iThome 網站首載：多型的本質 （三）思考行為外觀的次型態多型
參數（Parametric）多型為了規範型態變數的範圍，可對型態變數加上約束，某些語言取此概念，允許針對某型態定義的函式，可傳入次型態（Subtype）物件，這種次型態多型是物件導向程式設計中最常見，也是多數開發者所熟悉的多型。次型態關係並非狹義的繼承關係，如果型態S具有型態T所有方法，S可視為T的次型態，次型態多型重點在於思考物件的行為外觀，讓函式定義可以在不同型態間互通。
- 類別繼承與介面實作是一種次型態階層
如果S是T的次型態，S型態實例可被當作T型態來使用，這種無需指定額外屬性或進行程式碼修改的取代性，讓函式定義可在不同型態間互通。以Java為例，當Sprite類別定義了getName與getBlood，SwordsMan與Magician繼承Sprite，若要設計方法使用getName與getBlood顯示角色資訊，以特定（Ad-hoc）多型分別設計show(SwordsMan s)與show(Magician m)並不適當，因為函式實作內容並非特定於SwordsMan或Magician。可設計為show(Sprite s)，雖然定義show函式時是針對Sprite型態，但實際執行時可傳入SwordsMan、Magician或任何繼承Sprite的類別實例，雖然是透過s呼叫getName或getBlood，只要傳入實例繼承Sprite，就具有Sprite定義的所有方法，show函式就可正常執行。
Java中只能繼承一個具體類別，但可以實作多個抽象介面（interface），介面是Java中提供的受限多重繼承，目的之一是提供更有彈性的次型態多型。舉例來說，要設計一個所有東西都會游泳的海洋樂園遊戲，將swim行為外觀定義在Fish類別中並不適合，因為這會使得想具備swim行為外觀的物件都得繼承Fish；如果有個Human類別為了具備swim行為外觀而繼承Fish，顯然就不是合理的設計。（Human會是一種Fish嗎？）
考慮海洋樂園的需求是所有東西都會游泳，而不是所有魚都會游泳，因而有必要將swim的行為外觀抽取出來定義於Swimmer介面，Fish可以實作Swimmer介面而擁有swim行為外觀，Human也可以實作Swimmer而擁有swim行為外觀，Fish與Human都可視為Swimmer的次型態，但Fish與Human沒有直接繼承關係，因而Human不是一種Fish。如果今天有個需求是設計doSwim函式，呼叫傳入物件的swim方法，設計doSwim(Swimmer s)，顯然會比分別針對Fish及Human設計doSwim(Fish f)及doSwim(Human h)聰明多了，對於doSwim(Swimmer s)來說，雖然定義時是針對Swimmer型態，然而任何實作Swimmer介面的物件必然擁有swim方法，自然就可透過s來參考呼叫。
- 動態語言具有更廣義的次型態多型
動態語言的變數不需要指定型態資訊，開發者定義函式時不用考慮型態，只要思考變數參考的物件擁有哪些行為外觀。例如設計一個doQuack(duck)函式，當中呼叫duck.quack()方法，即使型態S與型態T彼此沒有繼承關係，但都擁有quack方法，就可將S或T實例傳入doQuack函式中執行。由於duck變數實際上沒有規範型態，所以沒辦法說S是T的次型態，或說T是S的次型態，因而動態語言界稱duck具有鴨子型態（Duck typing）的行為外觀。
靜態語言中宣告型態，主要是為編譯器提供型態資訊，讓編譯器透過型態瞭解變數參考的物件有哪些方法可操作；從另一角度來看，型態也是要求編譯器提供約束，確保變數參考的物件確實擁有變數型態所有的方法；動態語言由於變數沒有型態資訊，因而沒有這層約束，然而不變的是，執行時期要求物件必須擁有變數打算操作的所有方法，否則就會執行錯誤，靜態語言只是把這類錯誤儘可能在編譯時期呈現。
型態的意義之一在於規範物件本身擁有的行為外觀，就doQuack(duck)而言，duck可視為隱含著一種型態（例如鴨子型態），此隱含型態擁有的方法即doQuack中對duck的所有操作，所有傳入doQuack的物件，都必須擁有duck隱含型態上所有方法（具備鴨子型態的行為外觀），傳入doQuack函式的物件型態，都是duck隱含型態的次型態。
Java的介面在語法層面來說是屬於受限多重繼承，然而語義層面是將物件的行為外觀具體化型態，實作某個介面代表該物件擁有該介面定義的行為外觀。以先前海洋樂園的例子來說，Fish與Human實作Swimmer，在語義層面上表示Fish與Human都擁有Swimmer定義的行為外觀，即使它們沒有直接繼承關係，設計上是將swim的行為外觀從各種物件中抽取出來具體化為Swimmer型態。
- 思考靜態語言中更廣義的次型態多型
無論如何，靜態語言中必須針對行為外觀定義型態，終究是比動態語言缺少彈性。以Java來說，光是型態名稱就令人煩惱了，如果今天有個Duck類別本來沒有實現Swimmer介面，但確實擁有swim方法，為了要運用doSwim函式，還得修改Duck類別使其實作Swimmer介面。
不過靜態語言還是可以透過某些方式，來支援更廣義的次型態多型。以Java為例，可以透過反射（Reflection）機制，不理會物件實際型態，只針對物件上的方法簽署（Signature），實現基於簽署的多型（Signature-Based Polymorphism）。例如實作讓所有具備swim方法的物件都可以執行的doSwim：
void doSwim(Object o) throws Exception {
o.getClass().getMethod("swim", null).invoke(o, null);
}
o.getClass().getMethod("swim", null).invoke(o, null);
}
就行為外觀上，doSwim函式等於捨棄了型態，只在乎物件上是否具備要呼叫的方法簽署，這與動態語言中鴨子型態的概念類似，然而Java以反射機制換取彈性的代價是付出效能、失去編譯時期檢查以及複雜的程式邏輯。同樣身為靜態語言的Scala作得好一些，可以結構型態（Structural typing）保留編譯時期檢查及避免複雜程式邏輯，例如實作讓所有具備swim方法的物件都可以執行的doSwim：
def doSwim(s: {def swim: Unit}) {
s.swim
}
s.swim
}
捨棄型態而僅思考行為外觀的另一實例，就是物件導向語言導入一級函式特性時的考量。以Java為例，現階段實現接近一級函式概念的方式，是以匿名內部類別實作僅含單一抽象方法（Single abstract method）的介面，然而實際上開發者只在意函式參數與本體，此方式仍迫使開發者要注意介面型態與方法名稱。JDK8預計引入的Lambda在語法上捨棄介面型態與方法名稱，例如實作Comparator<String>時可寫為(s1, s2) -> s1.compareTo(s2)，然而為了與既有API相容及避免創造新的型態系統，Lambda語法的目標型態（Target type）必須是函式介面（Functional interface），權宜之計是透過定義通用函式介面，降低API設計者及使用者記憶型態與方法名稱的負擔。
- 針對行為外觀思考以取得通用性
次型態多型的本質，在於設計時思考物件間共通的行為外觀，無論該行為外觀在靜態語言中是否具體化為型態，或只是動態語言中由物件單純擁有。實際上在某些程式語言中（像是Ruby），方法與訊息（Message）的概念是分開的，物件被視為訊息的接收者，有能力將訊息對應至要執行的方法，甚至沒有定義方法，也可以處理接收到的訊息。
在這類語言中定義函式時，甚至可僅要求傳入函式的物件，在接收到訊息後能觸發某些方法或執行對應動作，這樣的函式顯然具有更大的通用性，因為不僅不要求傳入物件的實際型態，連物件是否真正定義了對應方法也不在乎，只要求物件對於傳送的訊息有能力處理，這樣的多型稱為包容性（Inclusion）多型，實際上次型態多型不過是包容式多型的實例之一。
設計時實際思考行為外觀而非型態本身，與Design by contract或是Program to an interface, not an implementation等至理名句要傳達的概念是相同的。型態並非真正要思考的對象，行為外觀才是重點。