一、前言

XML Schema 是基于 XML 的 DTD 替代者。

XML Schema 描述 XML 文档的结构。

XML Schema 语言也称作 XML Schema 定义（XML Schema Definition，XSD）。

您应当具备的基础知识

在继续学习之前，您需要对下面的知识有基本的了解：

• HTML / XHTML
• XML 以及 XML 命名空间
• 对 DTD 的基本了解

二、简介

什么是 XML Schema？

XML Schema 的作用是定义 XML 文档的合法构建模块，类似 DTD。

XML Schema:

• 定义可出现在文档中的元素
• 定义可出现在文档中的属性
• 定义哪个元素是子元素
• 定义子元素的次序
• 定义子元素的数目
• 定义元素是否为空，或者是否可包含文本
• 定义元素和属性的数据类型
• 定义元素和属性的默认值以及固定值

XML Schema 是 DTD 的继任者

我们认为 XML Schema 很快会在大部分网络应用程序中取代 DTD。

理由如下：

• XML Schema 可针对未来的需求进行扩展
• XML Schema 更完善，功能更强大
• XML Schema 基于 XML 编写
• XML Schema 支持数据类型
• XML Schema 支持命名空间

XML Schema 是 W3C 标准

XML Schema 在 2001 年 5 月 2 日成为 W3C 标准。

您可以在我们的《W3C 教程》中获得更多有关 XML Schema 标准的信息。

为什么要使用 XML Schema？

XML Schema 支持数据类型

XML Schema 最重要的能力之一就是对数据类型的支持。

通过对数据类型的支持：

• 可更容易地描述允许的文档内容
• 可更容易地验证数据的正确性
• 可更容易地与来自数据库的数据一并工作
• 可更容易地定义数据约束（data facets）
• 可更容易地定义数据模型（或称数据格式）
• 可更容易地在不同的数据类型间转换数据

编者注：数据约束，或称 facets，是 XML Schema 原型中的一个术语，中文可译为“面”，用来约束数据类型的容许值。

XML Schema 使用 XML 语法

另一个关于 XML Schema 的重要特性是，它们由 XML 编写。

由 XML 编写 XML Schema 有很多好处：

• 不必学习新的语言
• 可使用 XML 编辑器来编辑 Schema 文件
• 可使用 XML 解析器来解析 Schema 文件
• 可通过 XML DOM 来处理 Schema
• 可通过 XSLT 来转换 Schema

XML Schema 可保护数据通信

当数据从发送方被发送到接受方时，其要点是双方应有关于内容的相同的“期望值”。

通过 XML Schema，发送方可以用一种接受方能够明白的方式来描述数据。

一种数据，比如 "03-11-2004"，在某些国家被解释为11月3日，而在另一些国家为当作3月11日。

但是一个带有数据类型的 XML 元素，比如：2004-03-11，可确保对内容一致的理解，这是因为 XML 的数据类型 "date" 要求的格式是 "YYYY-MM-DD"。

XML Schema 可扩展

XML Schema 是可扩展的，因为它们由 XML 编写。

通过可扩展的 Schema 定义，您可以：

• 在其他 Schema 中重复使用您的 Schema
• 创建由标准类型衍生而来的您自己的数据类型
• 在相同的文档中引用多重的 Schema

形式良好是不够的

我们把符合 XML 语法的文档称为形式良好的 XML 文档，比如：

• 它必须以 XML 声明开头
• 它必须拥有唯一的根元素
• 开始标签必须与结束标签相匹配
• 元素对大小写敏感
• 所有的元素都必须关闭
• 所有的元素都必须正确地嵌套
• 必须对特殊字符使用实体

即使文档的形式良好，仍然不能保证它们不会包含错误，并且这些错误可能会产生严重的后果。

请考虑下面的情况：您订购的了 5 打激光打印机，而不是 5 台。通过 XML Schema，大部分这样的错误会被您的验证软件捕获到。

三、如何使用 XSD？

XML 文档可对 DTD 或 XML Schema 进行引用。

一个简单的 XML 文档：

请看这个名为 "note.xml" 的 XML 文档：

George
John
Reminder
Don't forget the meeting!

DTD 文件

下面这个例子是名为 "note.dtd" 的 DTD 文件，它对上面那个 XML 文档的元素进行了定义：

第 1 行定义 note 元素有四个子元素："to, from, heading, body"。

第 2-5 行定义了 to, from, heading, body 元素的类型是 "#PCDATA"。

XML Schema

下面这个例子是一个名为 "note.xsd" 的 XML Schema 文件，它定义了上面那个 XML 文档的元素：

note 元素是一个复合类型，因为它包含其他的子元素。其他元素 (to, from, heading, body) 是简易类型，因为它们没有包含其他元素。您将在下面的章节学习更多有关复合类型和简易类型的知识。

四、XSD - 元素

元素是每一个 XML Schema 的根元素。

元素

元素是每一个 XML Schema 的根元素：

...
...

元素可包含属性。一个 schema 声明往往看上去类似这样：

 


...
...

代码解释：

下面的片断：

xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"

显示 schema 中用到的元素和数据类型来自命名空间 "http://www.w3.org/2001/XMLSchema"。同时它还规定了来自命名空间 "http://www.w3.org/2001/XMLSchema" 的元素和数据类型应该使用前缀 xs：

这个片断：

targetNamespace="http://www.w3school.com.cn" 

显示被此 schema 定义的元素 (note, to, from, heading, body) 来自命名空间： "http://www.w3school.com.cn"。

这个片断：

xmlns="http://www.w3school.com.cn" 

指出默认的命名空间是 "http://www.w3school.com.cn"。

这个片断：

elementFormDefault="qualified" 

指出任何 XML 实例文档所使用的且在此 schema 中声明过的元素必须被命名空间限定。

在 XML 文档中引用 Schema

此 XML 文档含有对 XML Schema 的引用：

George
John
Reminder
Don't forget the meeting!

代码解释：

下面的片断：

xmlns="http://www.w3school.com.cn" 

规定了默认命名空间的声明。此声明会告知 schema 验证器，在此 XML 文档中使用的所有元素都被声明于 "http://www.w3school.com.cn" 这个命名空间。

一旦您拥有了可用的 XML Schema 实例命名空间：

xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" 

您就可以使用 schemaLocation 属性了。此属性有两个值。第一个值是需要使用的命名空间。第二个值是供命名空间使用的 XML schema 的位置：

xsi:schemaLocation="http://www.w3school.com.cn note.xsd"

五、XSD 简易元素

XML Schema 可定义 XML 文件的元素。

简易元素指那些只包含文本的元素。它不会包含任何其他的元素或属性。

什么是简易元素？

简易元素指那些仅包含文本的元素。它不会包含任何其他的元素或属性。

不过，“仅包含文本”这个限定却很容易造成误解。文本有很多类型。它可以是 XML Schema 定义中包括的类型中的一种（布尔、字符串、数据等等），或者它也可以是您自行定义的定制类型。

您也可向数据类型添加限定（即 facets），以此来限制它的内容，或者您可以要求数据匹配某种特定的模式。

定义简易元素

定义简易元素的语法：

此处 xxx 指元素的名称，yyy 指元素的数据类型。XML Schema 拥有很多内建的数据类型。

最常用的类型是：

• xs:string
• xs:decimal
• xs:integer
• xs:boolean
• xs:date
• xs:time

例子：

这是一些 XML 元素：

<lastname>Smithlastname>
<age>28age>
<dateborn>1980-03-27dateborn>

这是相应的简易元素定义：

<xs:element name="lastname" type="xs:string"/>
<xs:element name="age" type="xs:integer"/>
<xs:element name="dateborn" type="xs:date"/>

简易元素的默认值和固定值

简易元素可拥有指定的默认值或固定值。

当没有其他的值被规定时，默认值就会自动分配给元素。

在下面的例子中，缺省值是 "red"：

固定值同样会自动分配给元素，并且您无法规定另外一个值。

在下面的例子中，固定值是 "red"：

六、XSD 属性

什么是属性？

简易元素无法拥有属性。假如某个元素拥有属性，它就会被当作某种复合类型。但是属性本身总是作为简易类型被声明的。

如何声明属性？

定义属性的语法是：

在此处，xxx 指属性名称，yyy 则规定属性的数据类型。XML Schema 拥有很多内建的数据类型。

最常用的类型是：

• xs:string
• xs:decimal
• xs:integer
• xs:boolean
• xs:date
• xs:time

实例

这是带有属性的 XML 元素：

<lastname lang="EN">Smithlastname>

这是对应属性的定义：

<xs:attribute name="lang" type="xs:string"/>

属性的默认值和固定值

属性可拥有指定的默认值或固定值。

当没有其他的值被规定时，默认值就会自动分配给元素。

在下面的例子中，缺省值是 "EN"：

固定值同样会自动分配给元素，并且您无法规定另外的值。

在下面的例子中，固定值是 "EN"：

可选的和必需的属性

在缺省的情况下，属性是可选的。如需规定属性为必选，请使用 "use" 属性：

对内容的限定

当 XML 元素或属性拥有被定义的数据类型时，就会向元素或属性的内容添加限定。

假如 XML 元素的类型是 "xs:date"，而其包含的内容是类似 "Hello World" 的字符串，元素将不会（通过）验证。

通过 XML schema，您也可向您的 XML 元素及属性添加自己的限定。这些限定被称为 facet（编者注：意为(多面体的)面，可译为限定面）。您会在下一节了解到更多有关 facet 的知识。

七、XSD 限定 / Facets

限定（restriction）用于为 XML 元素或者属性定义可接受的值。对 XML 元素的限定被称为 facet。

对值的限定

下面的例子定义了带有一个限定且名为 "age" 的元素。age 的值不能低于 0 或者高于 120：

<xs:element name="age">
 
<xs:simpleType>
  <xs:restriction base="xs:integer">
    <xs:minInclusive value="0"/>
    <xs:maxInclusive value="120"/>
  xs:restriction>
xs:simpleType>
 
xs:element> 

对一组值的限定

如需把 XML 元素的内容限制为一组可接受的值，我们要使用枚举约束（enumeration constraint）。

下面的例子定义了带有一个限定的名为 "car" 的元素。可接受的值只有：Audi, Golf, BMW：

<xs:element name="car">
 
<xs:simpleType>
  <xs:restriction base="xs:string">
    <xs:enumeration value="Audi"/>
    <xs:enumeration value="Golf"/>
    <xs:enumeration value="BMW"/>
  xs:restriction>
xs:simpleType>
 
xs:element> 

上面的例子也可以被写为：

<xs:element name="car" type="carType"/>
 
<xs:simpleType name="carType">
  <xs:restriction base="xs:string">
    <xs:enumeration value="Audi"/>
    <xs:enumeration value="Golf"/>
    <xs:enumeration value="BMW"/>
  xs:restriction>
xs:simpleType>

注释：在这种情况下，类型 "carType" 可被其他元素使用，因为它不是 "car" 元素的组成部分。

对一系列值的限定

如需把 XML 元素的内容限制定义为一系列可使用的数字或字母，我们要使用模式约束（pattern constraint）。

下面的例子定义了带有一个限定的名为 "letter" 的元素。可接受的值只有小写字母 a - z 其中的一个：

下一个例子定义了带有一个限定的名为 "initials" 的元素。可接受的值是大写字母 A - Z 其中的三个：

下一个例子也定义了带有一个限定的名为 "initials" 的元素。可接受的值是大写或小写字母 a - z 其中的三个：

下一个例子定义了带有一个限定的名为 "choice 的元素。可接受的值是字母 x, y 或 z 中的一个：

下一个例子定义了带有一个限定的名为 "prodid" 的元素。可接受的值是五个阿拉伯数字的一个序列，且每个数字的范围是 0-9：

对一系列值的其他限定

下面的例子定义了带有一个限定的名为 "letter" 的元素。可接受的值是 a - z 中零个或多个字母：

下面的例子定义了带有一个限定的名为 "letter" 的元素。可接受的值是一对或多对字母，每对字母由一个小写字母后跟一个大写字母组成。举个例子，"sToP"将会通过这种模式的验证，但是 "Stop"、"STOP" 或者 "stop" 无法通过验证：

下面的例子定义了带有一个限定的名为 "gender" 的元素。可接受的值是 male 或者 female：

下面的例子定义了带有一个限定的名为 "password" 的元素。可接受的值是由 8 个字符组成的一行字符，这些字符必须是大写或小写字母 a - z 亦或数字 0 - 9：

对空白字符的限定

如需规定对空白字符（whitespace characters）的处理方式，我们需要使用 whiteSpace 限定。

下面的例子定义了带有一个限定的名为 "address" 的元素。这个 whiteSpace 限定被设置为 "preserve"，这意味着 XML 处理器不会移除任何空白字符：

这个例子也定义了带有一个限定的名为 "address" 的元素。这个 whiteSpace 限定被设置为 "replace"，这意味着 XML 处理器将移除所有空白字符（换行、回车、空格以及制表符）：

这个例子也定义了带有一个限定的名为 "address" 的元素。这个 whiteSpace 限定被设置为 "collapse"，这意味着 XML 处理器将移除所有空白字符（换行、回车、空格以及制表符会被替换为空格，开头和结尾的空格会被移除，而多个连续的空格会被缩减为一个单一的空格）：

对长度的限定

如需限制元素中值的长度，我们需要使用 length、maxLength 以及 minLength 限定。

本例定义了带有一个限定且名为 "password" 的元素。其值必须精确到 8 个字符：

这个例子也定义了带有一个限定的名为 "password" 的元素。其值最小为 5 个字符，最大为 8 个字符：

数据类型的限定