多分派

多分派或译多重派发（multiple dispatch）或多方法（multimethod），是某些编程语言的一个特性，其中的函数或者方法，可以在运行时间（动态的）基于它的实际参数的类型，或在更一般的情况下于此之外的其他特性，来动态分派。这是对单分派多态的推广， 那里的函数或方法调用，基于在其上调用方法的对象的派生类型，而动态分派。多分派使用一个或多个实际参数的组合特征，路由动态分派至实现函数或方法。

理解分派

软件工程师通常把代码写进代码块中，代码块通常称作过程、函数、方法。代码通过被调用来执行，调用时将控制权传入函数中，当函数执行完成后将控制权返回给调用者。

函数名通常用来描述函数的目的。有时会将多个函数起同样的名称。比如同名函数在逻辑上处理相同的任务，但是操作在不同类型的输入值上。在这种情况下，无法仅仅通过函数名，来判断目标代码块。那么，函数的实际参数的个数和类型，也就被用来判断。

通常，单分派面向对象语言，在调用一个方法时，方法参数中一个参数会被特殊对待，并用来决定哪一个方法（如果有多个同名方法）会被调用。在许多语言中，这个特殊的参数是在语法上指明的，许多编程语言在调用方法时，把特殊参数放在小圆点（.）之前。例如 special.method(other, arguments, here)，这样 lion.sound() 将会发出狮吼，同时 sparrow.sound() 只会吱吱地叫。一般来说，对于面向对象的编程语言，这个小圆点之前的参数（上例中的lion和sparrow）被称为接收者。

相反，在实现了多分派的语言中，被调用的函数，即是那些参数个数一样多，并且类型也匹配的调用。在调用中并没有特殊参数，来决定那个方法被调用。也就是说，所有参数的运行时类型都参与分派。CLOS是早期和著名的多分派语言。

数据类型 

对于编译时间可以区分数据类型的编程语言，在（alternative）函数中进行选择，可以发生在编译时间，创建交替函数用于编译时间选择的活动，通常被叫做函数重载。

在有些编程语言中，这种数据类型的识别，可以被延后至运行时间（）。交替函数的选择发生在运行时间，并依据动态确定的函数实际参数的类型。以这种方式选择交替实现的函数，通常被称为多方法。

例子 
可以通过例子更加清晰的区分多分派和单一分派。假想一个游戏，它有两种（用户可见的）物体：飞船和小行星。当两个物体要相撞的时候，程序需要依据什么物体要相撞而做不同的事情。

具有内建多分派的语言

Common Lisp 
在具有多分派的Common Lisp语言中，可以在Common Lisp对象系统中如下这样实现：

(defgeneric collide (x y))
(defclass asteroid () ())
(defclass spaceship () ())
(defmethod collide-with ((x asteroid) (y asteroid))
  ;; deal with asteroid hitting asteroid
  )
(defmethod collide-with ((x asteroid) (y spaceship))
  ;; deal with asteroid hitting spaceship
  )
(defmethod collide-with ((x spaceship) (y asteroid))
  ;; deal with spaceship hitting asteroid
  )
(defmethod collide-with ((x spaceship) (y spaceship))
  ;; deal with spaceship hitting spaceship
  )

并且对其他方法也是类似的。没有使用显式测试和“动态转换”。

由于多分派的存在，方法要定义在类中并包含在对象中的传统想法，变得不再吸引人了，上述每个collide-with方法，都附属于两个不同的类而非一个类。因此方法调用的特殊语法，一般会消失，从而方法调用看起来完全就像正常的函数调用，并且方法被组织入泛化函数而非类中。

Julia 
Julia有内建的多分派，并且它是语言设计的中心。Julia版本的例子如下：

collide_with(x::Asteroid, y::Asteroid) = ... # deal with asteroid hitting asteroid
collide_with(x::Asteroid, y::Spaceship) = ... # deal with asteroid hitting spaceship
collide_with(x::Spaceship, y::Asteroid) = ... # deal with spaceship hitting asteroid
collide_with(x::Spaceship, y::Spaceship) = ... # deal with spaceship hitting spaceship

C# 
C#在版本4（2010年4月），使用关键字dynamic，介入了对动态多方法的支持。下面的例子展示多方法协同于在版本8（2019年9月）中介入的switch表达式。像很多其他静态类型的语言语言一样，C#还支持静态方法重载，Microsoft预期开发者在多数场景下会选用静态类型超过动态类型。dynamic关键字支持COM对象和动态类型的.NET语言的互操作。

class Program
{
    static void Main()
    {
        Console.WriteLine(Collider.Collide(new Asteroid(101),  new Spaceship(300)));
        Console.WriteLine(Collider.Collide(new Asteroid(10),   new Spaceship(10)));
        Console.WriteLine(Collider.Collide(new Spaceship(101), new Spaceship(10)));
    }
}

static class Collider
{
    public static string Collide(SpaceObject x, SpaceObject y) =>
        ((x.Size > 100) && (y.Size > 100)) ?
            "Big boom!" : CollideWith(x as dynamic, y as dynamic);
    private static string CollideWith(Asteroid x, Asteroid y) => "a/a";
    private static string CollideWith(Asteroid x, Spaceship y) => "a/s";
    private static string CollideWith(Spaceship x, Asteroid y) => "s/a";
    private static string CollideWith(Spaceship x, Spaceship y) => "s/s";
}

abstract class SpaceObject
{
    public SpaceObject(int size) => Size = size;

    public int Size { get; }
}

class Asteroid : SpaceObject
{
    public Asteroid(int size) : base(size) { }
}

class Spaceship : SpaceObject
{
    public Spaceship(int size) : base(size) { }
}

输出：
big-boom
a/s
s/s

Groovy 
Groovy是通用的Java兼容/互用的JVM语言，它对立于Java，使用后期绑定/多分派。

/*
    Groovy implementation of C# example above
    Late binding works the same when using non-static methods or compiling class/methods statically
    (@CompileStatic annotation)
*/
class Program {
    static void main(String[] args) {
        println Collider.collide(new Asteroid(101), new Spaceship(300))
        println Collider.collide(new Asteroid(10), new Spaceship(10))
        println Collider.collide(new Spaceship(101), new Spaceship(10))
    }
}

class Collider {
    static String collide(SpaceObject x, SpaceObject y) {
        (x.size > 100 && y.size > 100) ? "big-boom" : collideWith(x, y)  // Dynamic dispatch to collideWith method
    }

    private static String collideWith(Asteroid x, Asteroid y) { "a/a" }
    private static String collideWith(Asteroid x, Spaceship y) { "a/s" }
    private static String collideWith(Spaceship x, Asteroid y) { "s/a" }
    private static String collideWith(Spaceship x, Spaceship y) { "s/s"}
}

class SpaceObject {
    int size
    SpaceObject(int size) { this.size = size }
}

@InheritConstructors class Asteroid extends SpaceObject {}
@InheritConstructors class Spaceship extends SpaceObject {}

用多分派库扩展的语言 
在不于语言定义或语法层次支持多分派的语言中，可能经常使用库扩展来增加多分派。

JavaScript 
JavaScript和TypeScript不在语言语法层次上支持多方法，但可以通过库来增加多分派。例如，使用multimethod包，它提供了多分派、泛化函数的实现。JavaScript的动态类型版本：

import { multi, method } from '@arrows/multimethod'

class Asteroid {}
class Spaceship {}

const collideWith = multi(
  method([Asteroid, Asteroid], (x, y) => {
    // deal with asteroid hitting asteroid
  }),
  method([Asteroid, Spaceship], (x, y) => {
    // deal with asteroid hitting spaceship
  }),
  method([Spaceship, Asteroid], (x, y) => {
    // deal with spaceship hitting asteroid
  }),
  method([Spaceship, Spaceship], (x, y) => {
    // deal with spaceship hitting spaceship
  }),
)

TypeScript有对应的静态类型版本。

Python 
可以使用库扩展来向Python增加多分派。例如，最早的模块multimethods.py，它为Python提供了CLOS风格的多方法而不用变更语言的底层语法或关键字。在功能上，这非常类似于CLOS例子，但是语法是常规Python的。
Guido van Rossum使用Python 2.4介入的修饰器（decorator），出品了多方法的具有简化了的语法的一个简单实现，他为此定义了multimethod修饰器。
multipledispatch采用的形式与之一致。

模块multimethod，采用了修饰器和Python 3.5介入的类型提示实现多方法：
from multimethod import multimethod

class Asteroid(): pass

class Spaceship(): pass

@multimethod
def collide_with(x: Asteroid, y: Asteroid):
    '''deal with asteroid hitting asteroid'''
    print("asteroid hitting asteroid")

@multimethod
def collide_with(x: Asteroid, y: Spaceship):
    '''deal with asteroid hitting spaceship'''
    print("asteroid hitting spaceship")

@multimethod
def collide_with(x: Spaceship, y: Asteroid):
    '''deal with spaceship hitting asteroid'''
    print("spaceship hitting asteroid")

@multimethod
def collide_with(x: Spaceship, y: Spaceship):
    '''deal with spaceship hitting spaceship'''
    print("spaceship hitting spaceship")
>>> a = Asteroid()
>>> b = Spaceship()
>>> collide_with(a, b)
asteroid hitting spaceship

此外，还有PEAK-Rules包提供语法类似上述例子的多分派，它后来被替代为PyProtocols。Reg库也支持多分派和谓词分派。

C 
C语言使用C Object System库，可以支持类似于CLOS的动态分派。它是完全可扩展的并且方法不需要任何的手工处理。动态消息（方法）通过COS分派器来分派，它比Objective-C更快。下面是使用COS的例子：

#include <stdio.h>
#include <cos/Object.h>
#include <cos/gen/object.h>

/* 类 */
defclass (Asteroid)
/* 数据成员 */
endclass

defclass (Spaceship)
/* 数据成员 */
endclass

/* 泛化函数 */
defgeneric (_Bool, collide_with, _1, _2);

/* 多方法 */
defmethod (_Bool, collide_with, Asteroid, Asteroid)
 /* deal with asteroid hitting asteroid */
endmethod

defmethod (_Bool, collide_with, Asteroid, Spaceship)
 /* deal with asteroid hitting spaceship */
endmethod

defmethod (_Bool, collide_with, Spaceship, Asteroid)
 /* deal with spaceship hitting asteroid */
endmethod

defmethod (_Bool, collide_with, Spaceship, Spaceship)
 /* deal with spaceship hitting spaceship */
endmethod

/* 用例 */
int main(int argc, char *argv[])
{
  OBJ a = gnew(Asteroid);
  OBJ s = gnew(Spaceship);

  printf("<a,a> = %d\n", collide_with(a, a));
  printf("<a,s> = %d\n", collide_with(a, s));
  printf("<s,a> = %d\n", collide_with(s, a));
  printf("<s,s> = %d\n", collide_with(s, s));

  grelease(a);
  grelease(s);
}

编程语言支持

主范型 

 Julia

支持通用的多方法 

 
 
 Clojure
 Common Lisp（通过Common Lisp对象系统）
 Dylan

 
 Groovy
 
 Nim，在v0.20之后泛化方法被废止，使用多方法需要加编译指令
 Raku
 R
 
 
 VB.Net，通过后期绑定，还通过.Net DLR
 Wolfram语言，通过符号模式匹配

通过扩展 

 任何.NET语言（通过库MultiMethods.NET）
 C（通过库C Object System）
 C#（通过库multimethod-sharp）
 C++（通过库yomm2和multimethods）
 D（通过库openmethods）
 Factor（通过标准multimethods词汇表)
 Java（使用扩展MultiJava）
 JavaScript（通过包@arrows/multimethod）
 Perl（通过模块Class::Multimethods）
 Python（模块multimethod、multipledispatch或Reg库）
 Racket（通过库multimethod-lib）
 Ruby（通过Multiple Dispatch库、Multimethod包和Vlx-Multimethods包）
 Scheme（通过TinyCLOS）
 TypeScript（通过包@arrows/multimethod）

模拟多分派

C 
C语言没有动态分派，也可以不使用C Object System库，而以某种形式手工实现。动态分派经常使用enum来标识一个对象的子类型，然后可通过在函数指针中查找这个值来完成。C语言模拟多方法的简单例子：

typedef void (*CollisionCase)(void);

void collision_AA(void) { /* handle Asteroid-Asteroid collision  */ };
void collision_AS(void) { /* handle Asteroid-Spaceship collision */ };
void collision_SA(void) { /* handle Spaceship-Asteroid collision */ };
void collision_SS(void) { /* handle Spaceship-Spaceship collision*/ };

typedef enum {
    THING_ASTEROID = 0,
    THING_SPACESHIP,
    THING_COUNT /* not a type of thing itself, instead used to find number of things */
} Thing;

CollisionCase collisionCases[THING_COUNT][THING_COUNT] = {
    {&collision_AA, &collision_AS},
    {&collision_SA, &collision_SS}
};

void collide(Thing a, Thing b) {
    (*collisionCases[a][b])();
}

int main(void) {
    collide(THING_SPACESHIP, THING_ASTEROID);
}

Java 
在只有单一分派的语言比如Java中，多分派可以用多层单一分派来模拟：

interface Collideable {
    void collideWith(final Collideable other);

    /* These methods would need different names in a language without method overloading. */
    void collideWith(final Asteroid asteroid);
    void collideWith(final Spaceship spaceship);
}

class Asteroid implements Collideable {
    public void collideWith(final Collideable other) {
        // Call collideWith on the other object.
        other.collideWith(this);
   }

    public void collideWith(final Asteroid asteroid) {
        // Handle Asteroid-Asteroid collision.
    }

    public void collideWith(final Spaceship spaceship) {
        // Handle Asteroid-Spaceship collision.
    }
}

class Spaceship implements Collideable {
    public void collideWith(final Collideable other) {
        // Call collideWith on the other object.
        other.collideWith(this);
    }

    public void collideWith(final Asteroid asteroid) {
        // Handle Spaceship-Asteroid collision.
    }

    public void collideWith(final Spaceship spaceship) {
        // Handle Spaceship-Spaceship collision.
    }
}

运行时间instanceof检查可以在一个或两个层次上使用。

代码示例

引用

外部链接 
 

方法 (電腦科學)
多态