XPath, XQuery - XML und Datenbanken

XML und Datenbanken
- XPath, XQuery -
Meike Klettke
Universität Rostock
Fakultät für Informatik und Elektrotechnik
[email protected]
www.xml-und-datenbanken.de
1
Einleitung

XPath: Adressierung von Knoten des XML-Dokumenten
XQuery: ad-hoc Anfragen an XML-Dokumente

beides Empfehlungen des W3C

Meike Klettke
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3) XML-Prozessoren
2
XPath: allgemeine Abarbeitung






Adressierung von Teilen eines Dokumentes
Formulierung von Bedingungen an diese Knotenmengen
XPath-Ausdruck kann aus mehreren Schritten bestehen,
Kopplung über /
Ergebnis eines Schrittes sind Knotenmengen (auch die
leere Knotenmenge ist möglich) oder einzelne Werte
Abarbeitung erfolgt von links beginnend
Bestandteil der XML-Anfragesprachen (XQuery),
Transformationssprachen (XSLT) und XPointer
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3
XPath, zum Datenmodell




XML-Dokument wird als abstrakter Baum betrachtet
Baumstruktur kennt sieben Knotenarten (ähnlich zu DOM)
– Wurzelknoten
– Elementknoten
– Attributknoten
– Namensraumknoten
– Textknoten
– Kommentarknoten
– PI-Knoten
Kanten des Baumes stellen die Verbindungen zwischen
den Bestandteilen des XML-Dokumentes dar
Entities werden aufgelöst (expandiert)
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Aufbau eines Navigationsschrittes



absolute und relative Pfade möglích
– absolute Pfade beginnen von der Wurzel des XML-Dokumentes
– relative gehen vom Kontextknoten (=aktueller Knoten) aus
Ein Schritt besteht aus:
– achse::knotentest[prädikat]
• Achse:
– Beziehung zwischen dem Kontextknoten und dem zu
auszuwählenden Knoten
• Knotentest:
– legt den Knotentyp und den Namen der zu selektierenden Knoten fest
– Zum Beispiel: Knotentyp: Element oder Attribut, Name jeweils wie
angegeben, * für alle
• Prädikat
– Ein, kein oder mehrere Prädikate schränken die Knotenmenge ein
– (na ja: kein Prädikat schränkt die Knotenmenge natürlich nicht ein)
Beispiele:
– child::href[position()=2]
child::autor[last()]
– attribute::autorname
parent::*
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Achsen
child
(direkte Nachfolger),
 descandant
(alle Nachfolgerknoten),
 parent,
 attribute,
 self,
 descandant-or-self,
 following-sibling (alle nachfolgenden Geschwisterknoten),
 following
(alle in der Dokumentordnung nachfolgenden
Knoten)
 preceding-sibling (alle vorhergehenden Geschwisterknoten),
 preceding
(alle in der Dokumentordnung vorhergehenden
Knoten),
 anchestor
(alle Vorgängerknoten),
 anchestor-or-self

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Veranschaulichung der Achsen
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Kurzformen
Kurzform
Langform
Bedeutung
child::
Child ist Standardachse
.
self::node()
aktueller Knoten
..
parent::node()
Vaterknoten
//
/descandant-orself::node()
Nachfahren des Kontextknotens und dieser
selbst
@
attribute::
Attribute des Kontextknotens
*
Knoten mit beliebigem Namen (Wildcard)
@*
Bezeichnet alle Attribute des Kontextknotens
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Beispiele für XPath /1
unterkuenfte
<unterkuenfte>
<hotel id="id001“>
<name>Strand Hotel Huebner</name>
<adresse>
<plz>18119</plz>
<ort>Warnemuende</ort>
...
</adresse>
</hotel>
..
</unterkuenfte>





hotel
id
name
id001
/unterkuenfte/hotel
Langform: /child::unterkuenfte/child::hotel
Strand
Hotel
Huebner
/unterkuenfte/hotel/adresse/../name
Langform: /child::unterkuenfte/child::hotel//
child::adresse/parent::*/child::name
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adresse
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plz
ort
18119
Warnemuende
Elementknoten
Textknoten
Attributknoten
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Beispiele für XPath /2
unterkuenfte
<unterkuenfte>
<hotel id="id001“>
<name>Strand Hotel Huebner</name>
<adresse>
<plz>18119</plz>
<ort>Warnemuende</ort>
...
</adresse>
</hotel>
..
</unterkuenfte>





hotel
id
/unterkuenfte/hotel/adresse/ort
/unterkuenfte//ort
//ort
– Ergebnis immer:
<ort>Warnemuende</ort>
/hotel/adresse/ort
– Ergebnis: leere Knotenmenge
/unterkuenfte/hotel/adresse/ort/text()
– Ergebnis: Warnemuende
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name
adresse
id001
Strand
Hotel
Huebner
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plz
ort
18119
Warnemuende
Elementknoten
Textknoten
Attributknoten
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Prädikate /1



angegebenes Prädikat wird für jeden Knoten ausgewertet
Knoten bei denen das Ergebnis true ist, werden in das Ergebnis
übernommen
– Vorhandensein von Werten (Werteselektion)
• /buch[@erscheinungsjahr>2000]
• /hotel/adresse/ort[text()=„Rostock“]
– Strukturselektion – basiert auf strukturellen Eigenschaften (im
Gegensatz zu Datenbanken, dort nur Werteselektion)
• /hotel[kategorie], hotel[//ort] – Vorhandensein von
Elementen
• /hotel[@url] – Vorkommen von Attributen
Positionsangabe: wenn Prädikat eine Nummer liefert, dann wird
der Knoten der entsprechenden Position übernommen
– /hotel[3], ort[1], autor[last()]
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Prädikate /2



Reihenfolge der Prädikatauswertung ist relevant!
Verbindungen von Prädikaten ist durch
– and, or (Ergebnis boolescher Wert)
– <, >=, >, >=, =, != (Ergebnis boolescher Wert)
– +, -, *, mod, div (Ergebnis numerischer Wert)
– | dient zur Vereinigung von Knotenmengen
– () Klammerung beeinflusst die Ausführungsreihenfolge
XPath-Funktionen (einige waren schon in Beispielen zu
sehen)
– last()
– position() – auch als Kurzform [n]
– contains(string, string)
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Beispiele für XPath /3
unterkuenfte
<unterkuenfte>
<hotel id="id001“>
<name>Strand Hotel Huebner</name>
<adresse>
<plz>18119</plz>
<ort>Warnemuende</ort>
...
</adresse>
</hotel>
..
</unterkuenfte>
hotel
id
/unterkuenfte/hotel
[adresse/ort/text()=“Warnemuende“ or
adresse/ort/text()=“Rostock”]/name/text()
•
/unterkuenfte/hotel[contains(name/text(),”Strand”)]
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adresse
id001
•
Meike Klettke
name
Strand
Hotel
Huebner
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plz
ort
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Warnemuende
Elementknoten
Textknoten
Attributknoten
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zusammenfassend für XPath





Navigation durch den Baum, der das XML-Dokument
darstellt (über Navigationsachsen)
schrittweise Abarbeitung
Ergebnis jedes Schrittes sind Knotenmengen
auf diesen können durch Prädikate Bedingungen formuliert
werden
XPath wird in XQuery benötigt
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Kriterien für Anfragesprachen /1
(nach Heuer, Scholl)





Ad-Hoc-Formulierung:
– Benutzer soll Anfragen formulieren, ohne vollständiges
Programm zu schreiben
Deskriptivität:
– Benutzer soll formulieren "Was will ich haben?" und nicht "Wie
komme ich dahin?".
Mengenorientiertheit:
– Jede Operation soll auf Mengen von Daten gleichzeitig
arbeiten, nicht navigierend nur auf einzelnen Elementen (onetuple-at-a-time)
Abgeschlossenheit:
– Ergebnis kann als Eingabe für nächste Anfrage verwendet
werden
Adäquatheit:
– alle Konstrukte des zugrundeliegenden Datenmodells werden
unterstützt.
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Kriterien für Anfragesprachen /2
(nach Heuer, Scholl)





Orthogonalität:
– ähnliche Sprachkonstrukte sind ähnlich anwendbar
Optimierbarkeit:
– Die Sprache besteht aus wenigen Operationen, für die es
Optimierungsregeln gibt.
Effizienz:
– Jede Operation ist effizient ausführbar
Sicherheit:
– Keine Anfrage, die syntaktisch korrekt ist, darf in eine
Endlosschleife geraten oder ein unendliches Ergebnis liefern.
Eingeschränktheit:
– (folgt aus Sicherheit, Optimierbarkeit, Effizienz)
– Die Anfragesprache darf keine komplette Programmiersprache
sein.
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3.2) XQuery - Einleitung



XML Query Language
Noch nicht als Empfehlung vom W3C verabschiedet
Mindestanforderungen (nach David Maier)
– Selektion
• anhand von Inhalt und Struktur
– Extraktion und Reduktion
• gezielte Extraktion von Subelementen, Löschen
ausgewählter Subelemente
– Kombination und Restrukturierung
• Zusammenfassen von Elementen, Erzeugen neuer
Elementmengen,...
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XQuery - Basiskonstrukte
for - bindet Ausdrücke an Variablen
 let - bindet Ausdrücke an Variablen
 where - Einschränkung der Ergebnismenge durch
Bedingungen
 order by
 return - Ergebniskonstruktion
gesprochen Flower (in älteren Versionen: FLWR)

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XQuery
FLWOR-Ausdruck:=
(for-Ausdruck | let-Ausdruck)+
where-Ausdruck?
order-by-Ausdruck?
return-Ausdruck
Abbildung aus Schöning/Lehner: XQuery, dpunkt.Verlag, 2003
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for/let-Klausel



Ermöglichen die Bindung von Ergebnissen beliebiger XQueryAusdrücke (im Allgemeinen Pfadausdrücke) an Variablen
for-Klausel:
– Das Ergebnis des Ausdruckes wird elementweise an die
Variable gebunden
– Das nachfolgende Anfragekonstrukt wird für jedes Element
einzeln ausgeführt
– Bsp: for $b in fn:doc(„buecher.xml“)/buecher/buch
(Anmerkung: fn:doc- Funktion zum Zugriff auf Datei)
let-Klausel:
– Das Ergebnis des Ausdruckes wird vollständig als Sequenz
von Knoten bzw. Werten an die Variable gebunden
– Bsp:
let $t := /buch/title
let $x :=(<koordinaten/>)
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for/let-Klausel
let $x:= (<Informatik/>, <Wirtschaftsinformatik/>, <ITTI/>)
return <teilnehmer> {$x}</teilnehmer>
<teilnehmer>
<Informatik/>
<Wirtschaftsinformatik/>
<ITTI/>
</teilnehmer>
for $x in (<Informatik/>, <Wirtschaftsinformatik/>, <ITTI/>)
return <teilnehmer> {$x}</teilnehmer>
<teilnehmer> <Informatik/> </teilnehmer>
<teilnehmer> <Wirtschaftsinformatik/> </teilnehmer>
<teilnehmer> <ITTI/> </teilnehmer>
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for/let

Variablenbindung kann abhängig von anderen bereits
gebundenen Variable sein
for $b in fn:doc(„buecher.xml“)/buecher/buch
let $t := $b/titel
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where-Klausel


Bedingungen, die zur Filterung dienen,
Beispiele:
– where $b/autor/text()=„Meyer“
– where $b/autor=„Meyer“ and contains($b/title/text(), „XML“)
– where $b/year>2000
– where fn:count($b/autor)>3
– viele weitere Funktionen, zum Beispiel:
• fn:avg, fn:min, fn:max, fn:sum, (auf numerischen Werten)
• fn:concat, fn:substring (auf Strings)
• fn:exacly-one, fn:zero, fn:exists (Kardinalität von
Eingabesequenzen)
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ORDER BY

Reihenfolge kann durch die order-by Klausel explizit
erzwungen werden

order by $b/autor
stable order by $b/autor
– bei Gleichheit der Werte (identischer Autor) wird die
Reihenfolge aus dem Originaldokument gewählt





Weiterhin möglich:
empty greatest und
empty last nach der order by Klausel
(Hinweis: verschiedene Semantik von Nullwerten)
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return






„Schablone“ zur Ergebniskonstruktion
Dereferenzierung von Variablen muss explizit angezeigt
werden, eingeklammert {}
Der Rest wird direkt ausgegeben
Beispiel:
return <xmlbuch> {$t} {$a} </xmlbuch>
reines XML in der Anfragen wird so ins Ergebnis
übernommen
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Beispiel für geschachtelte XQueryAnfragen
 FLWR-Ausdrücke können geschachtelt werden
for $x in /unterkuenfte
return
<ueberschrift> Hotels in Rostock </ueberschrift>
<hotels>
{
for $h in $x/hotel
where $h//ort[contains(text(),"Rostock")]
return
<eintrag>
<hotelname>{$x/name/text()}</hotelname>
<adresse>
{$h/adresse/strasse} {$h/adresse/nummer}
</adresse>
</eintrag>
}
</hotels>
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... das gleiche Beispiel
<ueberschrift> Hotels in Rostock </ueberschrift>
<hotels>
{
for $h in /unterkuenfte/hotel
where $h//ort[contains(text(),"Rostock")]
return
<eintrag>
<hotelname>{$h/name/text()}</hotelname>
<adresse>
{$h/adresse/strasse} {$h/adresse/nummer}
</adresse>
</eintrag>
}
</hotels>
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XML-Updates






Ziel: Veränderung von XML-Dokumenten
noch nicht in XQuery enthalten
es gibt mehrere Vorschläge zur Erweiterung
von XQuery für diese Aufgabe
Updates können
XML-Updates
– die Werte und
– die Strukturinformationen
eines XML-Dokumentes verändern
Werden syntaktisch in XQuery-Statements eingebunden
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Sprachvorschlag für Updates
Nach Tatarinov:
 DELETE child
– Löscht den angegebenen Nachfolgerknoten des
Kontextknotens
 INSERT content [(BEFORE|AFTER) ref]
– Erlaubt das Einfügen eines neuen Inhaltes neben dem
Kontextknoten BEFORE/AFTER spezifiziert die Position
– Sonst ergänzt INSERT nach dem letzten child-Knoten.
 RENAME child TO name
– Ordnet dem childknoten einen neuen Namen zu
 REPLACE child WITH content
– Ersetzt den child-Knoten durch den angegebenen Inhalt
– (Operation kann auch durch 2 Operationen: INSERT BEFORE
und DELETE ausgeführt werden.
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Update von XML-Dokumenten,
Veränderung von Inhalten (Daten)

Anfragebeispiel (Tatarinov)
for $x in document("buecher.xml"),
$titel in $x/buch/titel
where $titel="XML und Datenbanken"
update $x
{
replace $titel/text() with
"XML und Datenbanken –
Konzepte, Sprachen und Systeme"
}
buecher
buch
isbn
titel
autor
3-89864-148-1
XML und
und DB –
XML
Konzepte, Sprachen
Datenbanken
und Systeme
Holger
Meyer
Elementknoten
Textknoten
Attributknoten
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Update von XML-Dokumenten,
Veränderung von Strukturen

for $x in document("buecher.xml"),
$autor in $x/buch/autor
where $x/buch/@isbn=" 3-89864-189-9 "
update $x
{
rename $autor TO "editor"
}

buecher
Anfragebeispiel (Tatarinov)
beachtet werden muss u.a.
– Gültigkeit der
XML-Dokumente!
buch
isbn
titel
edito
autor
r
3-89864-189-9
Web und
Datenbanken
Erhard Rahm
Elementknoten
Textknoten
Attributknoten
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Literatur
XML-Prozessoren:
 Informationen über SAX:
– www.saxproject.org
 DOM:
– www.w3.org/DOM-Level-1/
– www.w3.org/DOM-Level-2/
– www.w3.org/DOM-Level-3/
XPath, XQuery:
 Schöning, Lehner: XQuery, dpunkt.verlag, 2004
 www.w3.org/TR/xpath
 www.w3.org/XML/Query
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Verfügbare Parser



An dieser Stelle sollen keine SAX- oder DOM-Prozessoren
aufgezählt werden, da die Aussagen, was sie jeweils
unterstützen, schnell veralten
viel verwendet wird: Xerces
(kommentierte) Softwaresammlungen unter:
– xml.coverpages.org
– www.xmlsoftware.com
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