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XML (eXtensible Markup Language) 详细教程

XML 是一种标记语言，它设计用来存储和传输数据。它具有可扩展性，允许用户自定义标签，以适应不同的需求。XML 是一种非常流行的数据交换格式，广泛用于 Web 服务、配置文件、文档存储等方面。

在本教程中，我们将详细介绍 XML 的基本概念、语法规则、数据结构以及如何在 C++ 中使用 Qt 库来解析和生成 XML 数据。

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1. XML 基本概念

1.1. 什么是 XML

XML 是一种标记语言（Markup Language），它通过标记（标签）来描述数据结构。与 HTML 不同，XML 是用来存储和传输数据的，而不是显示数据。

1.2. XML 文件结构

XML 文件由一系列嵌套的元素构成，元素由开始标签、内容和结束标签组成。每个元素都有一个名称，且标签是成对出现的（开始标签和结束标签）。

1.3. 基本语法

• 根元素：每个 XML 文档必须有一个根元素，根元素包含所有其他元素。
• 开始标签和结束标签：元素由开始标签和结束标签包围。例如：<name>John</name>。
• 属性：元素可以包含属性，用于描述元素的附加信息。例如：<book type="fiction">。
• 文档声明：XML 文档可以包含一个文档声明，通常位于文件的开始。例如：<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>。

1.4. 示例 XML 文件

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<bookstore><book><title>Learn XML</title><author>John Doe</author><price>29.99</price></book><book><title>XML for Dummies</title><author>Jane Smith</author><price>19.99</price></book>
</bookstore>

• <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>：XML 声明，指定了版本和字符编码。
• <bookstore>：根元素，表示一个书店。
• <book>：表示一本书，包含 title、author 和 price 元素。

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2. XML 的核心概念

2.1. 元素（Element）

元素是 XML 文件的基本单位。每个元素由开始标签、内容和结束标签构成。标签是由尖括号（<>）包围的。

2.2. 属性（Attribute）

元素可以包含属性，用于提供更多的信息。属性总是以 name="value" 的形式存在。

<book type="fiction"><title>Learn XML</title><author>John Doe</author>
</book>

在这个例子中，type="fiction" 是 book 元素的一个属性。

2.3. 文本内容（Text Content）

元素的文本内容位于开始标签和结束标签之间。

<title>Learn XML</title>

2.4. 注释（Comment）

XML 允许在文档中添加注释，注释内容不会被处理或显示。

<!-- This is a comment -->
<book><title>Learn XML</title>
</book>

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3. XML 结构与层次

XML 是层次化的结构，元素可以嵌套，这使得 XML 能够表示复杂的数据。

3.1. 嵌套元素

在 XML 中，元素可以包含其他元素，这就形成了一个树状结构。

<bookstore><book><title>Learn XML</title><author>John Doe</author></book><book><title>XML for Dummies</title><author>Jane Smith</author></book>
</bookstore>

3.2. 文档的结构

在 XML 文档中，所有的元素最终都会被一个根元素包围。根元素包含了文档中的其他元素。

<bookstore> <!-- 根元素 --><book><title>Learn XML</title><author>John Doe</author></book>
</bookstore>

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4. XML 命名空间（Namespace）

命名空间用于避免 XML 文档中元素或属性名的冲突。当多个 XML 文档合并时，命名空间可以确保不同文档中的相同标签名不会冲突。

4.1. 定义命名空间

命名空间通常通过 xmlns 属性定义：

<book xmlns="http://www.example.com/bookstore"><title>Learn XML</title><author>John Doe</author>
</book>

4.2. 使用命名空间

命名空间帮助区分同名的元素，特别是当你将多个 XML 文档合并时：

<book xmlns:bk="http://www.example.com/bookstore"><bk:title>Learn XML</bk:title><bk:author>John Doe</bk:author>
</book>

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5. XML Schema (XSD) 与验证

XML Schema（XSD）用于定义 XML 文档的结构和数据类型。它为 XML 文件提供一种标准的验证机制。

5.1. 创建 XSD 文件

XSD 文件定义了 XML 元素及其类型，确保 XML 文档符合特定的规则。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<xs:schema xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"><xs:element name="bookstore"><xs:complexType><xs:sequence><xs:element name="book" maxOccurs="unbounded"><xs:complexType><xs:sequence><xs:element name="title" type="xs:string"/><xs:element name="author" type="xs:string"/><xs:element name="price" type="xs:decimal"/></xs:sequence></xs:complexType></xs:element></xs:sequence></xs:complexType></xs:element>
</xs:schema>

5.2. 验证 XML 文件

你可以使用 XSD 来验证 XML 文件是否符合预定的结构。现代的 XML 解析器，如 Qt 的 QXmlSchema 类，可以帮助你进行此验证。

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6. 在 C++ 中使用 XML

在 C++ 中，可以使用 Qt 提供的 XML 解析类来读取和写入 XML 文件。常用的类有 QXmlStreamReader（用于解析 XML）和 QXmlStreamWriter（用于生成 XML）。

6.1. 解析 XML（QXmlStreamReader）

#include <QXmlStreamReader>
#include <QFile>
#include <QDebug>void parseXML(const QString &fileName) {QFile file(fileName);if (!file.open(QIODevice::ReadOnly)) {qWarning() << "Failed to open file";return;}QXmlStreamReader xmlReader(&file);while (!xmlReader.atEnd()) {xmlReader.readNext();if (xmlReader.isStartElement()) {qDebug() << "Element:" << xmlReader.name();if (xmlReader.name() == "title") {qDebug() << "Title:" << xmlReader.readElementText();}}}if (xmlReader.hasError()) {qWarning() << "XML parsing error";}
}int main() {parseXML("books.xml");return 0;
}

6.2. 生成 XML（QXmlStreamWriter）

#include <QXmlStreamWriter>
#include <QFile>
#include <QDebug>void generateXML(const QString &fileName) {QFile file(fileName);if (!file.open(QIODevice::WriteOnly)) {qWarning() << "Failed to open file";return;}QXmlStreamWriter xmlWriter(&file);xmlWriter.setAutoFormatting(true);xmlWriter.writeStartDocument();xmlWriter.writeStartElement("bookstore");xmlWriter.writeStartElement("book");xmlWriter.writeTextElement("title", "Learn XML");xmlWriter.writeTextElement("author", "John Doe");xmlWriter.writeTextElement("price", "29.99");xmlWriter.writeEndElement(); // </book>xmlWriter.writeEndElement(); // </bookstore>xmlWriter.writeEndDocument();
}int main() {generateXML("books_output.xml");return 0;
}

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7. 总结

• XML 是用于存储和传输数据的标准格式，具有可扩展性，能够自定义标签，结构清晰。
• XML 文件结构 包括元素、属性、文本内容、注释等。
• 命名空间 用于避免标签冲突，尤其在合并多个 XML 文档时。
• XSD（XML Schema） 用于定义和验证 XML 文档的结构。
• 在 C++ 中使用 XML，可以通过 Qt 的 QXmlStreamReader 和 QXmlStreamWriter 进行解析和生成 XML 文件。

掌握了 XML 的基础和在 C++ 中的应用，你就能够高效地使用 XML 存储、传输和操作数据。