多态性是面向对象程序设计代码重用的一个重要机制，我们曾不只一次的提到Java多态性。在Java运行时多态性：继承和接口的实现一文中，我们曾详细介绍了Java实现运行时多态性的动态方法调度；今天我们再次深入Java核心，一起学习Java中多态性的实现。
“polymorphism(多态）”一词来自希腊语，意为“多种形式”。多数Java程序员把多态看作对象的一种能力，使其能调用正确的方法版本。尽管如此，这种面向实现的观点导致了多态的神奇功能，胜于仅仅把多态看成纯粹的概念。
Java中的多态总是子类型的多态。几乎是机械式产生了一些多态的行为，使我们不去考虑其中涉及的类型问题。本文研究了一种面向类型的对象观点，分 析了如何将对象能够 表现的行为和对象即将表现的行为分离开来。抛开Java中的多态都是来自继承的概念，我们仍然可以感到，Java中的接口是一组没有公共代码的对象共享实 现。
多态的分类
多态在面向对象语言中是个很普遍的概念.虽然我们经常把多态混为一谈，但实际上 有四种不同类型的多态。在开始正式的子类型多态的细节讨论前，然我们先来看看普通面向对象中的多态。
Luca Cardelli和Peter Wegner（"On Understanding Types, Data Abstraction, and Polymorphism"一文的作者， 文章参考资源链接）把多态分为两大类----特定的和通用的----四小类：强制的，重载的，参数的和包含的。他们的结构如下：
在这样一个体系中，多态表现出多种形式的能力。通用多态引用有 相同结构类型的大量对象，他们有着共同的特征。特定的多态涉及的是小部分没有相同特征的对象。四种多态可做以下描述：
◆强制的：一种隐 式做类型转换的方法。
◆重载的：将一个标志符用作多个意义。
◆参数的：为不同类型的参数提供相同的操作。
◆包含的：类包含关系的抽象操作。
我将在讲述子类型多态前简单介绍一下这几种多态。
强制的多态
强制多态隐式的将参数按某种方法，转换成编译器认为正确的类型以避免错误。在以下的表达式中，编译器必须决定二元运算符‘+’所应做的工作：
2.0 + 2.0
2.0 + 2
2.0 + "2"
第一个表达式将两个double的 操作数相加；Java中特别声明了这种用法。
第二个表达式将double型和int相加。Java中没有明确定义这种运算。不过，编 译器隐式的将第二个操作数转换为double型，并作double型的加法。做对程序员来说十分方便，否则将会抛出一个编译错误，或者强制程序员显式的将 int转换为double。
第三个表达式将double与一个String相加。Java中同样没有定义这样的操作。所以，编译器将 double转换成String类型，并将他们做串联。
强制多态也会发生在方法调用中。假设类Derived继承了类Base，类C 有一个方法，原型为m(Base)，在下面的代码中，编译器隐式的将Derived类的对象derived转化为Base类的对象。这种隐式的转换使 m(Base)方法使用所有能转换成Base类的所有参数。
- C c = new C();
- Derived derived = new Derived();
- c.m( derived );
并且，隐式的强制转换，可以避免 类型转换的麻烦，减少编译错误。当然，编译器仍然会优先验证符合定义的对象类型。
重载的多态
重载 允许用相同的运算符或方法，去表示截然不同的意义。‘+’在上面的程序中有两个意思：两个double型的数相加；两个串相连。另外还有整型相加，长整 型，等等。这些运算符的重载，依赖于编译器根据上下文做出的选择。以往的编译器会把操作数隐式转换为完全符合操作符的类型。虽然Java明确支持重载，但 不支持用户定义的操作符重载。
Java支持用户定义的函数重载。一个类中可以有相同名字的方法，这些方法可以有不同的意义。这些重载 的方法中，必须满足参数数目不同，相同位置上的参数类型不同。这些不同可以帮助编译器区分不同版本的方法。
编译器以这种唯一表示的特 征来表示不同的方法，比用名字表示更为有效。据此，所有的多态行为都能编译通过。
强制和重载的多态都被分类为特定的多态，因为这些多 态都是在特定的意义上的。这些被划入多态的特性给程序员带来了很大的方便。强制多态排除了麻烦的类型和编译错误。重载多态像一块糖，允许程序员用相同的名 字表示不同的方法，很方便。
参数的多态
参数多态允许把许多类型抽象成单一的表示。例如，List 抽象类中，描述了一组具有同样特征的对象，提供了一个通用的模板。你可以通过指定一种类型以重用这个抽象类。这些参数可以是任何用户定义的类型，大量的用 户可以使用这个抽象类，因此参数多态毫无疑问的成为最强大的多态。
乍一看，上面抽象类好像是java.util.List的功能。然 而，Java实际上并不支持真正的安全类型风格的参数多态，这也是java.util.List和java.util的其他集合类是用原始的 java.lang.Object写的原因（参考我的文章"A Primordial Interface?" 以获得更多细节）。Java的单根继承方式解决了部分问题，但没有发挥出参数多态的全部功能。Eric Allen有一篇精彩的文章“Behold the Power of Parametric Polymorphism”，描述了Java通用类型的需求，并建议给Sun的Java规格需求#000014号文档"Add Generic Types to the Java Programming Language."（参考资源链接）
包含的多态
包含多态通过值的类型和集合的包含关系实现了多态的行为.在包括Java在内的众多面向对象语言中，包含关系是子类型的。所以，Java的包含多态是子 类型的多态。
在早期，Java开发者们所提及的多态就特指子类型的多态。通过一种面向类型的观点，我们可以看到子类型多态的强大功 能。以下的文章中我们将仔细探讨这个问题。为简明起见，下文中的多态均指包含多态。
面向类型观点
图1的UML类图给出了类和类型的简单继承关系，以便于解释多 态机制。模型中包含5种类型，4个类和一个接口。虽然UML中称为类图，我把它看成类型图。如"Thanks Type and Gentle Class," 一文中所述，每个类和接口都是一种用户定义的类型。按独立实现的观点（如面向类型的观点），下图中的每个矩形代表一种类型。从实现方法看，四种类型运用了 类的结构，一种运用了接口的结构。
图1：示范代码的UML类图
以下的代码实现了每个用户 定义的数据类型，我把实现写得很简单。
用这样的类型声明和类的定义，图2从概念的观点描述了Java指令。
Derived2 derived2 = new Derived2();
图2 ：Derived2 对象上的引用
上文中声明了 derived2这个对象，它是Derived2类的。图2种的最顶层把Derived2引用描述成一个集合的窗口，虽然其下的Derived2对象是可 见的。这里为每个Derived2类型的操作留了一个孔。Derived2对象的每个操作都去映射适当的代码，按照上面的代码所描述的那样。例 如，Derived2对象映射了在Derived中定义的m1()方法。而且还重载了Base类的m1()方法。一个Derived2的引用变量无权访问 Base类中被重载的m1()方法。但这并不意味着不可以用super.m1()的方法调用去使用这个方法。关系到derived2这个引用的变量，这个 代码是不合适的。Derived2的其他的操作映射同样表明了每种类型操作的代码执行。
既然你有一个Derived2对象，可以用任 何一个Derived2类型的变量去引用它。如图1所示，Derived, Base和IType都是Derived2的基类。所以，Base类的引用是很有用的。图3描述了以下语句的概念观点。
Base base = derived2;
图3：Base类引用附于Derived2对象之上
虽然Base类的引用不用再访问m3()和m4()，但是却不会改变它Derived2对象的任何特征及操作映射。无论是变量derived2还是 base，其调用m1()或m2(String)所执行的代码都是一样的。
两个引用之所以调用同一个行为，是因为Derived2对象并不知道去调用哪个方法。对 象只知道什么时候调用，它随着继承实现的顺序去执行。这样的顺序决定了Derived2对象调用Derived里的m1()方法，并调用Derived2 里的m2(String)方法。这种结果取决于对象本身的类型，而不是引用的类型。
尽管如此，但不意味着你用derived2和 base引用的效果是完全一样的。如图3所示，Base的引用只能看到Base类型拥有的操作。所以，虽然Derived2有对方法m3()和m4()的 映射，但是变量base不能访问这些方法。
运行期的Derived2对象保持了接受m3()和m4()方法的能力。类型的限制使 Base的引用不能在编译期调用这些方法。编译期的类型检查像一套铠甲，保证了运行期对象只能和正确的操作进行相互作用。换句话说，类型定义了对象间相互 作用的边界。
多态的依附性
类型的一致性是多态的核心。对象上的每一个引用，静态的类型检查器都要确认这样的依附和其对象的层次是一致的。当一个引用成功的依附于另一个不同的 对象 时，有趣的多态现象就产生了。（严格的说，对象类型是指类的定义。）你也可以把几个不同的引用依附于同一个对象。在开始更有趣的场景前，我们先来看一下下 面的情况为什么不会产生多态。
多个引用依附于一个对象
图2和图3描述的例子是把两个及两个以上的 引用依附于一个对象。虽然Derived2对象在被依附之后仍保持了变量的类型，但是，图3中的Base类型的引用依附之后，其功能减少了。结论很明显： 把一个基类的引用依附于派生类的对象之上会减少其能力。
一个开发这怎么会选择减少对象能力的方案呢？这种选择是间接的。假设有一个名 为ref的引用依附于一个包含如下方法的类的对象：
用一个Derived2的参数调用poly(Base)是符合参数类型检查的：
方法调用把一个本地Base类型的变量依附在一个引入的对象上。所以，虽然这个方法只接 受Base类型的参数，但Derived2对象仍是允许的。开发这就不必选择丢失功能的方案。从人眼在通过Derived2对象时所看到的情况，Base 类型引用的依附导致了功能的丧失。但从执行的观点看，每一个传入poly1(Base)的参数都认为是Base的对象。执行机并不在乎有多个引用指向同一 个对象，它只注重把指向另一个对象的引用传给方法。这些对象的类型不一致并不是主要问题。执行器只关心给运行时的对象找到适当的实现。面向类型的观点展示 了多态的巨大能力。
附于多个对象的引用
让我们来看一下发生在poly1(Base)中的多态行 为。下面的代码创建了三个对象，并通过引用传给poly1(Base):
poly1(Base)的实现代码是调用传进来的参数的m1()方法。图3和图4展示了 把三个类的对象传给方法时，面向类型的所使用的体系结构。
图4：将Base引用指向Derived类，以及Base对象
请注意每个图中方法m1()的映射。图3中，m1()调用了Derived类的代码；上面代码中的注释标明了ploy1(Base)调用 Derived.m1()。图4中Derived对象调用的仍然是Derived类的m1()方法。最后，图4中，Base对象调用的m1()是Base 类中定义的代码。
多态的魅力何在？再来看一下poly1(Base)的代码，它可以接受任何属于Base类范畴的参数。然而，当他收 到一个Derived2的对象时，它实际上却调用了Derived版本的方法。当你根据Base类派生出其他类时，如 Derived，Derived2，poly1(Base)都可以接受这些参数，并作出选择调用合适的方法。多态允许你在完成poly1(Base)后扩 展它的用途。
这看起来当然很神奇。基本的理解展示了多态的内部工作原理。在面向类型的观点中，底层的对象所实现的代码是非实质性的。 重要的是，类型检查器会在编译期间为每个引用选择合适的代码以实现其方法。多态使开发者运用面向类型的观点，不考虑实现的细节。这样有助于把类型和实现分 离（实际用处是把接口和实现分离）。