Sześć rodzajów polimorfizmu - polimorfizm jaki znamy z OOP

Gdy dociera do mnie informacja o kolejnym wspaniałym języku programowania, którego warto się nauczyć, to pierwsze co robię to sprawdzam jak wygląda polimorfizm w tym języku programowania.

• Jeśli język nie wspiera polimorfizmu to stwierdzam, że nie warto się go uczyć. Znam już C i nie mam zamiaru pisać małych programów, w których polimorfizm nie jest potrzebny. Znam też Basha do pisania prostych skryptów. Więc o ile nie jest to jakiś DSL to prawdopodobnie nie można się nauczyć nic ciekawego przy jego nauce.
• Jeśli język wspiera polimorfizm z programowania obiektowego, czyli podtypowanie to nie widze sensu, żeby się go uczyć. Znam programowanie obiektowe z Javy, Kotlina i Scali czy Vali. Obiektowe języki programowania są bardzo podobne i różnią się tylko zwięzłością składni, szybkością działania i ilością dostępnych bibliotek. Nie ma w nich żadnych nowych idei. To ciągle te same koncepcje i te same problemy pod nową postacią.
• Jeśli język wspiera inny rodzaj polimorfizmu to znaczy, że jest ciekawy i przy jego nauce można się czegoś nowego nauczyć.

Ale zaraz, zaraz. Przecież polimorfizm to część programowania obiektowego i poza programowaniem obiektowym polimorfizm jest niemożliwy. Z takim przynajmniej przeświadczeniem można w Polsce wyjść po niektórych uczelniach. No ale nie do końca jest to prawda.

Usłyszałem kiedyś od Jarka Pałki, że istnieje 6 rodzajów polimorfizmu. Niestety nie wymienił wszystkich rodzai. Od tego czasu postanowiłem zebrać je wszystkie razem. I są to:

• Polimorfizm podtypowy
• Polimorfizm strukturalny
• Polimorfizm parametryczny
• Wielometody (Multimetody)
• Polimorfizm ad hoc
• Inne rodzaje polimorfizmu :)

Jednak nie mam pojęcia czy są to te rodzaje polimorfizmu, które Jarek Pałka miał na myśli.

Polimorfizm można podzielić też na dwa rodzaje ze względu na czas wykonania:

• Polimorfizm statyczny to polimorfizm czasu kompilacji rozwiązywany przez kompilator.
• Polimorfizm dynamiczny to polimorfizm czasu wykonania.

Polimorfizm statyczny jest bezpieczniejszy i nie wprowadza opóźnień podczas działania aplikacji. Za to polimorfizm czasu wykonania jest potężniejszy.

Podtypowanie (ang. subtyping)

Subtyping (also called subtype polymorphism or inclusion polymorphism): when a name denotes instances of many different classes related by some common superclass.

Za wikipedią.

Czyli w wolnym tłumaczeniu:

Podtypowanie (zwane również polimorfizmem podtypu lub polimorfizmem inkluzyjnym): gdy nazwa oznacza wystąpienie wielu różnych klas powiązanych przez jakąś wspólną nadklasę.

Podtypowaniem jest powiązane z nominalnym system typów (ang. nominal type system lub name-based type system) zwanym też równoważnością przez nazwę. W nominalnym systemie typów jeden typ można zastosować w miejsce drugiego, jeśli implementują ten sam protokół (ang. protocol), interfejs (ang. interface) lub cechę (ang. trait).

Często jest nazywany także dziedziczeniem. Jednak określenie dziedziczenie może być nieprecyzyjne, ponieważ może odnosić się zarówno do dziedziczenia metod, jak i dziedziczenia pól.

Podtypowanie jest to główny rodzaj polimorfizmu używany w statycznych i obiektowych językach programowania takich jak Vala, Java, Kotlin, Scala, OCaml czy Pony.

Główną zaletą podtypowania jest to, że jest prawdopodobnie najszybszym rodzajem polimorfizmu dynamicznego. Główną wadą jest to że jest to bardzo ograniczony rodzaj polimorfizmu.

Polimorfizm strukturalny (ang. row polymorphism)

Polimorfizm strukturalny nazywany także polimorfizmem opartym na sygnaturach (ang. signature-based polymorphism) można podzielić na dwa podrodzaje:

• Polimorfizm strukturalny w językach statycznie typowanych.
• Polimorfizm strukturalny w językach dynamicznie typowanych.

Polimorfizm strukturalny w językach statycznie typowanych jest powiązany z strukturalnym system typów (ang. structural type system lub property-based type system) zwanym też równoważnością strukturalną. W systemie typów strukturalnych dwa typy są równe, jeśli posiadają taki sam zestaw metod. Czyli żeby użyć jednego typu w miejsce drugiego wystarczy, że posiada on taki sam zestaw metod. Polimorfizm strukturalny jest używany jako polimorfizm pomocniczy w niektórych statycznych i obiektowych językach programowania jak Scala, OCaml lub Pony. Jest także używany jako główny rodzaj polimorfizmu w statycznych językach programowania Go i TypeScript.

Polimorfizm strukturalny w językach dynamicznie typowanych jest powiązany z kaczym typowaniem (ang. duck typing). W takich językach programowania nie ma sprawdzania, czy typy są równe. Po prostu są wywoływane metody. Polimorfizm strukturalny z kaczym typowanie jest głównym sposobem polimorfizmu w dynamicznych i obiektowych językach programowania takich jak Perl, Ruby, Python, JavaScript.

Ponieważ polimorfizm strukturalny działa często przez refleksję i wybiera metody po nazwie, jest wolniejsze niż podtypowanie. W polimorfizmie strukturalnym także używa się dziedziczenia, ale bardziej do dziedziczenia pól lub jako wskazówkę dla programisty niż dlatego, że jest to wymagane przez kompilator lub interpreter.

Polimorfizm parametryczny (ang. parametric polymorphism)

Parametric polymorphism: when one or more types are not specified by name but by abstract symbols that can represent any type.

Za wikipedią.

Czyli w wolnym tłumaczeniu:

Polimorfizm parametryczny: gdy jeden lub więcej typów nie jest określonych przez nazwę, ale przez abstrakcyjne symbole, które mogą reprezentować dowolny typ.

Polimorfizm parametryczny został wymyślony w 1975 roku dla języka programowania Meta Language, który według legendy miał być statycznie typowaną wersją języka LISP. A więc jest to polimorfizm pierwotnie związany z funkcyjnymi językami programowania, a nie z obiektowymi. Polimorfizm parametryczny pozwolił na programowanie uogólnione (ang. generic programming) w statycznie typowanych językach programowania.

Polimorfizm parametryczny można podzielić na dwa rodzaje:

• Polimorfizm parametryczny oparty na szablonach w C++ i D, gdzie kod jest generowany podczas kompilacji dla każdego typu osobno.
• Polimorfizm parametryczny oparty na typach (funkcja, metodach, klasach itd.) uogólnionych (ang. generic types), gdzie dla wszystkich typów jest używany ten sam kod.

Podsumowanie

W tym artykule krótko opisałem trzy rodzaje polimorfizmu kojarzone standardowo z obiektowymi językami programowania. Pozostałe trzy są opisane w kolejnym artykule Sześć rodzajów polimorfizmu - polimorfizm jakiego nie znamy z OOP