XML スキーマ (W3C)

XSD ( XMLスキーマ定義)は、ワールドワイドウェブコンソーシアム( W3C )の勧告であり、拡張マークアップ言語( XML )文書内の要素を正式に記述する方法を規定しています。プログラマーはこれを使用して、文書内の各項目コンテンツが、それが配置されている要素の記述に準拠していることを確認できます。^[1]

すべてのXML スキーマ言語と同様に、XSD は、そのスキーマに従って XML ドキュメントが「有効」であるとみなされるために従わなければならない一連のルールを表現するために使用できます。ただし、他のほとんどのスキーマ言語とは異なり、XSD は、ドキュメントの有効性の判定によって特定のデータ型に準拠した情報のコレクションが生成されるという意図で設計されています。このような検証後の情報セットは、XML ドキュメント処理ソフトウェアの開発に役立ちます。

XML Schema は、2001年5月にW3C勧告として公開され、^[2]いくつかあるXML スキーマ言語の1つです。これは、W3Cによって勧告の地位を獲得した最初のXML用の独立したスキーマ言語でした。特定のW3C仕様としてのXML Schemaと、一般的なスキーマ言語を説明するために同じ用語を使用することとの混乱のため、ユーザーコミュニティの一部はこの言語をW3C XML Schemaの頭文字であるWXSと呼び、他の一部はXML Schema Definitionの頭文字であるXSDと呼んでいました。 ^{[3] [4]}バージョン1.1では、W3CはXSDを推奨名として採用することを決定し、この記事でもその名前を使用しています。

XSD 仕様の参考文献の付録では、DTDや、 DDML、SOX、 XML-Data、XDRなどの初期の XML スキーマの取り組みの影響が認められています。XSD 仕様は、これらの各提案の機能を採用していますが、それらの妥協案でもあります。これらの言語のうち、XDR と SOX は、XML Schema が公開された後もしばらくの間使用され、サポートされていました。2006年 12 月にMSXML 6.0 (XDR が廃止され、XML Schema が採用されました)がリリースされるまで、多くのMicrosoft製品が XDR をサポートしていました。 ^[5] Commerce One社は、2004 年後半に破産を宣告するまで、SOX スキーマ言語をサポートしていました。

XML のネイティブな文書型定義(DTD)では利用できない、XSD で提供される最も明白な機能は、名前空間の認識とデータ型、つまり、任意のテキストではなく整数や日付などの値を含む要素と属性のコンテンツを定義する機能です。

XSD 1.0 仕様は 2001 年に最初に公開され、多数のエラーを修正するために 2004 年に第 2 版が発行されました。XSD 1.1 は2012 年 4 月に W3C 勧告になりました。

技術的には、スキーマは、一連のスキーマ コンポーネント(主に要素と属性の宣言、および複雑な型定義と単純な型定義) で構成される抽象的なメタデータのコレクションです。これらのコンポーネントは通常、これらのコンポーネントのソース言語定義を含むスキーマ ドキュメントのコレクションを処理することによって作成されます。ただし、一般的な用法では、スキーマ ドキュメントはスキーマと呼ばれることがよくあります。

スキーマ ドキュメントは名前空間別に編成されます。名前の付いたすべてのスキーマ コンポーネントはターゲット名前空間に属し、ターゲット名前空間はスキーマ ドキュメント全体のプロパティです。スキーマ ドキュメントには、同じ名前空間の他のスキーマ ドキュメントを含めたり、異なる名前空間のスキーマ ドキュメントを インポートしたりできます。

インスタンス ドキュメントがスキーマに対して検証される場合 (評価と呼ばれるプロセス)、検証に使用されるスキーマは、検証エンジンへのパラメータとして提供されるか、または と という 2 つの特別な属性を使用してインスタンス ドキュメントから直接参照されますxsi:schemaLocation。xsi:noNamespaceSchemaLocation(後者のメカニズムでは、検証を呼び出すクライアントがドキュメントを十分に信頼し、正しいスキーマに対して検証されていることを認識する必要があります。"xsi" は、名前空間 "http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" の慣例的なプレフィックスです。)

XML スキーマ ドキュメントのファイル名拡張子は通常「.xsd」です。XSD には固有のインターネット メディア タイプがまだ登録されていないため、RFC 3023 に従って「application/xml」または「text/xml」を使用する必要があります。

スキーマの主なコンポーネントは次のとおりです。

• 要素宣言。要素のプロパティを定義します。これらには、要素名とターゲット名前空間が含まれます。重要なプロパティは要素の型で、要素が持つことができる属性と子を制約します。XSD 1.1 では、要素の型はその属性の値によって条件付けられる場合があります。要素は置換グループに属することができます。要素 E が要素 H の置換グループ内にある場合、スキーマが H の出現を許可している場所であればどこでも、その代わりに E を出現させることができます。要素には整合性制約がある場合があります。一意性制約は、特定の値が要素をルートとするサブツリー内で一意でなければならないことを決定します。参照制約は、値が他の要素の識別子と一致しなければならないことを決定します。要素宣言はグローバルまたはローカルであり、インスタンス ドキュメントの異なる部分にある無関係な要素に同じ名前を使用できます。
• 属性宣言は、属性のプロパティを定義します。ここでも、プロパティには属性名とターゲット名前空間が含まれます。属性タイプは、属性が取ることのできる値を制限します。属性宣言には、デフォルト値または固定値 (属性が取ることのできる唯一の値) を含めることもできます。
• 単純型と複合型。これらについては次のセクションで説明します。
• モデル グループと属性グループの定義。これらは基本的にマクロであり、さまざまな型定義で再利用できる要素と属性の名前付きグループです。
• 属性の使用は、複合型と属性宣言の関係を表し、その型で属性が使用されるときに属性が必須かオプションかを示します。
• 要素パーティクルも同様に、複合型と要素宣言の関係を表し、要素がコンテンツに出現する最小回数と最​​大回数を示します。要素パーティクルと同様に、コンテンツ モデルにはモデル グループパーティクルを含めることができます。モデル グループ パーティクルは文法の非終端記号のように機能し、許可された要素のシーケンス内で選択単位と繰り返し単位を定義します。さらに、ワイルドカードパーティクルも使用できます。ワイルドカード パーティクルは、さまざまな要素のセット (特定の名前空間内にある任意の要素) を許可します。

その他のより特殊なコンポーネントには、注釈、アサーション、表記法、およびスキーマ全体に関する情報を含む スキーマ コンポーネントが含まれます。

単純型 (データ型とも呼ばれる) は、要素または属性に出現する可能性のあるテキスト値を制限します。これは、XML スキーマが DTD と異なる重要な点の 1 つです。たとえば、属性は有効な日付または 10 進数のみを保持するように制限される場合があります。

XSDは、19個のプリミティブ データ型( anyURI、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、および)のセットを提供します。次の3つのメカニズムによって、これらのプリミティブから新しいデータ型を構築できます base64Binary。booleandatedateTimedecimaldoubledurationfloathexBinarygDaygMonthgMonthDaygYeargYearMonthNOTATIONQNamestringtime

• 制限（許容値のセットを減らす）、
• リスト（値のシーケンスを許可）、および
• ユニオン（複数の型から値を選択可能）。

仕様自体には 25 個の派生型が定義されており、ユーザーは独自のスキーマでさらに派生型を定義できます。

データ型を制限するために使用できるメカニズムには、最小値と最大値の指定、正規表現、文字列の長さの制約、小数値の桁数の制約などがあります。XSD 1.1 では、アサーション、つまりXPath 2.0式を使用して任意の制約を指定する機能が追加されました。

複合型は、要素とテキストの子、およびその属性を含む、要素の許可されたコンテンツを記述します。複合型の定義は、一連の属性の使用とコンテンツ モデルで構成されます。コンテンツ モデルの種類には次のものがあります。

• 要素のみのコンテンツ。テキストは表示されません（空白または子要素で囲まれたテキストを除く）。
• テキストは許可されるが子要素は許可されない単純なコンテンツ
• テキストも子要素も許可されない空のコンテンツ
• 混合コンテンツでは、要素とテキストの両方が表示される。

複合型は、制限 (基本型が許可する一部の要素、属性、または値を許可しない) または拡張 (追加の属性と要素の表示を許可する) によって別の複合型から派生できます。XSD 1.1 では、複合型はアサーション ( true と評価される必要があるコンテンツに対して評価される XPath 2.0式) によって制約される場合があります。

XML スキーマ ベースの検証後、検証中に暗黙的であったデータ モデルに基づいて XML ドキュメントの構造とコンテンツを表現できます。XML スキーマ データ モデルには次のものが含まれます。

• 語彙（要素名と属性名）
• コンテンツ モデル (関係と構造)
• データ型

この情報のコレクションは、Post-Schema-Validation Infoset (PSVI) と呼ばれます。PSVI は、有効な XML ドキュメントに「タイプ」を与え、オブジェクト指向プログラミング(OOP) パラダイムを使用してドキュメントをオブジェクトとして扱うことを容​​易にします。

XML スキーマを定義する主な理由は、XML ドキュメントを正式に記述することです。ただし、結果として得られるスキーマには、単純な検証を超えたさまざまな用途があります。

スキーマは、 XML データ バインディングと呼ばれるコードを生成するために使用できます。このコードにより、XML ドキュメントの内容をプログラミング環境内でオブジェクトとして扱うことができます。

スキーマを使用すると、XML ファイル構造の人間が読める形式のドキュメントを生成できます。これは、作成者が注釈要素を使用している場合に特に便利です。ドキュメント生成の正式な標準は存在しませんが、Xs3p スタイルシートなど、高品質で読みやすい HTML や印刷資料を作成するツールが多数あります。

XML スキーマは広く採用され、当初の目的をほぼ達成しているという点で成功していますが、他の W3C 勧告よりも厳しい批判にさらされています。批判の優れた要約は、James Clark、^[6] Anders Møller と Michael Schwartzbach、^[7] Rick Jelliffe ^[8]および David Webber によって提供されています。^[9]

一般的な問題:

• 非常に複雑であるため (仕様は数百ページに及び、非常に技術的な言語で書かれています)、専門家以外の人が使用するのは困難です。しかし、多くの専門家以外の人は、データ形式を記述するためにスキーマを必要としています。W3C 勧告自体は非常に読みにくいものです。ほとんどのユーザーは、W3C の XML スキーマ入門書の方がはるかに理解しやすいと感じています。
• XSD には正式な数学的仕様がありません。(これにより、スキーマの変更が下位互換性があることを証明する場合など、スキーマについて推論することが困難になります。)
• この言語には、要素の制限が属性の制限とは異なる動作をするなど、驚くべき点がたくさんあります。

表現可能性の実際的な制限:

• XSD は順序付けられていないコンテンツに対して非常に弱いサポートを提供します。
• XSD では特定のルート要素を要求できません(そのため、最も単純なドキュメントであっても検証するには追加の情報が必要です)。
• 混合コンテンツを記述する場合、文字データはいかなる方法でも制約できません (有効な文字のセットを指定することさえできません)。
• コンテンツと属性の宣言は、属性または要素のコンテキストに依存できません(これは DTD の中心的な問題としても挙げられています)。
• 初期の設計要件であったにもかかわらず、これは100% 自己記述的ではありません(些細な例として、前のポイントを参照してください)。
• デフォルトは宣言とは別に指定できません (これにより、デフォルト値のみが異なるスキーマ ファミリを作成することが難しくなります)。要素のデフォルトは文字データのみになります (マークアップは含まれません)。

技術的な問題:

• 技術的には名前空間に準拠していますが、名前空間の精神に従っていないようです (例:「非修飾ローカル」)。
• XSD 1.0 では、ある属性の値または存在が他の属性の値または存在に依存していることを記述する機能 (いわゆる共起制約) が提供されていませんでした。これは XSD 1.1 で修正されました。
• 提供されているXSDデータ型のセットは非常に恣意的です。^[10]

• 検証と拡張 (型情報とデフォルト値の追加) の 2 つのタスクは分離しておく必要があります。

XSD 1.1 は2012 年 4 月にW3C 勧告となり、承認された W3C 仕様となりました。

XSD 1.1 の重要な新機能は次のとおりです。

• XPath 2.0式を使用してドキュメント コンテンツに対するアサーションを定義する機能( Schematronから借用したアイデア)。
• 要素の属性の値に基づいて、要素を検証するタイプを選択する機能 (「条件付きタイプの割り当て」)。
• コンテンツ モデル内の明示的な要素が、モデルで許可されているワイルドカードと一致してはならないというルールを緩和します。
• スキーマ内のすべての型に適用されるワイルドカード (要素と属性の両方) を指定して、すべて同じ拡張性ポリシーを実装する機能。

勧告案のドラフトまでは、XSD 1.1 では新しい数値データ型 precisionDecimal の追加も提案されていました。これは議論を呼ぶものであったため、開発の最終段階で仕様から削除されました。

• XML スキーマの種類の一覧- インターネットで使用されている XML スキーマを目的別に一覧表示
• RELAX NG – XSDデータ型でよく使用される別のXMLスキーマ言語（ISO国際標準）
• XML スキーマ エディター– XSD ツールに関する情報
• XMLスキーマ言語- XSDと他のXMLスキーマ言語を比較する
• ユニークな粒子属性
• 標準モデル
• JSONスキーマ

• 決定版 XML スキーマ、プリシラ・ウォルムズリー、Prentice-Hall、2001 年、ISBN 0-13-065567-8 
• XML スキーマ、Eric van der Vlist、オライリー、2001 年、ISBN 0-596-00252-1 
• XML スキーマ コンパニオン、Neil Bradley、Addison-Wesley、2003 年、ISBN 0-321-13617-9 
• Professional XML Schemas、Jon Ducket 他著、Wrox Press、2001 年、ISBN 1-86100-547-4 
• XML スキーマ、Lucinda Dykes 他著、Sybex、ISBN 0-7821-4045-9 

Wikibooks にはXML スキーマに関する書籍があります。

W3C XML スキーマ 1.0 仕様

• XSD 1.0 入門
• XSD 1.0 構造
• XSD 1.0 データ型
• ツール

W3C XML スキーマ 1.1 仕様

• XSD 1.1 構造
• XSD 1.1 データ型

他の

• SPARQL2XQuery XML スキーマを OWL に変換します。XML スキーマと OWL-RDF/S オントロジーをマップします。