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本系列将介绍R语言中三个与面向对象的编程（Object-Oriented Programming，OOP）相关的工具包：proto、R6和基础包methods。这是一个承上启下的系列，上承《自定义ggplot2绘图系统函数》系列，下启《基于mlr3工具包的机器学习》系列（该系列将在本系列之后推出）。这两个系列的编程风格都属于OOP，前者基于proto包的proto对象，后者基于R6包的R6类。
本篇介绍R6工具包，主要参考资料[1]：
[https://r6.r-lib.org/articles/Introduction.html]。
1 引言
2 创建R6类和对象
2.1 创建类
2.2 创建对象
3 私有属性和方法
4 类的继承
5 外部引用
6 新增类的元素
7 类的锁定和解锁
8 克隆对象
与proto基于对象的编程不同，R6采用的是基于类的编程（class-based programming）。类（class）和对象（object）的关系是：对象是类的实例，类是对象的模板；定义对象之前需要先定义类[2]
R语言基础包中有S3类、S4类和reference class（R5类为其非正式称呼），R6是基于这个顺序命名的。
创建R6类的函数是R6工具包中的R6Class()，它的语法结构如下：
R6Class(
classname = NULL,
public = list(),
private = NULL,
active = NULL,
inherit = NULL,
lock_objects = TRUE,
class = TRUE,
portable = TRUE,
lock_class = FALSE,
cloneable = TRUE,
parent_env = parent.frame()
)这里先看前两个参数：
classname：类的名称；
public：类的公用属性和方法。
由“类”到“对象”，需要使用基础包methods中的new()函数，它要求“类”里必须包含initialize方法。
如下是一个示例：
library(R6)
Person <- R6Class(
classname = "Person",
public = list(
## 属性
name = NULL,
age = NULL,
## 方法
intro = function() {
print(paste("Hello, I am", self$name, "and",
self$age, "years old"))},
initialize = function(name, age) {
self$name <- name
self$age <- age
return(self$intro())}
)
)在上面的代码中，我们只使用了classname和public两个参数。前者无需多说。在public中，我们定义了两个属性：name、age；两个方法：intro、initialize。
要点如下：
public的数据结构形式为列表，元素（属性或方法）之间使用逗号隔开；可以使用
self表示类本身，进而在方法中引用它的的属性和方法。
R6类的数据类型：
class(Person)
## [1] "R6ClassGenerator"从R6类创建对象的代码形式为object <- class$new(...)，其中new()函数来自基础包methods，它的参数为类的initialize方法的参数。
根据类Person创建对象：
Tom <- Person$new("Tom", 20)
## [1] "Hello, I am Tom and 20 years old"
Jane <- Person$new("Jane", 18)
## [1] "Hello, I am Jane and 18 years old"
Tom$age <- 30
Tom$intro()
## [1] "Hello, I am Tom and 30 years old"除public参数外，还可以使用R6Class()函数的private参数定义私有属性和方法。
要点如下：
private的数据结构形式为列表，元素（属性或方法）之间使用逗号隔开；私有属性和方法可以使用
private$x的形式在其他方法中进行引用。
如下代码，我们把intro方法放到private参数中：
Person2 <- R6Class(
classname = "Person2",
public = list(
name = NULL,
age = NULL,
initialize = function(name, age) {
self$name <- name
self$age <- age
return(private$intro())}
),
## 私有属性和方法
private = list(
intro = function() {
print(paste("Hello, I am", self$name, "and", self$age, "years old"))}
)
)根据类Person2创建对象：
Tom2 <- Person2$new("Tom", 20)
## [1] "Hello, I am Tom and 20 years old"属性和方法的私有部分与公用部分的区别是：前者不能使用object$x的形式进行访问。如下代码会报错：
Tom2$intro()
## Error: attempt to apply non-function在RStudio中，当我们在对象后输入$时，自动联想中也不会出现私有部分，因此可以将一些作为过程的属性和方法放到私有部分。如下对比了Tom和Tom2对象：
我们可以在一个类的基础上定义一个新类，这称为继承（inheritance）；前者是后者的父类（super-class），后者是前者的子类（sub-class）。
子类除了继承或修改父类的属性和方法外，还可以定义新的属性和方法。下面代码中，我们在Person2的基础上修改intro方法形成Person3：
library(lubridate)
Person3 <- R6Class(
## 继承
inherit = Person2,
private = list(
## 修改intro方法
intro = function() {
born = year(Sys.Date()) - self$age
print(paste("Hello, I am", self$name, "and borned in", born))}
)
)
Tom3 <- Person3$new("Tom", 20)
## [1] "Hello, I am Tom and borned in 2002"在子类中可以以super$method(...)的形式调用父类的方法：
Person4 <- R6Class(
inherit = Person2,
public = list(
initialize = function(name, age) {
self$name <- name
self$age <- age
return(super$intro())}
),
private = list(
intro = function() {
born = year(Sys.Date()) - self$age
print(paste("Hello, I am", self$name, "and borned in", born))}
)
)
Tom4 <- Person4$new("Tom", 20)
## [1] "Hello, I am Tom and 20 years old"注意：调用的只是父类中方法的形式，参数值仍来自子类。
如果把其他类的对象作为要定义类的属性，通常情况下应将赋值过程放在initialize方法中，否则该类的所有对象会共享这一属性值。
下面例子中，我们使用类SimpleClass的对象作为类Person5的age属性。
不放在initialize方法中：
SimpleClass <- R6Class("SimpleClass",
public = list(x = NULL)
)
Person5 <- R6Class(
classname = "Person5",
public = list(
name = NULL,
## 外部引用
age = SimpleClass$new(),
intro = function() {
print(paste("Hello, I am", self$name, "and",
self$age$x, "years old"))},
initialize = function(name) {
self$name <- name
return(self$intro())}
)
)如下根据Person5创建两个对象，因为他们会共享age属性，所以年龄始终保持一致：
Tom5 <- Person5$new("Tom")
Jane5 <- Person5$new("Jane")
Tom5$age$x <- 20
Tom5$intro()
## [1] "Hello, I am Tom and 20 years old"
Jane5$intro()
## [1] "Hello, I am Jane and 20 years old"
Tom5$age$x <- 30
Tom5$intro()
## [1] "Hello, I am Tom and 30 years old"
Jane5$intro()
## [1] "Hello, I am Jane and 30 years old"放在initialize方法中：
Person6 <- R6Class(
classname = "Person6",
public = list(
name = NULL,
age = NULL,
intro = function() {
print(paste("Hello, I am", self$name, "and",
self$age$x, "years old"))},
initialize = function(name) {
self$name <- name
## 在initialize方法内进行外部引用
self$age <- SimpleClass$new()
return(self$intro())}
)
)
Tom6<- Person6$new("Tom")
Jane6 <- Person6$new("Jane")
Tom6$age$x <- 20
Jane6$age$x <- 30
Tom6$intro()
## [1] "Hello, I am Tom and 20 years old"
Jane6$intro()
## [1] "Hello, I am Jane and 30 years old"在类已被创建后，可以使用set()函数增加属性和方法。
如下，先生成类Person7，再在它的基础上新增一个公用方法born：
Person7 <- R6Class(inherit = Person)
Person7$set("public", "born", function() year(Sys.Date()) - self$age)
Tom7 <- Person7$new("Tom", 20)
Tom7$born()
## [1] 2002如果希望在类创建后，不允许对其进行修改，可以在创建时设置参数lock_class = TRUE。如下，此时再想新增元素就会报错：
Person8 <- R6Class(
inherit = Person,
lock_class = T
)
Person8$set("public", "born", function() year(Sys.Date()) - self$age)
## Error in Person7$set("public", "born2", function() year(Sys.Date()) - :
## Can't modify a locked R6 class.锁定类后，可以使用unlock()函数对其进行解锁：
Person9 <- R6Class(
inherit = Person,
lock_class = T
)
## 解锁
Person9$unlock()
Person9$set("public", "born", function() year(Sys.Date()) - self$age)
Tom9 <- Person9$new("Tom", 20)
Tom9$born()
## [1] 2002这一部分对应proto对象的备份（详见proto对象）。在那篇推文中，我们已经知道使用赋值符号不能克隆环境对象，而只是给对象起了一个新名字：
Tom10 <- Tom
Tom$age <- 20
Tom10$intro()
## [1] "Hello, I am Tom and 20 years old"
Tom$age <- 30
Tom10$intro()
## [1] "Hello, I am Tom and 30 years old"从本例可以看出，
Tom10的内容会随着Tom的内容变化而变化；本质上，Tom和Tom10是同一对象的两个名字。
克隆R6对象可以使用clone()函数：
Tom11 <- Tom$clone()
Tom11$age <- 40
Tom11$intro()
## [1] "Hello, I am Tom and 40 years old"
Tom$intro()
## [1] "Hello, I am Tom and 30 years old"如果想不允许对象被克隆，在创建类时可以设置参数cloneable = FALSE 。如果类中包含有外部引用，克隆时应设置参数deep = TRUE。
## 未设置参数deep = T
Tom12 <- Tom6$clone()
Tom6$intro()
## [1] "Hello, I am Tom and 20 years old"
Tom12$age$x <- 20
Tom12$intro()
## [1] "Hello, I am Tom and 20 years old"
Tom6$intro()
## [1] "Hello, I am Tom and 20 years old"
## 设置参数deep = T
Tom13 <- Tom6$clone(deep = T)
Tom6$intro()
## [1] "Hello, I am Tom and 20 years old"
Tom13$age$x <- 30
Tom13$intro()
## [1] "Hello, I am Tom and 30 years old"
Tom6$intro()
## [1] "Hello, I am Tom and 20 years old"更复杂的情况请参见参考资料[1]或“阅读原文”。
[1]
Introduction to R6: https://r6.r-lib.org/articles/Introduction.html
[2]类和对象: https://baike.baidu.com/item/%E7%B1%BB%E5%92%8C%E5%AF%B9%E8%B1%A1/1394902