Внимание! Для работы с этим курсом необходимы учебные файлы, которые Вы можете загрузить  здесь.

Язык XML (Extensible Markup Language) был разработан рабочей группой XML Working Group консорциума World Wide Web Consortium (W3C). Вот как описывают его создатели:

"Расширяемый язык разметки Extensible Markup Language (XML) представляет собой составную часть языка SGML… Он предназначен для облегчения использования языка SGML в Web и выполнения задач, которые в настоящее время реализуются с помощью языка HTML. XML разработан с целью усовершенствовать применение и взаимодействие языков SGML и HTML."

Это выдержка из спецификации версии 1.0 XML, созданной XML Working Group в феврале 1998 г. Весь документ вы можете найти на сайте W3C по адресу http://www.w3.org/TR/1998/REC-xml-19980210.

XML – язык разметки, разработанный специально для размещения информации в World Wide Web, аналогично языку гипертекстовой разметки HTML (Hypertext Markup Language), который изначально стал стандартным языком создания Web-страниц. Поскольку язык HTML полностью удовлетворяет всем нашим потребностям, возникает вопрос: для чего понадобился совершенно новый язык для Web? В чем состоят его преимущества и достоинства? Как он взаимодействует с HTML? Заменит ли он HTML, или только усовершенствует его? Наконец, что собой представляет язык SGML, частью которого является XML, и почему нельзя использовать для Web-страниц собственно SGML? В этой лекции я постараюсь ответить на все эти вопросы.

Предназначение XML

Язык HTML предоставляет фиксированный набор элементов, которые вы можете использовать для размещения компонентов на типовой Web-странице. Примерами таких элементов являются заголовки, абзацы, списки, таблицы, изображения и связи. Например, HTML отлично подходит для создания личной домашней страницы. Ниже приведено описание домашней страницы в кодах HTML:

B Microsoft Internet Explorer 5 эта страница будет отображена, как показано на рисунке.

Каждый элемент начинается с начального тега: текста, заключенного в угловые скобки (< >), который содержит имя элемента и дополнительную информацию. Большинство элементов заканчиваются конечным тегом, который повторяет соответствующий начальный тег, за исключением того, что имеет символ косой черты (/) перед именем элемента. Элемент содержание представляет собой текст, расположенный между начальным и конечным тегами, как показано на рисунке 1.2. Обратите внимание, что многие элементы в предыдущем примере содержат вложенные элементы.

В рассматриваемом примере HTML-страницы содержатся следующие элементы:

Браузер, отображающий HTML-страницу, распознает каждый из этих стандартных элементов и отображает их в соответствующем формате. Например, обычно браузер отображает заголовок Н1 наибольшим размером шрифта, заголовок Н2 – меньшим размером шрифта, а элемент Р – еще меньшим размером шрифта. Элемент LI отображается как абзац текста в составе маркированного списка. Элемент А браузер преобразует в ссылку (подчеркнутый текст), на которой пользователь может щелкнуть, чтобы перейти в другое место текущей страницы или на другую страницу. Хотя набор HTML-элементов был существенно расширен по сравнению с первой версией HTML, язык HTML по-прежнему не пригоден для представления многих типов документов. Ниже приведены примеры документов, которые не могут быть адекватно описаны с помощью языка HTML.

• Документ, который не содержит типовых компонентов (заголовков, абзацев, списков, таблиц и т.д.) Например, в языке HTML отсутствуют элементы, необходимые для отображения музыкальных символов или математических уравнений.
• База данных, такая как каталог книг. Вы можете использовать HTML-страницу, чтобы хранить и отображать информацию из статической базы данных (например, перечень книг и их описание). Однако, если вам понадобится осуществить сортировку, фильтрацию, поиск и обработку информации, придется снабдить каждую из составных частей информации соответствующей меткой (как в программе, работающей с базами данных, такой как Microsoft Access). В языке HTML не предусмотрено соответствующих элементов.
• Документ, который вы хотите представить в виде иерархической структуры. Допустим, вы пишете книгу и хотите разбить ее на части, главы, разделы A, B, C и т.д. В дальнейшем программа может использовать данную структуру документа для создания оглавления, оформления различных уровней в структуре с помощью различных стилей, извлечения определенных разделов, а также обработки информации иными способами. Однако элемент типа заголовок в HTML содержит лишь описание собственно текста. Например:
  Содержимое Web-сайта
  Поскольку внутри элемента типа заголовок вы не задаете вложенные элементы текста, которые относятся к разделам документа, эти элементы не могут быть использованы для представления иерархической структуры документа.

Язык XML позволяет преодолеть эти ограничения.

Язык XML решает проблемы

Описание на языке XML представляет собой операторы, написанные с соблюдением определенного синтаксиса. Когда вы создаете XML-документ, то вместо использования ограниченного набора определенных элементов вы имеете возможность создавать ваши собственные элементы и присваивать им любые имена по вашему выбору – именно поэтому язык XML является расширяемым (extensible). Следовательно, вы можете использовать XML для описания практически любого документа, от музыкальной партитуры до базы данных. Например, вы можете описать перечень книг, подобно представленному в следующем XML-документе.

Примечание. Для описания базы данных в XML предусмотрена возможность работы с несколькими форматами (например, формат .mdb Access или .dbf dBase): язык XML построен на принципе открытых и доступных стандартов.

Имена элементов в XML-документе (такие как INVENTORY, BOOK и TITLE в приведенном выше примере) не являются определениями языка XML. Вы всего лишь назначаете эти имена при создании определенного документа. Для ваших элементов вы можете выбирать любые корректно заданные имена (LIST вместо INVENTORY, либо ITEM вместо BOOK).

Совет. Когда вы присваиваете имена в XML-документе, старайтесь делать их по возможности наиболее информативными. Одним из преимуществ XML-документа является то, что каждому фрагменту информации может быть присвоено информативное описание.

В предыдущем примере XML-документ имеет иерархическую структуру в виде дерева с элементами, вложенными в другие элементы, и с одним элементом верхнего уровня (в нашем примере – INVENTORY) – он носит название элемент Документ или корневой элемент, – который содержит все другие элементы. Структуру описанного в примере документа можно представить, как показано на рисунке 1.3.

Таким образом, с помощью XML вы можете описать иерархическую структуру документа, такого как книга, содержащего части, главы и разделы.

Создание XML-документов

Поскольку в XML нет типовых элементов, может показаться, что в нем вообще отсутствуют какие-либо стандарты. Тем не менее, язык XML имеет строго определенный синтаксис. Например, в отличие от HTML, каждый элемент XML должен содержать начальный и конечный тег (либо специальный пустой тег, о котором пойдет речь в последующих лекциях). Любой вложенный элемент должен быть полностью определен внутри элемента, в состав которого он входит.

На деле гибкость в создании ваших собственных элементов требует строгого соблюдения синтаксиса. Это обусловлено тем, что структура XML-документов должна быть понятной для программы, которая обрабатывает и отображает информацию, содержащуюся в этих документах. Строгий синтаксис придает XML-документу предсказуемую форму и облегчает написание программы обработки. Основное назначение языка XML – облегчить работу с документами в Web.

Во второй части курса будут затронуты вопросы создания XML-документов в соответствии с синтаксическими правилами. Вы узнаете, как создавать XML-документ, удовлетворяющий одному из двух уровней синтаксических ограничений. В зависимости от уровня соответствия стандартам документ может быть "верно сформированным" ("well-formed") либо "валидным" ("valid").

Отображение XML-документов

При отображении HTML-страницы браузер определяет, что элемент Н1, например, является заголовком верхнего уровня, и отображает его в соответствующем формате. Это определяется тем, что данный элемент является частью HTML-стандарта. Но каким образом браузер либо другая программа определяет, как обрабатывать и отображать элементы созданного вами XML-документа (такого как BOOK или BINDING в нашем примере), если вы сами составили эти элементы?

Есть три основных способа сообщить браузеру (в частности, Microsoft Internet Explorer 5), как обрабатывать и отображать каждый из созданных вами XML-элементов. (Подробнее об этом будет рассказано в 3 части.)

• Таблица стилей. С помощью данного метода вы связываете таблицу стилей с XML-документом. Таблица стилей представляет собой отдельный файл, содержащий инструкции для форматирования индивидуальных XML-элементов. Вы можете использовать либо каскадную таблицу стилей (Cascading Style Sheet – CSS), которая также применяется для HTML-страниц, либо расширяемую таблицу в формате языка стилевых таблиц (Extensible Stylesheet Language – XSL), обладающую значительно более широкими возможностями, нежели CSS, и разработанную специально для XML-документов. Об этих методах будет рассказано в лекциях 2, 7 и 10.
• Связывание данных. Этот метод требует создания HTML-страницы, связывания с ней XML-документа и установления взаимодействий стандартных HTML-элементов на странице, таких как SPAN или TABLE, с элементами XML. В дальнейшем HTML-элементы автоматически отображают информацию из связанных с ними XML-элементов. Об этом способе рассказано в лекции 8.
• Написание сценария. В этом методе вы создаете HTML-страницу, связываете ее с XML-документом и имеете доступ к индивидуальным XML-элементам с помощью специально написанного кода сценария (JavaScript или Microsoft Visual Basic Scripting Edition [VBScript]). Браузер воспринимает XML-документ как объектную модель документа (Document Object Model – DOM), состоящую из большого набора объектов, свойств и команд. Написанный код позволяет осуществлять доступ, отображение и манипулирование XML-элементами. Этот метод будет описан в лекции 9.

SGML, HTML и XML

Обобщенный структурированный язык разметки (Structured Generalized Markup Language – SGML) является родоначальником всех языков разметки. Языки HTML и XML образованы из SGML (хотя и различными способами). SGML определяет базовый синтаксис, но дает вам возможность создавать собственные элементы (отсюда термин обобщенный в названии языка). Чтобы использовать SGML для описания определенного документа, вы должны продумать соответствующий набор элементов и структуру документа. Например, чтобы описать книгу, вы должны использовать созданные вами элементы с именами BOOK, PART, CHAPTER, INTRODUCTION, A-SECTION, B-SECTION, C-SECTION и т.д.

Набор наиболее употребительных элементов, используемых для описания документа определенного типа, называется SGML-приложением. (SGML-приложение также включает в себя правила, устанавливающие способы организации элементов, а также другие особенности их взаимодействия – о чем пойдет речь в лекции 5.) Вы можете определить ваше собственное SGML-приложение, чтобы описать тип документа, с которым вы работаете, либо в теле основной программы должно быть определено SGML-приложение для описания типовых документов. Наиболее известным примером последнего типа приложений является HTML, который представляет собой SGML-приложение, разработанное в 1991 г. для описания Web-страниц.

Казалось бы, язык SGML вполне подходит для описания Web-документов. Однако разработчики из консорциума W3C посчитали, что он является слишком сложным и фундаментальным, чтобы эффективно представлять информацию в Web. Гибкость и большое обилие средств, поддерживаемых SGML, затрудняет написание программного обеспечения, необходимого для обработки и отображения SGML-информации в Web-браузерах. Следовало бы приспособить часть языка SGML специально для помещения информации в Web. В 1996 г. группа XML Working Group разработала ветвь языка SGML, назвав его расширяемым языком разметки – Extensible Markup Language.

XML является упрощенной версией SGML, приспособленной для Web. Как и SGML, XML дает возможность разрабатывать собственные наборы элементов при описании определенного документа. Как и в SGML, в теле программы может быть определено XML-приложение (или словарь), которое содержит набор наиболее употребительных элементов общего назначения и структуру документа, которая может быть использована для описания документа определенного типа (например, документов, содержащих математические формулы или векторную графику). Об XML-приложениях вы подробнее узнаете далее в этой лекции.

Синтаксис XML более простой, чем SGML, что облегчает восприятие XML-документов, а также написание программ браузеров, кодов и Web-страниц для доступа и представления информации документа.

Заменит ли XML HTML?

На сегодняшний день ответ на этот вопрос отрицательный. HTML по-прежнему остается основным языком для сообщения браузеру, как отображать информацию в Web.

B Internet Explorer 5 вы можете открывать XML-документы с вложенными таблицами стилей непосредственно браузером, не используя HTML-страницы. Однако в двух других основных методах отображения XML-документов – связывании данных и DOM-сценариях – отображение XML-документов осуществляется через HTML Web-страницы. (Даже при применении метода таблиц стилей в случае, если вы используете язык XSL, вам потребуется воспользоваться HTML, чтобы сообщить браузеру, каким образом форматировать XML-данные.)

Не заменяя HTML, XML в настоящее время используется в сочетании с ним, существенно расширяя возможности Web-страниц для:

• виртуального представления документов любого типа;
• сортировки, фильтрации, упорядочения, поиска и манипулирования информацией иными способами;
• представления информации в структурированном виде.

Как заявляют сами разработчики, XML был создан для взаимодействия с HTML и совместного с ним использования.

Официальные концептуальные цели XML

Ниже представлено десять концепций предназначения и целей применения XML, заявленных в официальной спецификации W3C, которые содержатся на Web-сайте http://www.w3.org/TR/REC-xml.

1. "XML должен стать языком прямого использования в Internet."

   Как вы уже могли понять, XML был разработан главным образом для хранения и распространения информации в Web.

    
2. "XML будет поддерживать большое количество приложений.

   Хотя основным его назначением является распространение информации в Web через серверы и программы-браузеры, XML также разработан для использования его другими программами. Например, XML применяется для обмена информацией между финансовыми программами, для распространения и обновления программных продуктов, а также написания голосовых сценариев при доставке информации по телефону.

    
3. "XML будет совместим с SGML.

   XML является специализированной ветвью SGML. Преимущество здесь заключается в простоте адаптации программных средств SGML для работы с HTML.

    
4. "Будет легче писать программы, обрабатывающие XML-документы.

   Для практического использования XML необходимо, чтобы было достаточно просто писать браузеры и другие программы, обрабатывающие XML-документы. На деле основной причиной выделения XML из SGML была доступность написания программ для обработки XML-документов.

    

   Все перечисленные далее свойства являются в той или иной степени производными этой основной концепции.

    
5. "Количество дополнительных функций в XML должно быть минимальным, а в идеале – нулевым.

   Минимальное число дополнительных функций в XML упрощает написание программ для обработки XML-документов. Изобилие дополнительных подключаемых функций в SGML стало основной причиной, обусловившей его практическую непригодность для представления Web-документов. Дополнительные функции SGML требуют переопределения символов-разделителей для тегов (обычно <and>) и пропуск конечного тега с целью обнаружения процессором конца элемента. При строгом написании программы обработки SGML-документов необходимо учитывать возможность появления всех дополнительных функций, даже если они редко встречаются.

    
6. "XML-документы должны быть понятными и ясными для пользователя.

   XML призван стать lingua franca (универсальным языком) для обмена информацией среди пользователей и программ по всему миру. В соответствии с этой концепцией пользователи, а также специализированные программы, должны иметь возможность создавать и прочитывать XML-документы. Доступность и прозрачность для пользователя выделяют XML из большинства других форматов, применяемых при построении баз данных и текстовых документов.

    

   Пользователь может легко прочесть XML-документ, поскольку он описан простым текстом и имеет логичную иерархическую структуру в виде дерева. Вы можете упростить XML-документы, назначив информативные имена для элементов, атрибутов и объектов, а также добавив полезные комментарии. (Об этом пойдет речь далее в данной лекции.)

    
7. "Разработка XML должна быть завершена достаточно быстро.

   XML станет общепринятым стандартом лишь в том случае, если программисты и пользователи примут его. Следует создать этот стандарт до того, как общество примет альтернативные стандарты, которые все быстрее создаются компаниями-разработчиками программного обеспечения.

    
8. "Язык XML должен быть формальным и кратким.

   Спецификация XML написана на формальном языке, используемом для представления компьютерных языков, с нотацией, известной как расширенная форма Бакус-Наура (Extended Backus-Naur Form (EBNF)). Этот формальный язык, хотя и достаточно сложен для восприятия, лишен двусмысленности и существенно облегчает написание XML-документов, а в особенности программ для их обработки.

    
9. "XML-документы будет проще создавать.

   При практическом использовании XML как языка разметки для Web-документов упрощается не только написание обрабатывающих программ, но и процесс создания самих XML-документов.

    
10. "Сжатой форме при XML-разметке придается минимальное значение.

    В соответствии с пунктом 6 (XML-документ должен быть ясным и понятным для пользователя), XML-разметка не должна быть излишне сжатой, чтобы не вступать в противоречие с указанной целью.

     

Стандартные XML-приложения

Вы можете использовать XML не только для описания отдельного документа. Индивидуальный пользователь, компания или комитет по стандартам может определить необходимый набор элементов XML и структуру документа, которые будут применяться для особого класса документов. Подобный набор элементов и описание структуры документа называют XML-приложением или XML-словарем.

Например, организация может определить XML-приложение для создания документов, описывающих молекулярные структуры, людские ресурсы, мультимедиа презентации или содержащих векторную графику. В конце лекции будет приведен список некоторых уже созданных общеупотребительных XML-приложений, либо приложений, создание которых планируется.

XML-приложение обычно определяется созданием описателя типа документа (DTD), который является допустимым компонентом XML-документа. DTD построен по схеме базы данных: он устанавливает и определяет имена элементов, которые могут быть использованы в документе, порядок, в котором элементы могут появляться, доступные к применению атрибуты элементов и другие особенности документа. Для практического использования XML-приложения вы обычно включаете его DTD в ваш XML-документ; наличие DTD в документе ограничивает круг элементов и структур, которые вы будете использовать, вследствие чего ваш документ отвечает стандартам данного приложения. Описания XML-документов, рассмотренных ранее в этой лекции, не включали DTD. О том, как задавать и использовать DTD, вы узнаете в лекции 5.

Преимущества применения стандартных XML-приложений при разработке ваших документов состоят в том, что вы можете совместно использовать документы со всеми другими пользователями приложения, а документ может обрабатываться и отображаться с помощью программного обеспечения, которое уже создано для данного приложения.

XML-приложения, повышающие качество XML-документов

Кроме XML-приложений для описания определенных классов документов имеется несколько XML-приложений, которые вы можете применять внутри XML-документа любого типа. Эти приложения облегчают создание документа и улучшают его качество. Ниже приведены примеры таких приложений.

• Extensible Stylesheet Language (XSL) позволяет вам создавать мощные стилевые таблицы с использованием синтаксиса XML.
• XML Schema позволяет разрабатывать подробные схемы для ваших XML-документов с использованием стандартного синтаксиса XML, что является более мощной альтернативой применения DTD.
• XML Linking Language (XLink) дает возможность связывать ваши XML-документы. Он поддерживает множественные целевые ссылки и другие полезные функции, обеспечивая большую свободу по сравнению с механизмом организации ссылок в HTML.
• XML Pointer Language (XPointer) позволяет определять гибкие целевые ссылки. При совместном использовании XPointer и XLink вы можете организовывать ссылки на любое место в целевом документе – а не только переходы к специально выделенным пунктам.

Об XSL будет рассказано в лекции 10. Другие XML-приложения еще не доведены до готовности и не рассматриваются в этом курсе. (XLink и XPointer не поддерживаются в Internet Explorer 5).

Как видите, XML является не только полезным инструментом для описания документов, но и служит основой для построения приложений и расширений, которые могут оказаться востребованными по мере развития Internet.

Реальное использование XML

Хотя концепция XML весьма интересна, у вас может возникнуть вопрос, как его применить на практике. В этом разделе приведен перечень примеров такого применения XML, как уже широко используемых, так и перспективных. Если имеются соответствующие XML-приложения для практического использования, они будут приведены в скобках. Например, вы сможете узнать, что XML-приложение MathML позволит вам форматировать математические формулы.

• Работа с базами данных. Подобно традиционным базам данных XML может быть использован для присвоения метки каждому полю информации внутри каждой записи базы данных. (Например, можно пометить каждое имя, адрес и номер телефона внутри записей списка адресов.) После этого вы сможете отображать данные различными способами и организовывать поиск, сортировку, фильтрацию и иную обработку данных.
• Структурирование документов. Иерархическая структура XML-документов идеально подходит для разметки структуры таких документов, как романы, научные труды, пьесы. Например, вы можете использовать XML для разметки пьесы на акты, сцены, размечать действующих лиц, сюжетные линии, декорации и т. д. XML-разметка дает возможность программам отображать или распечатывать документ в необходимом формате; находить, извлекать или манипулировать информацией в документе; генерировать оглавления, резюме и аннотации; обрабатывать информацию иными способами.
• Работа с векторной графикой (VML – Vector Markup Language).
• Мультимедиа презентации (SMIL – Synchronized Multimedia Integration Language, HTML + TIME – HTML Timed Interactive Multimedia Extensions).
• Описание каналов. Каналы представляют собой Web-страницы, которые автоматически рассылаются подписчикам. (CDF – Channel Definition Format).
• Описание программных пакетов и их взаимосвязей. Такие описания обеспечивают распространение и обновление программных продуктов в сети. (OSD – Open Software Description).
• Взаимодействие приложений через Web с использованием XML-сообщений. Эти сообщения являются независимыми от операционных систем, объектных моделей и компьютерных языков. (SOAP – Simple Object Access Protocol).
• Отправка электронных бизнес-карт через e-mail.
• Обмен финансовой информацией. Обмен информацией в открытом и понятном формате осуществляется между финансовыми программами (такими как Quicken и Microsoft Money) и финансовыми институтами (банками, общественными фондами). (OFX – Open Financial Exchange).
• Создание, управление и использование сложных цифровых форм для коммерческих Internet-транзакций. Подобные формы могут включать оцифрованные подписи, которые делают их признанными юридически. (XFDL – Extensible Forms Description Language).
• Обмен запросами по приему на работу и резюме (HRMML – Human Resource Management Markup Language).
• Форматирование математических формул и научной информации в Web. (MathML – Mathematical Markup Language).
• Описание молекулярных структур (CML – Chemical Markup Language).
• Кодирование и отображение информации о ДНК, РНК и цепочках (BSML – Bioinformatic Sequence Markup Language).
• Кодирование генеалогических данных (GeDML – Genealogical Data Markup Language).
• Обмен астрономическими данными (AML – Astronomical Markup Language).
• Создание музыкальных партитур (MusicML –Music Markup Language).
• Работа с голосовыми сценариями для доставки информации по телефону. Голосовые сценарии могут быть использованы, например, для генерирования голосовых сообщений, справок о наличии товаров и прогнозов погоды (VoxML).
• Обработка и доставка информации курьерскими службами. Служба Federal Express, например, уже использует XML для этих целей.
• Представление рекламы в прессе в цифровом формате (Ad Markup).
• Заполнение юридических документов и электронный обмен юридической информацией (XCL – XML Court Interface).
• Кодирование прогнозов погоды (OMF – Weather Observation Markup Format).
• Обмен страховой информацией.
• Обмен новостями и информацией с использованием открытых Web-стандартов (XMLNews).
• Представление религиозной информации и разметка текстов богослужений (ThML – Theological Markup Language, LitML – Liturgical Markup Language).