用语言python和C#实现动态多态性，前者简单易懂，后者复杂难理解

Posted 2022-10-26 geng_zhaoying

多态性是面向对象的三大特性之一。当同一操作用于不同的对象，可以有不同的解释，产生不同的执行结果，这种特性称为多态性。在计算机语言中的多态性，一般是指调用一个同名函数，参数不同，会产生不同的执行结果。多态性可以是静态的或动态的。静态多态性，是有若干同名函数，函数的形参类型和个数不同，系统在编译时，根据调用方法的实参类型及实参的个数决定调用哪个同名方法，实现何种操作。动态多态性，是调用一个名字相同，形参的类型及个数完全一样的方法，在程序运行时根据实参的不同，完成不同的操作。C#运行时的多态性通过虚方法实现，复杂难懂。python函数的形参没有类型，仅仅是一个名字，当形参被实参赋值，形参将引用(代表)实参，函数就可以操作实参所引用的类对象，此概念将极大简化动态多态性的实现。由于python不用编译，是解释执行的，这里只讨论动态多态性。下面的例子说明用C#语言实现动态多态性的方法。

using System;
class A
	public void F()				//非虚方法
               	Console.Write("  A.F");	
	public virtual void G()                 		//虚方法
	 	Console.Write("  A.G");	

class B:A						//A类为B类的基类
	new public void F()				//隐藏基类的同名非虚方法F()，注意使用new
		Console.Write("  B.F");	
	public override void G()   			//隐藏基类的同名虚方法G()，注意使用override
		Console.Write("  B.G");	

class Test
	static void F2(A aA)				//注意，参数为A类引用变量
		aA.G();			
	static void Main()
	    	B b=new B();
	     	A a1=new A();
	     	A a2=b; 		//允许基类引用变量引用派生类对象，a2引用A类派生类B的对象b
	     	a1.F(); 		//调用基类A的非虚方法F(),显示A.F
	     	a2.F(); 		//F()为非虚方法，调用基类A的F(),显示A.F
	     	b.F();  		//F()为非虚方法，调用派生类B的F(),显示B.F
	    	 a1.G(); 		//G()为虚方法，因a1引用基类A对象，调用基类A的G()，显示A.G
	     	a2.G(); 		//G()为虚方法，因a2引用派生类B对象，调用派生类B的G()，显示B.G
	     	F2(a2);  		//由于a2引用A类派生类B的对象b，调用派生类B的函数G(),显示B.G
	    	 F2(a1); 		//实参为基类A对象,调用A类的函数G(),显示A.G
		//最后两句调用一个名字相同，参数的类型及个数完全一样的方法F2，实参不同，完成不同的操作

那么输出应该是：A.F A.F B.F A.G B.G B.G A.G
这里实现的要点是函数F2()的形参类型是类A，那么实参必须是A类对象或A类的派生类的对象，由于方法G()是虚方法，实参是A类对象，调用A类方法G()，实参是B类对象，调用B类方法G()。从而完成不同功能。这里涉及C#语言众多概念，十分复杂。
用Python实现相同功能，就简单多了，例子如下。

class A:
    def G(self):
        print("  A.G") 
class B(A):
#class B():    #实际上，python并不要求B类是A类子类
    def G(self):
        print("  B.G")
def F2(o):
    o.G()
aA=A()
aB=B()
F2(aA)
F2(aB)

运行后，将显示:
A.G
B.G
实际上，实现动态多态性并不要求两个类存在继承关系，即上例并不要求B类是A类子类。如果B类定义中，第4条语句变为被注释的第5条语句，仍能正常工作，但要求两个类中被函数F2()调用的方法名称必须相同。
python多态性的实现是利用了变量是对类对象的引用(代表)的规则。这里解释这个规则，变量有两部分：字符组成的变量名和保存数据的内存单元地址，令a=2，其实是将整数2保存到内存数据区，在内存变量区先保存变量名a，在其后保存整数2所在内存的地址。因此必须对变量赋值，变量才可以使用。用变量访问数据，实际是通过变量名得到地址，用地址访问数据，这种方式被称作变量a引用(代表)了整数2。如果再令a=2.3，先将浮点数2.3保存到内存数据区，变量名保持不变，仅将其后的地址换为浮点数所在内存的地址，称作变量a引用(代表)了浮点数2.3，由于变量a不再引用整数2，如果也没有其它变量引用整数2，整数2所占用的内存单元将被垃圾收集器收回。函数F2()的形参仅仅有一个名字，还未保存对应数据的地址，应是None。当程序运行后，函数F2()将被调用，形参被实参赋值。实参一定是引用了某个类对象，那么形参也将和实参一样都引用了这个类对象，即两者都引用了同一个类对象，那么通过形参就可以调用这个类对象的函数，完成指定功能。
动态多态性概念在python中被广泛使用，很多内置函数都采用python动态多态性的概念。例如python内置函数len()能检测多种数据类型的长度，也是采用了动态多态性的概念，实现步骤和上例类似。python所有数据类型都是类，包括字符串类、列表类和元组类等，这些类中都应有一个同名的检测自己长度的方法，该方法返回值为所得到的长度，假如都为G()。内置函数len()实参必定引用(代表)某一个数据类对象，将实参赋值给形参，形参将也引用(代表)这一个数据类对象，通过形参可以调用这个数据类的方法G()，将得到该数据类对象的长度返回。如果对象是字符串，则返回字符数，如果对象是列表，则返回列表中的项目数等。