XSD چيست ؟

پس از عرضه XML ، مجموعه ای از تکتولوژی های ديگر در رابطه با آن و با هدفمندی خاصی مطرح و ارائه گرديده است . بهمين دليل است که امروزه XML بعنوان خانواده ای بزرگ از ساير تکنولوژی ها در نظر گرفته می شود .XSD) XML Schema Definition) ، يکی از تکنولوژی های موجود در اين زمينه است. در مجموعه مقالاتی که در اين رابطه ارائه خواهد شد، به بررسی جايگاه XSD و نحوه ارتباط آن با XML خواهيم پرداخت . در اين مقاله ، به بررسی ضرورت استفاده از XSD و معرفی برخی از ويژگی های آن اشاره خواهد شد .

چرا به Schema نياز است ؟
يکی از مزايای مهم XML ،ارائه انعطاف و تسهيلات لازم برای طراحان و پياده کنندگان در رابطه با تشريح ساختار داده ها است. سندهای XML ، دارای مخاطبان خاص خود ( انسان و يا ساير برنامه های کامپيوتری ) بوده و می بايست امکانات لازم از زاويه استفاده کننده نيز مورد توجه قرار گيرد . در اين رابطه می بايست مجوزهای لازم بمنظور ارائه هر يک از عناصر و يا خصلتهای موجود در سند مشخص گردد.

ترتيب عناصر و خصلت های موجود در يک سند XML نيز بسيار حائز اهميت بوده و همواره مورد نياز منابعی خواهد بود که بنحوی از سندهای XML بعنوان ساختاری برای تامين داده های خود استفاده می نمايند. همانگونه که اشاره شد، سندهای XML ممکن است توسط انسان و يا ساير برنامه ها و نرم افزارها استفاده گردند.

بديهی است با فراگير شدن استفاده از داده ها با فرمتی که توسط سندهای XML مطرح می گردد ،انتظار حمايت از انواع داده ها که در ساير زبانهای برنامه نويسی نظير Java، VB، C++ ، SQL وجود دارد ،بشدت مورد نياز خواهد بود. پياده کنندگان سندهای XML بدنبال يک راهکار مناسب برای تعريف نوع داده ها (Date ، String ، Integer) و ساير موارد مربوط به قانونمند نمودن ساختار داده ها در رابطه با يک سند XML بودند .بدين ترتيب تعريف Schema برای سندهای XML ، امری حياتی و ضروری تلقی گرديد .
Schema ، محتوای مجاز يک کلاس از اسناد XML را تشريح مي کند.

تاريخچه XML Schema
برای نوشتن سندهای XML ،در ابتدا از شکل ساده ای از زبان نشانه گذاری SGML استفاده می گرديد .SGML ، صرفا” برای نشانه گذاری اسناد مورد استفاده قرار می گرفت . جايگاه استفاده از XML در ابتدا برای برنامه نويسان مشخص نبود و اکثر عرضه کنندگان مرورگرهای وب ، از تکنولوژی فوق حمايت نمی کردند . پس از مدت زمان کوتاهی، تکنولوژی XML جايگاه خاصی را در بين متقاضيان خصوصا” برنامه نويسان پيدا کرد . اکثر استفاده کنندگان به اين نکته پی بردند که XML گزينه ای مناسب برای اکثر نيازهای آنان بوده و کاربرد آن بسيار فراتر از نشانه گذاری اسناد است .

در زمان عرضه XML 1.0 توسط کنسرسيوم وب ، از تکنولوژی DTD برای تشريح سندهای XML استفاده می گرديد . گرامر استفاده شده در DTD ، پاسخگوی برخی از نيازهای جديد خصوصا” در رابطه با انتقال اطلاعات بود . در ادامه نياز های جديدی در رابطه با پردازش داده های موجود در اسناد XML مطرح گرديد . بمنظور ارائه قابليت فوق برای منابع مصرف کننده ، می بايست امکاناتی بمنظور تشريح مناسب داده ها ( ارتباط ، نوع داده و … ) در اختيار برنامه نويسان قرار گيرد .

بدين ترتيب برنامه نويسان قادر به تشخيص رفتار داده ها در يک سند XML و انجام پردازش های لازم در رابطه با داده های موجود در يک سند XML خواهند بود . بمنظورپاسخ مناسب به خواسته های فوق ، کنسرسيوم وب تصميم به طراحی يک زبان توصيفی جديد با نام XML Schema گرفت . در اين رابطه يک گروه کاری با همين نام تاسيس گرديد . مهمترين هدف گروه فوق، ايجاد يک زبان توصيفی جديد با قابليت استفاده توسط استفتاده کنندگان ، توليدکنندگان و برنامه نويسان با توجه به طيف گسترده انتظارات هر گروه بود .

گروه XML Schema کنسرسيوم وب ، فعاليت خود را از فوريه سال ۱۹۹۹ آغاز و پس از دو سال در ۲۰۰۱ موفق به طراحی زبان توصيفی شدند . تکنولوژی فوق با نام XML Schema Definition و يا XSD معرفی گرديد . در زمانيکه گروه فوق ، سرگرم طراحی زبان توصيفی خود بودند، راهکارهای متفاوتی در اين خصوص توسط ساير شرکت ها ارائه گرديد . مثلا” شرکت ماکروسافت تکنولوژی XDR را عرضه نمود . تکنولوژی استاندارد شده کنسرسيوم وب ، در مدت زمان کوتاهی پس از عرضه ، بعنوان گزينه ای مناسب برای تشريح ساختار داده ها ی موجود در يک سند XML ، مورد توجه عموم متقاضيان قرار گرفت .

ويژگی های مهم XSD
• فرمت آن همانند يک سند XML است. بنابراين ضرورتی به فراگيری گرامر جديدی برای ايجاد XSD نخواهد بود . بدين ترتيب می توان از تمام ابزارهای موجود در رابطه با سندهای XML ، در ارتباط با XSD نيز استفاده کرد .
• ضمن حمايت از انواع داده (Data Type) تعريف شده در اکثر زبانهای برنامه سازی، امکان تعريف نوع داده مورد نظر استفاده کننده را نيز فراهم می نمايد . بدين ترتيب می توان محتويات سند را محدود به نوع داده مورد استفاده در نرم افزار خود نمود و يا حتی از خصلت فيلدهای موجود در بانک اطلاعاتی کپی برداری کرد .

• امکان تعريف کليد يکتا (Key) در عناصر اطلاعاتی را بمنظور عمليات يکتا سازی(Uniqe) فراهم می نمايد .
• از خصلت توارث مدل شئ گراء ، بخوبی تبعيت می نمايد . بدين ترتيب يک توصيف می تواند از توصيف ديگر به ارث رسيده باشد .ويژگی فوق ، توانائی توليد توصيف هائی با قابليت استفاده مجدد را ميسر می سازد .
• امکان تعريف عناصر با ارزش NULL ، و يا فاقد ارزش ، در XSD وجود دارد .

• از Namespace بخوبی حمايت می نمايد . بدين ترتيب امکان توصيف اسناد با استفاده از Namespace مختلف فراهم می گردد . اين ويژگی در راستای توليد توصيف هائی با قابليت استفاده مجدد است .
• اسناد XSD ، نيز نظير سندهای XML ، توسط پارسر اعتبار سنجی شده و در صورت وجود خطا ء گزارشات لازم ارائه می گردد .
در بخش دوم ، به بررسی گرامر XSD خواهيم پرداخت .
________________________________________
XSD چيست ؟( بخش دوم )
در بخش اول اين مقاله ، به بررسی ضرورت استفاده از XSD و معرفی برخی از ويژگی های آن اشاره گرديد، در بخش دوم به بررسی گرامر XSD خواهيم پرداخت .
گرامر XSD
برای تشريح گرامر XSD ،در ابتدا به ذکر يک مثال پرداخته و سپس المانهای موجود در آن تشريح می گردد. جدول زير نمونه سند XML را نشان می دهد :
يک سند نمونه XML

<?XML Version = “1.0”?>
<Students>
<Student>
<ID>12345</ID>
<GPA>3.5</GPA>
</Student>
<Student>
<ID>67890</ID>
<GPA>4.0</GPA>
</Student>
</Students>

توصيف سند فوق، بر اساس متد XSD بصورت زير است :
توصيف سند XML با استفاده از متد XSD
<?XML Version = “1.0”?>
<XSD:Schema xmlns:xsd=’http://www.W3.org/2001/xmlschema’>
<XSD:Element Name=”student” Minoccurs=”0″ MaxOccurs=”Unbounded”/>
<XSD:ComplexType>
<XSD:Sequence>
<XSD:Element Name=”ID” Type=”XSD:String” MinOccurs=”1″ MaxOccurs=”1″/>
<XSD:Element Name=”GPA” Type=”XSD:String” MinOccurs=”1″ MaxOccurs=”1″/>
</XSD:Sequence>
</XSD:ComplexType>
</XSD:Element>
</XSD:Schema>

در ادامه با توجه به سند XML اشاره شده وXSD مربوطه ، به تجزيه و تحليل توصيف تعريف شده خواهيم پرداخت .
اعلاميه XML
با توجه به اينکه XSD خود يک سند XML است ، پس خط اول آن ميتواند يک اعلاميه XML باشد . (به خط اول توصيف تعريف شده XSD توجه نمائيد )
<?XML Version = “1.0”?>
المان ريشه در توصيف XSD
المان ريشه در يک سند XSD ،همواره با تگ <Schema> مشخص می گردد . بمنظور اعلام به پارسر XML که توصيف ارائه شده از روش XSD تبعيت می نمايد ، لازم است Namespace مرجع در المان <schema> تعيين گردد. Namespace فوق توسط کنسرسيوم وب ارائه شده است .(به خط دوم توصيف تعريف شده XSD توجه نمائيد )

<XSD:Schema xmlns:xsd=’http://www.W3.org/2001/xmlschema’>
.
.
.
</XSD:Schema>
نکته : پيشوند XSD که در مثال فوق از آن استفاده شده است، نشاندهنده متد بکارگرفته شده بمنظور توصيف سند است . پيشوند فوق ، در صورت تعريف در NameSpace مرجع ، می تواند هر چيز ديگری را نيز شامل شود . همچنين اگر NameSpace مربوطه بصورت پيش فرض مشخص گردد ، می توان آن را حذف نمود. پيشنهاد می گردد بمنظور افزايش خوانائی سند و همچنين جلوگيری از مشکلات آتی خصوصا” زمانی که در توصيف مربوطه از توصيف ديگری
XSD چيست ؟( بخش سوم )

در بخش اول اين مقاله به بررسی مقاهيم و جايگاه نکنولوژی XSD اشاره و در بخش دوم به بررسی بررسی گرامر XSD پرداخته گرديد . در اين بخش به بررسی انواع داده ساده ( simple type ) و مرکب ( complex type ) ، خواهيم پرداخت .
انواع داده ( ساده ، مرکب )

جهت توصيف داده ها در يک سند XML با استفاده از تکنولوژی XSD ، از دو نوع ساده و مرکب استفاده می گردد که بمنظور بکارگيری آنان در گرامر XSD ، نشانه هائی با همين عنوان يعنی <SimpleType> و <ComplexType> در نظر گرفته شده است . قبل از تشريح هر يک از موارد فوق ، لازم است جايگاه استفاده از هر يک بدرستی مشخص گردد .
نوع داده مرکب <ComplexType> زمانی استفاده ميگردد که :
• عنصر داده دارای عناصر زير مجموعه باشد و/ يا .
• عنصر داده دارای خصائص (Attribute) باشد .

نوع داده ساده <SimpleType> زمانی استفاده ميگردد که :
• تصميم داريم با اعمال شرايط و يا محدوديتهائی بر روی يک نوع داده استاندارد (مثل String) يک نوع داده جديد (User Define Data Type) ايجاد نمائيم و / يا
• عنصر مورد نظر دارای عناصر زير مجموعه و يا خصائص (Attribute) نمی باشد.
بمنظور آشنائی با برخی از مفاهيم اوليه در اين خصوص ، مجددا” به مثال ارائه شده در بخش دوم مقاله ، مراجعه می نمائيم .
يک سند XSD نمونه بمنظور بررسی انواع داده
<?XML Version = “1.0”?>

<XSD:Schema xmlns:xsd=’http://www.W3.org/2001/xmlschema’>
<XSD:Element Name=”student” Minoccurs=”0″ MaxOccurs=”Unbounded”>
<XSD:ComplexType>
<XSD:Sequence>
<XSD:Element Name=”ID” Type=”XSD:String” MinOccurs=”1″ MaxOccurs=”1″/>
<XSD:Element Name=”GPA” Type=”XSD:String” MinOccurs=”1″ MaxOccurs=”1″/>
</XSD:Sequence>
</XSD:ComplexType>
</XSD:Element>
</XSD:Schema>

درمثال فوق ، عنصر Student دارای دو زير عنصر ID و GPA است. بنابراين می بايست عنصر Student بصورت مرکب توصيف گردد. بدين منظور لازم است پس از توصيف عنصر مربوطه و پيش از توصيف عناصر زير مجموعه آن از نشانه <ComplexType> استفاده شده و در ادامه عناصر زير مجموعه را درون بلاکی از اين نشانه قرار دهيم.( خطوط چهارم و نهم )

فرض کنيد ، می خواهيم بر روی عنصر GPA که از نوع استاندارد String است ، محدوديتی خاص را اعمال نمائيم، بطوريکه طول آن چهار حرف و فرمت آن به صورت (Digit.DigitDigit) باشد .بمنظور تامين خواسته فوق ، لازم است يک نوع داده جديد با لحاظ نمودن محدوديت اشاره شده ، بر روی نوع داده استاندارد String تعريف گردد . با توجه به ضرورت تعريف يک نوع داده جديد ، می بايست از نشانه <SimpleType> استفاده گردد . تشريح نوع داده جديد بر اساس تکنولوژی XSD ، بصورت زير خواهد بود. ( در مقالات بعد، بصورت مفصل تر به بررسی اعمال محدوديت ، ارزش ها و الگوهای مختلف ، پرداخته خواهد شد ).
تعريف يک نوع داده ساده با اعمال محدوديت

<XSD:simpletype name=”studentgpa” minoccurs=”1″ maxoccurs=”1″>
<XSD:restriction base=”XSD:string”>
<XSD:length value=”4″/>
<XSD:pattern value=”\d{1}.\d{2}”/>
</XSD:restriction>
</XSD:simpletype>

با توجه به تعريف نوع ساده مورد نظر و لحاظ نمودن محدوديت های مربوطه ، سند XSD مثال قبل به شکل ذيل خواهد بود :
يک سند XSD نمونه بمنظور بررسی انواع داده با لحاظ نمودن محدوديت ( روش اول )
<?XML Version = “1.0”?>
<XSD:Schema xmlns:xsd=’http://www.W3.org/2001/xmlschema’>
<XSD:Element Name=”student” Minoccurs=”0″ MaxOccurs=”Unbounded”>
<XSD:ComplexType>

<XSD:Sequence>
<XSD:Element Name=”ID” Type=”XSD:String” MinOccurs=”1″ MaxOccurs=”1″/>
<XSD:Element Name=”GPA” Type=”StudentGpa”/>
</XSD:Sequence>
</XSD:ComplexType>
</XSD:Element>

<XSD:simpletype name=”studentgpa” minoccurs=”1″ maxoccurs=”1″>
<XSD:restriction base=”XSD:string”>
<XSD:length value=”4″/>
<XSD:pattern value=”\d{1}.\d{2}”/>
</XSD:restriction>
</XSD:simpletype> </XSD:Schema>

سند فوق، به شکل زير نيز می تواند ارائه گردد :
يک سند XSD نمونه بمنظور بررسی انواع داده با لحاظ نمودن محدوديت ( روش دوم )
<?XML Version = “1.0”?>
<XSD:Schema xmlns:xsd=’http://www.W3.org/2001/xmlschema’>
<XSD:Element Name=”student” Minoccurs=”0″ MaxOccurs=”Unbounded”>
<XSD:ComplexType>
<XSD:Sequence>

<XSD:Element Name=”ID” Type=”XSD:String” MinOccurs=”1″ MaxOccurs=”1″/>
<XSD:Element Name=”GPA” Type=”string” minoccurs=”1″ maxoccurs=”1″/>
<XSD:simpletype >
<XSD:restriction base=”XSD:string”>
<XSD:length value=”4″/>
<XSD:pattern value=”\d{1}.\d{2}”/>
</XSD:restriction>

</XSD:simpletype> </XSD:Sequence>
</XSD:ComplexType>
</XSD:Element>
</XSD:Schema>

تفاوت موجود در ارتباط با هر يک از روش های ارائه شده به قابليـت استفاده مجدد از نوع تعريف شده برمی گردد. در حالت اول، نوع داده جديد studentgpa را ميتوان در هر محلی از سند (در تشريح هر يک از عناصر ديگر ) استفاده کرد (قابليت استفاده مجدد). در حالت دوم، نوع تعريف شده صرفا” بر روی عنصر GPA اعمال و امکان استفاده مجدد از وجود نخواهد داشت (غير قابل استفاده مجدد) .

جمع بندی
بمنظور تشريح عناصر ( نوع ساده و يا نوع مرکب ) ، از سه روش متفاوت استفاده می گردد :
• روش اول : ميتوان در يک خط نام عنصر و نوع آن و حداقل و حداکثر حضور آن در سند را تعيين نمود .در واقع روش فوق ، عليرغم اينکه از نشانه <Simpletype> استفاده نشده است ، يک عنصر ساده را تشريح می نمايد.چرا که نوع داده اين نوع عناصر از انواع داده استاندارد بوده و در انتهای خط نيز توصيف با علامت ” / ” خاتمه يافته است . توصيف عناصر ID و GPA در مثال ابتدای مقاله از مصاديق اين روش توصيف عناصر است .

<XSD:element name=”name” Type=”type” minoccurs=”int” maxoccurs=”int”/>
• روش دوم : در اين روش نام عنصر، حداقل و حداکثر حضور آن در سند به عنوان عنصر مادر تشريح شده و سپس عناصر زير مجموعه آن در داخل يک بلاک <Complextype> تعيين ميگردند . اين نوع توصيف در خصوص انواع داده مرکب يعنی عناصری که دارای زير مجموعه و يا خصائص (attribute) ميباشند، استفاده می گردد . توصيف عنصر Student در مثال ابتدای مقاله از مصاديق اين روش است .
تعريف يک نوع مرکب
<XSD:Element Name=”name” Minoccurs=”int” MaxOccurs=”int”>
<XSD:ComplexType>
.
.
.
</XSD:ComplexType>
</XSD:Element>
• روش سوم : در اين روش نام عنصر ، حداقل و حداکثر حضور آن در سند توصيف و سپس محدوديت اعمال شده بر روی نوع داده استاندارد در يک بلوک <Simpletype> جهت تعريف يک نوع داده جديد، توصيف ميگردد. در واقع روش فوق، نوع ديگر توصيف انواع داده ساده Simpletype بوده که با اعمال محدوديت بر روی يکی از انواع داده استاندارد ايجاد شده است . تعريف studentgpa در مثال قبل از مصاديق بکارگيری اين روش در توصيف عناصر است.
تعريف يک نوع ساده
<XSD:element name = “name” minoccurs=”int” maxoccurs=”int” />
<XSD:simpletype>
<XSD:restriction>
.
.
.
</XSD:restriction>
</XSD:simpletype>
</XSD:element>
توانائی ايجاد انواع داده جديد با اعمال محدوديت بر روی انواع داده استاندارد از ويژگيهای بسيار مهم و توانمند تکنولوژی XSD ميباشد .
در بخش چهارم اين مقاله به بررسی خصلت ها ، خواهيم پرداخت .
________________________________________
XSD چيست ؟( بخش چهارم)
آنچه تاکنون گفته شده است :
بخش اول : مقاهيم و جايگاه نکنولوژی XSD
بخش دوم : گرامر XSD
بخش سوم :انواع داده ( ساده ، مرکب )
در اين بخش به بررسی Attribute خواهيم پرداخت .

در تشريح ساختار داده های يک موجوديت (Entity) ، برخی مواقع به اجزاء و يا المانهائي برخورد خواهيم کرد که ارتباط تنگاتنگی با موجوديت داشته و بنوعی بعنوان يک خصلت يا ويژگی موجوديت مورد بررسی ، شناخته می گردند.نحوه حضور اين اجزاء در ساختمان داده موجوديت از قبيل مقادير پيش فرض،مقادير ثابت يا خصلت تغيير ناپذيری از ويژگی های مهم اين اجزاء محسوب می گردند .

بعنوان مثال فرض کنيد در يک سازمان بزرگ برای تشکيل پرونده پرسنل، از يک فيلد اطلاعاتي با نام مليت استفاده می شود.بيش از ۹۸ درصد پرسنل شرکت مزبور دارای مليت ايرانی بوده و تنها ممکن است يک و يا دو درصد از پرسنل ، مليت غير ايرانی داشته باشند.با توجه به وضعيت فوق ، می توان فيلد مليت را به صورت پيش فرض مقدار دهی و از تکرار آن در سند XML مربوطه جلوگيری و صرفا” مليت افراد غير ايرانی را در سند مشخص نمود

. در چنين مواردی علاوه بر حفظ يکپارچگی اطلاعات به مقدار زيادی در حجم اطلاعات سند XML نيز صرفه جوئی خواهد شد . در تکنولوژی XSD برای معرفی اينگونه اجزاء ، نشانه ای تحت عنوان <Attribute> پيش بينی شده است . گرامر استفاده از attribute بصورت زير است :
گرامر استفاده از attribute
<XSD:attribute Name=”name” Type=”simple type” Use=”how used” Value=”value”/>
Name : نام Attribute را مشخص و يک خصلت اجباری است .

Type : نوع داده attribute را مشخص و جزء خصلت های اجباری است ( نوع داده حتما” بايد از انواع داده ساده (simple type) باشد).
Use : نحوه استفاده از attribute را مشخص و می تواند مقادير زير را داشته باشد :
توضيحات مقدار نسبت داده شده
خصلت اجباری است Required
خصلت دارای مقدار پيش فرض است Default
خصلت دارای مقدار ثابت و غير قابل تغيير است Fixed
خصلت اختياری است Optional
خصلت محافظت شده است Prohibited
Value : اگر ويژگی Use دارای ارزش Default و يا Fixed باشد آنگاه ارزش مورد نظر می بايست مشخص و در غير اينصورت نيازی به استفاده از ويژگی فوق ، نخواهد بود.

جايگاه فيزيکي و نحوه تعريف attribute در يک سند XSD
همانگونه که در بخش سوم اين مقاله اشاره گرديد ، عناصر مرکب (ComplexType) عناصری هستند که دارا عناصر زير مجموعه و يا attribute باشند . بنابراين جايگاه فيزيکی attribute در داخل يک بلاک Complextype است (انتهای بلاک و پس از توصيف کليه عناصر زير مجموعه) . بمنظور بررسی نحوه استفاده از attribute ، مثال ارائه شده در بخش سوم اين مقاله را مجددا” بررسی می نمائيم .در مثال فوق ، قصد داريم عنصر ID را بصورت يک attribute تعريف نمائيم . در چنين حالتی توصيف سند بصورت زير خواهد بود :
نحوه استفاده از Attribute در يک سند XSD
<?XML Version = “1.0”?>

<XSD:Schema xmlns:xsd=’http://www.W3.org/2001/xmlschema’>
<XSD:Element Name=”student” Minoccurs=”0″ MaxOccurs=”Unbounded”>
<XSD:ComplexType>
<XSD:Element Name=”GPA” Type=”XSD:String” MinOccurs=”1″ MaxOccurs=”1″/>
<XSD:Attribute Name=”ID” Type=”XSD:String” Use=”Required” />
</XSD:ComplexType>
</XSD:Element>
</XSD:Schema>
روش های توصيف attribute

جهت توصيف يک attribute از دو روش متفاوت استفاده می گردد . اگر نوع داده attribute مورد نظر از انواع داده استاندارد و يا از پيش تعريف شده باشد ، آنگاه طبق گرامر ارائه شده ، می توان توصيف يک attribute را بصورت زير انجام داد :
روش اول : توصيف يک Attribute
<XSD:attribute Name=”name” Type=”simple type” Use=”how used” Value=”value”/>
اما اگر بخواهيم نوع داده attribute را با اعمال محدوديت بر روی يک نوع داده استاندارد تشريح نمائيم ، می توان از گرامر زير استفاده کرد :
روش دوم : توصيف يک Attribute

<XSD:attribute Name=”name” Use=”how used” Value=”value” >
<XSD:simpletype>
<XSD:restriction Base=”simple type”>
<XSD:facet Value=”value” />
</XSD:restriction>

</XSD:simpletype>
</XSD:attribute>
facet ، حالات و ارزش های متفاوت آن در مقالات بعد به طور مفصل بررسی خواهد شد. جهت تشريح بهتر روش دوم، به بررسی يک مثال ديگر می پردازيم .