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从基础到进阶：你知道什么是「子类型多态性」吗？
在程式语言理论中，「子类型」或称为「子类型多态性」是一种型别多态的形式，这意味着子类型是一种与其他数据类型（超类型）相关的数据类型。这种关系是所谓的可替换性，表示编写的程式元件（通常是子程序或函数）能够在超类型预期的位置上安全地操作子类型的元素。这样的概念使得多态性在物件导向编程中变得尤为重要。
「子类型多态性不仅是程式设计的基石，也是物件导向编程的灵魂。」
当设置一个子类型 S 为超类型 T 时，S <: T 的关系指明了任何类型为 S 的项目都可以安全地在任何期待类型 T 的上下文中使用。这种子类型的逻辑及其具体语义取决于在特定型别形式或程式语言中如何定义「安全使用」和「任何上下文」。
事实上，每一种程式语言的型别系统都定义了其自己的子类型关系。有些型别系统的子类型关系可能非常简单，尤其是当语言几乎不支持任何转换机制时。这意味着一个项目可能属于多个型别，而子类型则是一种型别多态性。
「在物件导向编程中，多态性通常仅指子类型多态性，而参数多态性则被视为通用程式设计的技术。」
许多功能性程式语言允许纪录的子类型，因此，简单的类型lambda演算与纪录类型的扩展可视为一种实用的子类型理论设定。在这里，项目可以同时拥有多种型别，因此不再是「简单型别理论」。这使得复杂的功能，如函数，能够在记录中进行存储，提供了物件导向编程的一些特性。
子类型的起源
子类型的概念始于1960年代，最早在 Simula 衍生产品中提出。 1980年，约翰·C·雷诺兹首次用范畴理论正式化隐式转换，而卢卡·卡德利于1985年进一步推进此理论。随着物件导向编程的主流采用，子类型的概念渐渐受到重视，并在某些圈子中与多态性同义。
「安全替换原则，通常被称为莉斯科夫替换原则，强调了子类型必须在行为上保持与超类型的一致性。」
这一理论背景使得在不同上下文中使用子类型的可行性成为程式设计中的一个重要考量。子类型的设计不仅必须考虑可替换性，还必须考虑可变性，这使得莉斯科夫和珍妮特·温的定义比型别检查器所能实现的要强得多。
范例与实践
让我们通过一个简单的实践范例来理解子类型的概念，假设有一个类型「鸟」，其子类型有「鸭子」、「杜鹃」和「驼鸟」。这些次类型虽然共享「鸟」的特性，但又各有其独特之处。在设计中，这种信息的规划是非常重要的，因为它不仅影响到型别的适用性，也影响程式的可读性和可维护性。
假设在程式语言中，整数值可以在预期为浮点值的地方使用（Integer <: Float），或者定义了一个通用型别 Number 作为整数和实数的共同超类。在这种情况下，我们仅有 Integer <: Number 和 Float <: Number，但整数和浮点数并不是彼此的子类型。
「使用子类型的强大之处在于，程式设计师可以以更抽象的方式编写代码，这在没有子类型的情况下是很难实现的。」
这样的抽象行为意味着，无论是整数还是实数，只要其都是 Number 的子类型，就能被传递到定义在 Number 上的比较函数中。然而，这种函数的实现会对 Number 型别的灵活性造成显著的限制。
子类型与继承的关系
在许多物件导向语言中，子类型称为介面继承，而继承则是实作继承。虽然这两者有密切的关联，但子类型主要关注型别之间的关系，而继承则关注对象之间的实作关系。这种区别在实际的编程中尤为重要，因为它们影响了如何设计和使用程式码。
「子类型的正确理解，有助于程序员在编写清晰、可维护的代码上获得更大的灵活性和力量。」
因此，了解和掌握子类型多态性不仅对于提升程式设计技术至关重要，也能促进程序设计的深度和广度。你是否也在思考如何在自己的程式码中更好地应用这种子类型多态性呢？
