным узлом для четвертого шага, который опять предусматривает поиск по оси child элементов description, являющихся потомками данного item. Окончательный результат выражения пути — результат четвертого шага: последовательность узлов-элементов description, перечисленных в порядке документа.

(Q1) Перечислить описания всех  товаров, предлагаемых к продаже  Смитом.

document("items.xml")/child::*

/child::item [child::seller = "Smith"]

/child::description

На практике, выражения пути часто  записываются с помощью сокращенного синтаксиса. Пожалуй, наиболее важным является то, что спецификатор оси  может быть пропущен в том случае, когда используется ось child. Поскольку child является наиболее часто используемой осью, такое сокращение помогает сократить длину многих выражений пути. К примеру, Q1 можно сократить следующим образом:

document("items.xml")

/*/item[seller = "Smith"]/description

Разделение двух шагов двойным, а не одинарным слэшем означает, что второй шаг может выполнять поиск в нескольких уровнях иерархии, используя для этого ось descendants, а не одноуровневую ось child. Так, Q2 выполняет поиск элементов description, которые являются потомками (необязательно прямыми) корневого узла данного документа. Результат Q2 — это последовательность узлов-элементов, которые могут, в принципе, быть найдены на различных уровнях иерархии узлов (хотя в нашем примере все узлы description находятся на одном и том же уровне).

(Q2) Перечислить все элементы  описания товаров, имеющиеся в документе items.xml.

document(«items.xml»)//description

В выражении пути одинарная точка («.») указывает на контекстный узел, а две последовательные точки («..») — на предка контекстного узла. Эти  нотации представляют собой сокращенное  указание осей self и axes соответственно. Имена, присутствующие в выражениях пути, как правило, интерпретируются как имена узлов-элементов, однако если имя имеет префикс «@», оно интерпретируется как имя узла-атрибута. Это сокращение для шага, который выполняет поиск вдоль оси attribute. Эти аббревиатуры иллюстрируются в Q3, где поиск начинается с узла, связанного с переменной $description, вдоль оси parent к родительскому узлу item, а затем — вдоль оси attribute в поисках атрибута с именем status. Результатом Q3 является единственный узел-атрибут.

(Q3) Найти атрибут статуса для  товара, который является предком  данного описания товара.

 

$description/../@status

Предикаты

 В XQuery предикат (predicate) — это  заключенное в квадратные скобки выражение, которое используется для фильтрации последовательности значений. Предикаты часто применяются в шагах выражения пути. Например, в шаге item[seller = «Smith»] фраза seller = «Smith» — это предикат, который применяется для выбора определенных узлов item и отбрасывания остальных. Будем называть объекты последовательности, фильтруемые с помощью предиката, объектами-кандидатами. Предикат вычисляется для каждого объекта-кандидата с использованием этого объекта-кандидата в качестве контекстного объекта для вычисления выражения предиката. Термин «контекстный объект» — это обобщение термина «контекстный узел», и ему может соответствовать как узел, так и атомарное значение. В предикатном выражении одинарная точка («.») обозначает контекстный объект. Каждый объект-кандидат выбирается или отвергается в соответствии со следующими правилами.

Если в результате вычисления предикатного выражения получается булевское  значение, то объект-кандидат выбирается в том случае, если значение предикатного выражение равно true. Этот тип предиката иллюстрируется в примере, где выбираются узлы item, имеющие узел-потомок reserve-price, чье значение больше 1000:

item [reserve-price > 1000]

Если результатом вычисления предикатного выражения является число, то объект-кандидат выбирается в том случае, если его порядковый номер в списке объектов-кандидатов равен этому числу. Такой тип предиката представлен в примере, где выбирается пятый узел item по оси child:

item [5]

Если в результате вычисления предикатного выражения получается пустая последовательность, объект-кандидат отвергается. Однако если результат вычисления предикатного выражения представляет собой последовательность, содержащую хотя бы один узел, объект-кандидат выбирается. Такая форма предиката может применяться для проверки существования узла-потомка, удовлетворяющего некоторому условию. Это иллюстрирует пример, где выбираются узлы item, у которых имеется узел-потомок reserve-price, вне зависимости от его значения:

item [reserve-price]

Внутри предикатов часто используется несколько видов операций и функций.

Операции сравнения значений (value comparison operator): eq, ne, lt, le, gt, ge. Эти операции могут сравнивать два скалярных значения, но порождают ошибку, если любой из операндов является последовательностью с длиной, большей единицы. Если один из операндов — узел, то прежде, чем выполнить сравнение, операция сравнения значений извлекает его значение. Например, item[reserve-price gt 1000] выбирает узел item только в том случае, если он имеет в точности один узел-потомок reserve-price со значением, большим 1000.

Общие операции сравнения (general comparison operator): =, !=, >, >=, <, <=. Эти операции могут работать с операндами, которые представляются собой последовательности, при условии неявного наличия семантики «существования» для обоих операндов. Как и операции сравнения значений, общие операции сравнения автоматически извлекают значения узлов. Например, item[reserve-price = 1000] выбирает узел item, если у него имеется хотя бы один узел-потомок со значением, большим 1000.

Операции сравнения узлов (node comparison operator): is и isnot. Эти операторы определяют идентичность двух узлов. Например, $node1 is $node2 принимает значение «истина», если переменные $node1 и $node2 связаны с одним и тем же узлом (т. е. для обеих переменных узел один и тот же).

Операции сравнения порядка (order comparison operator). Эти операции сравнивают позиции двух узлов. Например, $node1 << $node2 принимает значенией true, если узел, связанный с $node1, в порядке документа встречается раньше, чем узел, связанный с $node2.

Логические операции (logical operator): and и or. Эти операции могут использоваться для объединения логических условий  в предикате. Например, следующий  предикат выбирает узлы item, имеющие  ровно один элемент-потомок seller со значением «Smith», а также, по крайней мере, один элемент-потомок reserve-price с любым значением.

item [seller eq «Smith»  and reserve-price].

Отрицание (negation): not. Это скорее функция, а не операция. Она служит для  инвертирования булевых величин.

Во всех приведенных примерах имена  элементов и атрибутов были простыми идентификаторами. Однако в соответствии с рекомендацией XML Namespace [19], элементами и атрибутам позволяется иметь  имена, состоящие из двух частей, где  первая часть — префикс пространства имен, за которым следует двоеточие. Имя, имеющее префикс пространства имен, называется QName. Каждый префикс пространства имен должен быть связан с URI (универсальный идентификатор ресурсов), который уникальным образом определяет пространство имен. Это соглашение позволяет каждому приложению определять имена в своем собственном пространстве, не опасаясь коллизий с именами, определенными другими приложениями, что дает возможность однозначно ссылаться на имена, указываемые в различных приложениях. Если бы префикс auction был связан с URI пространства имен нашего приложения для проведения интерактивного аукциона, то шаг item [reserve-price > 1000] мог бы быть записан с помощью QName следующим образом:

auction:item [auction:reserve-price > 1000]

Процесс связывания префикса с URI пространства имен описан в предпоследнем разделе. В большинстве наших примеров используются одиночные имена, а  не QName. Эти примеры реалистичны, поскольку XQuery обеспечивает способ указания пространства имен для запроса по умолчанию. Этот подход позволяет не использовать в запросах QName, если не нужно ссылаться на имена из других пространств имен.

Конструкторы элементов

Выражения пути — мощное средство, но им свойственно существенное ограничение: они способны выбирать только существующие узлы. В полном языке запросов необходимо наличие средства конструирования новых элементов и атрибутов, а также возможность указания их информационного наполнения и взаимосвязи. Это обеспечивается в XQuery с помощью вида выражения, называемого конструктором элементов (element constructor).

Простейший конструктор элементов  создает элемент в полном соответствии с синтаксисом XML. Например, следующее  выражение конструирует элемент  с именем highbid, имеющий атрибут status и два элемента-потомка с именами itemno и bid-amount.

<highbid status = «pending»>

<itemno>4871</itemno>

<bid-amount>250.00</bid-amount>

</highbid>

В этом примере значения элементов  и атрибутов — константы. Однако во многих случаях необходимо создавать  элемент или атрибут, значением которых является вычисляемое выражение. Выражение, заключенное в фигурные скобки, необходимо вычислить, а не трактовать как символьный текст. В конструкторе элемента это выражение вычисляется и заменяется своим значением. В следующем примере значения элементов и атрибутов вычисляются. Переменные $s, $i и $bids, используемые в этих выражениях, должны быть связаны с некоторыми выражениями.