6. XQuery

1. 6. 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（XQuery 1.0 : 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。

2. 6.1 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

3. 6.1.1 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。 • 是否可以直接在 SQL 的基础上适当地增加一些特性或语法，使其用于查询 XML 数据呢？因为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。

4. 关系数据与XML数据之间的区别

5. 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。

6. 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

7. 6.1.2 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，在定义需求、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。

8. 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。

9. 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 XPath 2.0 路径表达式进行对层次化文档的操作、XQuery 1.0 与 XPath 2.0 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

10. 6.1.3 XML 格式的 XQuery 查询语言 • 查看 XMLSPY 中的 XQuery 文档。 • XQuery 也支持面向机器处理的 XML 格式，这就是 XQueryX（XML Syntax for XQuery 1.0 (XQueryX)）。 • XQueryX 是 W3C XML 工作组开发的另一个规范，它是一种通过 XML 语法描述 XQuery 的标记语言。 • XQueryX.xml for$tindoc("bib.xml")/bib/book/title return$t

11. 6.2 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 FLOWR 语句，可以完成对 XML 数据的查询、筛选、排序。

12. 6.2.1 XQuery 基本语法 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> SELECT column_list FROM table_source ORDER BY order_by_expression WHERE search_condition <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <bib> <book year="1994"> <title>TCP/IP Illustrated</title> <author><last>Stevens</last><first>W.</first></author> <publisher>Addison-Wesley</publisher> <price> 65.95</price> </book> <book year="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>

13. FLOWR 表达式 • FLOWR 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

14. 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。

15. for 子句中的范围变量 • 在 for 子句中，$variable_name 表示声明一个范围变量（range variable），然后为这个范围变量指定取值范围的集合，依次进行绑定。 • 比如，flwor-demo1.xquery 中的“for$bindoc("bib-demo1.xml")/bib/book ”，这表示 $b 的取值范围为 bib-demo1.xml 中的两个 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，分别取 book1、book2，以便对所取出的数据节点进行进一步的筛选和处理等操作。

16. 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$ias xs: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。

17. 有关 for 和 let 子句的详细说明 • 参见 for-and-let.xquery。

18. 6.2.3 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。

19. 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，有关 XPath 的判定谓词，曾在第 4 章中进行了详细地介绍。当然，从可读性的角度来说，建议尽可能使用前面一种方法书写。

20. where 语句中布尔值的计算 ① 如果操作数是一个空序列（( )），那么转换将返回 false。 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 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 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 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 在任何其他的情况下，转换将产生类型错误。

21. 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"castas xs: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"castas xs: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"castas xs:boolean,<a/>)

22. 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。

23. 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。 for$bin fn:doc("bib.xml")/bib/book orderby$b/title return<result> { $b/title } </result> let$b := fn:doc("bib-demo1.xml")/bib/book orderby$b/title return<result> { $b/title } </result>

24. order by 语句的示例 • students.xml + students.xsd • orderby.xquery

25. return 语句 • 在 FLOWR 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）。

26. 一、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）。

27. ① 元素及其文本内容的直接构造 ... return<result> { $t } { $a } </result> <results> { for$bindoc(“bib-demo1.xml”)/bib/book let$t := $b/title, $a := $b/author where$a/last=”Stevens” orderby$t return<result> { $t } { $a } </result> } </results>

28. ② 属性的直接构造 I． <shoe size="7"/> 结果为<shoe size="7"/> II． <shoe size="{7}"/> 结果为<shoe size="7"/> III．<shoe size="{( )}"/> 结果为<shoe size=""/> IV．<chapter ref="[{1, 5 to 7, 9}]"/> 结果为<chapter ref="[1 5 6 7 9]"/> V．let$hat := <hat size="23"/> return<shoe size="As big as {$hat/@size}"/> 结果为 <shoe size="As big as 23"/>

29. 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> 其结果为： <income xmlns="http://mycompany.org"> <!-- From 2006 to 2007 --> <?basis time="monthly"?> 1000 </income>

30. 二、计算构造方法 • 直接构造方法存在一定的局限性。 • 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。

31. 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。

32. 元素计算构造的示例 let$salary := 1000 return<income>{$salary}</income> let$salary := 1000 returnelement income {$salary} for$nodein (<student>WangFang</student>,<city>Beijing</city>) returnelement {concat("new", node-name($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>

33. ② 属性的计算构造 CompAttrConstructor ::= "attribute" (QName | ("{" Expr "}")) "{" Expr? "}" • 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）。

34. 属性计算构造的示例 for$nodein (<couple><husband>Tom</husband><wife>Alice</wife></couple>)/element() return element person { attribute gender {if (node-name($node) castas xs:string="husband") then"male"else"female"}, data($node) } <person gender="male">Tom</person> <person gender="female">Alice</person>

35. ③ 其他内容的计算构造 CompTextConstructor ::= "text" "{" Expr "}" CompPIConstructor ::= "processing-instruction" (NCName | ("{" Expr "}")) "{" Expr? "}" CompCommentConstructor ::= "comment" "{" Expr "}" <result> { for$nodein (<student>WangFang</student>,<city>Beijing</city>) return element {node-name($node)} { data($node), comment {"appended-text"}, text {2+3}, processing-instruction pi-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>

36. 条件表达式 IfExpr ::= "if" "(" TestExpr ")" "then" ExprSingle "else" ExprSingle ExprSingle ::= FLWORExpr | QuantifiedExpr | IfExpr • if-then-else.xquery some $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)

37. 6.4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 XPath 2.0 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$a/state case$aaselement(*, CanadaAddress) return$a/province case$aaselement(*, JapanAddress) return$a/prefecture defaultreturn"unknown"

38. 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 ::= "$" QName TypeDeclaration? TypeDeclaration ::= "as" SequenceType xqueryversion"1.0"; declarefunction local:HelloWorld() as xs:string { "Hello World!" }; local:HelloWorld() xqueryversion"1.0"; declarefunction HelloWorld() as xs:string return"Hello World!" HelloWorld( )

39. modulenamespace hello = "http://example.org/hello-function"; declarefunction hello:HelloWorld() as xs:string { "Hello World!" }; declarevariable$hello:pi as xs:double :=3.141592653589793; module1.xquery xqueryversion"1.0"; importmodulenamespace mod1 = "http://example.org/hello-function"at"module1.xquery"; <result> <function-call>{mod1:HelloWorld()}</function-call> <showVariable>{$mod1:pi}</showVariable> </result> MainQuery.xquery 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。 <result> <function-call>Hello World!</function-call> <showVariable>3.14159265358979</showVariable> </result>

40. 在 XQuery 中声明命名空间 NamespaceDecl ::= "declare" "namespace" NCName "=" URILiteral xqueryversion"1.0"; declarenamespace here ="www.example.org"; declarefunction here:HelloWorld() as xs:string { "Hello World!" }; here:HelloWorld() xqueryversion"1.0"; declarenamespace here = "http://example.org"; <here:ele> Element </here:ele> <here:ele xmlns:here="http://example.org"> Element </here:ele> xqueryversion"1.0"; declaredefaultelementnamespace"http://example.org/names"; <ele> Element </ele> <ele xmlns="http://example.org/names"> Element </ele>

41. 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。

42. 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。 • Schema-Import1.xquery • Schema-Import2.xquery importschemadefaultelementnamespace""at"http://example.org/xyz.xsd";

43. 6.5 XQuery 用例分析 • 见 XMLSPY 和教材。