用户定义的S3组通用功能在R中如何工作？

问题描述

我正在阅读Advanced R by Hadley Wickham，在13.7.3 Group Generics部分感到困惑。

措词让我有些困惑，“……您无法定义自己的组通用……为您的班级定义单个组通用……”，但我认为本节的意思是，如果我定义组通用Math.MyClass，则Math对象将覆盖abs组通用（sign，MyClass等）中的所有功能。

可以通过运行以下命令来确认：

my_class <- structure(.Data = -1,class = "MyClass")

my_class
# [1] -1
# attr(,"class")
# [1] "MyClass"

abs(my_class)
# [1] 1
# attr(,"class")
# [1] "MyClass"

Math.MyClass <- function(x) { x }

abs(my_class)
# [1] -1
# attr(,"class")
# [1] "MyClass"

我知道这跟在special naming scheme generic.class之后，但是为什么.Data中abs(my_class)的值会受到影响？

当我创建变量my_class时，我设置了参数.Data = -1，并且-1的类为numeric，应该没有改变：

class(unclass(my_class))
# [1] "numeric"

my_numeric <- unclass(my_class)

class(my_numeric)
# [1] "numeric"

abs(my_numeric)
# [1] 1

那么为什么abs(my_class)在定义Math.MyClass之前和之后都不会输出相同的结果（1）？

如果我将组通用定义为Math.MyClass，在定义Math.MyClass <- function(x) {NextMethod()}前后，我确实会收到相同的结果，但是拥有组通用的意义何在？

而且，为什么我在运行以下命令时在定义abs(my_matrix)之前和之后都得到Math.matrix相同的答案：

my_matrix <- matrix(data = -1:-10,ncol = 5) + 0.0

class(my_matrix)
# [1] "matrix"

class(my_matrix[1,1])
# [1] "numeric"

my_matrix
#      [,1] [,2] [,3] [,4] [,5]
# [1,]   -1   -3   -5   -7   -9
# [2,]   -2   -4   -6   -8  -10

abs(my_matrix)
#      [,]    1    3    5    7    9
# [2,]    2    4    6    8   10

Math.matrix <- function(x) { x }

abs(my_matrix)
#      [,]    2    4    6    8   10

当我运行以下命令时：

your_class <- structure(.Data = list(-1),class = "YourClass")

your_class
# [[1]]
# [1] -1
# 
# attr(,"class")
# [1] "YourClass"

abs(your_class)
# Error in abs(your_class) : non-numeric argument to mathematical function

class(unclass(your_class))
# [1] "list"

your_list <- list(-1)

class(your_list)
# [1] "list"

abs(your_list)
# Error in abs(your_list) : non-numeric argument to mathematical function

很明显class的{{1}}确实很重要（无论如何最初是因为），因为.Data和abs(your_class)都导致相同的错误。

为了使事情变得更具挑战性，我发现运行abs(your_list)后，MyClass个对象的一切都会恢复正常：

rm(Math.MyClass)

有人可以更完整地解释什么是组通用类（为什么组通用类存在/它们完成什么/它们与R对象的父子关系/为什么某些对象中的my_class # [1] -1 # attr(,"class") # [1] "MyClass" abs(my_class) # [1] -1 # attr(,"class") # [1] "MyClass" rm(Math.MyClass) abs(my_class) # [1] 1 # attr(,"class") # [1] "MyClass"自变量在分组通用已定义，其他不是/等）？

如果您觉得使用Python实例更容易解释，那么我在Python中比在R中具有更多的OOP经验。任何帮助将不胜感激！

解决方法

组泛型允许您更改特定数据类型的一组功能的行为。最好的解释方法是看一些例子。如果您运行methods("Math")，将会看到哪些类定义了此功能。

对于Math.Date，您会看到

function (x,...) 
stop(gettextf("%s not defined for \"Date\" objects",.Generic),domain = NA)

所有要做的就是告诉您，所有这些函数都未为Date对象定义。例如

abs(as.Date("2020-01-01"))
# Error in Math.Date(as.Date("2020-01-01")) : 
#   abs not defined for "Date" objects

通过在组级别设置此行为，无需对Math组中所有函数的特殊版本进行编码即可告诉您它们并未为该类定义，因为它们不是“那样”的数字。但是，即使该列表中的trunc()可能会出现错误，但实际上仍然有效

trunc(as.Date("2020-01-01"))
[1] "2020-01-01"

那是因为定义了trunc.Date。

function (x,...) 
round(x - 0.4999999)

因此，组泛型的特殊之处在于，您可以为常见的math-y函数定义默认的“后备”行为。但是，如果要更改该行为，仍然可以为特定功能提供特定于类的实现。

请注意，Math组中列出的所有那些函数都调用相同的Math.MyClass。该函数有一个变量可用于了解实际调用了哪个函数。该变量称为.Generic，并在?UseMethod帮助页面上进行了讨论。例如

Math.MyClass<- function(x) { paste(.Generic,x) }
abs(my_class)
# [1] "abs -1"
trunc(my_class)
# [1] "trunc -1"
exp(my_class)
# [1] "exp -1"

这希望可以清楚地表明，您不希望在不调度.Generic的情况下直接在其中进行任何转换。有关确实对某些函数类型进行分派的函数示例，请查看Math.difftime

function (x,...) 
{
    switch(.Generic,abs =,sign =,floor =,ceiling =,trunc =,round =,signif = {
            units <- attr(x,"units")
            .difftime(NextMethod(),units)
        },stop(gettextf("'%s' not defined for \"difftime\" objects",domain = NA))
}

您可以看到，对于特定的功能子集，它将为“常规”实现调度，否则会引发错误。

因此，当您定义

Math.MyClass <- function(x) { x }

基本上，您告诉R，您将处理该类对象对abs()的调用。而且，当您在实现中未更改地返回x时，您基本上只是返回了相同的对象，而没有执行任何操作。当您未定义Math.MyClass时，R会通过“常规”步骤来确定如何调用该函数。由于您没有提供自定义的“身份”功能，因此它会退回到默认的数字行为。

关于matrix行为为什么没有改变的原因，是因为my_matrix的类是隐式确定的。如果确实转储了对象，则会看到

dput(my_matrix)
# structure(
#     c(-1,-2,-3,-4,-5,-6,-7,-8,-9,-10),#     .Dim = c(2L,5L))

请注意，它不会像您的my_class对象那样将类存储在对象本身中

dput(my_class)
# structure(-1,class = "MyClass")

对于隐式类，分派发生的方式略有不同，它的分派更像是没有多余的类。基于类的调度检查对象上的class属性。请注意，这会有所不同

my_matrix2 <- structure(my_matrix,class="matrix")
# abs(my_matrix2)
#      [,1] [,2] [,3] [,4] [,5]
# [1,]   -1   -3   -5   -7   -9
# [2,]   -2   -4   -6   -8  -10
# attr(,"class")
# [1] "matrix"

您可以看到在这种情况下，Math.matrix被调用并且什么都没有改变。

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