R的极客理想系列文章，涵盖了R的思想，使用，工具，创新等的一系列要点，以我个人的学习和体验去诠释R的强大。
R语言作为统计学一门语言，一直在小众领域闪耀着光芒。直到大数据的爆发，R语言变成了一门炙手可热的数据分析的利器。随着越来越多的工程背景的人的加入，R语言的社区在迅速扩大成长。现在已不仅仅是统计领域，教育，银行，电商，互联网….都在使用R语言。
要成为有理想的极客，我们不能停留在语法上，要掌握牢固的数学，概率，统计知识，同时还要有创新精神，把R语言发挥到各个领域。让我们一起动起来吧，开始R的极客理想。
关于作者：
- 张丹(Conan), 程序员Java,R,PHP,Javascript
- weibo：@Conan_Z
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http://blog.fens.me/r-class-rc/
前言
本文接上一篇文章 R语言基于S4的面向对象编程，本文继续介绍R语言基于RC的面向对象编程。
RC对象系统从底层上改变了原有S3和S4对象系统的设计，去掉了泛型函数，真正地以类为基础实现面向对象的特征。
目录
- RC对象系统介绍
- 创建RC类和对象
- 对象赋值
- 定义对象的方法
- RC对象内置方法
- RC类的辅助构造函数
- RC对象系统的使用
1 RC对象系统介绍
RC是Reference classes的简称，又被称为R5，在R语言的2.12版本被引入的，是最新一代的面向对象系统。
RC不同于原来的S3和S4对象系统，RC对象系统的方法是在类中自定的，而不是泛型函数。RC对象的行为更相似于其他的编程语言，实例化对象的语法也有所改变。
从面向对象的角度来说，我们下面要重定义几个名词。
- 类：面向对象系统的基本类型，类是静态结构定义。
- 对象：类实例化后，在内存中生成结构体。
- 方法：是类中的函数定义，不通过泛型函数实现。
2 创建RC类和对象
本文的系统环境
- Linux: Ubuntu Server 12.04.2 LTS 64bit
- R: 3.0.1 x86_64-pc-linux-gnu
为了方便我们检查对象的类型，引入pryr包作为辅助工具。关于pryr包的介绍，请参考文章:[撬动R内核的高级工具包pryr](http://blog.fens.me/r-pryr/)
# 加载pryr包
> library(pryr)
2.1 如何创建RC类？
RC对象系统是以类为基本类型， 有专门的类的定义函数 setRefClass() 和 实例化则通过类的方法生成，我们一下如何用RC对象系统创建一个类。
2.1.1 setRefClass()
查看setRefClass的函数定义。
setRefClass(Class, fields = , contains = , methods =, where =, ...)
参数列表：
- Class: 定义类名
- fields: 定义属性和属性类型
- contains: 定义父类，继承关系
- methods: 定义类中的方法
- where: 定义存储空间
从setRefClass()函数的定义来看，参数比S4的setClass()函数变少了。
2.2 创建RC类和实例
# 定义一个RC类
> User User
Generator for class "User":
Class fields:
Name: name
Class: character
Class Methods:
"callSuper", "copy", "export", "field", "getClass",
"getRefClass", "import", "initFields", "show", "trace",
"untrace", "usingMethods"
Reference Superclasses:
"envRefClass"
# 实例化一个User对象u1
> u1 u1
Reference class object of class "User"
Field "name":
[1] "u1"
# 检查User类的类型
> class(User)
[1] "refObjectGenerator"
attr(,"package")
[1] "methods"
> is.object(User)
[1] TRUE
> otype(User)
[1] "RC"
# 检查u1的类型
> class(u1)
[1] "User"
attr(,"package")
[1] ".GlobalEnv"
> is.object(u1)
[1] TRUE
> otype(u1)
[1] "RC"
2.3 创建一个有继承关系的RC类
# 创建RC类User
> User Member manager member member
Reference class object of class "Member"
Field "name":
[1] "member"
Field "manager":
Reference class object of class "User"
Field "name":
[1] "manager"
# 查看member对象的name属性
> member$name
[1] "member
# 查看member对象的manager属性
> member$manager
Reference class object of class "User"
Field "name":
[1] "manager"
# 检查对象的属性类型
> otype(member$name)
[1] "primitive"
> otype(member$manager)
[1] "RC"
2.4 RC对象的默认值
RC的类有一个指定构造器方法 $initialize()，这个构造器方法在实例化对象时，会自动被运行一次，通过这个构造方法可以设置属性的默认值。
# 定义一个RC类
> User u1 u1
Reference class object of class "User"
Field "name":
[1] "conan"
Field "level":
[1] 1
3 对象赋值
# 定义User类
> User genderFactor u1 u1$age
[1] 44
给u1的age属性赋值。
# 重新赋值
> u1$age u1$age
[1] 10
把u1对象赋值给u2对象。
# 把u1赋值给u2对象
> u2 u2$age
[1] 10
# 重新赋值
> u1$age u1$age
[1] 20
> u2$age
[1] 20
这是由于把u1赋值给u2的时候，传递的是u1的实例化对象的引入，而不是值本身。这一点与其他语言中对象赋值是一样的。
如果想进行赋值而不是引入传递，可以用下面的方法实现。
# 调用u1的内置方法copy()，赋值给u3
> u3 u3$age
[1] 20
# 重新赋值
> u1$age u1$age
[1] 30
# 查看u3的age属性，没有改变
> u3$age
[1] 20
对引入关系把握，可以减少值传递过程中的内存复制过程，可以让我们的程序运行效率更高。
4 定义对象的方法
在S3,S4的对象系统中，我们实现对象的行为时，都是借助于泛型函数来实现的。这种现实方法的最大问题是，在定义时函数和对象的代码是分离的，需要在运行时，通过判断对象的类型完成方法调用。而在RC对象系统中，方法可以定义在类的内部，通过实例化的对象完成方法调用。
# 定义一个RC类，包括方法
> User u1 u1
Reference class object of class "User"
Field "name":
[1] "u1"
Field "favorite":
[1] "movie" "football"
接下来，进行方法操作。
# 删除一个兴趣
> u1$delFavorite('football')
# 查看兴趣属性
> u1$favorite
[1] "movie"
# 增加一个兴趣
> u1$addFavorite('shopping')
> u1$favorite
[1] "movie" "shopping"
# 重置兴趣列表
> u1$setFavorite('reading')
> u1$favorite
[1] "reading"
直接到方法定义到类的内部，通过实例化的对象进行访问。这样就做到了，在定义时就能保证了方法的作用域，减少运行时检查的系统开销。
5 RC对象内置方法和内置属性
对于RC的实例化对象，除了我们自己定义的方法函数，还有几个内置的方法。之前属性复制赋值时使用的copy()方法，就是其中之一。
5.1 内置方法：
- initialize 类的初始化函数，用于设置属性的默认值，只能在类定义的方法中使用。
- callSuper 调用父类的同名方法，只能在类定义的方法中使用。
- copy 复制实例化对象的所有属性。
- initFields 给对象的属性赋值。
- field 查看属性或给属性赋值。
- getClass 查看对象的类定义。
- getRefClass 同getClass。
- show 查看当前对象。
- export 查看属性值以类为作用域。
- import 把一个对象的属性值赋值给另一个对象。
- trace 跟踪对象中方法调用，用于程序debug。
- untrace 取消跟踪。
- usingMethods 用于实现方法调用，只能在类定义的方法中使用。这个方法不利于程序的健壮性，所以不建议使用。
接下来，我们使用这些内置的方法。
首先定义一个父类User，包括 name和level两个属性， addLevel和addHighLevel两个功能方法，initialize构造方法。
# 类User
> User定义子类Member，继承父类User，并包括同名方法addLevel覆盖父类的方法，在addLevel方法中，会调用父类的同名方法。
# 子类Member
> Member分别实例化对象u1,m1。
# 实例化u1
> u1 u1
Reference class object of class "User"
Field "name":
[1] "conan"
Field "level":
[1] 1
# 通过$initFields()向属性赋值
> u1$initFields(name='u1',level=10)
Reference class object of class "User"
Field "name":
[1] "u1"
Field "level":
[1] 10
# 实例化m1
> m1 m1$initFields(name='m1',level=100,age=12)
Reference class object of class "Member"
Field "name":
[1] "m1"
Field "level":
[1] 100
Field "age":
[1] 12
执行$copy()方法，复制对象属性并传值。
# 属性复制到u2
> u2 u1$addLevel(1);u1
[1] "User::addLevel"
Reference class object of class "User"
Field "name":
[1] "u1"
Field "level":
[1] 11
# u2的level与u1没有引入关系，u2没有变化
> u2
Reference class object of class "User"
Field "name":
[1] "u1"
Field "level":
[1] 10
使用方法field()，查看并给level属性赋值。
# 查看level属性值
> u1$field('level')
[1] 11
# 给level赋值为1
> u1$field('level',1)
# 查看level属性值
> u1$level
[1] 1
使用getRefClass()和getClass()方法查看u1对象的类定义。
# 类引入的定义
> m1$getRefClass()
Generator for class "Member":
Class fields:
Name: name level age
Class: character numeric numeric
Class Methods:
"addHighLevel", "addLevel", "addLevel#User", "callSuper", "copy", "export", "field", "getClass", "getRefClass", "import", "initFields",
"initialize", "show", "trace", "untrace", "usingMethods"
Reference Superclasses:
"User", "envRefClass"
# 类定义
> m1$getClass()
Reference Class "Member":
Class fields:
Name: name level age
Class: character numeric numeric
Class Methods:
"addHighLevel", "addLevel", "addLevel#User", "callSuper", "copy", "export", "field", "getClass", "getRefClass", "import", "initFields",
"initialize", "show", "trace", "untrace", "usingMethods"
Reference Superclasses:
"User", "envRefClass"
# 通过otype查看类型的不同
> otype(m1$getRefClass())
[1] "RC"
> otype(m1$getClass())
[1] "S4"
使用$show()方法查看对象属性值，$show()，同show()函数，对象直接输出时就是调用了$show()方法。
> m1$show()
Reference class object of class "Member"
Field "name":
[1] "m1"
Field "level":
[1] 100
Field "age":
[1] 12
> show(m1)
Reference class object of class "Member"
Field "name":
[1] "m1"
Field "level":
[1] 100
Field "age":
[1] 12
> m1
Reference class object of class "Member"
Field "name":
[1] "m1"
Field "level":
[1] 100
Field "age":
[1] 12
使用 $trace()跟踪方法调用 ，再用 $untrace()方法取消跟踪绑定。
# 对addLevel()方法跟踪
> m1$trace("addLevel")
Tracing reference method "addLevel" for object from class "Member"
[1] "addLevel"
# 调用addLevel()方法，Tracing m1$addLevel(1)被打印，跟踪生效
> m1$addLevel(1)
Tracing m1$addLevel(1) on entry
[1] "Member::addLevel"
[1] "User::addLevel"
# 调用父类的addHighLevel()方法，Tracing addLevel(2)被打印，跟踪生效
> m1$addHighLevel()
[1] "User::addHighLevel"
Tracing addLevel(2) on entry
[1] "Member::addLevel"
[1] "User::addLevel"
# 取消对addLevel()方法跟踪
> m1$untrace("addLevel")
Untracing reference method "addLevel" for object from class "Member"
[1] "addLevel"
使用$export()方法，以类为作用域查看属性值。
# 查看在Member类中的属性
> m1$export('Member')
Reference class object of class "Member"
Field "name":
[1] "m1"
Field "level":
[1] 105
Field "age":
[1] 12
# 查看在User类中的属性，当前作用域不包括age属性。
> m1$export('User')
[1] "User::initialize"
Reference class object of class "User"
Field "name":
[1] "m1"
Field "level":
[1] 105
使用$import()方法，把一个对象的属性值赋值给另一个对象。
# 实例化m2
> m2 m2
Reference class object of class "Member"
Field "name":
[1] "conan"
Field "level":
[1] 1
Field "age":
numeric(0)
# 把m1对象的值赋值给m2对象
> m2$import(m1)
> m2
Reference class object of class "Member"
Field "name":
[1] "m1"
Field "level":
[1] 105
Field "age":
[1] 12
5.2 内置属性：
RC对象实例化后，有两个内置属性：
- .self 实例化对象自身
- .refClassDef 类的定义类型
# $.self属性
> m1$.self
Reference class object of class "Member"
Field "name":
[1] "m1"
Field "level":
[1] 105
Field "age":
[1] 12
# m1$.self和m1 完全相同
> identical(m1$.self,m1)
[1] TRUE
# 查看类型
> otype(m1$.self)
[1] "RC"
# $.refClassDef属性
> m1$.refClassDef
Reference Class "Member":
Class fields:
Name: name level age
Class: character numeric numeric
Class Methods:
"addHighLevel", "addLevel", "addLevel#User", "callSuper", "copy", "export", "field", "getClass", "getRefClass", "import", "initFields",
"initialize", "show", "trace", "untrace", "usingMethods"
Reference Superclasses:
"User", "envRefClass"
# 与$getClass()相同
> identical(m1$.refClassDef,m1$getClass())
[1] TRUE
# 查看类型
> otype(m1$.refClassDef)
[1] "S4"
6 RC类的辅助函数
当定义好了RC的类结构，有一些辅助函数可以帮助我们查看类型的属性和方法，上面用于创建实例化的对象的$new()函数，也属性这类辅助函数。
- new 用于实例化对象。
- help 用于查询类中方法的调用。
- methods 列出类中定义的所有方法。
- fields 列出类中定义的所有属性。
- lock 给属性加锁，实例化对象的属性只允许赋值一次，即赋值变量，不可修改。
- trace 跟踪方法。
- accessors 给属性生成get/set方法。
接下来，我们使用辅助函数，继续使用我们之前定义的User的类的结构。
# 定义User类
> User u1 User$fields()
name level
"character" "numeric"
# 列出User类中的方法
> User$methods()
[1] "addHighLevel" "addLevel" "callSuper"
[4] "copy" "export" "field"
[7] "getClass" "getRefClass" "import"
[10] "initFields" "initialize" "show"
[13] "trace" "untrace" "usingMethods"
# 查看User类的方法调用
> User$help("addLevel")
Call:
$addLevel(x)
> User$help("show")
Call:
$show()
给User类中的属性，增加get/set方法
# 给level属性增加get/set方法
> User$accessors("level")
# 给name属性增加get/set方法
> User$accessors("name")
# 列出所有方法
> User$methods()
[1] "addHighLevel" "addLevel" "callSuper"
[4] "copy" "export" "field"
[7] "getClass" "getLevel" "getName"
[10] "getRefClass" "import" "initFields"
[13] "initialize" "setLevel" "setName"
[16] "show" "trace" "untrace"
[19] "usingMethods"
使用$trace()函数，跟踪addLevel方法
# 跟踪User类的addLevel方法
> User$trace('addLevel')
Tracing reference method "addLevel" for class
"User"
[1] "addLevel"
# 实例化对象u3
> u3 u3$addLevel(2)
Tracing u3$addLevel(2) on entry
[1] "User::addLevel"
使用$lock()函数，把level属性设置为常量。
# 锁定level属性
> User$lock("level")
# 查看User类中被锁定的属性
> User$lock()
[1] "level"
# 实例化对象u3，这时level属性已经被赋值一次
> u3 u3
Reference class object of class "User"
Field "name":
[1] "conan"
Field "level":
[1] 1
# 给level属性，再次赋值出错
> u3$level=1
Error: invalid replacement: reference class field ‘level’ is read-only
> u3$addLevel(2)
[1] "User::addLevel"
Error: invalid replacement: reference class field ‘level’ is read-only
7 RC对象系统的使用
我们接下用RC对象系统做一个例子，定义一套动物叫声研究模型。
7.1 任务一：定义动物的数据结构和发声方法。
假设最Animal为动物的基类，包括 研究的动物包括 猫(cat)、狗(dog)、鸭(duck)。
- 定义动物的数据结构
- 分别定义3种动物的发声bark()方法
如图所示结构：
定义动物的数据结构，包括基类的结构 和 3种动物的结构。
# 创建Animal类，包括name属性，构造方法initialize()，叫声方法bark()。
> Animal Cat Dog Duck接下来，我们实例化对象，然后研究它们的叫声。
# 创建cat实例
> cat cat$name
[1] "cat"
# cat叫声
> cat$bark()
[1] "cat is miao miao"
# 创建dog实例，并给dog起名叫Huang
> dog dog$initFields(name='Huang')
Reference class object of class "Dog"
Field "name":
[1] "Huang"
> dog$name
[1] "Huang"
# dog叫声
> dog$bark()
[1] "Huang is wang wang"
# 创建duck实例
> duck duck$bark()
[1] "duck is ga ga"
7.2 任务二：定义动物的体貌特征
动物的体貌特征，包括 头、身体、肢、翅等，我在这里只定义肢和翅的特征。
3种动物都有肢，cat和dog是四肢，duck是二肢和二翅。
如图所示结构：
我们需要对原结构进行修改。
# 定义Animal类，增加limbs属性，默认值为4
Animal实例化对象并查看3种动物的属性值。
# 实例化cat对象，属性limbs为4
> cat dog dog$initFields(name='Huang')
Reference class object of class "Dog"
Field "name":
[1] "Huang"
Field "limbs":
[1] 4
> dog
Reference class object of class "Dog"
Field "name":
[1] "Huang"
Field "limbs":
[1] 4
# 实例化duck对象，属性limbs为2，wing为2
> duck7.3 任务三：定义动物的行动方式。
对于 猫(cat)，狗(dog)，鸭(duck) 来说，它们都可以在陆地上行动，而且还有各自不同的行动方式。
特有行动方式：
- 猫(cat) 爬树
- 狗(dog) 游泳
- 鸭(duck) 游泳，短距离飞行
如图所示结构：
接下来，我们按动物的不同行动方式进行建模。
# 定义类Animal，增加action()方法，用于通用的行为陆地上行动。
> Animal Cat Dog Duck实例化对象，并运行action()方法。
cat的行动。
# 实例化cat
> cat cat$action()
[1] "I can walk on the foot"
[1] "I can Climb a tree"
dog的行动。
> dog dog$action()
[1] "I can walk on the foot"
[1] "I can Swim."
duck的行动。
> duck duck$action()
[1] "I can walk on the foot"
[1] "I can swim."
[1] "I also can fly a short way."
通过这个例子，我们应该就能全面地了解了R语言中基于RC对象系统的面向对象程序设计了！RC对象系统提供了完全的面向对象的实现。
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http://blog.fens.me/r-class-rc/
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