Skip to content

Tema 6. Xpath i XQuery

6.1 XPath

XPath és un llenguatge no XML que permet recórrer i seleccionar els nodes d'un document XML. On s'utilitza XPath? - A XSLT, dintre de l'atribut select de les plantilles XSL. - XQuery inclou XPath i afegeix algunes sentències semblants a les d'alguns llenguatges de programació: let, for...

Farem servir el següent exemple per indicar els nodes seleccionats amb XPath:

<?xml version="1.0" encoding="windows-1250"?>
<classe>
  <estudiant id = "393">
  <nom>Xavier</nom>
  <cognoms>Pi Fuster</cognoms>
  <nota>85</nota>
  <aficions>
    <aficio>Lectura</aficio>
    <aficio>Cinema</aficio>
  </aficions>
  <naixement>
    <dia>3</dia>
    <mes>5</mes>
    <any>1990</any>
  </naixement>
  </estudiant>
  <!-- Més estudiants -->
</classe>
* Descarregar estudiants.xml

XPath fa la següent classificació de 7 tipus de nodes:

  • El node document o node arrel (un per document). A XPath el node arrel conté tot el document, no només l'arrel del document XML. El node arrel conté almenys un fill, l'arrel del document XML. També conté els comentaris del document XML, les instruccions de processament (PI)-comencen per <?-. El node arrel s'especifica mitjantçant el simbol /.

  • Els nodes element. Tots els elements del document XML es poden seleccionar amb XPath. Per seleccionar el contingut dels elements <nom>. a xslt fem servir . El valor de l'element és la concatenació del texte de tots els elements nom que hi ha al document i tots els seus fills.

  • nodes atribut. Tot element atribut té un element pare, però no succeeix a l'inrevés. Els elements fills d'un node son el texte, els subelements i els comentaris però no els atributs. Per seleccionar un atribut, fem servir l'operador @. Per exemple, per seleccionar l'atribut id de l'element estudiant, l'expressió XPath seria /classe/estudiant/@id

  • nodes de text. Contenen el texte d'un element XML. Les entitats es resolen abans d'enviar el node a XPath.

  • nodes comentaris. Contenen tot el texte entre els caracters <!-- i -->.

  • nodes de processament d'instruccions (PI). Contenen tot el texte entre els caracters <? ?> (sense incloure ?>).

  • nodes espai de noms. No es fan servir gairebé mai als fulls XSLT. Existeixen per a benefici del processador XLST.

Un dels usos més comuns de XPath és crear rutes de localització. Per exemple, el patró /classe/estudiant/aficions descriu l'ubicació dintre del XML que volem processar.

Les rutes poden ser absolutes o relatives (si ja hem seleccionat un node prèviament). Les rutes absolutes comencen pel simbol /.

6.1.1 Predicats

Els predicats són filtres que restringeixen els nodes seleccionats per una expressió XPath. Les condicions s'expressen amb claudàtors. Alguns exemples:

Expressió Significat
/classe/estudiant[nom="Daniel"] Retorna totes les dades de l’estudiant de nom Daniel en format XML.
/classe/estudiant[nom="Daniel"]/naixement Retorna la data de naixement de l’estudiant de nom Daniel en format XML.
/classe/estudiant[@id<500] Retorna les dades en format XML de tots els estudiants amb id més petit que 500.
/classe/estudiant[aficions/aficio="Lectura"]/nom Retorna en format XML els noms de tots els estudiants aficionats a la lectura.
/classe/estudiant[aficions/aficio="Lectura"]/nom/string() Retorna els noms (sense el format XML) de tots els estudiants aficionats a la lectura.
/classe/estudiant[nota>90 or @id<400]/nom/string() Retorna el nom (sense format XML) de tots els alumnes amb una nota major a 90 o un identificador inferior a 400.
/classe/estudiant[nom="Daniel" or nota>90]/nom/string() Retorna el nom (sense format XML) de tots els alumnes anomenats Daniel o amb una nota superior a 90.
/classe/estudiant[naixement/mes=5 and naixement/any<1990]/nom/string() Retorna el nom (sense format XML) de tots els alumnes nascuts el mes de maig i abans de 1990

6.1.2 Funcions

Conjuntament amb els predicats es poden utilitzar funcions. Per exemple:

  • count(x): compta el nombre d’elements d’x; x és un camí XPath absolut o relatiu. En el segon cas, sol indicar un element o un atribut d’un node.
  • string(): passen a cadena de caràcters l’element o atribut; es posa a continuació de l’últim element de l’expressió XPath.

Exemples d’utilització d’aquestes funcions:

Expressió Significat
count(/classe/estudiant) A l’exemple, retorna 3, ja que només hi ha 3 estudiants.
/classe/estudiant/aficions/count(aficio) A l’exemple retorna 2 3 2, que és el nombre d’aficions de cadascun dels estudiants.
/classe/estudiant/nom/string() A l’exemple retorna Daniel Vanessa Xavier que són els noms de cadascun dels estudiants (sense /string() retornava el mateix, però cada nom anava delimitat per ...
/classe/estudiant/@id/string() A l’exemple retorna 393 493 593, que són els identificadors de cadascun dels estudiants (sense /string() retornava el mateix, però entre comets i precedit del text id= )

6.1.3 Altres exemples avançats

XPath permet navegar per l'arbre del document XML. De la mateixa manera que podem navegar pels directoris del sistema d'arxius de Linux, també podem, a partir d'un node, obtenir l'element superior. XPath també seleccionar múltiples elements a la vegada (*). Exemples d'operadors especials que es poden utilitzar a XPath:

  • Doble barra (//)

Selecciona nodes que coincideixen independentment de la seva posició en el document XML. La següent expressió selecciona tots els nodes <aficio> del document:

//aficio

  • Asterisc (*)

Selecciona qualsevol element. Per exemple, per selecciona tots els fills directes de l'element estudiant, ho indicariem amb:

/classe/estudiant/*

  • Punt (.)

Selecciona el nom dels estudiants amb nota superior a 90, però només si el nom és exactament "Xavier".

/classe/estudiant[nota>90]/nom[.="Xavier"]

  • Dos punts (..):

Selecciona els nodes avis (estudiant) de totes les aficions que són "Cinema".

//aficio[.="Cinema"]/../..

  • Combinació avançada amb @*:

Selecciona tots els atributs d'un node.

/classe/estudiant[@*]

6.2.1 Introducció a les Bases de dades i XQuery

6.2.1. Base de dades

Una base de dades (BBDD) és una eina que permet organitzar les dades que tenen algun tipus de relació entre sí, típicament emmagatzemada a un ordinador. Una base de dades és controla normalment mitjantçant un sistema gestor de base de dades (SGDB) o DBMS en anglés.

6.2.2. Tipus de BBDD

Hi ha molts tipus de BBDD segons el model lògic on es descriuen les dades.

BBDD jeràrquica

Utilitza una estructura en forma d'arbre (arrel, nodes pares/fills, nodes fulla). Són eficients per a la cerca de dades, però la seva estructura és més dificil de modificar. Permet la redundància de les dades

BBDD relacional

En aquest model no existeix jerarquia, les dades s'emmagatzemen en tuples (una fila) que formen taules (conjunt de tuples). Cada taula representa un objecte del mon real que es vol representar en un ordinador (contenen dades amb la mateixa informació semàntica). Les taules es poden relacionar entre sí amb taules intermèdies (claus primàries i claus forànees), solucionant el problema de la redundància. Fan servir el llenguatge SQL per a fer consultes.

Alguns exemples de BBDD relacionals a nivell comercial són Oracle (primer SBDG comercial) o Microsoft SQL Server. En l'àmbit Open Source tenim postgreSQL o mariaDB/mySQL.

BBDD noSQL

Són bases de dades no relacionals. Algunes característiques:

  • No fan servir el lleguatge SQL, les dades s'emmagatzemen en parells clau-valor. Els registres s'emmagatzemen com a documents (típicament JSON). Un exemple seria el sistema mongoDB.

6.2.3. SGDB

L'ús dels SGBD és molt comú i té alguns avantatges respecte a l'ús de fitxers:

  • Evita la redundància de dades.
  • Evita errors de robustesa (dos programes volen modificar la mateixa dada).
  • Permet la independència del Hardware i del software que gestiona la BBDD.

També té alguns inconvenients:

  • No són fàcils d'administrar, es requereixen coneixements tècnics, personal especialitzat en administració de BBDD i en llenguatges de consultes.

  • Si no necessitem accés concurrent a les dades (més d'un usuari vol modificar la mateixa dada), podem fer servir fitxers.

  • Cost elevat en HW i SW, requereix d'un servidor.

XML al B2B

La majoria de BBDD actuals estan basades en el model de dades E-R i totes les empreses disponen d'alguna BBDD on emmagatzemen informació del seu negoci.

Anomenem B2B (Bussiness to Bussiness) a les transaccions comercials entre empreses (proveïdors, distribuidors), que implica la compartició d'informació entre elles. Aquesta compartició de dades suposa un probleme doncs cada empresa utilitza SGBD diferents. XML permet definir una representació d'informació que les empreses desitjen compartir. El SGDB haurà d'incorporar la possibilitat d'exportar o importar dades amb XML.

Per exemple, les empreses amb ERPs com SAP fan servir el document IDoc (Intermediate Document) que permet tranferir informació entre bases de dades. Un IDoc pot representar una factura, una comanda de vendes, una entrada al magatzem, una entrega, etc.

6.3. Bases de dades XML

Un document XML és pot considerar una base de dades (BBDD), doncs la informació està guardada de manera estructurada, és a dir organitzada o ordenada dintre del document. Podem dir que una base de dades XML (document) permet emmagatzemar dades en format XML (format estructurat).

Les operacions que normalment es poden fer amb una BBDD com inserir, modificar o esborrar -operacions CRUD- es realitzen amb els llenguatges XPath i XQuery.

Les bases de dades XML són una bona solució si la informació està estructurada de forma jeràrquica i necessitem un accés lleuger a la BBDD. Per actualitzar una columna a XML hem d'actualitzar tot el document XML. Per tant, si les dades són actualitzades molt freqüentment i els documents XML tenen moltes files (o registres) pot ser més eficients guardar les dades en una BBDD relacional. Per altra banda, si actualitzem documents petits i pocs documents al mateix temps, XML també pot ser eficient.

6.3.1. Sistemes d'emmagatzematge de la informació mitjançant XML

Existeixen tres formes d'emmagatzemament de la informació mitjançant XML:

  • Fitxers de text
  • Bases de dades no natives XML (XML Enabled)
  • Bases de dades natives XML

Fitxers

Es fan servir fitxers XML, els que fem servir al nostre SO. No és la millor opció, doncs no podem garantir la concurrència (dues persones no poden modificar el mateix arxiu a la vegada), la seguretat és menor i altres avantatges que ofereixen els SGBD.

Bases de dades no natives XML (XML-Enabled)

Les dades es guarden en una base de dades relacional. La BBDD relacional converteix el document XML en un esquema relacional per importar després aquestes dades. Aquestes BBDD poden generar un document XML com a sortida.

Aquestes BBDD presenten alguns inconvenients:

  • No es poden restaurar el documents XML originals (la BBDD és relacional i necessiten conversió).
  • L'estructura de les dades deixa de ser jeràrquica per convertir-se en relacional.

Aquestes BBDD són més adients per sistemes on la majoria de les dades són no-XML. Els següents SGDB suporten el tipus de dades ISO XML:

  • IBM DB2
  • Microsoft SQL Server
  • Oracle Database
  • PostgreSQL

Bases de dades natives XML

Aquestes BBDD estan especialment adaptades per treballar amb dades XML. El seu model intern es basa en XML i les seves unitats d'emmagatzematge són els nodes XML i el document, mentre que en les BBDD relacionals són els camps i els registres.

En aquestes BBDD no s'utilitza el llenguatge de consulta SQL, sinó que es fan servir els llenguatges XPath i XQuery. Alguns exemples de BBDD natives XML són: MarkLogic, BaseX, eXist-db o sedna.

XPath serveix per seleccionar els nodes del document XML i XQuery permet fer les consultes al document XML.

Comparativa de BBDD XML natives:

Nom Llicència Llenguatge nadiu XQuery 3.1/3.0/1.0 XQuery Update XSLT 2.0 XForms
BaseX BSD Java Si/Si/Si Si Si Si
eXist GNU LGPL Java Parcial/Parcial/Si Propietari Si Si
MarkLogic Comercial C++ No/Parcial/Si Propietari Si Si
Sedna Apache 2.0 C++ No/?/Si Si No ?

6.4. SQL i XQuery

SQL (Structured Query Language) és un llenguatge declaratiu. A diferència dels llenguatges imperatius, li indiquem les dades que volem, no com obtenir-les físicament del disc. SQL serveix per accedir i manipular BBDD relacionals:

Concretament, les operacions CRUD són:

  • Creació i eliminació de taules
  • Inserció, modificació i eliminació de registres.
  • Execució de cerques mitjançant consultes (SELECT).

Les sentències SQL es classifiquen en diferents tipus segons el seu propòsit:

  • DDL (Data Definition Language): Permeten crear les estructures que emmagatzemaran les dades, com CREATE, ALTER o DROP.
  • DML (Data Manipulation Language): Permeten introduir dades i manipularles: SELECT, INSERT, UPDATE o DELETE.
  • DCL (Data Control Language): Permeten als administradors controlar l'accés als objectes de la BBDD: GRANT o REVOKE.

La versió de SQL més utilitzada és la del 1993. Respecte a l'us amb XML:

  • Estàndar 2003, suport inicial a documents XML.
  • Estàndar 2006, major integració amb XML (importació i exportació de dades XML).

XQuery (XML Query) és a XML el que SQL a les BBDD relacionals. XQuery és compatible amb les següents tecnologies: XML, Namespaces, XSLT, XPath i XML Schema.

XQuery 1.0 va ser desenvolupat pel grup de treball W3C i XPath 2.0 és un subconjunt de XQuery 1.0.

XQuery és molt semblant a SQL, afegint-li estructures dels llenguatges de programació com for, return, etc. Aquestes estructures s'anomenen sentències FLOWR, és a dir For, Let, Where, Order by i Return.

Quan s'analitza el document XML es crea un arbre de nodes on tenim:

  • Node arrel o "/": El primer node del document XML.
  • Node element: Qualsevol element del document XML, si te fills és un node pare, sino és un node fulla.
  • Node text: Node que conté només texte
  • Node atribut: Atributs dels elements XML que complementen la informació del node element.

Semblances i diferències entre XQuery i SQL:

  • Els dos permeten fer consultes a documents XML i BBDD relacionals, respectivament.
  • Comparteixen algunes característiques de les sentències FLWOR.

Per altra banda:

  • XQuery recorre dades jeràrquiques i SQL dades relacionals.
  • SQL permet eliminar i modificar dades, XQuery té dificultat a l'hora d'esborrar o editar dades.

6.5. XQuery

Algunes consideracions inicials:

  • És sensible a majúscules i minúscules com XML.
  • Els elements, atributs i variables han de tenir noms vàlids a XML.
  • Podem realitzar les consultes carregant un arxiu .xq a al gestor de BBDD XML.
  • Podem realitzar les consultes directament a l'interfície del SGDB-Jeràrquic com baseX, eXistDB, etc..
  • Per processar els arbres dels nodes d'un document XQuery utilitza XPath.

Extracció de dades:

  • Per extreure totes les dades d'un document utilitzarem la funció doc():

Local: 

  doc("ruta_a_l’arxiu/nom_arxiu.xml")
URL: 
  doc("http://adreça_del_document")

Exemple: pel document “catalog.xml” emplaçat a la mateixa arrel: 

  doc("catalog.xml")
* Per accedir a un o un conjunt de nodes: 
doc("ruta_a_l’arxiu/nom_arxiu.xml")Xpath
Exemple: per accedir a TOTS els cd’s del document catalog.xml: 
  doc("catalog.xml")/catalog/cd

Filtres

Mitjançant operadors de comparació podem aplicar filtres a la ruta XPath.

doc("document.xml")//element_de_cerca[element_filtre="argument"]
Exemple:

doc("catalog.xml")//catalog/cd [price>=10]

Comparació de cadenes

doc("catalog.xml") //catalog/cd[./artist eq "Bob Dylan"]

Operadors XPath (w3schools)

6.6. Expressions FLWOR

FLWOR és un acronim de "For, Let, Where, Order by, Return". És una eina més potent que XPath per seleccionar nodes i processar-los.

  • For - selecciona una seqüència de nodes, guardant-los en una variable.
  • Let - Uneix una seqüència a una variable, és opcional.
  • Where - Filtra els nodes guardats a la variable del for o del let.
  • Order by - Ordena els nodes guardats a la variable del for o del let.
  • Return - Que retorna (s'evalua una vegada per cada node).

Algunes consideracions:

  • XQuery no té la capacitat nativa per actualitzar dades (només consulta). Per actualitzar dades (insert, update i delete) s'utilitza l'extensió XQUF que ja està incorporada a Basex i veurem més endavant.
  • Les expressions XPath es poden convertir a XQuery. Aquestes dues expressions XPath i FLWOR són equivalents:

XPath

doc("catalog.xml")//catalog/cd[price>=10]/artist
FLWOR

for $cd in doc(“catalog.xml”)//catalog/cd
  where $cd/price<=10
  return $cd/artist
  • Amb Xquery es declaren variables amb el simbol dòlar ($).
  • Es pot fer una traducció d'una sentència Xquery a SQL. Exemple:

Comparació SQL i FLWOR

SELECT ...columnes...
  FROM ...taules...                 ===>
  WHERE ...condició_columnes...

SELECT ...nodes...
  FROM ...catalog.xml...            ===>
  WHERE ...condició_nodes...

for $var
  in (...catalog.xml...)...nodes...
  where ...condició_nodes (amb $var)...

FOR

La sentència for va iterant per cada un dels nodes seleccionats amb l'expressió XPath i els guarda a la variable definida ($cd). En aquest cas es mostra els artistes que tenen un cd amb un preu superior a 10 i més petit a 15.

for $cd in doc(“catalog.xml”)//catalog/cd
  where $cd[price>10] and $cd[price<15]“
  return $cd/artist

LET

Let permet crear una variable per assignar valors que es poden utilitzar en una altra consulta. 

for $cd in doc(“catalog.xml”)//catalog/cd
let $n:=$cd/artist
where $cd/price<10
return $n

WHERE

Where permet filtrar els resultats abans de mostrar-los amb la sentència return. És equivalent al filtre que s'utilitza dintre dels claudàtors a les expressions XPath. Per exemple:

...
where $cd[price>10] and $cd[price<15]
....

El filtre representa una expressió booleana que ha de donar com a resultat un valor booleà (vertader o fals). És a dir, tota l'expressió s'ha d'avaluar i si es compleix la condició (vertader), aquest resultat es mostra amb la sentència return.

ORDER BY

És equivalent a la sentència ORDER BY a SQL. Permet ordenar els resultats una vegada filtrats amb la sentència where. En el següent exemple ordenem els artistes per nom.

order by $variable [ascending, descending]

for $a in doc("catalog.xml")//catalog/cd/artist
  order by $a descending
  return $a

RETURN Return mostra les dades per pantalla. Per defecte només podem retornar un valor. Si volem tornar més d’un valor podem posar el valors entre parèntesi:

return $cd/(artist/name, Title)
o 
let $Titulo:=$cd/Titile
let $nomArtis:=$cd/artist/name
let $codigo:=$cd/artist/cod_Artist
return concat($Titulo, “ “, $nomArtis,” “,$codigo)

De FLWOR a HTML

Podem realitzar consultes i guardar els resultats en format HTML. Ho podem fer tant amb expressions XQuery com clàusules FLWOR.

Indicarem la part del codi FLWOR entre claus “{“ “}”.

Si volem afegir codi CSS utilitzarem {{ i }}, en la declaració CSS, en compte d’una sola { i }.

<ul>
{
for $x in doc(“catalog.xml")//catalog/cd/artist
  order by $x
  return <li>{$x}</li>
}
</ul>

Exemple complert:

XQuery 

<html>
  <head>
    <title>Prova XQuery</title>
  </head>
  <body>
    <ul>
      {
      for $x in doc(“catalog.xml")//catalog/cd/artist
        return <li>{$x}</li>
      }
    </ul>
  </body>
</html>

HTML 

<html>
  <head>
    <title>Prova XQuery</title>
  </head>
  <body>
    <ul>
      <li><artist>Bob Dylan</artist></li>
      <li><artist>Bonnie Tyler</artist></li>
      <li><artist>Dolly Parton</artist></li>
    </ul>
  </body>
</html>

Per imprimir només el nom de l'element, enlloc d'escriure 

return <li>{$x}</li>
posem

return <li>{data($x)}</li>

6.7. Actualització de dades amb XQuery

Encara que XQuery permet seleccionar dades, la versió XQuery 1.0 no té funcions per insertar, esborrar o actualitzar dades d'un XML. Patrick Lehti va desenvolupar un sistema per possibilitar aquestes funcions, encara que el consorci W3C, posteriorment, va proposar l'extensió XQUF (XQuery Update Facilites) que ja està implementada a BaseX. La versió que farem servir de BaseX és la 9.0.1 (2022), així que farem servir la implementació XQUF.

En els exemples que mostrarem a continuació element és un fragment XML i ubicació és una expressió XPath.

6.7.1 Insercio d'un element

La sintaxi general amb XQUF és:

insert node element {into | as first into | as last into | before | after} ubicació

S'ha d'especificar un dels elements que van dintre de les claus:

  • into: l'element s'insereix dins dins l'element especificat, al final dels fills actuals (depen de l'implementació).
  • as first into / as last into: l'element s'insereix dins de l'element especificat, al principi o al final respectivament dels fills actuals.
  • before / after: l'element s'insereix abans o després de l'element especificat per la ubicació.

Exemple (veure XML exemple de l'apartat 5.9):

Afegir l'afició "gastronomia" a l'estudiant amb id = 393 al final de les seves aficions

insert node <aficio>Gastronomia</aficio> as last into /classe/estudiant[@id="393"]/aficions
L'atribut id pot anar o sense cometes

6.7.2 Esborrat d'un element

La sintaxi amb XQUF és:

delete node ubicacio

Exemple:

Suprimir l'afició lectura de l'estudiant amb id = 393

delete node /classe/estudiant[@id="393"]/aficions/aficio[.="Lectura"]
El punt fa referència al node actual, és a dir a una afició.

L'atribut id pot anar o no sense cometes

La versió amb llenguatge FLWOR seria:

for $a in /classe/estudiant[@id="393"]/aficions/aficio[.="Lectura"] 
return delete node $a

6.7.3 Modificar un element

En el cas de modificació, podem modificar l'element sencer o el contingut de l'element especificat.

La sintaxi amb XQUF per modificar l'element:

replace node ubicació with element

Modificar un element:

Exemple: canviar el nom de l’estudiant amb id = 393 per Dani (es diu Daniel).

replace node /classe/estudiant[@id="393"]/nom with <nom>Dani</nom>
Per altra banda, la sintaxi per modificar el valor de l'element:

replace value of node ubicació with element

replace value of node /classe/estudiant[@id="393"]/nom with "Dani"

La versió replace node amb FLWOR seria:

for $n in /classe/estudiant[@id="393"]/nom 
return replace node $n with <nom>Dani</nom>

6.7.4 Restriccions per a la modificació massiva.

Als apartats anteriors, el paràmetre ubicacio no sempre pot fer referència a més d'un element. A continuació es mostren les restriccions per a cada sentencia.

sentencia restricció
insert node un unic element
delete node un o varis elements
replace node un unic element
replace value of node un unic element

Amb FLWOR podem fer moficacions massives, cosa que amb XQUF sense FLWOR no podem. Per modificar massivament nodes (replace node) fariem el següent:

Exemple: Substituir l'afició "Esport" per "Basquet" a tots els alumnes:

for $a in /classe/estudiant/aficions/aficio[.="Esport"] return replace node $a with Basquet

6.8 Enllaços d'interés

XQuery Update - BaseX Documentation

Aquest document està llicenciat sota els termes de la Licencia Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).