之前在面试的时候被问过懂不懂C++，懂不懂"多态"。我之前搞科研一直在用Python，不会C++。完全没听过"多态"这个词，只听说过"多模态"（无端联系，搞深度学习搞的）。全文主要记录了我的几大疑问：什么是多态？什么是面向对象编程？Python是面向对象编程（OOP）语言吗？什么是编译？除了面向对象编程，还有哪些编程范式？
一、什么是多态？
多态的字面意思是"多种形态"。在C++中，它指通过统一的接口调用不同类型的对象，产生不同的行为结果。例如：你可以命令"动物"发出叫声，但具体是猫叫还是狗叫，取决于实际对象的类型。
1. 如何实现多态？
最常见的多态形式是通过虚函数 和继承 实现的。
虚函数：在基类中用virtual关键字声明函数，子类可以重写（override）该函数。
cpp
class Animal {
public:
virtual void sound() { cout << "动物叫" << endl; } // 虚函数
};
class Cat : public Animal {
public:
void sound() override { cout << "喵喵" << endl; } // 重写虚函数
};
int main() {
Animal* animal = new Cat();
animal->sound(); // 输出"喵喵"而非"动物叫"
}此时，基类指针animal实际指向的是子类对象，调用虚函数时会自动选择子类的实现。
看到这里我隐约想到神经网络里面，Python搭建网络的时候继承父类nn.Module。
2. 为什么需要多态？
- 代码复用性：通过基类接口统一处理所有子类对象，避免重复代码。
- 扩展性：新增子类时（如添加"鸟"类继承"动物"），原有代码无需修改，只需实现新的虚函数即可。
- 灵活性：程序运行时可以根据实际对象类型动态调整行为，例如游戏中的不同角色执行不同的攻击动作。
想象你有一个通用遥控器（基类指针），可以控制不同品牌的电视（子类对象）。按下"开机"按钮（调用虚函数）时，索尼电视会显示LOGO，三星电视会播放启动音乐------这就是多态：同一个操作（开机），不同对象（电视）产生不同行为。
通过掌握多态，我们可以写出更优雅、易维护的代码，这也是面向对象编程的核心优势之一。
二、什么是面向对象编程？
我在看C++科普帖子的时候，总是能看到说它是面向对象编程，我一直不理解这个概念。面向对象编程？那我要是单身，没有对象呢？面向谁啊？
1. 什么是面向对象编程（OOP）？
面向对象编程（OOP）是一种以对象 为核心的编程范式，它将程序中的数据和操作数据的逻辑封装成独立的"对象"。每个对象包含属性 （数据）和方法（操作），并通过类来定义同类对象的共同特征。例如，"狗"是一个类，而具体的某条狗（如"旺财"）是一个对象，它有自己的颜色（属性）和吠叫（方法）。
2. 什么是对象？
对象是类的实例化结果，是程序中具体存在的事物。例如：
类：人类（包含"姓名""年龄"等属性，以及"说话""行走"等方法）。
- 对象：张三（姓名属性为"张三"，年龄属性为20）。
- 对象的特点是将数据和行为统一管理，隐藏内部实现细节（封装性）。
那我好像懂了，有点像搭建一个神经网络类，通过实例化传进不同的参数，改变网络的层数，得到不同版本的网络。
3. 为什么需要面向对象编程？
- 代码复用性：通过继承，子类可以直接复用父类的属性和方法。例如"猫"和"狗"继承"动物"类后，无需重复定义"呼吸""进食"等基础行为。
- 扩展性：新增子类时（如"鸟类"继承"动物"），原有代码无需修改，只需重写虚函数或添加新方法。
- 维护性：封装保护了对象内部数据，避免外部随意修改（如通过
private限制访问权限）。 - 灵活性：多态允许不同对象对同一操作做出不同响应。例如"动物"类的
sound()方法，猫对象返回"喵喵"，狗对象返回"汪汪"。
三、Python是面向对象编程（OOP）语言吗？
看了那么多，感觉有些地方跟Python很像，于是产生了疑问，Python是面向对象编程（OOP）语言吗？我记得大家都说它是脚本语言？脚本语言又是什么？
Python是一种完全支持面向对象编程的语言。它具备OOP的三大核心特性：封装、继承和多态。
- 封装 ：Python通过类（
class）将数据（属性）和操作数据的方法（函数）封装在一起，例如通过__init__方法初始化对象属性，并通过访问修饰符（如双下划线__）控制属性的可见性。 - 继承 ：子类可以继承父类的属性和方法，例如
class Cat(Animal)表示Cat继承自Animal，子类可重写或扩展父类方法。 - 多态 ：不同类的对象可以调用同名方法但表现出不同行为。例如，
Animal类的sound()方法在Dog和Cat子类中被分别实现为"汪汪"和"喵喵"。
1. 为什么说Python是脚本语言？什么是脚本？
脚本语言（Scripting Language）是以文本形式编写 、解释执行的编程语言，主要用于自动化任务和快速开发。其特点包括：
- 无需编译：直接通过解释器逐行执行，例如Python的.py文件由解释器即时解析。
- 动态类型：变量类型在运行时自动推断，无需显式声明。
- 胶水语言特性：常用于整合其他语言模块（如C/C++），简化复杂系统的构建。
2. Python如何同时支持OOP和脚本语言特性？
Python是多范式语言，既支持面向对象编程，又具备脚本语言的灵活性：
1) OOP的深度集成：
- 所有数据类型（如整数、字符串）本质都是对象。
- 通过类实现复杂逻辑封装，适合大型项目开发。
2) 脚本语言的便捷性：
- 单行代码即可完成简单任务（如
print("Hello World")）。 - 交互式环境（REPL）支持即时测试代码片段。
四、什么是编译？
那我又产生疑问了？Python无需编译，那什么是编译？为什么有的语言需要编译，有的语言不需要编译？
1. 编译的定义与核心过程
编译是将高级编程语言 （如C、Java）编写的源代码转换为计算机可直接执行的机器码或中间代码（如字节码） 的过程。其核心流程包括以下阶段：
(1) 词法分析 ：将源代码分解为有意义的单词（Token），例如识别变量名、运算符等。
(2) 语法分析 ：根据编程语言的语法规则，构建抽象语法树（AST），检查代码结构是否符合规范（如括号是否匹配）。
(3) 语义分析与中间代码生成 ：检查逻辑合法性（如变量类型是否匹配），并生成中间表示形式（如三地址码）。
(4) 代码优化 ：对中间代码进行性能优化，例如删除冗余计算或简化循环结构。
(5) 目标代码生成 ：将优化后的中间代码转换为特定平台的机器码或字节码（如Java的.class文件）。
编译的最终产物是可执行文件 （如C语言的.exe）或平台无关的中间代码（如Java的字节码）。其优势在于执行效率高，但需要针对不同平台重新编译。
2. 为什么有的语言需要编译，有的不需要？
编程语言是否需要编译，取决于其设计目标 和执行方式。主要分为以下两类：
(1) 需要编译的语言（编译型语言）
典型代表 ：C、C++、Rust。
原因：
- 性能优先：直接编译为机器码，无需运行时解析，执行速度快。
- 硬件级控制：适合开发操作系统、嵌入式系统等需要直接操作硬件的场景。
- 静态类型检查：编译时即可发现类型错误，提升代码安全性。
(2) 不需要编译的语言（解释型或混合型语言）
典型代表 ：Python、JavaScript、Ruby。
原因：
- 解释执行：通过解释器逐行解析并执行代码，无需预编译，便于快速调试和跨平台运行。
- 动态特性支持：如Python的动态类型、反射等特性，依赖运行时环境解析代码。
- 混合执行模式 ：
- 字节码+虚拟机（如Java）：先编译为中间代码，再由虚拟机解释执行，兼具跨平台性和效率。
- 即时编译（JIT）（如JavaScript的V8引擎）：运行时动态编译热点代码，提升执行速度。
(3) 编译与解释的核心区别
| 维度 | 编译型语言 | 解释型语言 |
|---|---|---|
| 执行方式 | 先编译后执行（一次性转换） | 逐行解释执行（实时转换） |
| 运行效率 | 高（机器码直接运行） | 较低（需运行时解析） |
| 开发效率 | 较低（需反复编译） | 高（修改后直接运行） |
| 跨平台性 | 依赖平台（需重新编译） | 强（同一解释器支持多平台） |
| 错误检测 | 编译时发现语法/类型错误 | 运行时才能发现部分错误 |
五、除了面向对象编程，还有哪些编程范式？
我隐约记得，除了面向对象编程，还有个面向过程编程，也不懂是什么意思。
编程范式是解决问题的不同方法论。C语言是面向过程编程。面向过程编程的核心思想是以函数为基本单元，通过一系列步骤解决问题，关注"怎么做"而非"谁来做"。其他的编程范式以后再说。
面向过程与面向对象的对比：
| 维度 | 面向过程 | 面向对象 |
|---|---|---|
| 基本单元 | 函数 | 类与对象 |
| 数据与逻辑 | 分离（数据通过参数传递） | 封装（数据与方法绑定在对象内） |
| 代码复用 | 低（需重复实现相似逻辑） | 高（通过继承和多态复用代码） |
| 适用规模 | 小型、简单任务（如算法实现） | 大型、复杂系统（如游戏引擎） |
六、C++基类和Python父类有什么区别？
1. 核心概念的相似性
C++中的基类（Base Class） 和Python中的父类（Parent Class） 在面向对象编程（OOP）中具有相同的核心目标：通过继承实现代码复用和多态性 。两者的基本定义和作用如下：
(1) 基类/父类的定义 ：
• C++基类 ：通过class BaseClass { ... };定义，包含通用属性和方法，供派生类（子类）继承。
• Python父类 ：通过class ParentClass: ...定义，子类通过class Child(ParentClass): ...语法继承其属性和方法。
(2) 核心功能 ：
• 子类可以复用基类/父类的代码 （如方法、属性）。
• 子类可以覆盖基类/父类的方法 （C++通过虚函数virtual，Python直接重写同名方法）。
• 支持多态性：通过基类指针/引用（C++）或动态类型（Python）实现不同子类对象的行为差异。
2. 实现差异与语言特性对比
尽管核心概念一致，但由于C++和Python的语言设计差异，基类与父类在具体实现上存在显著区别：
(1) 类型系统与继承机制
| 维度 | C++基类 | Python父类 |
|---|---|---|
| 类型系统 | 静态类型，编译时检查继承关系和类型合法性 | 动态类型，继承关系和类型合法性在运行时确定 |
| 访问控制 | 通过public、protected、private严格限制成员的访问权限 |
无严格访问控制，依赖命名约定（如_name表示私有） |
| 继承方式 | 支持单继承、多重继承，但多重继承需谨慎处理菱形继承问题 | 天然支持多重继承，通过方法解析顺序（MRO）解决冲突 |
(2) 多态的实现方式
• C++ ：需显式声明虚函数（virtual），通过虚函数表（vtable）实现动态绑定。
cpp
class Base {
public:
virtual void func() { /* 基类实现 */ }
};
class Derived : public Base {
public:
void func() override { /* 子类重写 */ }
}; • Python：所有方法默认可被重写，无需关键字修饰，运行时动态绑定。
python
class Parent:
def func(self):
print("父类方法")
class Child(Parent):
def func(self):
print("子类重写方法") (3) 内存管理与生命周期
• C++ ：基类析构函数需声明为虚函数（virtual ~BaseClass()），确保子类对象析构时正确调用链式析构。
• Python：依赖垃圾回收机制（GC），无需手动管理内存，父类和子类对象的生命周期由引用计数自动处理。
(4) 构造函数的调用
• C++：子类构造函数需显式调用基类构造函数（通过初始化列表）：
cpp
class Derived : public Base {
public:
Derived() : Base() { /* 子类构造逻辑 */ }
}; • Python ：子类通过super().__init__()调用父类构造函数：
python
class Child(Parent):
def __init__(self):
super().__init__() # 调用父类构造函数