接R-面向对象编程
下面演示如何基于TimeSeries类实现一个WeightHistory类以记录个人的历史体重信息。
> setClass("TimeSeries",
+ representation(
+ data="numeric",
+ start="POSIXct",
+ end="POSIXct"
+
+ )
+ )
> setValidity("TimeSeries",
+ function(object) {
+ object@start <= object@end &&
+ length(object@start)==1 &&
+ length(object@end)==1
+ }
+ )
Class "TimeSeries" [in ".GlobalEnv"]
Slots:
Name: data start end
Class: numeric POSIXct POSIXct
创建子类：
> setClass(
+ "WeightHistory",
+ representation(
+ height = "numeric",
+ name = "character"
+ ),
+ contains = "TimeSeries"
+ )
添加实例对象：
> john.doe <- new("WeightHistory",
+ data=c(170,169,171,168,170,169),
+ start=as.POSIXct("02/14/2019 0:00:00", tz="GMT",
+ format="%m/%d/%Y %H:%M:%S"),
+ end=as.POSIXct("03/28/2019 0:00:00", tz="GMT",
+ format="%m/%d/%Y %H:%M:%S"),
+ height=72,
+ name="John Doe")
> john.doe
An object of class "WeightHistory"
Slot "height":
[1] 72
Slot "name":
[1] "John Doe"
Slot "data":
[1] 170 169 171 168 170 169
Slot "start":
[1] "2019-02-14 GMT"
Slot "end":
[1] "2019-03-28 GMT"
我们还可以通过另外一种方式构建一个体重记录。假设我们已经创建好了一个包含人名和体重的Person类。
> setClass("Person",
+ representation(
+ height = "numeric",
+ name = "character")
+ )
我们可以创建一个基于TimeSeries类和Person类的体重记录类。
> setClass(
+ "AltWeightHistory",
+ contains = c("TimeSeries", "Person")
+ )
可以发现，如果我们已经有了先期的开发经验或者相关类的代码，对新任务进行重构是非常方便的。短短几行代码就搞定了，充分利用了代码的可重复性。这也是OOP在高级语言中如此普遍的一个原因吧。
S4类
我们接下来更深入地探讨构造类的函数。
类的定义
R中使用setClass函数来创建一个新类，格式如下：
setClass(Class, representation, prototype, contains=character(), validity, access, where, version, sealed, package, S3methods=FALSE)
描述
- Class - 字符串，用来指定新类的名字（这是唯一必需的参数）
- representation - 列表，列表的每一个元素代表不同的槽的类型，元素名为槽名（可以用"ANY"来指定类型为任意）
- prototype - 包含各个槽的默认值的对象
- contains - 字符向量，包含该类继承的父类名
- validity - 验证该类的对象有效性的函数（默认没有检查），可以后续使用
setValidity函数来设置 - access - 无作用，为了和S-PLUS兼容
- where - 存储该对象定义的环境
- version - 无作用，为了和S-PLUS兼容
- sealed - 逻辑值，表示该类是否还能被setClass按照原来的类名重新定义
- package - 字符串，指定该类所在的R包名
- S3methods - 逻辑值，表示是否使用了S3类写这个类
为了简化类的创建，methods包提供了representation以及protype函数。它们在将其他类继承为数据部分、拥有多个父类、或者组合继承类和槽的时候非常有用。
值得注意的是，有些名字是属性的保留字因而不能作为槽名使用，包括"class","comment","dim","dimnames","names","rownames"和"tsp"。
可以使用setIs函数来显式地定义继承关系。
setIs(class1, class2, test=NULL, coerce=NULL, replace=NULL,
by=character(), where=topenv(parent.frame()), classDef=, extensionObject=NULL, doComplete=TRUE)
可以使用setValidity函数来显式地设置类的验证函数：
setValidity(Class, method, where=topenv(parent.frame()))
R可以定义一个虚类作为多个其他类的父类。如果一个虚类本身不包含任何数据，但是如果你想要创建一批函数用于一批类中，这种方式非常有用。可以通过setClassUnion函数实现：
setClassUnion(name, members, where)
- name - 新的父类的名字
- members - 字符向量，指定所有子类的名字
- where - 新类所在的环境
对象的新建
我们可以通过调用类的new方法新建一个对象。专业术语中称为构造函数。
new(c, ...)
在调用new的时候，我们可以通过指定参数将数据填充到槽中。如果c中存在名为initialize的方法，那么当新的对象被创建后，会立刻调用initialize函数进行初始化。
槽的存取
我们可以使用slot函数或者简化符号@来访问存储对象某个槽中的值，当然也可以用它来赋值。
> john.doe@name
[1] "John Doe"
> slot(john.doe, "name")
[1] "John Doe"
对象的操作
使用is(o, c)函数测试对象o是否是类c的成员。使用函数extend(c1, c2)测试类c1是否继承于类c2。
如果要得到对象o包含的所有槽的名称，使用slotNames(o)，如果要得到槽的类型，使用getSlots(o)。这两个函数也可以对类使用。
> getSlots("WeightHistory")
height name data start end
"numeric" "character" "numeric" "POSIXct" "POSIXct"
> slotNames("WeightHistory")
[1] "height" "name" "data" "start" "end"
> slotNames("john.doe")
character(0)
> slotNames(john.doe)
[1] "height" "name" "data" "start" "end"
注意一些差别，有引号和没引号结果是不同的。
方法
泛型函数允许使用同一个函数名来代表很多不同的函数，针对不同的类，调用不同的参数。
设定方法的第一步是创建一个合适的泛型函数，如果该函数还不存在，可以使用setGeneric函数来创建这个泛型方法：
setGeneric(name, def=, group=list(), valueClass=character(),
where=, package=, signature=, useAsDefault=,
genericFUnction=, simpleInheritanceOnly=)
要把一个方法关联到某个类（具体而言就是指定泛型函数的signature参数），可以使用setMethod函数：
setMethod(f, signature=character(), definition,
where = topenv(parent.frame()),
valueClass=NULL, sealed=FALSE)
方法的管理
methods包包含了很多管理泛型方法的函数。
| 函数 | 描述 |
|---|---|
| isGeneric | 检查指定的泛型函数是否存在 |
| isGroup | 检查指定的分组泛型函数是否存在 |
| removeGeneric | 删除某个泛型函数关联的所有方法以及该泛型函数本身 |
| dumpMethod | 转存储某个方法到文件 |
| findFunction | 根据函数名查找函数对象，返回搜寻列表中的位置或当前顶层环境 |
| dumpMethods | 转存储一个泛型函数关联的所有方法 |
| signature | 返回在某个指定路径下定义了方法的泛型函数的名称 |
| removeMethods | 删除某个泛型函数关联的所有方法 |
| setGeneric | 根据指定的函数名创建新的泛型函数 |
methods包同样包含了很多管理方法的函数。
| 函数 | 描述 |
|---|---|
| getMethod, selectMethod | 返回某个特定泛型函数和类型标记的方法 |
| existsMethod, hasMethod | 检查某个方法（指定了泛型函数名和类型标记）是否存在 |
| findMethod | 返回包含了某个方法的包 |
| showMethods | 显示关联了某个S4泛型的所有方法 |
更多的帮助通过library(help="methods")命令获取。
守旧派OOP: S3
如果我们想要用R实现复杂的工程，应该使用S4的类和对象。不幸的是，我们在R中是很难避免S3对象的。比如统计包中的大部分建模工具都是用S3对象实现的。为了能够对这些软件包进行更好地理解、修改和扩展。我们必须了解S3类是如何实现的。
S3的类
S3对象只是原始的R对象加上一些额外的属性（包括一个类名）而已。它没有正式的定义，我们可以手工修改属性甚至类。
之前我们使用了时间序列作为S4的例子，其实在R中已经存在了表示它的S3类，称为ts对象。我们这里创建简单的时间序列对象，查看它的属性以及一些底层对象。
> my.ts <- ts(data=c(1,2,3,4,5), start=c(2009,2), frequency=12)
> my.ts
Feb Mar Apr May Jun
2009 1 2 3 4 5
> attributes(my.ts)
$tsp
[1] 2009.083 2009.417 12.000
$class
[1] "ts"
> typeof(my.ts)
[1] "double"
> unclass(my.ts)
[1] 1 2 3 4 5
attr(,"tsp")
[1] 2009.083 2009.417 12.000
> attributes(my.ts)
$tsp
[1] 2009.083 2009.417 12.000
$class
[1] "ts"
可以发现ts对象只不过是一个数值向量加上class和tsp这两个属性。class属性起始只是ts对象的类名。我们无法像S4对象中操作槽来提取S3对象的属性。
> my.ts@tsp
错误: 非S4类别的对象(类别为"ts")没有"tsp"这样的槽
S3方法
S3的泛型函数是通过命名约定来实现的。以下是步骤：
- 为泛型函数挑选一个名字，这里我们命名为
gname。 - 新建一个名为
gname的函数，在gname的函数体中，调用UseMethod("gname") - 为每一个想要使用
gname的类创建一个名为gname.classname的函数，该函数的第一个参数必须是该对象的类名classname。
一个现成的例子是plot函数：
> plot
function (x, y, ...)
UseMethod("plot")
在调用plot的时候，plot将会调用UseMethod("plot")。UseMethod会查看x对象的类，然后查找名为plot.class的函数，然后调用该函数。
比如给我们之前定义的TimeSeries类添加一个plot方法。
> plot.TimeSeries <- function(object, ...) {
+ plot(object@data, ...)
+ }
在S4的类中使用S3的类
我们不能直接指定S3的类到S4的槽。如果想要做到，我们需要基于S3的类创建一个S4的类。一个简单的方式是使用setOldClass函数：
setOldClass(Classes, prototype, where, test=FALSE, S4Class)
查找隐藏的S3方法
有时候我们会发现一些包的作者会选择隐藏单个方法，而把方法的实现封装在包中。这样可以鼓励用户去使用泛型函数。
> library(lattice)
> methods(histogram)
[1] histogram.factor* histogram.formula* histogram.numeric*
see '?methods' for accessing help and source code
有时候我们可能需要找回这些隐藏的方法（想要查看源代码），这时候可以使用getS3method函数。例如，想要取到histgram.formula中的代码，可以使用以下命令：
> getS3method(f="histogram", class="formula")
或者使用getAnywhere函数：
> getAnywhere(histogram.formula)
学习整理自《R核心技术手册》
