物件的轉換

是時候來仔細的看看前面兩個範例中所使用的Rcpp 物件了:

• NumericVector
• NumericMatrix

以及一個泛用的轉換函數：

• as

這些是和物件轉換相關的Rcpp API。as的情況比較複雜，所以我們先解釋NumericVector和NumericMatrix。 如名稱所述，這兩個物件分別代表著R之中的numeric型態的向量和矩陣。

Rcpp中物件的名稱是經過設計的，讀者在累積足夠的知識後，應該從名稱就可以猜到Rcpp物件是對應到哪一種類型的R物件了。

在更進一步解釋之前，我們需要先了解*物件的型態*。

物件的型態(type)

由於使用R的時候，R會自動判斷物件的型態，所以R的使用者可能不清楚什麼是*型態*。

所有物件的資料，最終就是電腦記憶體中的0和1(又稱做bit)，而電腦要怎麼解釋這些0和1的意義？

舉例來說，00110000這8個bit可以解釋為文字符號"0"，也可以解釋為整數48。

而型態就是電腦解釋這些bit的方式。

如果對應到實際的世界：如果有一匹馬的名稱叫作小明，那小明的型態就是馬，而小明則是小明這隻馬的名稱。

在程式中常見的基礎型態是整數、數值(實數)、字串或boolean，而他們在R和C++中有不一樣的名字：

• 整數型態在R叫integer，C++叫int
• 數值型態在R叫numeric，C++叫double
• 字串型態在R叫character，C++叫std::string*。先不要管那個::，就把std::string當成一個型態的名稱就好！
• boolean型態在R叫logical，C++叫bool

在R 之中還另外有一種稱為raw的向量，主要是用於儲存特殊格式的資料。它的概念近似於一般資料庫系統中的BLOB(Binary Large OBject)物件。

備註: 字串型態在C++中有點複雜，詳細解釋的話超過本章節的範圍了。所以簡單起見，我一律用std::string來代表。

在R 的世界中，R 會自動判斷物件的型態，所以使用者並不需要有這方面的知識，就可以用R了。

但是在C++的世界中，所有物件的型態都要非常清楚。所以在用Rcpp的時候，我們需要初步的了解R 物件的型態。實際上，只要熟悉上面提到的4個型態，就可以將Rcpp應用在很廣泛的問題了！所以讀者不用感到害怕。

從R 到 C++

不透過Rcpp的話，在C++中，所有R的物件都是型態為SEXP的物件，這物件包含了另外三種pointer來供R處理各種型態。因此我們不能直接對SEXP做操作，必須要透過Rcpp所提供的物件和API。而且對於不同的R型態，必須要透過對應的Rcpp物件才能正確的處理。

而Rcpp中對於物件的命名也是有下一番心思的。舉例來說，讀者在R執行：

class(letters)

## [1] "character"

可以了解letters的型態是character，所以它在Rcpp中的就是用CharacterVector來處理。規則就是：把R的型態名稱改成大寫開頭，後面接上Vector即可。這裡Vector表示這是一個向量物件。在R中，所有物件都是向量，所以這就是R最基本的型態。

同樣的道理：

class(1:5)

## [1] "integer"

所以1:5這個物件在Rcpp中就是透過IntegerVector來處理。

我要再次強調，唯有透過對應的Rcpp物件才能正確的在C++中處理R物件。我們用inline來跑個簡單的Demo：

library(Rcpp)
library(inline)

## Attaching package: 'inline'

## The following object is masked from 'package:Rcpp':
## 
## registerPlugin

f <- cxxfunction(sig = c(Rx = "integer"), plugin = "Rcpp", body = "\nIntegerVector x(Rx);\nreturn x;\n")
f(1:5)

## [1] 1 2 3 4 5

f(pi)

## [1] 3

f(letters)

## Error: not compatible with INTSXP

ps. 由於IntegerVector是Rcpp提供的物件，所以可以回傳到R之中。

• 1:5 本身就是integer，所以進入f沒有任何問題。
• pi本身是numeric，所以進入f後變成了3。當物件型態不吻合IntegerVector時，Rcpp會先嘗試呼叫as.integer來做型態轉換，再把他轉成IntegerVector。所以這裡pi就變成3了。
• letters是無法轉換為integer的character型態的物件。所以Rcpp直接拋出錯誤給R。

所以請讀者務必要清楚對應的物件關係。

就如同一般C/C++中有SEXP處理所有的R物件，Rcpp之中也可以使用RObject(注意：第二個字母也是大寫！)型態來處理所有的R物件。而除了Vector，Rcpp 也提供了Matrix類型的物件型態(如NumericMatrix)。使用起來和Vector類似並且多了row, column和dimension的API。這類的應用比較深，在本章節就先介紹了，留到後頭的範例再跟讀者介紹它們的用法。

*Rcpp物件的繼承

不懂繼承的讀者可以跳過這一節。

Rcpp中所有的物件都是繼承自RObject。我們可以從Rcpp的官方Reference中看到Rcpp中物件的繼承結構。

而Matrix類型也繼承自對應的Vector類型，就像是在R之中matrix物件本質上也是vector是一樣的。

C++ Constructor

接下來我們該解釋之前例子中的：

  NumericVector rs(Rrs);

以及剛剛例子中的：

  CharacterVector x(Rx);

這種語法的意義了。

在C++中，一個物件要透過constructor建構後才會有實際的資料。詳細解釋constructor的概念已經超出本章範圍，所以我建議讀者如果有興趣的話，可以自行google C++ constructor 或 C++ 建構子。

而Rcpp中，如果要承接來自R的物件，我們只要遵循以下的格式*宣告*和呼叫constructor即可：

<C++型態名稱> <物件名稱>(<對應的SEXP名稱>);

上述的例子都是遵循這個規則的。NumericVector和CharacterVector都是Rcpp中定義的一種C++型態。rs和x分別是變數的名稱。而Rx和Rrs是來自R的SEXP物件的名稱。SEXP物件的名稱是來自於整個Rcpp函數的定義，以及R如何傳遞。我們在*物件的傳遞*的章節在仔細說明。

而Rcpp在執行constructor的同時，還會檢查附加的SEXP參數的型態，若型態不對還會補上轉換。這麼多複雜的動作通通都被濃縮在短短的一行之中：

<C++型態名稱> <物件名稱>(<對應的SEXP名稱>);

所以讀者要記得，當從R傳遞物件進入C++的時候，第一步就是正確的呼叫對應的Rcpp物件的constructor，才能使用C++函數對R物件做更進一步的操作。

*深入探討的Vector類

在Rcpp中，所有Vector類的R物件都是透過Vector<RTYPE>這個template class來處理。

這裡的RTYPE則是一個標記SEXP實際的資料類別的整數，他的值可以在R本體提供的C API中的Rinternal.h中查到。這裡我列一些常用的：

透過template的技術，Rcpp只需要實作好Vector<RTYPE>，再透過以下語法定義我們剛剛介紹的IntegerVector和NumericVector：

typedef Vector<INTSXP> IntegerVector;
typedef Vector<REALSXP> NumericVector;

因此，這類型的class都可以查閱Rcpp Reference: Vector來了解它的細節。

以0.10.4版本的API為例，我們可以看到一系列的繼承關係：

*記憶體的管理