本文档通篇使用以下术语。

本文档中定义的 SHACL SPARQL 扩展有时称为 SHACL-SPARQL。

链接到 RDF 1.2 Concepts and Abstract Syntax 各部分的术语在 SHACL-SPARQL 中按该规范中的定义使用。 链接到 SPARQL 1.2 Query Language 各部分的术语在 SHACL-SPARQL 中按该规范中的定义 使用。 链接到 SHACL 1.2 Core 各部分的术语在 SHACL-SPARQL 中按该规范中的定义使用。 单个链接足以为本文档中特定术语的所有出现提供定义。

本文档中的定义是完备的，也就是说，如果本文档中没有规则使某种情况为真， 则该情况为假。

SHACL 的语法是 RDF。 本文档中的示例使用 Turtle [rdf12-turtle]。 实践中可以使用其他 RDF 序列化，例如 RDF/XML。 读者应熟悉基本 RDF 概念 [rdf12-concepts]，例如三元组， 并熟悉 SPARQL [sparql12-query]。

本文档中使用以下命名空间前缀绑定：

本文档中使用以下 JSON-LD 上下文：

{
    "@context": {
        "owl": "http://www.w3.org/2002/07/owl#",
        "rdf": "http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#",
        "rdfs": "http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#",
        "sh": "http://www.w3.org/ns/shacl#",
        "xsd": "http://www.w3.org/2001/XMLSchema#",
        "ex": "http://example.com/ns#"
    }
    }

请注意，定义 SHACL 词汇表本身的图的 URI 等同于 上述命名空间，即它包含 #。 对 SHACL 词汇表的引用，例如通过 owl:imports 进行引用时，应包含 #。

在整篇文档中，会出现包含 Turtle 中 RDF 图的彩色编码框。 这些 Turtle 文档片段使用上面给出的前缀绑定。

SHACL 定义显示在蓝色框中：

# 此框包含 SPARQL 或文本定义。

这样的灰色框包括适用于 形状图的语法规则。

使用 $ 标记的 SPARQL 变量表示外部绑定，这些绑定在执行之前 预绑定到 SPARQL 查询中，或者在 $PATH 的情况下 被替换到 SPARQL 查询中（如 4.3 使用 基于 SPARQL 的约束组件进行验证中所述）。

true 表示 RDF 术语 "true"^^xsd:boolean。 false 表示 RDF 术语 "false"^^xsd:boolean。

除标记为非规范性的章节外，本规范中的所有编写指南、图表、示例和注释均为非规范性的。除此之外，本规范中的所有内容均为规范性的。

本文中的关键词 可以、必须、不得 和 应当 应按照 BCP 14 [RFC2119] [RFC8174] 中所述的方式解释，且仅当它们像此处所示那样全部 使用大写字母时才如此。

本文档定义了扩展 SHACL Core 的 SHACL-SPARQL 语言。 本规范描述以下对象的一致性标准：

• SHACL-SPARQL 验证处理器，指支持使用 3. 基于 SPARQL 的 约束 和 4. 基于 SPARQL 的约束组件 进行 SHACL 验证的处理器
• SPARQL 节点表达式处理器，指能够计算 6. 基于 SPARQL 的节点 表达式 的处理器
• SPARQL 自定义函数处理器，指能够计算 7. 基于节点表达式声明 SPARQL 函数 的处理器
• SHACL-SPARQL 规则处理器，指支持对 8. 基于 SPARQL 的推理规则 进行求值的处理器

另请参阅 SHACL 核心的一致性章节中有关良构性的讨论。

形状可以具有属性 sh:sparql 的值，并且这些值是 IRI 或空白节点。 这些值称为基于 SPARQL 的约束。

基于 SPARQL 的约束的属性 sh:select 恰好有一个值。 sh:select 的值是数据类型为 xsd:string 的字面量。 类 sh:SPARQLConstraint 在 SHACL 词汇表中定义，可用作这些约束的类型 （尽管并不要求具有类型）。 按照前缀处理规则，sh:select 的值是有效的 SPARQL 1.2 SELECT 查询。 从 sh:select 值派生的 SPARQL 查询在 SELECT 子句中投影变量 this。

以下两个属性的用法与它们在形状中的用法类似：

基于 SPARQL 的约束可以具有属性 sh:message 的值，并且这些值是数据类型为 xsd:string、rdf:dirLangString、rdf:langString 或 rdf:HTML 的字面量。 不应存在多个具有相同语言标签的 sh:message 值， 也不应存在多个数据类型为 xsd:string 的值。 基于 SPARQL 的约束的属性 sh:deactivated 最多可以有一个值， 并且该值是 true 或 false。 基于 SPARQL 的约束的属性 sh:severity 最多可以有一个值， 并且该值是一个 IRI。

在属性形状上下文中使用的 SELECT 查询使用一个名为 PATH 的特殊变量，作为该形状所用路径的占位符。

在基于 SPARQL 的约束 和基于 SELECT 的验证器的 SPARQL 查询中， 变量 PATH 唯一合法的用法是位于谓词 在三元组模式中的位置。 在任何其他位置使用变量 PATH 的查询都是非良构的。

本节说明 sh:SPARQLConstraintComponent 的验证器。 请注意，此验证器仅说明一种可能的实现策略，只要结果等效， SHACL 处理器就可以选择其他方法。

基于 SPARQL 的约束组件 是一个在形状图中具有 SHACL 类型 sh:ConstraintComponent 的 IRI。

本文档中声明新约束组件的机制 仅限于基于 SPARQL 的约束组件。 但是，声明参数和验证器的通用语法也被设计为可用于 JavaScript 等 其他扩展语言。

本节定义了基于 SPARQL 的约束组件的验证器。 请注意，此验证器仅说明一种可能的实现策略，只要结果等效， SHACL 处理器就可以选择其他方法。

第一步，必须根据 4.2.3 验证器中所述的规则选择一个验证器。 然后应用以下规则，生成一组 SPARQL 查询的解：

• 对于基于 ASK 的验证器： 对于每个值 节点 v，当 SPARQL ASK 查询在将 v 预绑定到变量 value 后返回 false 时， 创建一个由绑定（$this，焦点节点）和 （$value，v）组成的解。 令 QS 为这些解的列表。
• 对于基于 SELECT 的验证器： 如果该形状是属性 形状，则在执行之前， 使用该属性形状中通过 sh:path 指定的SHACL 属性路径 的有效 SPARQL 表面语法字符串，替换变量 PATH 出现在谓词 在三元组模式中的位置。 令 QS 为执行 SPARQL 查询所产生的解。

上述 SPARQL 查询执行必须按照 3.3.1 SPARQL 约束中的预绑定变量 $this中的说明， 将变量 this 预绑定。 此外，约束中约束组件的每个参数的每个值必须被预绑定到一个以其参数名称作为名称的变量。

验证结果的生成规则 与基于 SPARQL 的约束的生成规则相同， 并使用上面生成的 QS 解。

对 sh:select 有值的节点 表达式称为select 表达式，其函数名为 sh:SelectExpression。

RDF 图中的节点 如果是一个空白节点， 且对谓词 sh:select 恰好有一个值， 并且该值是 数据类型为 xsd:string 的字面量， 则该节点是一个良构的select 表达式。 一个良构的select 表达式对于属性 sh:prefixes 最多可以有一个值， 并且该值只能是IRI或空白节点。

使用前缀处理 规则，sh:select 的值是一个有效的 SPARQL 1.2 SELECT 查询。 从 sh:select 的值派生出的 SPARQL 查询会在 SELECT 子句中投影 恰好一个变量。

本节其余部分为非规范性内容。

对 sh:sparqlExpr 有值的节点 表达式称为SPARQL expr 表达式，其函数名为 sh:SPARQLExprExpression。

RDF 图中的节点 如果是一个空白节点， 且对谓词 sh:sparqlExpr 恰好有一个值， 并且该值是 数据类型为 xsd:string 的字面量， 则该节点是一个良构的SPARQL expr 表达式。 一个良构的SPARQL expr 表达式对于属性 sh:prefixes 最多可以有一个值， 并且该值是一个IRI或一个空白节点。

令 $EXPR$ 为 sh:eval 的值， 并令 $PREFIXES$ 为使用 sh:prefixes 的值、根据前缀处理规则 得到的 SPARQL 前缀块； 则 select 定义为将 $EXPR$ 和 $PREFIXES$ 插入到如下位置所形成的字符串：

$PREFIXES$ SELECT ($EXPR$ AS ?result) WHERE {}

select 是一个有效的 SPARQL 1.2 SELECT 查询。

本节其余部分为非规范性内容。

以下自定义列表参数函数在求值时使用“嵌套”的 SPARQL 查询。

以下示例使用 sh:select 节点表达式作为其主体。

本文档未对如何以及何时添加此类自定义 SPARQL 函数作出精确约束。 建议 SPARQL 引擎应当为任何来自所提供 SHACL 实例 的 sh:ListParameterExpressionFunction 在任意提供的 形状图 中注册函数。 如果具有相同 IRI 的函数已经注册，SHACL 引擎 必须 忽略 重新定义它的尝试，除非该函数此前是作为自定义 SPARQL 函数添加的。 在执行任何 SPARQL 查询期间，SPARQL 引擎 不得 修改已注册的 SPARQL 函数。

SHACL 实例 的 sh:Rule，包括其子类 sh:SPARQLRule 和 sh:TripleRule， 被称为 SHACL 规则。 SHACL 具有灵活且可扩展的设计，其中可以支持多种类型的规则， 但本文档仅定义其中两种：SPARQL 规则 和 三元组规则。 每个 规则类型 都由一个 IRI 标识，该 IRI 用作它们的 rdf:type。 每种规则类型还定义了可由规则引擎实现的 执行指令。

每个 SHACL 规则 至少有一个 rdf:type ，且该类型必须是一个 IRI。

规则可以具有多个类型，例如提供可在 SPARQL 或 JavaScript 中使用的指令，具体取决于引擎的能力。 规则的创建者需要确保这些规则具有一致的语义。 如果 R 是 T 的一个 规则类型 的 SHACL 实例， 则规则 R 具有规则类型 T。

规则图 是一个 包含 SHACL 规则 的 形状图。

sh:RulesGraph 类 可 被用作一个图的 rdf:type， 该图通常承担 规则图 的角色。

本节其余部分非规范性。

图类型类（sh:DataGraph、sh:ShapesGraph、 sh:RulesGraph） 表示的角色并非互斥；单个图 可 被标记为多个此类之一。 规则图 可 包含引用在其他图中定义的 形状 的 sh:rule 三元组，从而允许规则独立于形状和本体定义进行管理。

SHACL 定义了属性 sh:entailment， 用于将 形状图 与 蕴涵机制 关联起来。 IRI sh:Rules 表示 SHACL 规则蕴涵机制。 在下面的示例中，形状图向 SHACL 验证引擎表明，形状图中的 SHACL 规则需要在开始验证之前先执行。

<http://example.org/my-shapes>
	a owl:Ontology ;
	sh:entailment sh:Rules .

按照 SHACL 的一般策略，不支持 SHACL 规则蕴涵机制 的验证引擎 必须 在存在该 三元组 时报告 失败。 支持 SHACL 规则蕴涵机制 的验证引擎会在实际验证之前， 按照 规则执行指令 先执行规则。

有时让推理规则生成一些只在其他规则执行期间可见、但不会出现在最终推理结果中的三元组会很有用。 临时三元组 是一种推理得到的 三元组， 其推理图中包含一个 重述器，并且其 值 为 sh:tempTriple true。 临时三元组 及其 重述器 对正在执行规则的过程可见。 规则可以生成如下示例所示的此类三元组：

创建临时三元组对某些过于复杂、无法由单条规则完成的计算很有帮助。 复杂计算可以拆分为 多条 规则： 一些规则先推理出 中间 结果，而其他规则再从这些结果推导出 最终 结果。 这些中间结果只对最终结果的计算有用，在最终结果获得后就不再需要。 通过将这些中间结果标记为临时三元组，它们会在最终结果计算完成后自动移除。

SHACL 规则引擎是一种计算机过程，它 接收以下内容作为输入： 一个 数据图、一个 形状图 以及一个可选的 规则集（默认为 默认规则集，即 形状 图的默认规则集） 并且能够向 数据图添加 三元组。 规则引擎产生的新的 三元组 称为推断出的三元组。

请注意，从逻辑角度来看，一旦有 三元组被 推断出来，数据图就会被修改。 这意味着规则可以在其他三元组被推断出来后触发。 但是，在不应修改原始数据的情况下，实现可以构造一个 逻辑 数据图， 其中原始数据作为一个子图，专用的推断图作为另一个子图，并且 推断出的三元组仅添加到推断图中。

对一条 规则的执行是指 根据该 规则所属 规则 类型的 执行指令，由该规则产生 推断出的三元组的过程。 如果该 规则是 形状 规则（即它通过 sh:rule 链接到至少一个 形状）， 则对于每个已链接且 未停用、并且 符合该 规则所有 未停用 条件的 形状，都会针对其每个 目标节点执行该规则。 这些 目标节点 将成为正在执行的 形状规则的 焦点 节点。

对于 形状图中的给定 规则集， 迭代是按照 8.2.6 规则排序 (sh:order)所指定的顺序，对每条单独的规则进行一次 执行， 并跳过 已停用的规则。 在一次迭代中，一条规则推断出的三元组会立即对下一条规则可见。

规则集的执行定义如下：

对于规则集中的所有层（按升序）：
	计算该层中所有规则的预期派生三元组
	对该层中的所有仅运行一次的规则执行一次迭代
	执行
		对该层中的所有迭代规则执行一次迭代
	当该迭代产生了新推断出的三元组时继续
	删除派生三元组（规则也推断出的三元组除外）
	  及其具体化器

删除临时三元组及其具体化器

如果任何 规则在 执行期间报告 失败， 那么 规则集的执行也会产生 失败。

如果 规则引擎无法执行给定的 规则， 因为它不支持该 规则的任何 规则类型， 那么它会报告 失败。

超过预先配置的最大迭代 次数或产生的推断三元组数量超过预先配置的最大值后，规则引擎也可以报告失败。 这有助于防止内存不足问题和无限循环。

推断出的三元组在任何时候都不会对 形状图可见，即规则不可能 修改规则或形状的定义。

规则引擎 可 提供一个选项，用于生成额外三元组，以便跟踪 哪些规则产生了这些推理三元组。 属性 sh:sourceRule 可用于推理图中某个三元组的 重述器，从而将该三元组与 规则 关联起来。 sh:sourceRule 的值 应当 是 IRI。

下面的示例表明三元组 ex:Alice ex:friend ex:Bob 是由规则 ex:SymmetricPropertyRule 推理得到的。

<< ex:Alice ex:friend ex:Bob >> sh:sourceRule ex:SymmetricPropertyRule .

展开为 RDF 三元组后，这等价于：

_:id rdf:reifies <<( ex:Alice ex:friend ex:Bob )>> .
_:id sh:sourceRule ex:SymmetricPropertyRule .

如果规则引擎添加了这些三元组，则这些三元组不得对正在执行的规则可见。

上文描述的 一般执行算法 故意保持通用， 并为具体实现提供了很大的灵活性。 特别是，该算法在非确定性意义上运行：除非显式指定规则顺序， 否则不同执行之间的结果可能不同。 例如，当规则根据某些三元组的数量得出结论，而这些三元组又可能由其他规则产生时，就会出现这种情况。 在本文档中，产生可预测的规则排序和分层/分组的责任留给规则作者。

某些 SHACL 规则实现 可 采用不同算法来确定 一次性规则（忽略 sh:runOnce）、 规则顺序（忽略 sh:order），以及 层（忽略 sh:layer）。 例如，这可用于支持受控子集的 SHACL 规则引擎， 这些子集中可自动计算规则依赖关系。 另一个例子是能够自动防止因规则生成空白节点而导致无限循环的规则引擎。 这些实现 可 产生与仅依赖显式给定的 sh:order、sh:runOnce 和 sh:layer 值不同的结果。

某些 SHACL 规则实现 可 还报告默认算法未报告的额外 失败。

本节定义了一种 规则类型，称为 SPARQL 规则， 其由 IRI sh:SPARQLRule 标识。 SPARQL 规则 具有以下属性：

本节定义了一种称为 三元组规则 的 规则类型， 由 IRI sh:TripleRule 标识。 三元组规则 具有以下属性：