XML学习笔记5——XSD复杂数据类型
和简单数据类型对应就是复杂数据类型了，XML元素的数据类型可以是简单数据类型，也可以是复杂数据类型，而XML属性的数据类型就只能是简单数据类型。这篇笔记，就来学习一下XSD中的复杂数据类型了。
1、定义复杂数据类型
（1）和<simpleType>元素用来定义简单数据类型相对应，可以使用<complexType>元素来定义复杂数据类型。其语法为：
<complexType
id=ID
name=NCName
abstract=true|false
mixed=true|false
block=(#all|extension与restriction的自由组合)
final=(#all|extension与restriction的自由组合)
any-attributes> (annotation?,(simpleContent|complexContent|((group|all|choice|sequence)?,((attribute|attributeGroup)*,anyAttribute?)))) </complexType>
其中<complexType>元素的属性说明如下：
| 属性 | 说明 |
| id | 唯一标识<complexType>元素本身 |
| name | 使用<complexType>元素新定义的数据类型的名称 |
| abstract | 是否为抽象的数据类型，如为抽象的，则不能在XML文档中直接使用这种数据类型 |
| mixed | 是否为混合类型，如果是混合类型，则允许同时出现字符数据和子元素 如果子元素是<simplexContent>，则不能使用该属性 如果子元素是<complexContent>，则mixed属性可以被<complexContet>元素的mixed属性重写 |
| block | 防止使用指定派生类型的复杂类型来替换当前定义的复杂类型 |
| final | 防止使用指定派生类型来派生新的类型 |
| any attributes | 指定non-schema命名空间的任何其他属性 |
（2）复杂数据类型只能用于元素而不能用于属性，进一步，可以根据能应用的元素对数据类型进行分类：
- 简单数据类型：相应的元素内容是简单类型值，并且元素不能有属性，使用<simpleType>定义
- 含简单内容的复杂数据类型：相应的元素内容是简单类型值，但元素具有属性，使用<complexType> <simpleContent> </simpleContent> </complexType>定义，其中<simpleContent>元素的语法如下：
<simpleContent id=ID any-attributes> (annotation?,(restriction|extension)) </simpleContent>
- 含复杂内容的复杂数据类型：相应的元素可以是包含子元素的元素，空元素或包含混合内容的元素，而不管元素是否有属性，使用<complexType> <complexContent> </complexContent> </complexType>定义，其中<complexContent>元素的语法如下：
<complexContent id=ID mixed=true|false any-attributes> (annotation?,(restriction|extension)) </complexContent>
（3）在根元素<schema>下定义的复杂数据类型为全局的，此时name属性是必须的，否则为局部的。
（4）final属性用于指定不能以那种方式派生新类型，可以取的值有#all，extension和restriction的自由组合，默认值为根元素<schema>的finalDefault属性值。这个属性其实和<simplexType>的final属性类似，只是<simplexType>的final属性取值可以是#all或restriction、list、union的自由组合。
（5）block属性指定不能使用指定方式派生出来的类型来替换所定义的类型，可以取的值和final相同，默认值为根元素<schema>的blockDefault属性值。
2、定义元素
（1）在定义复杂数据类型时，需要定义子元素和属性，那么怎么定义元素呢？在XSD中，可以使用<element>元素来定义元素，其语法如下：
<element
id=ID
name=NCName
ref=QName
type=QName
substitutionGroup=QName
default=string
fixed=string
form=qualified|unqualified
maxOccurs=nonNegativeInteger|unbounded
minOccurs=nonNegativeInteger
nillable=true|false
abstract=true|false
block=(#all|extension、restriction和substitution的自由组合)
final=(#all|extension和restriction的自由组合)
any-attributes> (annotation?,((simpleType|complexType)?,(unique|key|keyref)*) </element>
其中element元素的各属性如下表：
| 属性 | 说明 |
| id | 唯一标识<element>元素 |
| name | 新定义元素的名称，根元素<schema>下定义时为必须属性 |
| ref | 对另一个元素的引用，可包含一个命名空间前缀 |
| type | 数据类型，可以是内建数据类型、simpleType或complexType定义的类型 |
| substitutionGroup | 可用来替代该元素的元素名称，必须具有相同的类型或从其派生类型 |
| default | 默认值，元素内容是简单类型或textOnly时使用 |
| fixed | 固定值，元素内容是简单类型或textOnly时使用,默认值default和固定值fixed不能同时指定 |
| form | 是否通过命名空间前缀限定该元素，默认值为<schema>元素的elementFormDefault属性值 |
| maxOccurs | 在父元素中出现的最大次数，非负整数或无限制（unbounded），默认值为1 |
| minOccurs | 在父元素中出现的最少次数，必须小于或等于maxOccurs，默认值为1 |
| nillable | 是否可以将显示的零值分配给该元素，默认为false，如果为true，则在XML文档中可以设定该元素的nil属性为true |
| abstract | 是否为抽象元素，如为抽象元素，则不能直接在XML文档中使用 |
| block | 阻止使用指定派生方式的元素来替换当前元素 |
| final | 设置element元素上final属性的默认值 |
| any attributes | 指定non-schema命名空间的任何其他属性 |
其中父元素是根元素<schema>时，不能使用ref、form、maxOccurs、minOccurs等属性，而substitutionGroup、final等属性则只能使用在父元素为根元素的情况下。
（2）可以通过<group>元素将一组属性定义在一起，然后在其它需要元素的地方用元素组的引用就可以了。语法如下：
<group
id=ID
name=NCName
ref=QName
maxOccurs=nonNegativeInteger|unbounded
minOccurs=nonNegativeInteger
any-attributes> (annotation?,(all|choice|sequence)?) </group>
看一个例子：
<xs:group name="personGroup"> <xs:sequence> <xs:element name="firstname" type="xs:string"/> <xs:element name="lastname" type="xs:string"/> </xs:sequence> </xs:group> <xs:element name="person" type="personType"/> <xs:complexType name="personType"> <xs:sequence> <xs:group ref="personGroup"/> <xs:element name="country" type="xs:string"/> </xs:sequence> </xs:complexType>
这里涉及到了三种顺序指示器，用于定义元素的顺序：
- all：子元素能以任意顺序出现，但是每个子元素必须只出现一次，这个时候可以把minOccurs设置为0或1，并且只能把maxOccurs设置为1
- choice：子元素是互斥的关系，只能出现其中之一
- sequence：子元素必须按照指定的顺序出现
（3）元素通配符
在某些情况下，如果无法确定指定元素还需要包含哪些子元素、哪些属性，这时候可使用通配符。XSD中使用<any>元素作为元素通配符，表示任何元素，即<any>元素出现的位置可以使用任何元素代替，其语法格式如下：
<any id=ID maxOccurs=nonNegativeInteger|unbounded minOccurs=nonNegativeInteger namespace=namespace processContents=lax|skip|strict any-attributes> (annotation?) </any>
<any>元素的属性：
| 属性 | 说明 | 取值/取值类型 | 默认值 |
| id | 唯一标识该元素 | ID类型 | |
| maxOccurs | 该元素最多可出现的次数 | 非负整数或unbounded | 1 |
| minOccurs | 该元素最少可出现的次数 | 非负整数，必须小于maxOccurs | 1 |
| namespace | 指定可代替该通配符的元素必须来自哪个空间 |
|
|
| processContents | 指定应用程序或XML处理器如何对替换元素进行验证 |
|
strict |
（4）元素替换
XSD还提供了一种机制，允许使用一个元素替换另一个元素，如果想定义某个元素可替换另一个元素，可以为该元素增加substitutionGroup属性，其值就是该元素想替换的元素的名字。使用元素替换需注意两点：
- 替换元素和被替换元素必须以全局元素的形式来声明
- 替换元素和被替换元素要么有相同的数据类型，要么替换元素类型是被替换元素类型的派生类型
另外，
- 可以使用final属性来阻止自己被指定派生类型替换
- 可以使用block属性来阻止指定派生类型的替换
3、定义属性
定义属性和定义元素是完全统一的，只是定义属性使用<attribute>元素，其语法格式如下：
<attribute
id=ID
name=NCName
ref=QName
type=QName
default=string
fixed=string
form=qualified|unqualified
uese=optional|prohibited|required
any-attributes> (annotation?,(simpleType?)) </attribute>
（1）<attribute>元素的属性基本和<element>元素相同，不同的是form属性的默认值是根元素<schema>的attributeFormDefault属性的值。另外，use属性是<element>所没有的，它表示怎么使用这个属性，可以取的值有：
- optional：属性是可选的，并且可以具有指定数据类型的任意值
- prohibited：不能使用属性（既然不能使用，为何还要定义？主要是在派生新类型使用，用来删除原类型的某个属性）
- required：必须的属性，此时不能指定default和fixed
（2）在根元素<schema>下定义的属性称之为全局属性，其它的属性则可以通过<attribute>元素的ref属性来引用全局属性；也可以直接将<attribute>放在<complexType>元素内部定义属性。
（3）类似<group>元素定义元素组，还可以使用<attributeGroup>元素定义属性组，其语法格式如下：
<attributeGroup id=ID name=NCName ref=QName any-attributes> (annotation?,((attribute|attributeGroup)*,anyAttribute?)) </attributeGroup>
（4）属性通配符
类似于元素通配符，可以使用<anyAttribute>表示属性通配符，其语法格式如下：
<anyAttribute id=ID namespace=namespace processContents=lax|skip|strict any-attributes> (annotation?) </anyAttribute>
其中属性含义与元素通配符<any>相同。
4、再看看怎么派生复杂数据类型
知道怎么定义元素和属性之后，就可以进一步看怎么定义复杂数据类型了，总的来说，定义复杂数据类型需要弄清两个问题：第一个问题是基类型的问题——定义复杂数据类型的基础是哪个类型？第二个问题就是派生方式的问题——派生复杂数据类型可以使用限制<restriction>和扩展<extension>两种方式。
（1）基类型
- anyType类型：和DTD中的ANY类似，XSD中也有一个anyType类型，这种类型的元素没有任何限制，可以包含子元素，可以包含字符串内容，还可以添加任何属性（但这些属性需要在XSD文件中定义过），anyType类型是所有简单类型和所有复杂类型的基类型，通常用于派生新的类型，而不是直接用来定义元素。
- 简单类型
- 含简单内容的复杂类型：元素内容是简单类型值，但元素包括属性
- 空元素类型：用于定义内容为空或空字符串的元素，但是该元素可以接受属性。定义空元素类型有两种方式：
- 扩展长度为0的字符串：如果该元素不需要包含属性，那么直接使用长度为0的字符串类型定义该元素即可
- 限制anyTye：限制anyType时不定义任何子元素，只定义所需属性即可
<xs:simpleType name="emptyString"> <xs:restriction base="xs:string"> <xs:maxLength value="0"/> </xs:restriction> </xs:simpleType> <xs:element name="book"> <xs:complexType> <xs:simpleContent> <!--以空字符串为基础派生新的复杂类型--> <xs:extension base="emptyString"> <!--添加一个属性--> <xs:attribute name="name" type="xs:token"/> </xs:extension> </xs:simpleContent> </xs:complexType> </xs:element> <xs:element name="book2"> <xs:complexType> <!--不指定子元素，即定义了一个空元素--> <!--添加一个属性--> <xs:attribute nae="name" type="xs:token"/> </xs:complexType> </xs:element>
- 包含子元素的类型
- 混合内容类型
（2）派生方式
- 限制<restriction>
- 扩展<extension>
下面是我从这基类型和派生方式两个维度统计的一个列表：
| 基类型 | 派生方式 | 定义时使用的XSD元素 | 说明 |
| anyType类型 | 限制 | <complexType><complexContent><restriction> |
因为anyType只能限制，不能扩展，所以可以省略<complexContent><restriction>元素， 而直接在<complexType>内部使用<all>|<choice>|<sequence>等元素 |
| 扩展 |
|
anyType类型已经没有任何限制了，所以也就不需要再扩展了 |
|
| 简单类型 | 限制 | <simpleType> |
限制简单类型最终结果也是一个简单类型，因此使用<simpleType>元素 |
| 扩展 | <complexType><simpleContent><extension> |
可以通过添加属性或属性组派生复杂数据类型 | |
| 包含简单内容的复杂类型 | 限制 | <complexType><simpleContent><restriction> |
|
| 扩展 | <complexType><simpleContent><extension> |
添加属性 | |
| 空元素类型 | 限制 | <complexType><complexContent><restriction> |
|
| 扩展 | <complexType><complexContent><extension> |
|
|
| 包含子元素的类型 | 限制 | <complexType><complexContent><restriction> |
|
| 扩展 | <complexType><complexContent><extension> |
|
|
| 混合内容类型 | 限制 | <complexType><complexContent><restriction> |
限制混合内容类型的方式和限制包含子元素的类型基本相同 |
| 扩展 | <complexType><complexContent><extension> |
扩展混合内容类型的方式和扩展包含子元素的类型基本相同，但是必须保留mixed="true" |
派生类型的另外一种用法：
假设在XSD中定义了元素<book>，其类型是book_type（包含一个name属性），同时还定义了book_type的派生数据类型extended_book_type（在book_type基础上添加就价格price属性），这种情况下，在实际XML文档中， 可以以如下两种方式使用<book>元素：
<!--1。第一种方式，book元素实际类型为book_type类型--> <book name="example1"/> <!--2。第二种方式，使用xsi:type指定book元素的实际类型为extended_book_type，这里xsi为命名空间http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance对应的前缀--> <book name="example2" xsi:type="extended_book_type" price="100"/>
5、一致性约束
定义元素还可以指定3种类型的约束：
- key约束：相当于DB里面的主键约束，要求指定内容必须存在而且唯一
- keyref约束：相当于DB里面的外键约束，要求指定内容的值必须使用refer属性引用另一个key约束或unique约束
- unique约束：相当于DB里面的唯一约束，要求指定内容必须唯一，但可以不存在
这3个一致性约束都只能在<element>元素内定义，且只能在<element>元素的最后面定义。
在DB中定义约束时，不仅需要指定使用哪类约束，还需要定义应该对哪些字段应用约束，在XSD中定义一致性约束也完全类似，也需要指定该约束将对哪些部分起作用，因此需要在约束内使用如下两个子元素：
- <selector>：需指定一个xpath属性，其值是一个XPath表达式，用来确定一个元素范围，在一次约束定义中，<selector>必须且只能出现一次
- <field>：需要指定一个xpath属性，其值是一个XPath表达式，在一次约束定义中，<field>至少要出现一次，也可以出现多次
这两个元素的含义是：在<selector>元素的XPath表达式表示的范围内，<field>元素的XPath表达式所表示的内容必须遵守一致性约束，如果有多个<field>元素，则它们的XPath表达式内容的组合必须遵守一致性约束，当XPath表达式所表示的内容无需遵守，这个概念相当于DB中的多列组合约束。
看下例子：
<xs:element name="book-list"> <xs:complexType> <xs:sequence> <xs:element ref="book" maxOccurs="unbounded"/> </xs:sequence> </xs:complexType> <!--定义key约束，只在book-list之内有效--> <xs:key name="nameKey"> <!--在当前上下文的book元素之内（即book-list/book之内）--> <xs:selector xpath="book"/> <!--指定book-list/book元素之内的name元素的值必须存在且唯一--> <xs:field xpath="name"/> </xs:key> </xs:element>
6、定义符号
最后看一下和DTD中对应的定义符号的用法，在XSD中使用<notation>元素定义符号，用来标识XML文档中的外部数据，该元素可接受的属性有：
- id：指定该符号的唯一标识，通常无需指定
- name：指定该符号的名称，是一个必填属性，而且该名称在整个XSD内必须是唯一的
- public：指定该符号所标识数据的外部格式或对应处理程序，必填属性，相当于DTD中<!NOTATION>中PUBLIC的作用
- system：指定该符号所标识数据的外部格式或对应处理程序，可选属性，相当于DTD中<!NOTATION>中SYSTEM的作用