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R语言:特殊数据类型S4

越星晖
2023-12-01
1. S4对象介绍

S4对象系统是一种标准的R语言面向对象实现方式,S4对象有明确的类定义,参数定义,参数检查,继承关系,实例化等的面向对象系统的特征。

2. 创建S4对象

为了方便我们检查对象的类型,引入pryr包作为辅助工具。
 library(pryr)

2.1 参数定义
setClass(Class, representation, prototype, contains=character(),
          validity, access, where, version, sealed, package,
          S3methods = FALSE, slots)

Class: 定义类名
slots: 定义属性和属性类型
prototype: 定义属性的默认值
contains=character(): 定义父类,继承关系
validity: 定义属性的类型检查
where: 定义存储空间
sealed: 如果设置TRUE,则同名类不能被再次定义
package: 定义所属的包


2.2 创建一个S4对象实例

# 定义一个S4对象
 setClass("Person",slots=list(name="character",age="numeric"))

# 实例化一个Person对象
father<-new("Person",name="F",age=44)

# 查看father对象,有两个属性name和age
father

# 查看father对象类型,为Person
class(father)
attr(,"package")

# 查看father对象为S4的对象
> otype(father)

2.3 创建一个有继承关系的S4对象

# 创建一个S4对象Person
setClass("Person",slots=list(name="character",age="numeric"))

# 创建Person的子类
setClass("Son",slots=list(father="Person",mother="Person"),contains="Person")

# 实例化Person对象
father<-new("Person",name="F",age=44)
 mother<-new("Person",name="M",age=39)

# 实例化一个Son对象
son<-new("Son",name="S",age=16,father=father,mother=mother)

# 查看son对象的name属性
son@name

# 查看son对象的age属性
son@age
# 查看son对象的father属性

son@father
Slot "age":
# 查看son对象的mother属性


slot(son,"mother")
# 检查son类型

otype(son)
# 检查son@name属性类型

otype(son@name)
# 检查son@mother属性类型

 otype(son@mother)
# 用isS4(),检查S4对象的类型

 isS4(son)
isS4(son@name)
isS4(son@mother)


2.4 S4对象的默认值

setClass("Person",slots=list(name="character",age="numeric"))
# 属性age为空

 a<-new("Person",name="a")
 a

# 设置属性age的默认值20
setClass("Person",slots=list(name="character",age="numeric"),prototype = list(age = 20))

# 属性age为空
 b<-new("Person",name="b")

# 属性age的默认值是20
b


2.5 S4对象的类型检查

 setClass("Person",slots=list(name="character",age="numeric"))

# 传入错误的age类型
 bad<-new("Person",name="bad",age="abc")

# 设置age的非负检查
 setValidity("Person",function(object) {
+ if (object@age <= 0) stop("Age is negative.")
+ })

# 修传入小于0的年龄
bad2<-new("Person",name="bad",age=-1)


2.6 从一个已经实例化的对象中创建新对象

S4对象,还支持从一个已经实例化的对象中创建新对象,创建时可以覆盖旧对象的值

setClass("Person",slots=list(name="character",age="numeric"))

# 创建一个对象实例n1
n1<-new("Person",name="n1",age=19);n1

# 从实例n1中,创建实例n2,并修改name的属性值
 n2<-initialize(n1,name="n2");n2

3 访问对象的属性

在S3对象中,一般我使用$来访问一个对象的属性,但在S4对象中,我们只能使用@来访问一个对象的属性
setClass("Person",slots=list(name="character",age="numeric"))
 a<-new("Person",name="a")

# 访问S4对象的属性
 a@name
 slot(a, "name")

# 错误的属性访问
a$name
a[1]
a[1]

4 S4的泛型函数

S4的泛型函数实现有别于S3的实现,S4分离了方法的定义和实现,如在其他语言中我们常说的接口和实现分离。通过setGeneric()来定义接口,通过setMethod()来定义现实类。这样可以让S4对象系统,更符合面向对象的特征。

普通函数的定义和调用
 work<-function(x) cat(x, "is working")
 work('Conan')

# 定义Person对象
setClass("Person",slots=list(name="character",age="numeric"))

# 定义泛型函数work,即接口
setGeneric("work",function(object) standardGeneric("work"))

# 定义work的现实,并指定参数类型为Person对象
setMethod("work", signature(object = "Person"), function(object) cat(object@name , "is working") )


# 创建一个Person对象a
a<-new("Person",name="Conan",age=16)

# 把对象a传入work函数
work(a)
Conan is working
通过S4对象系统,把原来的函数定义和调用2步,为成了4步进行:
(1)定义数据对象类型
(2)定义接口函数
(3)定义实现函数
(4)把数据对象以参数传入到接口函数,执行实现函数
通过S4对象系统,是一个结构化的,完整的面向对象实现。

5 查看S4对象的函数

当我们使用S4对象进行面向对象封装后,我们还需要能查看到S4对象的定义和函数定义。
还以上节中Person和work的例子

# 检查work的类型
 ftype(work)

# 直接查看work函数
work

# 查看work函数的现实定义
 showMethods(work)

# 查看Person对象的work函数现实
getMethod("work", "Person")
selectMethod("work", "Person")

# 检查Person对象有没有work函数
 existsMethod("work", "Person")
 hasMethod("work", "Person")
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