R语言-S3系统

系统管理员 2022-06-11 01:40 352阅读 0赞

本文参考[R语言基于S3的面向对象编程][R_S3]

R的面向对象编程提供了3种底层对象类型，一种是S3类型，一种是S4类型还有一种是RC类型。  
S3对象简单、具有动态性、结构化特征不明显；S4对象结构化、 功能强大；RC对象是2.12版本后使用的新类型，用于解决S3,S4很难实现的对象。

**1.S3对象介绍**  
在R语言中，基于S3对象的面向对象编程，是一种**基于泛型函数**的实现方式。泛型函数是一种特殊的函数, 根据传入对象的类型决定调用哪个具体的方法。基于S3对象实现的面向对象编程，不同其他语言的面向对象编程，是一种**动态函数调用的模拟实现**。S3对象被广泛应用于R的早期的开发包中。

**2.创建S3对象**  
以下有许多检测类的函数都是pryr包的内容，记得先加载哦~  
(1) 通过变量创建S3对象

> x<-1
    > attr(x,'class')<-'foo'   为了x增加class属性
    
    > x
    [1] 1
    attr(,"class")
    [1] "foo"
    
    > class(x)
    [1] "foo"
    
    # 用pryr包的otype函数，检查x的类型
    > otype(x)
    [1] "S3"

(2) 通过structure函数创建S3对象

> y <- structure(2, class = "foo")
    
    > y
    [1] 2
    attr(,"class")
    [1] "foo"
    
    > class(y)
    [1] "foo"
    
    > otype(y)
    [1] "S3"

(3) 创建一个多类型的S3对象  
S3对象没有明确结构关系，一个S3对象可以有多个类型, S3对象的 class 属性**可以是一个向量**，包括多种类型。

> x<-1
    > attr(x,'class')<- c("foo", "bar")
    > class(x)
    [1] "foo" "bar"
    > otype(x)
    [1] "S3"

**3.泛型函数和方法调用**  
对于S3对象的使用，通常用UseMethod()函数来定义一个泛型函数的名称，通过传入参数的class属性，来确定不同的方法调用。

定义一个teacher的泛型函数

*  用UseMethod()定义teacher泛型函数
 *  用teacher.xxx的语法格式定义teacher对象的行为
 *  其中teacher.default是默认行为

# 用UseMethod()定义teacher泛型函数
    > teacher <- function(x, ...) UseMethod("teacher")
    
    # 用pryr包中ftype()函数，检查teacher的类型
    > ftype(teacher)
    [1] "s3"      "generic"
    
    # 定义teacher内部函数
    > teacher.lecture <- function(x) print(paste(x,"讲课"))
    > teacher.assignment <- function(x) print(paste(x,"布置作业"))
    > teacher.correcting <- function(x) print(paste(x,"批改作业"))
    > teacher.default<-function(x) print("你不是teacher")

**S3所谓的类其实只是将一系列同类动作封装在了teacher泛化函数下，并没有很强的结构关系，各函数间也没有什么联系。而且并不存在所谓个体是类的实例化的概念，调用的方法并不是对象本身的，而是泛化函数的。**

方法调用时，通过传入参数的class属性，来确定不同的方法调用。

*  定义一个变量a，并设置a的class属性为lecture
 *  把变量a，传入到teacher泛型函数中
 *  函数teacher.lecture()函数的行为被调用

> a<-"张三"
    > attr(a,"class")<-"lecture"
    > teacher(a)
    [1] "张三 讲课"

当然我们也可以直接调用teacher中定义好的函数，因为S3的实现策略并不需要对象产生必要的实例化动作，但这样做它仅有的面向对象封装的意义也将失去。

> teacher.default()
    [1] "你不是teacher"

**4.查看S3对象的函数**  
当我们使用S3对象进行面向对象封装后，可以用methods()函数来查看S3对象中的定义的内部行为函数。

> teacher
    function(x,...)UseMethod("teacher")
    > methods(teacher)
    [1] teacher.assignment teacher.correcting teacher.default teacher.lecture

通过methods()的generic.function参数，来匹配泛型函数名字。

methods(generic.function=predict)
     [1] predict.ar*                predict.Arima*             predict.arima0*            predict.glm               
     [5] predict.glmmPQL*           predict.HoltWinters*       predict.lda*               predict.lm                
     [9] predict.loess*             predict.lqs*               predict.mca*               predict.mlm* 
    ……

通过methods()的class参数，来匹配类的名字。

> methods(class=lm)
     [1] add1.lm*           alias.lm*          anova.lm           case.names.lm*
     [5] confint.lm*        cooks.distance.lm* deviance.lm*       dfbeta.lm*
     [9] dfbetas.lm*        drop1.lm*          dummy.coef.lm*     effects.lm*
    ……

用getAnywhere()函数，查看所有的函数。

> getAnywhere(teacher.lecture())
    A single object matching ‘teacher.lecture’ was found
    It was found in the following places
      .GlobalEnv
      registered S3 method for teacher
    with value
    
    function(x) print(paste(x,"讲课"))
    
    # 查看不可见的函数predict.ppr
    > predict.ppr
    Error: object 'predict.ppr' not found
    > exists("predict.ppr")
    [1] FALSE
    
    # getAnywhere()函数查找predict.ppr
    > getAnywhere("predict.ppr")
    A single object matching ‘predict.ppr’ was found
    It was found in the following places
      registered S3 method for predict from namespace stats
      namespace:stats
    with value
    
    function (object, newdata, ...)
    {
        if (missing(newdata))
            return(fitted(object))
        if (!is.null(object$terms)) {
            newdata <- as.data.frame(newdata)
            rn <- row.names(newdata)
            ……

可以看出来teacher.lecture()函数是被**存储在全局环境中**的，可见泛化函数与具体动作函数之间并不是真正的包含关系。  
使用getS3method()函数，也同样可以查看不可见的函数，效果类似

**5.S3对象的继承关系**  
S3对象有一种非常简单的继承方式，用NextMethod()函数来实现。

定义一个 node泛型函数

> node <- function(x) UseMethod("node", x)
    > node.default <- function(x) "Default node"
    
    # father函数
    > node.father <- function(x) c("father")
    
    # son函数，通过NextMethod()函数指向father函数
    > node.son <- function(x) c("son", NextMethod())
    
    # 定义n1
    > n1 <- structure(1, class = c("father"))
    # 在node函数中传入n1，执行node.father()函数
    > node(n1)
    [1] "father"
    
    # 定义n2，设置class属性为两个
    > n2 <- structure(1, class = c("son", "father"))
    # 在node函数中传入n2，执行node.son()函数和node.father()函数
    > node(n2)
    [1] "son"    "father"

通过node函数传入n2的过程，可以发现S3中的所谓继承，就是通过子函数中NextMethod()函数允许，继续调用另一个class所代表的函数，而并不是在函数内部真的完成了调用，是通过内外的**“配合”**才实现的

**6.S3对象的缺点**

*  S3使用起来简单，但在实际的面向对象编程过程中，当对象关系有一定的复杂度，S3对象所表达的意义就会变得不太清楚。
 *  S3封装的内部函数，可绕过泛型函数的检查，以直接被调用。
 *  S3参数的class属性，可以被任意设置，没有预处理的检查。
 *  S3参数，只能通过调用class属性进行函数调用，其他属性则不会被class()函数执行。
 *  S3参数的class属性有多个值时，调用时会按照程序赋值顺序来调用第一个合法的函数。  
    所以，S3只能R语言面向对象的一种简单的实现。

有了这些知识，你就可以应用S3的技术进行R的开发了，当然这只是让你的代码看起来更封装性更好。

[R_S3]: http://blog.fens.me/r-class-s3/