XQuery高级功能学习指南掌握复杂查询与数据转换的专业技巧让您的XML数据处理能力更上一层楼成为团队中的技术专家

威震华夏关云长

1. XQuery基础回顾

XQuery是一种用于查询XML数据的函数式编程语言，它允许我们从XML文档中提取和操作数据。在深入探讨高级功能之前，让我们简要回顾一些基础概念。

1.1 XQuery基本语法

XQuery使用FLWOR表达式（For, Let, Where, Order by, Return）作为其核心构造块。下面是一个简单的例子：

2. for $book in collection("books")/books/book
3. where $book/price > 30
4. order by $book/title
5. return $book/title

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这个查询从书籍集合中选择价格超过30的书籍，并按标题排序返回。

1.2 XPath与XQuery的关系

XQuery建立在XPath之上，XPath用于在XML文档中导航。XQuery扩展了XPath，添加了迭代、排序、构造等功能。

2. (: 使用XPath选择节点 :)
3. let $authors := doc("books.xml")/books/book/author
4. return count($authors)

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2. XQuery高级查询技术

2.1 条件逻辑与分支处理

XQuery提供了丰富的条件表达式，包括if-then-else语句和typeswitch表达式。

2. for $book in collection("books")/books/book
3. return
4.   if ($book/price > 50) then
5.     <expensive>{$book/title/text()}</expensive>
6.   else if ($book/price > 30) then
7.     <moderate>{$book/title/text()}</moderate>
8.   else
9.     <affordable>{$book/title/text()}</affordable>

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typeswitch允许根据表达式的类型执行不同的代码块：

2. let $item := (42, "hello", <element/>, attribute attr {"value"})[3]
3. return
4.   typeswitch($item)
5.     case xs:integer return "Integer: " || string($item)
6.     case xs:string return "String: " || $item
7.     case element() return "Element: " || name($item)
8.     case attribute() return "Attribute: " || name($item)
9.     default return "Other type"

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2.2 量化表达式

XQuery提供了一些和量词相关的表达式，包括some和every。

some表达式检查序列中是否至少有一个项满足条件：

2. (: 检查是否有书籍价格超过100 :)
3. some $book in collection("books")/books/book satisfies $book/price > 100

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every表达式检查序列中是否所有项都满足条件：

2. (: 检查是否所有书籍都有作者 :)
3. every $book in collection("books")/books/book satisfies exists($book/author)

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2.3 序列操作与高级函数

XQuery提供了强大的序列操作功能，包括序列构造、过滤、映射等。

2. (: 构造序列 :)
3. let $sequence := (1 to 10, "a", "b", "c", <item>1</item>, <item>2</item>)
5. (: 序列过滤 :)
6. let $filtered := $sequence[self::item]
8. (: 序列映射 :)
9. let $mapped := for $item in $sequence return string($item)
11. (: 序列聚合 :)
12. let $count := count($sequence)
13. let $sum := sum($sequence[. castable as xs:integer])
14. let $concat := string-join($sequence[. instance of xs:string], "-")
15. return (
16.   <filtered>{$filtered}</filtered>,
17.   <mapped>{$mapped}</mapped>,
18.   <stats count="{$count}" sum="{$sum}" concat="{$concat}"/>
19. )

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XQuery 3.0引入了函数项和高阶函数，使函数式编程更加灵活：

2. (: 定义函数 :)
3. declare function local:double($x as xs:integer) as xs:integer {
4.   $x * 2
5. };
7. (: 函数作为参数 :)
8. declare function local:apply($f as function(xs:integer) as xs:integer, $x as xs:integer) as xs:integer {
9.   $f($x)
10. };
12. (: 使用函数项 :)
13. let $double-fn := local:double#1
14. let $numbers := (1 to 5)
15. return (
16.   <direct>{local:apply($double-fn, 10)}</direct>,
17.   <mapped>{for $n in $numbers return $double-fn($n)}</mapped>
18. )

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2.4 模块化与代码重用

XQuery支持模块化编程，允许将代码组织到可重用的模块中。

2. (: 文件: library.xqm :)
3. module namespace lib = "http://example.com/library";
5. declare function lib:format-price($price as xs:decimal) as xs:string {
6.   concat("$", format-number($price, "#,##0.00"))
7. };
9. declare function lib:book-summary($book as element(book)) as element(summary) {
10.   <summary>
11.     <title>{$book/title/text()}</title>
12.     <author>{$book/author/text()}</author>
13.     <price>{lib:format-price($book/price)}</price>
14.   </summary>
15. };

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2. (: 导入模块 :)
3. import module namespace lib = "http://example.com/library" at "library.xqm";
5. (: 使用模块中的函数 :)
6. for $book in collection("books")/books/book
7. return lib:book-summary($book)

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3. XQuery数据转换功能

3.1 XML构造与转换

XQuery提供了强大的XML构造功能，可以创建新的XML结构或转换现有XML。

2. (: 直接构造XML元素 :)
3. let $book :=
4.   <book category="fiction">
5.     <title>Example Book</title>
6.     <author>John Doe</author>
7.     <price>29.99</price>
8.   </book>
9. return $book

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2. (: 使用计算构造动态创建元素和属性 :)
3. let $category := "fiction"
4. let $title := "Dynamic Book"
5. let $author := "Jane Smith"
6. let $price := 34.99
7. return
8.   element book {
9.     attribute category { $category },
10.     element title { $title },
11.     element author { $author },
12.     element price { $price }
13.   }

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2. (: 将书籍列表转换为HTML表格 :)
3. let $books := collection("books")/books/book
4. return
5.   <html>
6.     <head>
7.       <title>Book List</title>
8.       <style>
9.         table {{ border-collapse: collapse; width: 100%; }}
10.         th, td {{ border: 1px solid #ddd; padding: 8px; text-align: left; }}
11.         th {{ background-color: #f2f2f2; }}
12.       </style>
13.     </head>
14.     <body>
15.       <h1>Book List</h1>
16.       <table>
17.         <tr>
18.           <th>Title</th>
19.           <th>Author</th>
20.           <th>Price</th>
21.         </tr>
22.         {
23.           for $book in $books
24.           order by $book/title
25.           return
26.             <tr>
27.               <td>{$book/title/text()}</td>
28.               <td>{$book/author/text()}</td>
29.               <td>{$book/price/text()}</td>
30.             </tr>
31.         }
32.       </table>
33.     </body>
34.   </html>

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3.2 节点修改与更新

XQuery Update Facility提供了修改XML文档的功能。

2. (: 在书籍中插入新的评论节点 :)
3. let $book := doc("books.xml")/books/book[title = "Example Book"]
4. return
5.   insert node
6.     <review>
7.       <user>Alice</user>
8.       <rating>4</rating>
9.       <comment>Great book!</comment>
10.     </review>
11.   into $book

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2. (: 更新书籍价格 :)
3. let $book := doc("books.xml")/books/book[title = "Example Book"]
4. return
5.   replace node $book/price with <price currency="USD">24.99</price>

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2. (: 删除书籍的评论节点 :)
3. let $book := doc("books.xml")/books/book[title = "Example Book"]
4. return
5.   delete node $book/review

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3.3 JSON处理

现代XQuery实现（如BaseX、eXist-db）支持JSON处理，允许在XQuery中查询和转换JSON数据。

2. (: 解析JSON字符串 :)
3. let $json-string := '{"books": [{"title": "Book 1", "author": "Author 1"}, {"title": "Book 2", "author": "Author 2"}]}'
4. let $json := parse-json($json-string)
5. return $json

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2. (: 将JSON转换为XML :)
3. let $json-string := '{"title": "Example", "author": "John", "price": 29.99}'
4. let $json := parse-json($json-string)
5. return
6.   <book>
7.     <title>{$json("title")}</title>
8.     <author>{$json("author")}</author>
9.     <price>{$json("price")}</price>
10.   </book>

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2. (: 将XML转换为JSON :)
3. let $xml :=
4.   <book>
5.     <title>Example</title>
6.     <author>John</author>
7.     <price>29.99</price>
8.   </book>
9. return
10.   serialize(
11.     {
12.       "title": $xml/title/string(),
13.       "author": $xml/author/string(),
14.       "price": xs:decimal($xml/price)
15.     },
16.     {"method": "json"}
17.   )

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4. 实际应用案例

4.1 复杂报表生成

假设我们有一个包含销售数据的XML文件，需要生成一个复杂的报表：

2. <!-- sales.xml -->
3. <sales>
4.   <region id="north">
5.     <product id="p1" name="Widget" category="gadgets">
6.       <sale date="2023-01-01" quantity="10" price="19.99"/>
7.       <sale date="2023-01-15" quantity="5" price="19.99"/>
8.       <sale date="2023-02-01" quantity="8" price="18.99"/>
9.     </product>
10.     <product id="p2" name="Gadget" category="gadgets">
11.       <sale date="2023-01-05" quantity="3" price="29.99"/>
12.       <sale date="2023-01-20" quantity="7" price="29.99"/>
13.     </product>
14.   </region>
15.   <region id="south">
16.     <product id="p1" name="Widget" category="gadgets">
17.       <sale date="2023-01-10" quantity="15" price="19.99"/>
18.       <sale date="2023-02-05" quantity="12" price="18.99"/>
19.     </product>
20.     <product id="p3" name="Thingy" category="accessories">
21.       <sale date="2023-01-12" quantity="20" price="9.99"/>
22.       <sale date="2023-01-25" quantity="15" price="9.99"/>
23.     </product>
24.   </region>
25. </sales>

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我们可以使用XQuery生成一个详细的销售报表：

2. (: 生成销售报表 :)
3. declare function local:format-date($date as xs:date) as xs:string {
4.   format-date($date, "[MNn] [D], [Y]")
5. };
7. declare function local:region-report($region as element(region)) as element(region-report) {
8.   let $region-id := $region/@id
9.   let $products := $region/product
10.   let $total-sales := sum($products/sale/(xs:decimal(@quantity) * xs:decimal(@price)))
11.   let $total-quantity := sum($products/sale/xs:decimal(@quantity))
12.   
13.   return
14.     <region-report id="{$region-id}">
15.       <summary>
16.         <total-sales>{$total-sales}</total-sales>
17.         <total-quantity>{$total-quantity}</total-quantity>
18.         <product-count>{count($products)}</product-count>
19.       </summary>
20.       <products>
21.         {
22.           for $product in $products
23.           let $product-sales := sum($product/sale/(xs:decimal(@quantity) * xs:decimal(@price)))
24.           let $product-quantity := sum($product/sale/xs:decimal(@quantity))
25.           order by $product-sales descending
26.           return
27.             <product id="{$product/@id}" name="{$product/@name}" category="{$product/@category}">
28.               <total-sales>{$product-sales}</total-sales>
29.               <total-quantity>{$product-quantity}</total-quantity>
30.               <sales>
31.                 {
32.                   for $sale in $product/sale
33.                   order by $sale/@date
34.                   return
35.                     <sale date="{local:format-date(xs:date($sale/@date))}"
36.                           quantity="{$sale/@quantity}"
37.                           price="{$sale/@price}"
38.                           total="{xs:decimal($sale/@quantity) * xs:decimal($sale/@price)}"/>
39.                 }
40.               </sales>
41.             </product>
42.         }
43.       </products>
44.     </region-report>
45. };
47. let $sales := doc("sales.xml")/sales
48. let $regions := $sales/region
49. let $grand-total := sum($regions/product/sale/(xs:decimal(@quantity) * xs:decimal(@price)))
50. let $grand-quantity := sum($regions/product/sale/xs:decimal(@quantity))
52. return
53.   <sales-report>
54.     <summary>
55.       <grand-total>{$grand-total}</grand-total>
56.       <grand-quantity>{$grand-quantity}</grand-quantity>
57.       <region-count>{count($regions)}</region-count>
58.     </summary>
59.     <regions>
60.       {
61.         for $region in $regions
62.         return local:region-report($region)
63.       }
64.     </regions>
65.   </sales-report>

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4.2 数据集成与转换

假设我们有两个XML文件，包含客户信息和订单信息，需要将它们合并为一个统一的视图：

2. <!-- customers.xml -->
3. <customers>
4.   <customer id="c1">
5.     <name>John Smith</name>
6.     <email>john@example.com</email>
7.     <phone>555-1234</phone>
8.   </customer>
9.   <customer id="c2">
10.     <name>Jane Doe</name>
11.     <email>jane@example.com</email>
12.     <phone>555-5678</phone>
13.   </customer>
14. </customers>

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2. <!-- orders.xml -->
3. <orders>
4.   <order id="o1" customer-id="c1" date="2023-01-15">
5.     <item product-id="p1" quantity="2" price="19.99"/>
6.     <item product-id="p3" quantity="1" price="9.99"/>
7.   </order>
8.   <order id="o2" customer-id="c2" date="2023-01-20">
9.     <item product-id="p2" quantity="1" price="29.99"/>
10.   </order>
11.   <order id="o3" customer-id="c1" date="2023-02-05">
12.     <item product-id="p1" quantity="3" price="18.99"/>
13.   </order>
14. </orders>

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我们可以使用XQuery将这些数据合并：

2. (: 合并客户和订单数据 :)
3. let $customers := doc("customers.xml")/customers/customer
4. let $orders := doc("orders.xml")/orders/order
6. return
7.   <customer-orders>
8.     {
9.       for $customer in $customers
10.       let $customer-id := $customer/@id
11.       let $customer-orders := $orders[@customer-id = $customer-id]
12.       let $total-spent := sum($customer-orders/item/(xs:decimal(@quantity) * xs:decimal(@price)))
13.       let $order-count := count($customer-orders)
14.       
15.       return
16.         <customer id="{$customer-id}">
17.           <name>{$customer/name/text()}</name>
18.           <email>{$customer/email/text()}</email>
19.           <phone>{$customer/phone/text()}</phone>
20.           <order-summary>
21.             <total-orders>{$order-count}</total-orders>
22.             <total-spent>{$total-spent}</total-spent>
23.           </order-summary>
24.           <orders>
25.             {
26.               for $order in $customer-orders
27.               let $order-total := sum($order/item/(xs:decimal(@quantity) * xs:decimal(@price)))
28.               order by $order/@date
29.               return
30.                 <order id="{$order/@id}" date="{$order/@date}">
31.                   <total>{$order-total}</total>
32.                   <items>
33.                     {
34.                       for $item in $order/item
35.                       return
36.                         <item product-id="{$item/@product-id}"
37.                               quantity="{$item/@quantity}"
38.                               price="{$item/@price}"
39.                               total="{xs:decimal($item/@quantity) * xs:decimal($item/@price)}"/>
40.                     }
41.                   </items>
42.                 </order>
43.             }
44.           </orders>
45.         </customer>
46.     }
47.   </customer-orders>

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4.3 高级文本处理

XQuery提供了强大的文本处理功能，可以用于复杂的文本分析任务：

2. (: 分析文档中的词频 :)
3. declare function local:tokenize-text($text as xs:string) as xs:string* {
4.   let $normalized := lower-case(replace($text, "[^\p{L}\p{N}]+", " "))
5.   return tokenize($normalized, "\s+")[. != ""]
6. };
8. declare function local:word-frequency($text as xs:string) as element(word)* {
9.   let $tokens := local:tokenize-text($text)
10.   let $distinct-words := distinct-values($tokens)
11.   
12.   return
13.     for $word in $distinct-words
14.     let $count := count($tokens[. = $word])
15.     order by $count descending
16.     return
17.       <word count="{$count}">{$word}</word>
18. };
20. (: 假设我们有一个包含文章内容的XML文档 :)
21. let $article := doc("article.xml")/article
22. let $title := $article/title/string()
23. let $content := $article/content/string()
24. let $full-text := concat($title, " ", $content)
26. return
27.   <analysis>
28.     <document>
29.       <title>{$title}</title>
30.       <word-count>{count(local:tokenize-text($full-text))}</word-count>
31.     </document>
32.     <top-words>
33.       {subsequence(local:word-frequency($full-text), 1, 20)}
34.     </top-words>
35.   </analysis>

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5. 性能优化技巧

5.1 索引利用

在处理大型XML数据集时，合理利用索引可以显著提高查询性能。

2. (: 在BaseX中创建索引 :)
3. try {
4.   db:create-index("books", "path")
5. } catch * {
6.   (: 索引可能已存在 :)
7. }
9. (: 使用索引优化的查询 :)
10. for $book in collection("books")/books/book[author = "John Doe"]
11. return $book/title

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5.2 查询优化技术

2. (: 不优化的版本 - 在循环中重复计算 :)
3. for $book in collection("books")/books/book
4. let $price := xs:decimal($book/price)
5. let $discounted-price := $price * 0.9
6. where $price > 20
7. return
8.   <book>
9.     <title>{$book/title/text()}</title>
10.     <original-price>{$price}</original-price>
11.     <discounted-price>{$discounted-price}</discounted-price>
12.   </book>
14. (: 优化版本 - 先过滤再计算 :)
15. for $book in collection("books")/books/book[xs:decimal(price) > 20]
16. let $price := xs:decimal($book/price)
17. let $discounted-price := $price * 0.9
18. return
19.   <book>
20.     <title>{$book/title/text()}</title>
21.     <original-price>{$price}</original-price>
22.     <discounted-price>{$discounted-price}</discounted-price>
23.   </book>

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2. (: 嵌套循环连接 - 可能效率较低 :)
3. for $customer in doc("customers.xml")/customers/customer
4. for $order in doc("orders.xml")/orders/order[@customer-id = $customer/@id]
5. return
6.   <customer-order>
7.     <customer-name>{$customer/name/text()}</customer-name>
8.     <order-id>{$order/@id}</order-id>
9.   </customer-order>
11. (: 使用键和索引的连接 - 通常更高效 :)
12. let $orders := doc("orders.xml")/orders/order
13. let $order-index :=
14.   map:merge(
15.     for $order in $orders
16.     return map:entry($order/@customer-id, $order)
17.   )
18.   
19. for $customer in doc("customers.xml")/customers/customer
20. let $customer-id := $customer/@id
21. let $customer-orders := $order-index($customer-id)
22. where exists($customer-orders)
23. return
24.   <customer-order>
25.     <customer-name>{$customer/name/text()}</customer-name>
26.     <order-id>{$customer-orders/@id}</order-id>
27.   </customer-order>

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5.3 内存管理

2. (: 使用流式处理处理大型文档 - 避免将整个文档加载到内存 :)
3. declare function local:process-large-document() {
4.   for $record in collection("large-data")/records/record
5.   let $processed := local:process-record($record)
6.   where local:matches-criteria($processed)
7.   return local:output-result($processed)
8. };
10. declare function local:process-record($record as element(record)) as element(processed-record) {
11.   (: 处理记录的逻辑 :)
12.   <processed-record id="{$record/@id}">
13.     <data>{$record/data/text()}</data>
14.     <timestamp>{current-dateTime()}</timestamp>
15.   </processed-record>
16. };
18. declare function local:matches-criteria($record as element(processed-record)) as xs:boolean {
19.   (: 匹配条件的逻辑 :)
20.   xs:decimal($record/data) > 100
21. };
23. declare function local:output-result($record as element(processed-record)) as element(result) {
24.   (: 输出结果的逻辑 :)
25.   <result>{$record/@id, $record/timestamp}</result>
26. };
28. local:process-large-document()

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6. 最佳实践和注意事项

6.1 代码组织与可维护性

将复杂的XQuery代码分解为可重用的模块和函数：

2. (: 文件: config.xqm :)
3. module namespace config = "http://example.com/config";
5. declare variable $config:db-path as xs:string := "/data/db";
6. declare variable $config:default-language as xs:string := "en";

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2. (: 文件: utils.xqm :)
3. module namespace utils = "http://example.com/utils";
5. declare function utils:format-date($date as xs:date, $lang as xs:string) as xs:string {
6.   if ($lang = "fr") then
7.     format-date($date, "[D]/[M]/[Y]", "fr", ())
8.   else
9.     format-date($date, "[M]/[D]/[Y]", "en", ())
10. };
12. declare function utils:validate-email($email as xs:string) as xs:boolean {
13.   matches($email, "^[a-zA-Z0-9._%+-]+@[a-zA-Z0-9.-]+\.[a-zA-Z]{2,}$")
14. };

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2. (: 文件: main.xqm :)
3. module namespace main = "http://example.com/main";
5. import module namespace config = "http://example.com/config" at "config.xqm";
6. import module namespace utils = "http://example.com/utils" at "utils.xqm";
8. declare function main:process-users() {
9.   for $user in collection(concat($config:db-path, "/users"))/users/user
10.   let $email := $user/email/text()
11.   where utils:validate-email($email)
12.   return
13.     <user id="{$user/@id}">
14.       <name>{$user/name/text()}</name>
15.       <email>{$email}</email>
16.       <registration-date>{utils:format-date(xs:date($user/registration-date), $config:default-language)}</registration-date>
17.     </user>
18. };

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6.2 错误处理与调试

2. (: 使用try-catch处理错误 :)
3. declare function local:safe-divide($a as xs:double, $b as xs:double) as xs:double {
4.   try {
5.     $a div $b
6.   } catch err:FOAR0001 {
7.     (: 处理除以零的错误 :)
8.     0
9.   } catch * {
10.     (: 处理其他错误 :)
11.     fn:error(xs:QName("local:CALCULATION_ERROR"), "Calculation failed", $a, $b)
12.   }
13. };
15. (: 使用错误处理进行安全查询 :)
16. for $item in collection("items")/items/item
17. let $price := xs:decimal($item/price)
18. let $quantity := xs:decimal($item/quantity)
19. let $total-value := local:safe-divide($price, $quantity)
20. return
21.   <item id="{$item/@id}">
22.     <price>{$price}</price>
23.     <quantity>{$quantity}</quantity>
24.     <unit-value>{$total-value}</unit-value>
25.   </item>

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2. (: 使用trace函数调试 :)
3. for $book in collection("books")/books/book
4. let $price := trace(xs:decimal($book/price), "Price: ")
5. let $discounted := $price * 0.9
6. where trace($price > 20, "Expensive book: ")
7. return
8.   <book>
9.     <title>{$book/title/text()}</title>
10.     <price>{$price}</price>
11.     <discounted-price>{$discounted}</discounted-price>
12.   </book>
14. (: 使用注释和日志记录 :)
15. declare function local:process-data($data as element(data)) as element(result) {
16.   (: 开始处理数据 :)
17.   let $processed := local:transform-data($data)
18.   (: 数据转换完成 :)
19.   let $validated := local:validate-data($processed)
20.   (: 数据验证完成 :)
21.   return
22.     if ($validated) then (
23.       (: 数据有效，返回结果 :)
24.       <result status="success">{$processed}</result>
25.     ) else (
26.       (: 数据无效，返回错误 :)
27.       <result status="error">Invalid data</result>
28.     )
29. };

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6.3 安全考虑

2. (: 不安全的方式 - 直接使用用户输入 :)
3. let $user-input := request:parameter("category")
4. let $query := concat("for $book in /books/book[category='", $user-input, "'] return $book")
5. (: 这样容易受到注入攻击 :)
7. (: 安全的方式 - 使用参数化查询 :)
8. let $user-input := request:parameter("category")
9. let $books :=
10.   if (matches($user-input, "^[a-zA-Z0-9_-]+$")) then
11.     collection("books")/books/book[category = $user-input]
12.   else
13.     error(xs:QName("local:INVALID_INPUT"), "Invalid category parameter")
14. return $books

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2. (: 实现基于角色的访问控制 :)
3. declare function local:check-permission($resource as xs:string, $action as xs:string) as xs:boolean {
4.   let $user := local:get-current-user()
5.   let $role := local:get-user-role($user)
6.   
7.   return
8.     if ($role = "admin") then
9.       true()
10.     else if ($role = "editor" and $action = ("read", "write")) then
11.       true()
12.     else if ($role = "reader" and $action = "read") then
13.       true()
14.     else
15.       false()
16. };
18. declare function local:get-document($doc-path as xs:string) as document-node()? {
19.   if (local:check-permission($doc-path, "read")) then
20.     doc($doc-path)
21.   else
22.     error(xs:QName("local:ACCESS_DENIED"), "Access denied to document: " || $doc-path)
23. };
25. (: 使用访问控制函数 :)
26. let $document := local:get-document("/private/reports.xml")
27. return $document/reports

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结论

XQuery是一种功能强大的查询和转换语言，特别适合处理XML数据。通过掌握本文介绍的高级功能，包括复杂查询技术、数据转换功能、实际应用案例、性能优化技巧以及最佳实践，您可以显著提高XML数据处理能力，成为团队中的技术专家。

要真正掌握XQuery，需要不断实践和探索。尝试将这些技术应用到实际项目中，解决复杂的数据处理问题，并持续关注XQuery生态系统的发展和新的功能特性。

随着XML数据在企业应用中的广泛使用，以及XQuery在处理JSON和其他数据格式方面的能力不断增强，精通XQuery将成为您职业生涯中的宝贵技能。

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