Objekty
Michal Kvasnička
R je ve své podstatě objektově orientovaný jazyk. Na rozdíl od jiných jazyků však objekty nejsou vlastní
součástí jazyka, ale jsou vytvořeny v rámci jazyka. V důsledku toho (a dlouhého vývoje R a jeho
předchůdce, jazyka S) dnes v R existuje několik různých systémů objektů, z nichž nejvýznamnější jsou
systémy S3 a S4. V této lekci se podíváme na nejdůležitější základy systému S3, který je nejpoužívanější
a nejjednodušší. Další systémy jsou popsané v AdvR.
Základní pojmy (pro laiky)
Každý objekt má určitou třídu. Třída (class) popisuje strukturu dat objektu (v terminologii OOP
atributy), vztah k ostatním třídám objektů (v rámci dědičnosti) a to, jaké funkce (metody) se volají při
práci s objektem.
Např. objekt třídy “člověk” může obsahovat atributy jako jméno, příjmení, výšku, váhu apod. Pro tuto
třídu mohou být definovány nějaké funkce, např. funkce, která spočítá BMI. Objekt třídy “manažer” je
logicky svázán s objektem třídy “člověk” – obsahuje stejná data (může obsahovat i další, např. seznam
podřízených). Stejně tak může využívat funkce se stejnými jmény (které však mohou být implementovány
odlišně).
Logickou vazbu tříd “člověk” a “manažer” popisuje dědičnost: třída “manažer” je potomek třídy “člověk”.
Dědičnost vytváří hierarchii: potomci dědí vlastnosti a chování předků. Pokud potomek nemá implementovanou
nějakou funkci, pak se použije funkce jeho předka.
Systém S3
Systém S3 používá poměrně neobvyklý přístup k objektovému programování, tzv. “generic function OOP”.
Tento přístup je jednoduchý (až primitivní), ale funguje velmi dobře a používá jej drtivá většina balíků
v R.
V normálních OO jazycích patří objektu nebo třídě jak data, tak metody (funkce). V R však objektu
patří jen data a jméno třídy; metody patří tzv. generické funkci. Nejjednodušší způsob, jak pochopit
strukturu objektu, je nějaký objekt vytvořit.
Vytvoření třídy a objektu
S3 nemá formální definici tříd proměnných. Objekt se vytvoří tak, že se vytvoří nějaký základní typ
objektu (většinou seznam) a nastaví se mu atribut class na hodnotu jména třídy:
foo <- list() # vytvoří prázdný seznam
class(foo) <- "foo" # přiřadí mu třídu "foo"
Alternativně to jde provést naráz pomocí funkce structure(), která nastavuje danému objektu atributy:
foo <- structure(list(), class = "foo")
Nyní je proměnná foo objekt třídy “foo”:
class(foo)
## [1] "foo"
1
R nemá žádný mechanismus, který by kontroloval, zda je datová struktura objektu správná. Již
vytvořenému objektu je možné přidat nebo ubrat datové sloty (technicky obvykle prvky seznamu)
nebo změnit jeho třídu. Někdy se to hodí; nikdy to však nedělejte, pokud opravdu dobře nevíte, co děláte,
jinak vznikne velmi těžko předvídatelné chování a těžko dohledatelné chyby.
Aby se zajistilo, že je struktura objektu správná, je vhodné vytvořit konstruktor – funkci, která vytváří
objekt:
human <- function(name, height, weight)
structure(list(name = name, height = height, weight = weight),
class = "human")
adam <- human("Adam", 173, 63)
(Funkce jako numeric() jsou také konstruktory.)
Dědičnost se zajistí tak, že atribut class je vektorem jmen několik tříd – zleva doprava od potomků
k předkům:
manager <- function(name, height, weight, rank)
structure(list(name = name, height = height, weight = weight, rank = rank),
class = c("manager", "human"))
eva <- manager("Eve", 169, 52, "CEO")
Eva nyní dědí vlastnosti člověka:
class(eva)
## [1] "manager" "human"
inherits(eva, "manager")
## [1] TRUE
inherits(eva, "human")
## [1] TRUE
Protože je většina objektů v S3 postavená pomocí seznamů, můžete získat hodnotu jednotlivých slotů
objektů pomocí $:
str(eva)
## List of 4
## $ name : chr "Eve"
## $ height: num 169
## $ weight: num 52
## $ rank : chr "CEO"
## - attr(*, "class")= chr [1:2] "manager" "human"
eva$rank
## [1] "CEO"
2
Nová metoda
Hlavní pointa systému S3 spočívá v tom, že stejně pojmenovaná funkce volá pro každý typ objektu
jiný kód – přesně uzpůsobený danému typu dat. Funkcím, které to dokážou, se říká generické funkce.
Příkladem generické funkce je funkce print(), která tiskne různé informace v závislosti na tom, jaká je
třída objektu, na který je zavolaná.
Třída “human” zatím nemá definovanou žádnou metodu pro generickou funkci print(), proto zavolá
metodu pro seznam:
print(adam)
## $name
## [1] "Adam"
##
## $height
## [1] 173
##
## $weight
## [1] 63
##
## attr(,"class")
## [1] "human"
Když vytvoříte novou třídu objektu, můžete vytvořit novou metodu ke generické funkci tak, že vytvoříte
funkci, jejíž jméno je jmeno_genericke_funkce.jmeno_tridy:
print.human <- function(x)
cat("*** Human ***",
paste("Name:", x$name),
paste("Height:", x$height),
paste("Weight:", x$weight),
sep = "\n")
print(adam)
## *** Human ***
## Name: Adam
## Height: 173
## Weight: 63
Protože třída “manager” je potomkem třídy “human”, dědí její chování. To znamená, že pokud tato třída
nemá definovanou svou metodu print(), pak zavolá metodu svého předka, třídy “human”:
eva # implicitně se volá funkce print
## *** Human ***
## Name: Eve
## Height: 169
## Weight: 52
Nová generická funkce
Novou generickou funkci jde vytvořit takto:
3
bmi <- function(x) # generická funkce
UseMethod("bmi")
bmi.human <- function(x) # metoda pro třídu "human"
x$weight / (x$height / 100) ^ 2
bmi.manager <- function(x) # metoda pro třídu "manager"
"classified"
Nyní můžeme zjistit, jaký mají Adam a Eva BMI:
bmi(adam)
## [1] 21.04982
bmi(eva)
## [1] "classified"
(Bohužel je informace o BMI manažerů tajná.)
Generická funkce může mít i implicitní metodu, která se použije v případě, že pro daný typ není žádná
metoda k dispozici. Tato metoda se jmenuje default:
bmi.default <- function(x)
"Unknown class"
bmi(1)
## [1] "Unknown class"
(Bez definování implicitní metody by předchozí řádek skončil chybou.)
Práce s objekty
Ve většině případů nebudete vytvářet vlastní objekty – stačí, když budete schopní zacházet s objekty,
které vrátí funkce, které budete používat.
Jak poznat objekt S3
Poznat, že je něco objekt v systému S3 není úplně snadné. Jsou tři možnosti:
is.object(eva) & !isS4(eva)
## [1] TRUE
pryr::otype(eva) # funkce z balíku pryr
## [1] "S3"
Nebo se samozřejmě podíváte do dokumentace funkce, kterou používáte.
Struktura objektu
Většina objektů systému S3 je postavená nad seznamy, takže jejich strukturu zjistíte funkcí str() a
složky získáte pomocí $:
4
str(eva)
## List of 4
## $ name : chr "Eve"
## $ height: num 169
## $ weight: num 52
## $ rank : chr "CEO"
## - attr(*, "class")= chr [1:2] "manager" "human"
eva$height
## [1] 169
Které metody jsou k dispozici
Metody, které patří dané generické funkci vrátí funkce methods():
head(methods("print")) # jen prvních 6 metod (zajistí funkce head())
## [1] "print.acf" "print.AES" "print.anova" "print.aov"
## [5] "print.aovlist" "print.ar"
Metody, které jsou k dispozici pro nějakou třídu:
methods(class = "human")
## [1] bmi print
## see '?methods' for accessing help and source code
Jména konkrétních metod lze zjistit také pomocí funkce apropos(), když se požádá, aby hledala regulární
výraz pro cokoli, co končí “.třída_objektu”:
apropos(".*\\.human")
## [1] "bmi.human" "print.human"
Nápověda k metodám
Když hledáte nápovědu ke generické funkci, nemusíte se dozvědět vše, co potřebujete. Pokud chcete
nápovědu k tomu, jak se generická funkce chová pro daný objekt, hledejte dokumentaci k jeho metodě.
Později se budeme bavit o tom, jak dělat ekonometrii v R. Výsledkem odhadu lineárního modelu je objekt
třídy “lm”. Pro tento objekt existuje mnoho generických funkcí jako je print(), summary() a plot().
Pokud tento objekt vytisknete pomocí funkce plot(), vykreslí několik diagnostických grafů. Metoda má
mnoho parametrů, které však nezjistíte z dokumentace generické funkce plot(), nýbrž z dokumentace
metody plot.lm().
Více informací
Detailnější informace o objektových systémech S3, S4 a ReferenceClass najdete v AdvR, kap. 7.
5