El Tutorial de XSD (XML Schema Definition, Definición de Esquema XML) es una excelente continuación después de aprender sobre XML, DTD y XPath. En este tutorial, exploraremos los conceptos fundamentales de XSD y cómo se utiliza para validar y describir la estructura de un documento XML. El XSD es un estándar del World Wide Web Consortium (W3C) que se utiliza para definir la estructura de los documentos XML, permitiendo su validación.
En la actualidad existen dos formas principales de definir la estructura de los documentos XML: mediante DTD y con XSD. Los esquemas XSD tienen una forma diferente a los DTD de crear reglas para validar archivos XML. Los esquemas XSD admiten tipos de datos con verificación, como enteros, fechas y otros tipos. También permiten agregar restricciones, como valores mínimos y máximos para un número, o especificar el patrón que debe seguir una cadena válida.
XSD es acrónimo de XML Schema Definition. Es un lenguaje XML utilizado para definir esquemas XML. Una de las razones por las que XSD es más potente que DTD es que introdujo el concepto de espacios de nombres y también un concepto de POO muy importante: la herencia de tipos.
La Importancia de los Espacios de Nombres en XML y XSD
Una de las motivaciones principales para definir un espacio de nombres XML es evitar conflictos de nombres al usar y reutilizar múltiples vocabularios. Es la misma razón por la que existen los paquetes en Java o los espacios de nombres en C#; permiten agrupar elementos y atributos de tal manera que elementos con el mismo nombre puedan coexistir sin colisiones.
Los espacios de nombres se declaran como un atributo de un elemento. No es obligatorio declararlos solo en el elemento raíz; más bien, pueden declararse en cualquier elemento del documento XML. El ámbito de un espacio de nombres declarado comienza en el elemento donde se declara y se aplica a todo el contenido de ese elemento, a menos que sea anulado por otra declaración de espacio de nombres con el mismo nombre de prefijo.
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Para controlar los prefijos de espacios de nombre, se insertan atributos que declaran dichos espacios de nombres. Para crear un atributo que declara un espacio de nombres con un prefijo, se puede crear un atributo donde el espacio de nombres del nombre del atributo es Xmlns y el nombre del atributo es el prefijo del espacio de nombres. En el atributo xmlns:pfx, xmlns es como una palabra reservada, que se utiliza solo para declarar un espacio de nombres.
Es una convención usar XSD o XS como prefijo para el espacio de nombres de XML Schema, pero esa decisión es puramente personal. Usar prefijos de espacios de nombres significativos agrega claridad al documento XML. Los prefijos se utilizan solo como un marcador de posición y deben ser expandidos por el analizador XML consciente de espacios de nombres para usar el espacio de nombres real vinculado al prefijo.
Aunque un espacio de nombres generalmente parece una URL, eso no significa que uno deba estar conectado a Internet para declarar y usar espacios de nombres. El espacio de nombres está destinado a servir como un 'contenedor' virtual para vocabulario y contenido no mostrado que se puede compartir en el espacio de Internet. En el espacio de Internet, las URL son únicas, por lo que normalmente se elegiría usar URL para identificar de forma única los espacios de nombres.
Para usar un espacio de nombres, primero lo vinculamos con un prefijo y luego usamos ese prefijo donde sea necesario. No podemos usar los espacios de nombres para calificar los elementos o atributos desde el principio, porque los espacios de nombres, al ser IRIs, son bastante largos y, por lo tanto, abarrotarían irremediablemente el documento XML.
El Error de Prefijo No Declarado
Un prefijo no puede ser utilizado a menos que esté declarado y vinculado a un espacio de nombres. Si se intenta usar un prefijo sin haberlo declarado previamente, se generará un error como "csharp xsd es un prefijo no declarado". Por ejemplo, desde cierto punto, el prefijo lib no podrá ser utilizado en el documento XML porque estará sin declarar siempre que esté en el ámbito de un elemento particular. Este es un problema común cuando se manipulan documentos XML o XSLT que contienen expresiones XPath, o cuando se espera que los usuarios editen el documento manualmente con prefijos específicos.
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Para evitar este error, es fundamental asegurarse de que todos los prefijos utilizados estén correctamente declarados y vinculados a sus respectivos espacios de nombres. Por ejemplo, en un esquema XSD, la declaración xmlns:xsd se utiliza para vincular el prefijo xsd al espacio de nombres del Esquema XML.
Estructura y Componentes de un Esquema XSD
Para crear un XSD, se utiliza un nodo raíz que contiene todo el esquema y se define mediante el uso del prólogo, que incluye la versión XML. El nodo «schema» contiene todos los elementos y atributos que definen la estructura del documento y las restricciones que se deben cumplir. Esto se especifica utilizando el atributo «xmlns:xs» (o «xmlns:xsd») en el nodo «schema«.
Es importante destacar que la URL utilizada en el atributo «xmlns:xs» no implica que se deba estar conectado a Internet para trabajar con XML.
Definición de Elementos y sus Atributos
Un elemento puede contener atributos cuyos valores siempre van entre comillas. A continuación, se detallan algunos atributos comunes utilizados al definir elementos en XSD:
| Atributo | Descripción |
|---|---|
| name | Nombre del elemento |
| type | Tipo simple predefinido, ya sean los estándares o unos propios |
| maxOccurs | Número máximo de veces que puede aparecer el elemento (p. ej., [0..unbounded]) |
| minOccurs | Número mínimo de veces que puede aparecer el elemento |
Tipos de Elementos
Elementos Simples <xs:element>
Los elementos simples son aquellos que contienen un solo valor sin subelementos. El lenguaje XSD proporciona una serie de tipos de datos simples predefinidos que se pueden utilizar para definir el contenido de un elemento:
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| Tipo de Datos | Descripción |
|---|---|
| xs:string | Representa una cadena de texto. |
| xs:integer | Representa un número entero. |
| xs:positiveInteger | Representa un número entero positivo. |
| xs:negativeInteger | Representa un número entero negativo. |
| xs:boolean | Representa un valor booleano (true o false). |
| xs:date | Representa una fecha en formato YYYY-MM-DD. |
| xs:time | Representa una hora en formato HH:MM:SS. |
| xs:decimal | Representa un número decimal. |
| xs:float | Representa números de punto flotante de 32 bits de precisión simple. |
| xs:double | Representa números de punto flotante de 64 bits de doble precisión. |
Elementos Simples Personalizados <xs:simpleType>
Además de los tipos de datos predefinidos, también es posible definir tipos de datos simples personalizados utilizando el elemento <xs:simpleType> con el atributo name para establecer un nombre. Dentro de un tipo simple personalizado, se pueden aplicar restricciones, listas o uniones.
Elemento <xs:restriction>
El elemento <xs:restriction> se utiliza para aplicar restricciones a un tipo de dato base. En esta estructura, el atributo base especifica el tipo de dato base del cual se está realizando la restricción.
| Restricción | Descripción |
|---|---|
| <xs:length> | Especifica la longitud exacta del valor permitido. |
| <xs:minLength> | Especifica la longitud mínima del valor permitido. |
| <xs:maxLength> | Especifica la longitud máxima del valor permitido. |
| <xs:minInclusive> | Especifica el valor mínimo permitido, incluyendo ese valor. |
| <xs:maxInclusive> | Especifica el valor máximo permitido, incluyendo ese valor. |
| <:xs:minExclusive> | Especifica el valor mínimo permitido, excluyendo ese valor. |
| <xs:maxExclusive> | Especifica el valor máximo permitido, excluyendo ese valor. |
| <xs:enumeration> | Especifica un conjunto de valores permitidos para seleccionar. |
| <xs:pattern> | Especifica un patrón utilizando la sintaxis de expresiones regulares. |
Elemento <xs:list>
El elemento <xs:list> en XSD se utiliza para definir una lista de valores de un tipo de dato específico. Permite especificar múltiples valores separados por un espacio en blanco.
Elemento <xs:union>
El elemento <xs:union> se utiliza para definir varios tipos de datos en una única opción de tipo de dato.
Elementos Complejos <xs:complexType>
El elemento <xs:complexType> se utiliza para definir tipos de datos complejos que tienen sub-elementos y/o atributos. Dentro de un tipo complejo, se pueden utilizar diferentes constructores para organizar los elementos hijos:
| Elemento | Descripción |
|---|---|
| <xs:sequence> | Se utiliza para especificar una secuencia ordenada de elementos hijos. Los elementos deben aparecer en el orden indicado. |
| <xs:choice> | Se utiliza para especificar que solo uno de los elementos hijos puede estar presente en un momento dado. Solo uno de los elementos enumerados dentro de <xs:choice> puede aparecer en el XML válido. |
| <xs:all> | Se utiliza para especificar que los elementos hijos pueden estar en cualquier orden. Todos los elementos enumerados dentro de <xs:all> pueden aparecer en cualquier orden en el XML válido. |
| <xs:attribute> | Se utiliza para agregar atributos a un tipo complejo. Se puede especificar el nombre (name) y el tipo de atributo (type). |
Vinculación de un Esquema XSD a un Documento XML
Para vincular un esquema XSD externo en un documento XML, se utiliza un mecanismo que asocia el documento con su esquema correspondiente. Esto es útil para validar que el documento cumple con las reglas y estructuras definidas en el esquema. Para ello, se agregan atributos al elemento raíz del documento XML:
- xmlns:xsi: Se agrega este atributo al elemento raíz del documento XML para declarar el espacio de nombres XML del esquema de instancia.
- xsi:noNamespaceSchemaLocation: Este atributo se agrega también al elemento raíz y se utiliza para especificar la ubicación del archivo XSD que contiene las definiciones del esquema. El valor de este atributo es la URL o ruta relativa del archivo XSD.
Cuando se añaden estos atributos al elemento raíz del documento XML, se está indicando que el documento debe ser validado utilizando el esquema XSD especificado en xsi:noNamespaceSchemaLocation.
Conceptos Avanzados de Espacios de Nombres en XSD
Ahora sabemos que XML Schema crea los nuevos elementos y atributos y los coloca en un espacio de nombres llamado {target namespace}. Pero, ¿qué pasa si no especificamos un {target namespace} en el esquema? Por ejemplo, <schema targetNamespace="". En este caso, cuando no existe un {target namespace}, decimos que los elementos y atributos recién creados se mantienen en {no namespace}.
Un {espacio de nombres predeterminado} es aquel que se declara explícitamente usando xmlns. Cuando un {espacio de nombres predeterminado} no ha sido declarado en absoluto usando xmlns, es incorrecto decir que los elementos están en {espacio de nombres predeterminado}. En tales casos, decimos que los elementos están en {no namespace}. Un {espacio de nombres predeterminado} existe solo cuando lo has declarado explícitamente.
En XML Schema podemos elegir especificar si el documento de instancia debe calificar todos los elementos y atributos, o debe calificar solo los elementos y atributos declarados globalmente. Cuando elementFormDefault se establece en qualified, implica que en la instancia de esta gramática todos los elementos deben estar explícitamente calificados, ya sea utilizando un prefijo o estableciendo un {espacio de nombres predeterminado}. Una configuración unqualified significa que solo los elementos declarados globalmente deben estar explícitamente calificados, y los elementos declarados localmente no deben estar calificados. Calificar una declaración local en este caso es un error. Recuerde, el {espacio de nombres predeterminado} no se aplica a los atributos; por lo tanto, para aplicar un espacio de nombres a un atributo, el atributo debe estar calificado explícitamente.
Validación de Documentos XML con XSD
La validación de un documento XML con XSD (XML Schema) implica asegurarse de que el documento cumple con las reglas y restricciones especificadas en el esquema XSD. Existen diversas herramientas para realizar esta validación:
- Herramientas en línea de comandos como xmllint o xmlstarlet.
- Validar el documento XML con VS Code y la extensión «XML Tools».