8.4 XQuery

###8.4 XQuery

  • XQuery（XML Query）是一种专门用于XML半结构化数据的查询语言，W3C于2007年1月23日正式发布了XQuery 1.0规范（XQuery1.0: An XML Query Language，http://www.w3.org/TR/xquery/）。

  • 与其他半结构化数据查询语言相比，由于它是W3C的推荐标准，所以受到了业界广泛的支持。目前，由不同的软件提供商所实现的XQuery软件包大约有40多种，适用于不同的开发语言、平台和环境。 ####XML数据查询语言

  • 对于XML数据，查询语言的基本任务与关系数据库查询语言是相同的，主要包括如下几个方面：

  • 检索数据

  • 聚集或汇总数据

  • 连接来自不同数据源的数据

  • 插入新的数据、更新或删除已有的数据

  • 修改数据本身的结构

  • 支持某些过程操作 ####从结构化数据查询语言SQL到半结构化查询语言XQuery

  • SQL结构化查询语言是用于关系数据库系统的标准查询语言，包括数据定义语言DDL、数据操纵语言DML、数据控制语言DCL。

  • 关系数据和半结构化所使用的底层数据结构完全不同，无法使用原有的SQL。

####关系数据与 XML 数据之间的区别

关系数据
XML数据

整体组成

由表、记录、字段组成。它们满足严格的数据库模式定义，具有明确的结构特征。

由元素、属性、文本、处理指令、XML声明、注释等内容组成;与数据库表相比，结构松散。

每个数据单元的内容模型

每条记录由若干个字段构成，必须是能够唯一标识的。

每个节点可以包含具有层次结构混合内容，即由属性、文本、子元素等构成。不需要单独使用唯一的标识，它在整个文档树中所处的位置可以标识该节点。

查询结果

记录和字段的顺序无关紧要。

顺序是非常重要的。

####SQL/XML

  • ISO/IEC 9075系列标准的最新版本SQL 2003中，作为其中的第14部分“XML相关规范（SQL/XML）”，第一次在SQL语言中正式引入了XML技术，它指出通用数据库管理系统应如何支持XML的存储、检索、转换，为基于XML的数据库应用的开发、集成、部署和运行提供了完整的集成解决方案。

  • 这些SQL/XML功能的作用是将存储于关系数据库表结构中的数据映射为XML层次结构，而并不是对原始的XML数据进行查询检索。 ####XML 数据查询语言的特征

  • 平台一致性

  • 面向XML 的（XML-Centric）

  • 具备集合处理的能力

  • 易于使用

  • 广泛的适应性 ####XQuery 的诞生

  • 关系数据库中的SQL/XML无法完成对半结构化数据的查询检索。因此，出现了许多的半结构化数据查询语言，包括XQL、XML-QL、XSQL、UnQL、StruQL、YATL、LOREL以及Quilt，其中Quilt 是XQuery的前身。

  • Quilt最初作为用户级语法的测试工具，在定义求、用例以及底层数据模型和代数方面进行了很多积极的努力，它本身借用了其他半结构化查询语言的一些优点，比如引入了路径表达语法、引入了变量绑定、提供了构造查询结果的语句、支持嵌套查询等。 ####XQuery 1.0

  • 2007年初，XML查询工作组提交了正式的XQuery 1.0 规范。

  • XQuery是一种用于文件和数据库中基于XML文档内容的新型查询语言，构建于Quilt 查询语言的基础之上，从而综合了其他一些查询语言的优势和特点。

  • XQuery是由一些SQL专家制订，它的出现是因为SQL这种用于关系数据查询的语言无法完美地处理XML文档。 ####XQuery的特点

  • 作为W3C发布的一种规范，Xquery与W3C所发布的其他规范之间具有很好的兼容性，比如XQuery使用与XML Schema一致的内置数据类型系统、并支持使用XML Schema提供自定义的类型信息、XQuery 1.0依靠XPath2.0路径表达式进行对层次化文档的操作、XQuery 1.0与XPath2.0使用一组公共的操作符和函数。

  • 与XSLT相比，XQuery具有以下的特征：

  • 易于使用

  • 更加简洁

  • 强类型语言

  • 更广泛地使用场景 ####XQuery 基本语法和相关概念

  • XQuery相当于查询XML数据的SQL语言，并且XQuery规范本身就是由一些SQL专家们制订，所以它的基本语法与SQL语言非常相似。

  • 与SQL中的select语句向对应，XQuery中提供了FLWOR语句，可以完成对XML数据的查询、筛选、排序。

  • FOR-LET-WHERE-ORDERBY-RETURN

  • XQuery基本语法

SELECT
 column_list  
FROM
 table_source
ORDER BY
 order_by_expression
WHERE
 search_condition 
for 
$b
 in
doc
(
"bib-demo1.xml"
)/bib/book
let
$t
 := $b
/title, 
$a
 := 
$b
/author
where
$a
/
last
=
"Stevens"
order
 by
 $t
return
 <
result
>
{ 
$t
} { 
$a
 } 
</
result
>
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><bib><bookyear="1994"><title>TCP/IP Illustrated</title><author><last>Stevens</last><first>W.</first></author><publisher>Addison-Wesley</publisher><price>65.95</price></book><bookyear="1992"><title>Advanced Programming</title><author><last>Stevens</last><first>W.</first></author><publisher>Addison-Wesley</publisher><price>65.95</price></book> </bib>
<result><title>Advanced Programming</title><author><last>Stevens</last><first>W.</first></author></result><result><title>TCP/IP Illustrated</title><author><last>Stevens</last><first>W.</first></author> </result>

  • FLWOR表达式

  • FLWOR表达式是XQuery查询计划基本形式

  • XQuery查询计划的逻辑组成部分，其中包含

    • FOR子句、LET子句、WHERE子句、ORDER BY子句、RETURN 子句

    • XPath路径表达式和内置函数

    • 各种自定义函数

    • 命名空间

<product dept="WMN">
    <number>557</number>
    <name language="en">Fleece Pullover</name>
    <colorchoices>navy black</colorchoices>
</product>
<product dept="ACC">
    <number>563</number>
    <name language="en">Floppy Sun Hat</name>
</product>
<product dept="ACC">
    <number>563</number>
    <name language="en">Deluxe Travel Bag</name>
</product>
<product dept="MEN">
    <number>784</number>
    <name language="en">Cotton Dress Shirt</name>
    <colorChoices>white gray</colorChoices>
    <desc>Our<i>favorite<i>shirt!</desc>
</product>

路径表达式也可以使用符号@属性。例如下面这个路径表达式： doc("catalog.xml")/*/product/@dept 查询语句

for $prod in doc("catalog.xml")/catalog/product
where $prod/@dept="ACC"
order by $prod/name
return $prod/name

结果

<name language="en">Deluxe Travel Bag</name>
<name language="en">Floppy sun Hat</name>

  • for子句

  • SELECT ... FROM ... 用于指定从某个数据库表中检索若干列的内容；严格地说，这个操作的执行过程是，按照实际存储顺序（或索引结构）、依次访问该数据库表中的每一条记录，并从中取出指定列的内容，然后再执行后续的操作。如果单独考虑SELECT ... FROM ...，它实际上是一个在目标数据集合中进行循环遍历的取值过程，以便对所取出的数据进行进一步的筛选和排序等操作

  • 在XQuery中，for子句用于完成类似的工作，它也相当于高级程序设计语言中的for循环。

  • for子句中的范围变量

  • 在for子句中，$variable_name表示声明一个范围变量（range variable），然后为这个范围变量指定取值范围的集合，依次进行绑定。

  • 比如，for$bindoc(“bib-demo1.xml”)/bib/book表示$b的取值范围为bib-demo1.xml中的book节点（使用了关键字in）。在执行该查询计划时进行循环遍历取值，然后对所取出的数据节点进行进一步的筛选和处理等操作

  • let子句

  • 类似于SQL中的DECLARE和SET语句，用于定义一个局部变量，并为其赋值。

Declare @i as int Set @i = 100 let$iasxs:integer := 100

  • let中的普通变量与for中的循环变量不同，它的取值仅进行一次性地绑定，而不是循环依次绑定。

  • where语句

  • where语句可以指定一系列的判断条件，根据for和let语句所生成的变量绑定元组进行筛选

  • where语句是可选的，并且判断条件应该得到一个有效的布尔值（true或false），如果判断条件的计算结果为true，则保留该元组；否则，则放弃该元组

  • where语句的使用

  • 比如下面的两个查询是完全等价的。

for$bindoc("bib-demo1.xml")/bib/book
where$b/author/last="Stevens"
return<result>{ $b/title} </result>
for$bindoc("bib-demo1.xml")/bib/book[author/last = "Stevens"]
return<result>{ $b/title} </result>

  • 可以使用XPath表达式中的判定谓词来取代where语句中的某些判断条件，从可读性的角度来说，建议尽可能使用前面一种方法书写

  • where语句中布尔值的计算

  1. ① 如果操作数是一个空序列（( )），那么转换将返回false。

  2. ②如果操作数是一个序列，并且其中的第一项是节点，那么转换将返回true。

  3. ③如果操作数是一个仅包含单个原子值项目的序列，并且这个项目的类型为xs:boolean，那么转换将返回该项目的值。

  4. ④如果操作数是一个仅包含单个原子值项目的序列，并且这个项目的类型为xs:string、xs:anyURI、xs:untypedAtomic，那么对于长度为零的值，转换将返回false；否则返回true。

  5. ⑤如果操作数是一个仅包含单个原子值项目的序列，并且这个项目的类型为数值类型，那么对于非零的值，转换将返回true；否则返回false。

  6. ⑥在任何其他的情况下，转换将产生类型错误。

  • 布尔值计算的示例 根据上述的规则，下面的where 语句将返回true：

规则②：where(<a/>,<b/>)

规则③：where("true"castasxs:boolean)

规则④：where("false")

规则⑤：where(123)

根据上述的规则，下面的where 语句将返回false：

规则①：where( )

规则③：where("false"castasxs:boolean)

规则④：where("")

规则⑤：where(0)

根据上述的规则，下面的where 语句将产生类型错误： 规则①、规则②和规则⑥（非空序列，并且包含多个项目，但第一个项目不是节点）： where(123,<a/>)、where("true"castasxs:boolean,<a/>)



  • order by语句

  • order by语句是XQuery提供指定结果次序的功能；如果没有order by子句，结果的次序由for和let子句、以及排序模式决定。order by语句中可以指定排序是ascending或descending，缺省情况为ascending 方式。

  • 在order by语句中可以同时指定多个排序标准，首先按照第一标准进行排序，如果出现相等的情况，再依次按照后续的标准进行排序。

  • order by语句的基本使用

  • 对于排序，循环操作（使用for 语句）是必需的。 let$b:= fn:doc("bib-demo1.xml")/bib/book orderby$b/title return{ $b/title }

  • return语句

  • 在FLWOR中，return语句为候选结果集中的每一个项计算一次，这些计算结果连接形成FLWOR表达式的结果。

  • return语句返回结果的顺序由排序模式或者order by语句决定。

  • 可以输出任何文本信息，包括html、xml、xhtml、纯文本等各种形式。 + XQuery提供了一些构造方法，以便在查询中创建XML 结构，即创建元素、属性、文档、文本、注释和处理指令节点。这些构造方法主要分为两大类：直接构造方法（类似于XML形式的表示方法）；计算构造方法（使用带括号的表示方法）。

  • 直接构造方法

  • 直接构造方法就是直接在XQuery查询计划中合适的位置按照XML的格式编写相应的内容

  • XQuery文件的后缀名通常为.xq或者.xquery，并不是一个XML文档。经过XQuery 查询引擎处理之后，将直接输出其中所包含的类似XML格式的直接编码，从而在结果XML文档中形成相应的组成部分（包括元素、属性、文本、以及注释等等）。

  • ① 元素及其文本内容的直接构造

...
return <result>{$t}{$a}</result>
    <result>
    {
            for$bindoc(“bib-demo1.xml”)/bib/book
            let$t:= $b/title, $a:= $b/author
            where$a/last=”Stevens”orderby$t
            return<result>{ $t} { $a} </result>
    }
    </result>

  • ② 属性的直接构造

I． <shoesize="7"/>

II．<shoesize="{7}"/>

III．<shoesize="{( )}"/>

IV．<chapterref="[{1, 5 to7, 9}]"/>

V．let$hat:= <hatsize="23"/> return<shoesize="As big as {$hat/@size}"/>

I． <shoesize="7"/>结果为 < shoe size =" 7 "/>

II．<shoesize="{7}"/>结果为 < shoe size =" 7 "/>

III．<shoesize="{( )}"/>结果为 `< shoe size ="

"/>`

IV．<chapterref="[{1, 5 to7, 9}]"/>结果为 < chapter ref =" [1 5 6 7 9] "/>

V．let$hat:= <hatsize="23"/> return<shoesize="As big as {$hat/@size}"/> 结果为< shoe size =" As big as 23 "/>

  • ③ 其他内容的直接构造

let
 $salary
 := 1000
return
<
income
 xmlns
= "
http://mycompany.org
">
    <!--
 From 2006 to 2007 
-->
    <?basis time="monthly"?>
    {
$salary
}
</
income
>
let
 $salary
 := 1000
return
<
income
 xmlns
= "
http://mycompany.org
">
    <!--
 From 2006 to 2007 
-->
    <?basis time="monthly"?>
    {
$salary
}
</
income
>
    其结果为
：
<
income
 xmlns
="
http://mycompany.org
">
    <!--
 From 2006 to 2007 
-->
    <?basis time="monthly"?>
    1000 
</
income
>

####计算构造方法

  • XQuery中构造XML内容的另一种方法是计算构造方法，通过采用一系列的计算构造语法，可以构造各种各样的XML内容。

  • ①元素及其文本内容的计算构造

CompElemConstructor::="element" (QName|("{"   Expr   "}")) "{" 
ContentExpr? "} "  
ContentExpr ::= Expr

  • 使用计算构造方法来构造元素，首先使用关键字“element”，然后以硬编码的方式指定该元素的名称QName（限定的名称，可以包含命名空间前缀）、或者使用表达式(“{” Expr“}”) 动态地计算出该元素的名称，最后使用内容表达式“{” ContentExpr? “}” 计算出该元素的内容（如果没有表达式ContentExpr，则该元素为空元素）。

  • 在XML中，元素可以包含子元素，所以某个元素的CompElemConstructor中可能嵌套地包含其他元素的CompElemConstructor。

####元素计算构造的示例

let$salary:= 1000
return<income>{$salary}</income>
let$salary:= 1000
returnelementincome {$salary}

for$nodein(<student>WangFang</student>,<city>Beijing</city>)
return element{concat("new", node-name($node))} {data($node)}
<newstudent>WangFang</newstudent> 
<newcity>Beijing</newcity>
for$nodein(<student>WangFang</student>,<city>Beijing</city>)
return
element{concat("new", node-name($node))} 
       {element{concat("sub", node-name($node))}
{data($node)} }<newstudent>
<substudent>WangFang</substudent>
</newstudent>
<newcity>
<subcity>Beijing</subcity> 
</newcity>

#####②属性的计算构造

  • 使用计算构造方法来构造属性，首先使用关键字“attribute”，然后以硬编码的方式指定该属性的名称QName（限定的名称，可以包含命名空间前缀）、或者使用表达式(“{“Expr”}”) 动态地计算出该属性的名称，最后使用表达式“{” Expr? “}”计算出该属性的值（如果没有表达式Expr，则属性值为空）。

####属性计算构造的示例

for$nodein (<couple><husband>Tom</husband> <wife>Alice</wife></couple>)/element()returnelementperson {attributegender {if(node-name($node) castasxs:string="husband") then"male"else"female"},data($node) }<persongender="male">Tom</person> <persongender="female">Alice</person>

####③其他内容的计算构造

CompTextConstructor::= "text" "{" Expr"}" CompPIConstructor::= "processing-instruction" (NCName| ("{" Expr"}")) "{" Expr? "}" CompCommentConstructor::= "comment" "{" Expr"}" <result>{for$nodein(<student>WangFang</student>,<city>Beijing</city>)returnelement{node-name($node)} {data($node),comment{"appended-text"},text{2+3},processing-instructionpi-name {"some-pi"}}}</result><result><student>WangFang<!--appended-text-->5<?pi-name some-pi?></student><city>Beijing<!--appended-text-->5<?pi-name some-pi?></city> </result>

####条件表达式

IfExpr::= "if" "(" TestExpr")" "then" ExprSingle"else" ExprSingleExprSingle::= FLWORExpr| QuantifiedExpr| IfExprsome $p in //price satisfies $p > 10000 every $p in //price satisfies $p > 10000 some $s in $S satisfies $s/C exists($S[C]) every $s in $S satisfies not(C) not(some $s in $S satisfies C)

####灵活地使用XQuery

  • XQuery 1.0的类型系统及类型操作

  • XQuery 1.0中的类型系统与XPath2.0的类型系统完全一致。

  • 在XQuery中，增加了一些有关类型的操作，比如typeswitch操作符。typeswitch操作符类似于高级程序设计语言中的switch语句，不同的是，它根据输入参数的类型来进行分支选择，而不是输入参数的值。

typeswitch($customer/billing-address)case$aaselement(*, USAddress) return$a/statecase$aaselement(*, CanadaAddress) return$a/provincecase$aaselement(*, JapanAddress) return$a/prefecture defaultreturn"unknown"

####在XQuery中编写自定义的函数

  • 在XQuery中，除了使用内置函数之外，还允许用户声明他们自己的函数。函数声明需要指定函数的名称、参数名称及数据类型、以及返回值的数据类型。

  • 函数定义的基本语法如下所示：

FunctionDecl::= "declare" "function" QName"(" ParamList? ")" ("as" SequenceType)? (EnclosedExpr| "external") ParamList::= Param("," Param)* Param::= "$" QNameTypeDeclaration? TypeDeclaration::= "as" SequenceTypexqueryversion"1.0";declarefunctionHelloWorld() asxs:stringreturn"Hello World!"HelloWorld( )xqueryversion"1.0";declarefunctionlocal:HelloWorld() asxs:string{"Hello World!"};local:HelloWorld()

####模块的定义以及导入

  • 模块是一组函数或变量的命名的集合。可以将一组相关的函数和变量定义在某个模块中，然后在需要的时候导入并使用

####在XQuery中声明命名空间

NamespaceDecl ::= "declare" "namespace" NCName "=" URILiteral xqueryversion"1.0";declarenamespacehere ="www.example.org";declarefunctionhere:HelloWorld() asxs:string{"Hello World!"};here:HelloWorld()xqueryversion"1.0";declarenamespacehere = "http://example.org";<here:ele>Element </here:ele><here:elexmlns:here="http://example.org">Element </here:ele>xqueryversion"1.0";declaredefaultelementnamespace"http://example.org/names";<ele>Element </ele><elexmlns="http://example.org/names">Element </ele>

####使用外部XML Schema

  • 在XQuery中，有时候我们需要使用与目标XML文档相关联的XML Schema来提供数据的类型信息（XQuery实际上是对经过模式验证后的信息集PSVI 进行操作）。

  • 有时候目标XML文档并没有指定任何关联的Schema模式，而需要使用某些外部XML Schema来完成两项任务。

  • 第一，对输入的XML数据进行验证，从而确保原始数据的有效性，并充分地利用Schema中的结构信息完成相关的操作；

  • 第二，对输出的XML数据进行验证，从而确保所得结果的有效性。 ####导入和使用Schema

  • 导入了一个没有目标命名空间的Schema文件，指定了该文件的位置，并将缺省的元素/类型命名空间指定为空。importschemadefaultelementnamespace""at"http://example.org/xyz.xsd

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