6 DTD ja dokumentin tyyppimääritys Tietojenkäsittelyssä päähuomio ei yleensä ole tiedon matalan tason formaatissa vaan sovelluksissa joissa tietoa käytetään loogisesti jäsennettynä. XML-merkkaus tarjoaa yhteensopivan ja yksinkertaisen perustan rakenteisten dokumenttien käsittelyyn. XML-tieto olisi kuitenkin vain (hyvin muodostettujen :-) XML-elementtien sekamelskaa, ilman sovelluskohtaisia sopimuksia esim. Web-sivujen, vektorikuvien, kirjekuorten ja muistioiden hyväksyttävistä tietorakenteista. 109
6.1 Välisoitto Ei ole yhdentekevää miten tietoa mallinnetaan Tiedonvälityksen osapuolten pitää olla samaa mieltä siitä mitä tietoa välittyi Koska tietokoneet eivät ymmärrä tiedon heuristista merkitystä, pitää se erikseen kuvata eksplisiittisen tyypin avulla (=dokumentin rakenteen kuvailutietoa) 110
6.2 Dokumentin tyyppimääritys XML-dokumenttien tyyppimääritys tarjoaa keinon jakaa XML-dokumentit hallittaviin aliluokkiin Aliluokkien dokumenttien looginen rakenne on ko. aliluokalle tunnusomainen - kakkuresepteihin liitetään yleensä kakun nimi, valmistusaineet, leipomisohje sekä paistoaika, tietyssä järjestyksessä - novelleihin liitetään yleensä kertomuksen nimi, kirjoittaja, esipuhe, kääntäjän huomautuksia sekä varsinainen tarina luvuiksi ja kappaleiksi jaoteltuna - kirjeessä on yleensä lähettäjän ja vastaanottajan nimi ja osoite, päivämäärä sekä vapaamuotoista sisältötekstiä Dokumenttiluokan esiintymien looginen rakenne voi yleensä myös hieman vaihdella, esim. kirjeessä ei aina ole lähettäjän osoitetta yleensä kaikki dokumenttiluokat ovat juuri tällä tavoin geneerisiä 111
6.3 XML DTD Kuten todettua, XML 1.0 (1.1) sisältää DTD-määrityskielen; vrt. DTD-esittely [28] doctypedecl ::= '<!DOCTYPE' S Name (S ExternalID)? S? ('[' intsubset ']' S?)? '>' [VC: Root Element Type] [WFC: External Subset] Dokumentin tyyppimääritys koostuu määrittelysäännöistä (merkkausjulistukset tai -esittelyt) jotka keskeisesti asettavat ko. tyypin sallitut elementti- ja attributtirakenteet: - notaation määrittely (notation declaration) - elementin tyyppimäärittely (element type declaration) - attribuuttilistan tyyppimäärittely (attribute-list declaration) - entiteetin määrittely (entity declaration) Näistä tarkastelemme aluksi lähemmin elementtejä ja attribuutteja 112
6.4 Esimerkki: dokumenttityypin music määrittely <?xml version="1.0" encoding="iso-8859-1"?> <!ENTITY on "Ossi Nykänen"> <!ELEMENT music (album+)> <!ATTLIST music editor CDATA #IMPLIED> <!ELEMENT album (name, tracks, img?)> <!ATTLIST album artist CDATA #REQUIRED> <!ATTLIST album year CDATA #REQUIRED> <!ELEMENT name (#PCDATA)> <!ELEMENT tracks (track+)> <!ELEMENT track (#PCDATA)> <!ATTLIST track len CDATA #IMPLIED> <!ELEMENT img EMPTY> <!ATTLIST img src CDATA #IMPLIED> 113
6.5 Esimerkki: music-tyyppinen dokumentti <?xml version="1.0" encoding="iso-8859-1"?> <!DOCTYPE music SYSTEM "cd-music.dtd"> <music editor="&on;"> <album artist="dire Straits" year="1978"> <name>dire Straits</name> <tracks> <track len="5m34s">sultans of swing</track> <track len="6m14s">in the gallery</track> </tracks> <img src="/img/pda/ds-2005-01-09.gif" /> </album> <album artist="pet Shop Boys" year="1993"> <name>very</name> <tracks> <track len="3m55s">yesterday, When I Was Mad</track> </tracks> </album> </music> 114
6.6 Esimerkki: toinen music-tyyppinen dokumentti <?xml version="1.0" encoding="iso-8859-1"?> <!DOCTYPE music SYSTEM "cd-music.dtd" [ <!ATTLIST music editor CDATA #FIXED "Ossi Oletus" > ]> <music> <album artist="pet Shop Boys" year="1993"> <name>very</name> <tracks> <track len="3m55s">yesterday, When I Was Mad</track> </tracks> </album> </music> Dokumentin tyyppimääritys voi siis jakautua kahteen osaan, jotka yhdessä muodostavat dokumentin tyyppimäärityksen (kokeile rxp -Va): - "vahvempi" sisänen DTD-osajoukko ("vrt. CSS") ja - ulkoinen DTD-osajoukko 115
6.7 Editoriesimerkki: Eclipse & XML Buddy Suosittu & ilmainen kehitysympäristö Eclipse tarjoaa hyviä välineitä myös XML-editointiin yms. Kun dokumentin tyyppi on tiedossa, tietoa voidaan käyttää paitsi dokumenttien validointiin, myös esim. koodin aktiiviseen täydentämiseen 116
6.8 Elementtien tyyppimäärityksen perusteet Elementin tyyppimääritys voi näyttää esim. seuraavalta <!ELEMENT album (name, tracks, img?)> 1 2 Nimen (1) jälkeistä termiä (2) kutsutaan toisinaan elementin tieto- tai sisältömalliksi XML tunnistaa neljä "erilaista" elementtien tyyppimääritystä - element content (Huom. tyhjäsolmujen tulkinta!) - mixed content - EMPTY - ANY (yleensä tarpeeton) Erot piilevät siinä minkälaisia rakenteita elementin tietomallin määrittelyyn saa kirjoittaa; mallinnuksen näkökulmasta DTD on kuitenkin melko heikko 117
6.9 Esimerkkejä (määritys ja esimerkkimerkkaus) (1) <!ELEMENT example EMPTY> <example/> (2) <!ELEMENT example ANY> <example>hei maailma!<example/></example> (3) <!ELEMENT example (#PCDATA code field)*> <!-- #PCDATA ensin --> <!ELEMENT code (#PCDATA)*> <!--... ja vain... --> <!ELEMENT field (#PCDATA)*> <!-- -operaattori --> <example>hei maailma <field>hej</field> Hi <code>moi</code> Hello </example> (4) <!ELEMENT example (code field?)> <!ELEMENT code (#PCDATA)*> <!ELEMENT field (#PCDATA)*> <example> <field>hej</field> </example> 118
6.10 Sisältönä elementtejä: element content -tietomalli Kun elementin sisältö määritellään element content -tyyppiseksi, voidaan lapsielementtien rakenne määrittää monipuolisesti jo EBNF:stä tuttujen operaattoreiden ja kertojien avulla (toki kyseessä on eri kielioppi), esim.: <!ELEMENT mydoc (title?,code+,(footer comment)?)> XML-DTD tunnistaa seuraavat operaatorit: - A,B (B seuraa A:ta) - A B (A tai B) ja seuraavat kertojat: - A? (A on optionaalinen) - A+ (A esiintyy yhden tai useamman kerran) - A* (A esiintyy yhden tai useamman kerran tai ei ollenkaan) Lausekkeiden ryhmittelyyn käytetään tavallisia sulkuja ("(",")") 119
6.11 Huomautuksia elementtien määrittelystä Sisältömalleja on usein tarkoituksenmukaista jakaa pienempiin osiin sääntöjen lukemisen ja kirjoittamisen helpottamiseksi (huomaa ero merkkauksessa!): <!ELEMENT mydoc (title?,code+,misc)> <!ELEMENT misc ((footer comment)?)> Mikäli ylimääräisiä merkkausrakenteita (käytännössä elementtejä, yllä miscelementti) ei dokumentteihin haluta, voidaan elementtien tyyppijulistuksia sieventää ns. parametrientiteettien avulla (näihin palataan myöhemmin) Elementtien sisältömallit voivat olla varsin mutkikkaita sisältäen myös rekursiivisia (itseensä viittaavia) rakenteita (rekursioonkin palataan vielä) Yhden ja saman (ei-triviaalin) loogisen elementtirakenteen voi yleensä ilmoittaa useilla erinäköisillä tyyppimäärityksillä 120
6.12 Attribuuttien tyyppimäärittelyn perusteet (1/3) Attribuutit ovat elementteihin liittyviä "lisämääreitä", esim. tyyliin: <example color="red" shape="circle">hei maailma!</example> Tyyppimääritys asettaa attribuuttien nimet, arvojoukot sekä määrää attribuuttien (pakollisen) esiintymisen elementeissä Tarkastellaan määritystä <!ATTLIST example color CDATA #FIXED "red"> 1 2 3 4 Attribuutin tyyppimääritys sisältää seuraavat termit 1. elementin nimi 2. attribuutin nimi 3. arvoalue (AttType) 4. oletusarvo (DefaultDecl, sis. pakollisuus ja oletusarvo) 121
6.13 Attribuuttien tyyppimäärittelyn perusteet (2/3) Attribuutit määritellään aina tietyntyyppisille (tietynnimisille) elementeille: <!ELEMENT example EMPTY> <!ATTLIST example color (red green blue) "red"> Koska julistukseen kirjoitetaan aina sen elementin nimi, johon attribuuttit voidaan liittää, ovat erityyppisille elementeille esiteltävät samannimiset attribuutit eri attribuutteja, vrt: <!ELEMENT example EMPTY> <!ATTLIST example color (red green blue) "red"> <!ELEMENT code (#PCDATA)> <!ATTLIST code color CDATA "red"> Ts. attribuuttimäärittely sallii myös "intuitiivisesti epäjohdonmukaiset" attribuuttimääritykset jossa samanniminen attribuutti tarkoittaa "eri elementeille eri asiaa" (tätä on toki syytä välttää suunnittelussa) 122
6.14 Attribuuttien tyyppimäärittelyn perusteet (3/3) Oletusarvot määrittelevät onko attribuutti pakko merkata ja jos merkataan, mikä arvo sille pitää asettaa: - #REQUIRED ~ attribuutti on pakko merkata - #IMPLIED ~ attribuutin merkkaaminen on vapaaehtoista - #FIXED ~ attribuutin arvo on (annettu) vakio Toisin sanoen, oletusarvosta johtuen <example color="red" shape="circle"/>...on sama asia kuin: <example shape="circle" color='red'/>...mutta saattaa olla (loogisesti) eri asia kuin: <example color="red"/> 123
6.15 Esimerkkejä erilaisista tyyppimäärityksistä <!ATTLIST example color (red green blue) #REQUIRED> <!ATTLIST example color CDATA #REQUIRED> <!ATTLIST example color (red green blue) "red"> <!ATTLIST example color CDATA #IMPLIED> <!ATTLIST example color CDATA #FIXED "red"> Notaatio mahdollistaa myös kokonaisen attribuuttilistan määrittelyn kerralla: <!ATTLIST example type (theory application) #REQUIRED color CDATA #REQUIRED> On tärkeää huomata, että XML-dokumenttissa näkyvään elementtiin kirjoitettu attribuutin arvo käy aina läpi normalisointiprosessin matkallaan XML-prosessorin läpi kohti sovellusta (tähän palataan pian) 124
6.16 Attribuuttien arvoalueet (1/2) Aikaisemmissa esimerkeissä attribuutin tyyppeinä oli yksinkertaisesti joko merkkidata tai lueteltuja arvojoukkoja, tyyliin: <!ATTLIST example color (red green blue) #REQUIRED> <!ATTLIST example color CDATA #REQUIRED> Käytännössä tämä riittää yleensä mainiosti. XML-prosessori/sovellus - asetelman puitteissa on kuitenkin tilanteita, joissa arvojoukkojen yksityiskohtaisempi määrittäminen on perusteltua, esim. kun - attribuutit viittaavat nimettyihin XML-elementteihin - tiedetään, että sovellus aikoo käyttää (joidenkin) attribuuttien arvoja esim. tiedostoniminä Perusideana on siis attribuuttien tutkiminen onnistuu jo XML-prosessorin avulla niin pitkälle kuin mahdollista (tai pikemminkin käytännöllistä; kaikille arvoalueille ei yleensä löydy käyttöä) 125
6.17 Attribuuttien arvoalueet (2/2) Arvoalue voi olla jotakin seuraavista: - CDATA ~ merkkidataa - lueteltu (enumerated) ~ jokin annetuista tunnistemerkkijonoista - NOTATION ~ jokin annetuista notaatioista - ID ~ ID-attribuutti - IDREF ~ viittaus ID-attribuuttiin - IDREFS ~ luettelo viittauksista ID-attribuutteihin (erottimena tyhjämerkki) - ENTITY ~ entiteetin nimi - ENTITIES ~ luettelo entiteettien nimiä (erottimena tyhjämerkki) - NMTOKEN ~ tunnistemerkkijono - NMTOKENS ~ luettelo tunnistemerkkijonoja (erottimena tyhjämerkki) 126
6.18 Esimerkkejä (1/2) <!ATTLIST example text CDATA #REQUIRED> <example text="ainoastaan < ja &-merkit on koodattava entiteeteillä, #$@!""/> <!ATTLIST example indexpage NMTOKEN #REQUIRED> <example indexpage="etusivu.html"/> <!ATTLIST example pet NMTOKENS #REQUIRED> <example pet="kissa koira marsu härkä muu"/> <!ATTLIST example shape (box circle line) ""> <example shape="box"/> <!ATTLIST example id ID #REQUIRED> <example id="myname"/> <!ATTLIST example href IDREF #REQUIRED> <example href="myname"/> 127
6.19 Esimerkkejä (2/2) <!ENTITY plant-image SYSTEM "/usr/kukka.gif"> <!ATTLIST example image ENTITY #REQUIRED> <example image="plant-image"/> <!NOTATION gifconv SYSTEM "ps2gif.exe"> <!NOTATION jpgconv SYSTEM "ps2jpg.exe"> <!ATTLIST example imagesrc NMTOKEN #REQUIRED handler NOTATION (gifconv jpgconv) #REQUIRED> <example imagesrc="ratas.ps" handler="gifconv"/> Käytännössä hyödyllisimpiä ovat CDATA, enumerated, ID/IDREF(S), NMTOKEN(S) muille löytyy käyttöä harvemmin 128
6.20 Attribuutin arvon normalisointi (1/2) Myös attribuuttien arvot ovat jäsennettäväksi tarkoitettua tekstiä. Siispä XML-prosessorin sovellukselle välittämä merkkijono ei välttämättä ole täsmälleen sama kuin dokumenttiin kirjoitettu literaaliarvo Attribuuttien arvo siis normalisoidaan ja merkatusta literaalista prosessoidaan (XML-)sovellukselle välitettävä attribuuttiarvo Attribuuttien arvojen normalisointialgoritmi on seuraavanlainen: 1) arvon ympäriltä poistetaan lainausmerkit (tai heittomerkit) 2) merkkiviittaukset korvataan vastaavilla Unicode-merkeillä 3) entiteettiviittaukset korvataan vastaavilla merkkijonoilla (rekursio) 4) kaikki tyhjämerkit korvataan "välilyönneillä" 5) jos arvoalue on muu kuin CDATA, poistetaan tyhjämerkit merkkijonon alusta ja lopusta sekä moninkertaiset tyhjämerkit sen sisältä 129
6.21 Attribuutin arvon normalisointi (2/2) Normalisoinnin ansiosta myös attribuuttien arvojen antamisen yhteydessä voi käyttää tyhjämerkkejä ja vaikkapa jakaa arvo usealle riville tyyliin: <!ATTLIST desc text CDATA #REQUIRED>... <desc text="tämä rivi tekstiä on Ö-luokan esimerkki. "> Edellisessä esimerkissä attribuutin text (jonka tyypiksi on annettu CDATA) arvo normalisoidaan muotoon (hakasulut on esimerkissä lisätty ainoastaan havainnollistamaan merkkijonon alku- ja loppukohtia) [Tämä rivi tekstiä on Ö-luokan esimerkki. ] Huomaa, että normalisaatio tuottaa erilaisen arvon, jos attribuutin tyypiksi olisi annettu esim. muodossa NMTOKENS: <!ATTLIST desc text NMTOKENTS #REQUIRED> [Tämä rivi tekstiä on Ö-luokan esimerkki.] 130
6.22 Attribuutit xml:lang ja xml:space xml:space voi saada kaksi eri arvoa: default tai preserve - preserve kertoo XML-sovellukselle että sen "tulisi" ohittaa oletusarvoinen (mielivaltainen) tyhjämerkkien sievennyskäytäntönsä ja huomioida kaikki tyhjämerkit xml:lang voi saada jonkin ISO 639 kielikoodin, IANA-kielikoodin (prefix "i-", "I-") tai sovelluskohtaisen kielikoodin (prefix "x-","x-") - (periytyvä) kielikoodi kertoo (ei pakota!) elementin merkkidatan, attribuuttien arvojen ja lapsielementtien kielen (luonnollisen tai formaalin) Validi dokumentti määrittelee myös attribuutit xml:space ja xml:lang, esim. <!ATTLIST elementname xml:space (default preserve) 'preserve'> <!ATTLIST examplename xml:lang NMTOKEN 'en'> XML-standardiperhe nimeää myös muitakin attribuutteja ja esittää merkityksen näille (näihin palataan myöhemmin) 131
6.23 Dokumentin tyyppimäärityksestä: PUBLIC (1/2) Dokumentin tyyppimääritysten vakiintuessa (kun DTD on suunniteltu, testattu ja havaittu hyväksi), on yleiskäyttöisyyden nimissä järkevää sijoittaa ulkoiset DTD-tiedostot paikkaan, josta ne ovat yleisesti saatavilla, esim. HTTP-palvelinhakemistoon ja käyttää DTD-osajoukkoja tyyliin: <?xml version="1.0"?> <!DOCTYPE mydoc SYSTEM "http://www.rakdok.com/mydoc.dtd"> Laajamittaisena tämä on kuitenkin epäkäytännöllistä ja tehotonta, etenkin jos DTD saa yleisesti hyväksyttävän standardin arvon ja kaikki viittaavat siihen! Ratkaisu: yleisesti tiedossa olevat dokumenttityypit nimetään, liitetään suoraan osaksi XML-parsereita ja DTD-osajoukko valitaan dokumentin tyyppijulistuksessa avainsanan PUBLIC avulla tyyliin: <?xml version="1.0"?> <!DOCTYPE mydoc PUBLIC "-//RAKDOK//DTD MYDOC//EN"> 132
6.24 Dokumentin tyyppimäärityksestä: PUBLIC (2/2) PUBLIC-avainsanaa seuraava literaali ei ole nyt suora viittaus tiedostoon, vaan DTD-osajoukon julkinen tunnistenimi (public identifier), joka sisältää seuraavat kentät: - alkaa avainsanalla "ISO" jos määrityksellä on ISO-standardin arvo - "+" jos muu merkittävä standardi, "-" jos ei ole - "//" DTD:n omistajan tunnus - "//" tiedoston tyyppi (esim. "DTD) - välilyönti " " ja dokumentin nimi - "//" kielikoodi (ISO 639) 133
6.25 <?xml...?> ja standalone Dokumentin jäsentämiseen liittyy myös tieto siitä, onko dokumentin käsittely mahdollista ilman ulkoisen DTD-osajoukon (tiedoston) lataamista Mikäli ulkoista osajoukkoa ei (kyseisen dokumentin tapauksessa) välttämättä tarvita dokumentin esiintymän lukemiseen, voidaan dokumentin alkuun lisätä riippumattomuusesittely (standalone declaration): <?xml version="1.0"encoding="iso-8859-1" standalone="yes"?> Oletusarvo on "no"; joissakin tapauksissa "yes" nopeuttaa dokumenttien käsittelyä. Arvo "yes" ei kuitenkaan ole mielekäs jos esim. - attribuuteilla on oletusarvoja tai niiden tyyppi on jokin muu kuin CDATA - käytetään muita kuin viittä oletusentiteettiä - elementtien tietomallin tulkinta ei käy elementtirakenteesta ilmi 134
6.26 Huomautuksia DTD-kielestä Yksinkertainen ja hyvin määritelty tapa määritellä dokumenttiluokkia XMLsovellusten tarpeisiin, mutta... Epäsymmetria Erikoinen DTD-kieli Ei valmiita datatyyppejä, ei välineitä omien määrittelyyn Ei helppoa keinoa johtaa tietomalleja toisistaan...tietomallien määrittelyn primitiivien yksinkertaisuus ( suunnittelun monimutkaisuus) jne. muillekin skeemakielille löytyy käyttöä 135
6.27 Mitä DTD "tarkoittaa" DTD voidaan tulkita eksplisiittiseksi reunaehdoksi, joka valitsee ja kiinnittää jonkin tietyn (mielenkiintoisen) XML-dokumenttien luokan aliluokan: DOKUMENTTI- LUOKKA Z =LOOGISEN RAKENTEEN Z OMAAVAT XML- DOKUMENTIT TYYPPI-A-VALIDIT XML-DOKUMENTIT TYYPPI-C-VALIDIT XML-DOKUMENTIT TYYPPI-B-VALIDIT XML-DOKUMENTIT XML-DOKUMENTTIEN LUOKKA XML-dokumenttien luokka sisältää siis kaikki ne tekstitiedostot, jotka voidaan johtaa XML-spesifikaation kieliopista (WFC-rajoitteet huomioiden) 136