iThome 網站首載：多型的本質 （一）介面一致、實作各異的特定多型
多型（Polymorphism）經常出現在物件導向的討論中，實際上並非物件導向才有多型觀念，多型與物件導向的誕生時間差不多都在60年代，兩者各有自己的發展體系，並在歷史的演進中相互融合。程式語言上的多型，是可使用一致介面來處理不同的資料型態，根據此定義而衍生出各種實作方式。歷史上曾對多型作過幾次正式或非正式的分類，就現在而言，主要將多型分為三類：特定（Ad-hoc）多型、參數（Parametric）多型與次型態（Subtype）多型。
- 特定多型優點是從使用者的角度來看
如果函式可以套用不同型態的引數，稱為多型函式。如果函式的參數型態彼此間沒有關聯，且函式根據不同引數型態而有不同實作版本或行為，這樣的函式稱為特定多型。函式重載（Overload）是特定多型常見的形式，可以使用相同方法名稱，但根據引數型態決定實際呼叫的函式版本。
舉例來說，在沒有函式重載功能的語言中，如果要顯示指定的引數，必須有根據不同型態的printInt(int data)、printIntArray(int[] array)、printString(String str)等實作，就使用者觀點來說，如此名稱雖具有清楚描述的優點，但就撰寫來說比較麻煩。若語言具有函式重載功能，則可定義print(int data)、print(int[] array)、print(String str)等，就使用者觀點來說，需要顯示功能時一律呼叫print，就操作介面來說具有一致性。
特定（Ad-hoc）這個字眼表示，開發者必須針對引數型態提供特定的函式實作。例如運用重載時，實際上必須為print(int data)、print(int[] array)、print(String str)撰寫三個函式定義，多型的外觀實際上是從使用者呼叫函式時的角度來看，從編譯器或直譯器角度的話，不同引數型態仍要有不同版本的函式實作。由於函式針對特定引數型態進行處理，程式容易受到型態增減需求而進行修改，要處理的型態增加，就要增加新的函式定義，型態一旦決定廢棄，對應的函式也得一併刪除。
- 特定多型就是針對型態不同而有特定實作
如果對於特定引數型態，函式實作時會有實質差異，特定多型對開發者才會有益，除了不用為命名函式而苦惱，不同型態實作不同函式版本，程式邏輯也會比較清楚。例如，print(int data)單純將數值輸出，然而print(int[] array)也許必須用迴圈走訪陣列，將元素值組合為"{1, 2, 3, 4, 5}"字串輸出。不過像以下print(SwordsMan s)與print(Magician m)的實作就不適當，因為實作上並沒有差異性：
void show(SwordsMan s) {
out.print("(%s, %d)", s.getName(), s.getBlood());
}
void show(Magician m) {
out.print("(%s, %d)", m.getName(), m.getBlood());
}
out.print("(%s, %d)", s.getName(), s.getBlood());
}
void show(Magician m) {
out.print("(%s, %d)", m.getName(), m.getBlood());
}
函式重載可以根據不同型態，也可以根據引數個數。例如程式中會有串接陣列需求，也會有串接List需求，因而有了append(int[] array1, int[] array2)與append(List list1, List list2)兩個重載函式，由於資料結構不同，這兩個函式也就必須針對陣列與List而有特定實作。
在不支援預設引數的語言中，例如Java標準API中可看到如indexOf(String str)與indexOf(String str, int fromIndex)的重載函式，這是根據參數個數而有不同重載，但並不是指有兩個特定實作，實際上真正的特定實作只有indexOf(String str, int fromIndex)，indexOf(String str)只是在函式內部呼叫indexOf(str, 0)。如果Java有預設引數功能，就只需定義一個indexOf，例如indexOf(String str, int fromIndex = 0)。有些建構式（Constructor）會重載多個版本，內部使用this()指定預設引數呼叫真正的特定實作，也是同樣道理。
特定多型的概念，就是相同函式介面針對不同型態可以呈現截然不同的行為。就實作而言，就是單一函式名稱可以關聯不同實作。從這個角度來思考，就可以明瞭重載的使用時機，查看Java標準API文件，也就可以清楚看到同一函式名稱的重載版本，都具有實作上的差異性。
- 動態語言的特定多型實現
特定多型的概念，對於變數帶有型態資訊的靜態語言來說較易實現，對於不要求變數型態的動態語言來說就複雜多了，通常得在執行時期針對引數型態決定呼叫哪個函式。
舉例來說，有些動態語言可以定義特定函式名稱來定義運算子行為，這是動態語言中較常見的特定多型。例如+運算子可用來展現1 + 1、[1, 2] + [3, 4]、"abc" + "xyz"等行為，如果運算元型態都相同則實作上較為單純，但不同的話就麻煩的多。以Ruby為例，要定義+的行為，函式必須是def +(that)，that實際型態未知，如果真要左運算元為A型態，右運算元可以是B、C型態，就得在+函式內部進行型態或行為的判斷，例如使用that.is_a?(B)或that.is_a?(C)判斷該進行哪個操作。
動態語言無法根據型態進行函式重載，通常也不提供根據參數個數的函式重載。如果語言提供預設引數或不定長度引數的功能（例如Ruby、Python），倒可以讓函式呼叫時看來像是有重載，從而實現特定多型的概念。JavaScript雖然沒有提供預設引數功能，但是JavaScript的函式不管實際定義的參數有幾個，呼叫時可傳入任意數量引數的特性，可讓呼叫外觀看來也像是有重載。無論是哪個作法，為了實現特定多型，都必須在函式內部根據實際傳入的引數型態、順序或個數，判斷應當進行哪些對應動作，讓程式邏輯變得複雜。
如果動態語言支援的字典（Dictionary）物件或關聯陣列（Associative array）具有簡潔且適當的語法，也常會用來作為選項物件（Option object）以實現特定多型，在不支援預設選項的語言中，也可在函式內部設定選項物件中未設定選項的預設值，好處是使用者呼叫時不用受到引數順序的限制，然而壞處是又增加了函式內部實作的複雜。
動態語言實現特定多型時往往綜合了以上提到的幾種方式。例如JavaScript程式庫jQuery中的\$函式就是個最佳實例，它是個具有多重角色的函式，jQuery程式庫經常使用執行時期判斷引數型態、個數、選項物件等方式來實現特定多型。對使用者而言，確實可以得到特定多型使用固定介面的好處，但缺點就是開發者仍得確定引數的型態或行為、順序、選項物件的鍵名稱等，此時說明清楚的API文件就非常重要。
- 特定多型用於實作具差異性場合
特定多型因為必須針對特定型態而有特定實作，有人認為價值不大，事實上這個被認定價值不大的理由，反而就是特定多型存在的價值。就像Java中PrintStream的print函式，雖然要顯示整數與顯示陣列必須分別實作print(int data)與print(int[] array)，但就使用者來說，目的都是「把傳入的引數顯示出來」，如果有特定多型，確實可省去記憶函式名稱的細節，尤其有整合開發工具輔助時更為省事。如果特定多型的價值不大，動態語言就不用大費周章地要在API中封裝複雜判斷，以求在外觀上實現特定多型的概念。
真正讓一些人認為特定多型價值不大的原因，其實是將特定多型運用於實作無差異性的場合。實例之一是像先前的show函式，其實應當使用Role作為SwordsMan與Magician父類別，定義兩者的共同行為，並以次型態多型來解決需求：
void show(Role r) {
out.print("(%s, %d)", r.getName(), r.getBlood());
}
out.print("(%s, %d)", r.getName(), r.getBlood());
}
另一不適當的實作也許像是：
String first(String[] strs) {
return strs[0];
}
Integer first(Integer[] integers) {
return integers[0];
}
return strs[0];
}
Integer first(Integer[] integers) {
return integers[0];
}
實際上first函式的實作與型態無關，像這個例子也許用參數多型會比較適合：
<T> T first(T[] ts) {
return ts[0];
}
return ts[0];
}