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從基礎到進階：你知道什麼是「子類型多態性」嗎？
在程式語言理論中，「子類型」或稱為「子類型多態性」是一種型別多態的形式，這意味著子類型是一種與其他數據類型（超類型）相關的數據類型。這種關係是所謂的可替換性，表示編寫的程式元件（通常是子程序或函數）能夠在超類型預期的位置上安全地操作子類型的元素。這樣的概念使得多態性在物件導向編程中變得尤為重要。
「子類型多態性不僅是程式設計的基石，也是物件導向編程的靈魂。」
當設置一個子類型 S 為超類型 T 時，S <: T 的關係指明了任何類型為 S 的項目都可以安全地在任何期待類型 T 的上下文中使用。這種子類型的邏輯及其具體語義取決於在特定型別形式或程式語言中如何定義「安全使用」和「任何上下文」。
事實上，每一種程式語言的型別系統都定義了其自己的子類型關係。有些型別系統的子類型關係可能非常簡單，尤其是當語言幾乎不支持任何轉換機制時。這意味着一個項目可能屬於多個型別，而子類型則是一種型別多態性。
「在物件導向編程中，多態性通常僅指子類型多態性，而參數多態性則被視為通用程式設計的技術。」
許多功能性程式語言允許紀錄的子類型，因此，簡單的類型lambda演算與紀錄類型的擴展可視為一種實用的子類型理論設定。在這裡，項目可以同時擁有多種型別，因此不再是「簡單型別理論」。這使得複雜的功能，如函數，能夠在記錄中進行存儲，提供了物件導向編程的一些特性。
子類型的起源
子類型的概念始於1960年代，最早在 Simula 衍生產品中提出。1980年，約翰·C·雷諾茲首次用範疇理論正式化隱式轉換，而盧卡·卡德利於1985年進一步推進此理論。隨著物件導向編程的主流採用，子類型的概念漸漸受到重視，並在某些圈子中與多態性同義。
「安全替換原則，通常被稱為莉斯科夫替換原則，強調了子類型必須在行為上保持與超類型的一致性。」
這一理論背景使得在不同上下文中使用子類型的可行性成為程式設計中的一個重要考量。子類型的設計不僅必須考慮可替換性，還必須考慮可變性，這使得莉斯科夫和珍妮特·溫的定義比型別檢查器所能實現的要強得多。
範例與實踐
讓我們通過一個簡單的實踐範例來理解子類型的概念，假設有一個類型「鳥」，其子類型有「鴨子」、「杜鵑」和「駝鳥」。這些次類型雖然共享「鳥」的特性，但又各有其獨特之處。在設計中，這種信息的規劃是非常重要的，因為它不僅影響到型別的適用性，也影響程式的可讀性和可維護性。
假設在程式語言中，整數值可以在預期為浮點值的地方使用（Integer <: Float），或者定義了一個通用型別 Number 作為整數和實數的共同超類。在這種情況下，我們僅有 Integer <: Number 和 Float <: Number，但整數和浮點數並不是彼此的子類型。
「使用子類型的強大之處在於，程式設計師可以以更抽象的方式編寫代碼，這在沒有子類型的情況下是很難實現的。」
這樣的抽象行為意味著，無論是整數還是實數，只要其都是 Number 的子類型，就能被傳遞到定義在 Number 上的比較函數中。然而，這種函數的實現會對 Number 型別的靈活性造成顯著的限制。
子類型與繼承的關係
在許多物件導向語言中，子類型稱為介面繼承，而繼承則是實作繼承。雖然這兩者有密切的關聯，但子類型主要關注型別之間的關係，而繼承則關注對象之間的實作關係。這種區別在實際的編程中尤為重要，因為它們影響了如何設計和使用程式碼。
「子類型的正確理解，有助於程序員在編寫清晰、可維護的代碼上獲得更大的靈活性和力量。」
因此，了解和掌握子類型多態性不僅對於提升程式設計技術至關重要，也能促進程序設計的深度和廣度。你是否也在思考如何在自己的程式碼中更好地應用這種子類型多態性呢？
