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码海舵手 2024-04-16 22:27:20

文章标签 cran r语言清华 ci #include 执行效率 文章分类 R语言后端开发

Rcpp简明指南: R调用C++

张金龙

注：本文需要读者了解：

（1） R函数的基本知识

（2）编写R程序包

（3） C++的基础知识，包括类，以及namespace等。

为什么要用R调用C++函数？原因可能有以下几点：

(1) R开发虽然很快，涉及到一些循环的时候，执行效率却常常相当于C++的1/100，甚至更慢

(2) C++中有一些已经开发好的库，人们不希望再重写一遍R的代码。而是最好通过编译之后直接调用。

Rcpp程序包为用R调用C++代码提供了方便。

用户直接在R的源代码src文件夹下加入cpp和h文件， rtools即可对C++文件进行编译。但是为了从R的console能够直接调用cpp写的函数，还必须对cpp的函数进行修改。

修改需要遵循以下原则：

1 所有从R输入到cpp的对象，都是SEXP

2 从cpp返回到R的对象也必须是SEXP

3 C++中，返回值如为数值，可以用wrap()帮忙，直接返回为SEXP的对象，实现R的调用

换句话说，只有加了SEXP这样一个标签，C++函数在 R和C++中才都能识别。 Rcpp提供了SEXP处理的响应的类，使得两者之间的数据传输变得容易。

以下是用R调用C++的一个简单例子：

如果在windows中要使用Rcpp，则需要

1 安装Rcpp程序包，install.packages("Rcpp")

2 安装Rtools，并配制好启动路径。电脑>属性>高级系统设置>高级>环境变量>系统变量>路径

3 在R console 中运行 library(Rcpp) ，之后调用 Rcpp.package.skeleton函数，

Rcpp.package.skeleton( "test" )

在生成的R包 skeleton中，可以找到rcpp_hello_world.cpp文件，可以尝试添加几个函数，修改成如下样式（注意以下代码为C++文件,扩展名为cpp)

// C++文件开始

#include "rcpp_hello_world.h"
#include <Rcpp.h>
using namespace Rcpp;
using namespace std;
// 注意 #include <Rcpp.h> 是调用Rcpp的必要条件
RcppExport SEXP intVec1a(SEXP vec) {
   Rcpp::NumericVector vec2(vec);
   int prod = 1;
   for (int i=0; i<vec2.size(); i++) {
       prod *= vec2[i];
   }
   return (wrap(prod));
}

// RcppExport 是为了在载入R包后，在Namespace内内能够找到这个C++的函数

//第一个SEXP声明返回值的类型

//第二个SEXP，声明vec变量为SEXP的类型，也就是说，它可以是从R直接传入

// Rcpp::NumericVector vec2(vec); 意思是将 vec转换为 vec2，从SEXP转换为 NumericVector， NumericVector是Rcpp下的一个类，在C++的函数中可以识别和调用。后面的代码就和普通的C++没有什么分别了。

//return (wrap(prod)); 由于我们希望在R中直接可以得到该函数的运行结果，因此，返回值也需要转换为SEXP类型。 wrap函数提供了一种便捷的方式。简单的类型，如int， double等，只需要直接调用wrap即可。
RcppExport SEXP Eccentricity(SEXP JD)
{
double JD3  = Rcpp::as<double>(JD);
double T = (JD3 - 2451545.0) / 36525.0;
double Tsquared = T*T;
return (wrap(1 - 0.002516*T - 0.0000074*Tsquared));
}
// Rcpp::as<double>(JD); 表示调用Rcpp内的方法，将类型为SEXP的JD，转换为double类型，并赋值給double JD3
RcppExport SEXP expfun(SEXP x){
double x2 = Rcpp::as<double>(x);
double ans=1.0, term=1.0, eps=1e-16;
int n=0;
while (fabs(term)>eps){
   n++;
   term = term * x2 / n;
   ans = ans + term;
}
  return(wrap(ans));
}
/  C++文件结束
对R程序包test的骨架进行修改后，即可开始安装，