Полиморфизм в программировании: виды и примеры на Python и C++

Полиморфизм в программировании — это способность одного и того же кода работать с данными разных типов. Вызов один, а что именно произойдёт, решает объект или тип значения. Слово греческое и означает «много форм».

Ниже разбираем виды полиморфизма, раннее и позднее связывание и типичные ошибки. Примеры на Python и C++ мы запустили на Python 3.14 и 3.12, а также на clang 17 и g++ 13: вывод в статье взят из терминала. Если слова «класс» и «метод» пока путаются, начните со статьи «ООП простыми словами», а место полиморфизма среди четырёх принципов показано в разборе принципов ООП.

В биологии и химии полиморфизмом называют другое: разные формы одного вида или кристаллы одного вещества с разной решёткой. Здесь речь только о коде.

CheckroiПодборка курсов по ООП171 курс • 33 школыСравните цены, школы, программу и найдите выгодные предложения по обучениюСравнить→

Что такое полиморфизм простыми словами

Представьте кнопку «Оплатить» в интернет-магазине. Покупатель выбирает карту, СБП или баланс бонусов, а кнопка одна. Магазину не нужно знать, как каждый способ списывает деньги: он просит «оплати 1500 рублей», и способ оплаты делает это по-своему.

Так же устроен полиморфизм в коде. Функция вызывает общую операцию, а конкретное поведение подставляется в момент вызова.

С полиморфизмом код пишут один раз для общего интерфейса и не трогают, когда появляется новый тип данных.

Если кратко, в объектно-ориентированном программировании это значит: объекты с одинаковым набором методов могут иметь разную реализацию этих методов.

Вы уже пользовались полиморфизмом, даже если не знали термина. Оператор + в Python складывает числа, склеивает строки и объединяет списки, а len() считает длину чего угодно:

print(2 + 3)
print("2" + "3")
print([2] + [3])
print(len("кот"), len([1, 2, 3]), len({"a": 1}))

Вывод:

5
23
[2, 3]
3 3 1

Символ один, поведение зависит от типа. Как работают остальные знаки, разобрано в статье об операторах Python. Запустить примеры у себя поможет инструкция как создать файл Python в VS Code.

Виды полиморфизма

Два вида выделил британский учёный Кристофер Стрейчи в лекциях 1967 года для летней школы по программированию в Копенгагене. Текст лекций переиздали в 2000 году в журнале Higher-Order and Symbolic Computation. Это параметрический полиморфизм, когда функция одинаково работает с целым набором типов, и ad hoc, когда для каждого типа может быть своё, никак не связанное поведение.

В 1985 году Лука Карделли и Питер Вегнер уточнили схему в статье «On Understanding Types, Data Abstraction, and Polymorphism» (Computing Surveys, т. 17, № 4). Они добавили третий вид, полиморфизм включения, чтобы описать подтипы и наследование. Получилось четыре разновидности в двух группах:

Когда на собеседовании спрашивают про полиморфизм в ООП, обычно имеют в виду полиморфизм подтипов. С него и начнём.

CheckroiПодборка курсов по Python464 курса • 48 школСравните цены, школы, программу и найдите выгодные предложения по обучениюСравнить→

Подтипы на Python: один метод, разные классы

Задача: выгрузить отчёт о продажах курсов в CSV или JSON. Функция save_report не знает, какой формат ей передали. Она вызывает export(), а каждый класс выгрузки отвечает за свой формат сам.

import json


class Exporter:
    def export(self, rows):
        raise NotImplementedError


class CsvExporter(Exporter):
    def export(self, rows):
        return "\n".join(f"{name};{price}" for name, price in rows)


class JsonExporter(Exporter):
    def export(self, rows):
        return json.dumps(dict(rows), ensure_ascii=False)


def save_report(exporter, rows):
    print(exporter.export(rows))


rows = [("Python", 4900), ("SQL", 3900)]
for exporter in (CsvExporter(), JsonExporter()):
    save_report(exporter, rows)

Вывод:

Python;4900
SQL;3900
{"Python": 4900, "SQL": 3900}

Понадобится выгрузка в Excel, и вы добавите класс XlsxExporter с тем же методом. Функцию save_report трогать не придётся.

Наследовать Exporter в Python, строго говоря, не обязательно. Интерпретатор не проверяет тип, он просто вызывает метод, и этот стиль называют утиной типизацией (определение есть в глоссарии Python). Базовый класс полезен как договор: по нему видно, какой метод обязан быть у каждого формата.

Чем заменить цепочку isinstance

Признак того, что полиморфизма не хватает, выглядит так: функция перебирает типы вручную.

• if isinstance(x, CsvExporter): ...
• elif isinstance(x, JsonExporter): ...
• и ещё десяток веток на каждый новый формат.

Каждый новый тип заставляет править эту функцию. Решение: перенести ветку в метод класса, как в примере выше. Это прямое применение принципа открытости и закрытости из SOLID: код открыт для новых типов и закрыт для правок.

Выбор по типу и дженерики в Python

Перегрузки методов в Python нет: второе определение с тем же именем затирает первое (пример ошибки ниже). Но разное поведение для разных типов получить можно.

singledispatch: своя функция под каждый тип

Декоратор @singledispatch из модуля functools превращает функцию в обобщённую. Реализация выбирается по типу первого аргумента, так написано в документации functools. Декоратор появился в Python 3.4, а вариант для методов класса singledispatchmethod добавили в 3.8.

from functools import singledispatch


@singledispatch
def describe(value):
    return f"неизвестный тип: {type(value).__name__}"


@describe.register
def _(value: int):
    return f"целое число, {value.bit_length()} бит"


@describe.register
def _(value: list):
    return f"список из {len(value)} элементов"


print(describe(255))
print(describe([1, 2, 3]))
print(describe(3.14))

Вывод:

целое число, 8 бит
список из 3 элементов
неизвестный тип: float

Для float отдельной версии нет, поэтому сработала базовая функция. Это и есть ad hoc полиморфизм в чистом виде: на каждый тип своя реализация.

Дженерики: одна функция для любого типа

Параметрический полиморфизм в Python записывается через параметр типа в квадратных скобках. Такой синтаксис появился в Python 3.12:

def first[T](items: list[T]) -> T:
    return items[0]


print(first([10, 20, 30]))
print(first(["кот", "пёс"]))

Вывод:

10
кот

Код внутри first один и тот же для чисел и строк. Учтите, что интерпретатор аннотации не проверяет: T нужен анализаторам типов и редактору кода, а на выполнение не влияет. В Java и C++ параметр типа проверяет компилятор.

Справка по модулям functools и typing лежит на официальном сайте языка. Где там что искать, показано в статье о python.org и документации Python.

CheckroiПодборка курсов по C++62 курса • 19 школСравните цены, школы, программу и найдите выгодные предложения по обучениюСравнить→

Раннее и позднее связывание на примере C++

Чтобы полиморфизм подтипов работал, программа должна выбрать нужную версию метода во время выполнения, а не при компиляции. Это называют поздним (динамическим) связыванием. Если версия выбирается по типу переменной ещё при сборке, связывание раннее.

В C++ разницу видно лучше всего: метод становится полиморфным, только если объявлен virtual. Ниже у pay() слово virtual есть, а у kind() нет.

#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>
#include <vector>

struct Payment {
    virtual std::string pay(int rub) const { return "оплата " + std::to_string(rub) + " ₽"; }
    std::string kind() const { return "платёж"; }
    virtual ~Payment() = default;
};

struct Card : Payment {
    std::string pay(int rub) const override { return "карта: " + std::to_string(rub) + " ₽"; }
    std::string kind() const { return "карта"; }
};

struct Sbp : Payment {
    std::string pay(int rub) const override { return "СБП: " + std::to_string(rub) + " ₽"; }
    std::string kind() const { return "СБП"; }
};

int main() {
    std::vector<std::unique_ptr<Payment>> cart;
    cart.push_back(std::make_unique<Card>());
    cart.push_back(std::make_unique<Sbp>());
    for (const auto& p : cart) {
        std::cout << p->kind() << " | " << p->pay(1500) << "\n";
    }
}

Вывод:

платёж | карта: 1500 ₽
платёж | СБП: 1500 ₽

Указатель имеет тип Payment, а объекты внутри разные. Метод pay() вызвался у настоящего объекта, карты или СБП. Метод kind() компилятор привязал к типу указателя, поэтому оба раза вышло «платёж», хотя в наследниках он переопределён. Компиляторы обычно реализуют позднее связывание через таблицу виртуальных функций: у каждого такого класса своя таблица, а объект хранит указатель на неё.

В разных языках умолчания разные, и на этом часто ловят новичков:

В Java механизм называется вызовом виртуального метода: JVM вызывает метод того объекта, на который указывает переменная, а не того типа, которым переменная объявлена. Так он описан в разделе о полиморфизме руководства Oracle. Кто выбирает между JVM-языками, найдёт сравнение в статье Java или Kotlin.

Перегрузка и шаблоны в C++

Две другие формы в C++ работают при компиляции. Перегрузка выбирает функцию по типам аргументов, шаблон генерирует версию функции под каждый тип:

#include <iostream>
#include <string>

void show(int x) { std::cout << "int: " << x << "\n"; }
void show(double x) { std::cout << "double: " << x << "\n"; }
void show(const std::string& x) { std::cout << "строка: " << x << "\n"; }

template <typename T>
T max_of(T a, T b) { return a > b ? a : b; }

int main() {
    show(42);
    show(2.5);
    show(std::string("кот"));
    std::cout << max_of(3, 7) << " " << max_of(2.5, 1.5) << "\n";
}

Вывод:

int: 42
double: 2.5
строка: кот
7 2.5

Если вы идёте в C++ с чистого Си, где классов и перегрузки нет, разницу двух профессий объясняет статья кто такой разработчик на Си.

Частые ошибки и что с ними делать

Ниже пять ошибок, которые встречаются в коде новичков и в вопросах на собеседованиях.

1. Две версии метода с одним именем в Python. Кажется, что это перегрузка, но второе определение просто заменяет первое:

class Report:
    def render(self, title):
        return f"<h1>{title}</h1>"

    def render(self, title, footer):
        return f"<h1>{title}</h1><p>{footer}</p>"


print(Report().render("Итоги"))

Вывод:

TypeError: Report.render() missing 1 required positional argument: 'footer'

Решение: один метод с аргументом по умолчанию (footer=None) или singledispatchmethod, если ветки различаются по типу.

2. Срезка объекта в C++. Наследника передали в функцию по значению, и от него осталась только родительская часть. 3. Вызов виртуального метода из конструктора. Пока работает конструктор родителя, наследника ещё нет. Обе ошибки видны в одной программе:

#include <iostream>
#include <string>

struct Payment {
    Payment() { std::cout << "конструктор: " << name() << "\n"; }
    virtual std::string name() const { return "платёж"; }
    virtual ~Payment() = default;
};

struct Card : Payment {
    std::string name() const override { return "карта"; }
};

void by_value(Payment p) { std::cout << "по значению: " << p.name() << "\n"; }
void by_ref(const Payment& p) { std::cout << "по ссылке: " << p.name() << "\n"; }

int main() {
    Card card;
    by_value(card);
    by_ref(card);
}

Вывод:

конструктор: платёж
по значению: платёж
по ссылке: карта

Конструктор напечатал «платёж», хотя создавалась карта: справочник cppreference прямо говорит, что во время конструирования вызывается версия класса, чей конструктор сейчас работает. Функция by_value тоже напечатала «платёж», потому что получила копию родителя. Решение: передавать объекты по ссылке или указателю, а в конструкторе виртуальные методы не вызывать.

4. Опечатка в сигнатуре. В наследнике написали pay(long) вместо pay(int), и получился новый метод вместо переопределения. Спасает слово override: компилятор проверит, что метод переопределяет родительский, а не создаёт новый. Clang 17 на таком коде пишет:

error: non-virtual member function marked 'override' hides virtual member function

В Java ту же проверку делает аннотация @Override.

5. Ручной перебор типов. Цепочки isinstance в Python или instanceof в Java на каждый новый класс. Решение то же, что в разделе про подтипы: перенести поведение в метод.

Канал основателя Checkroi Вани БуявцаЗабирайте промпты и обучение по нейросетям в моём Телеграм-каналеБольше 3 700 человек уже применяют Claude Code, ChatGPT и другие нейросети в работе, учёбе, бизнесе и жизниПерейти в канал→

Как ответить на собеседовании

Вопрос «что такое полиморфизм» входит в базовые на собеседовании джуна. Хороший ответ укладывается в минуту:

1. Определение одной фразой: один интерфейс, разные реализации, выбор по типу объекта.
2. Виды: подтипов, параметрический и ad hoc (перегрузка, приведение типов).
3. Пример из своего кода, хотя бы как с выгрузкой отчёта выше.
4. Отличие от наследования: наследование передаёт код, полиморфизм позволяет подставить наследника туда, где ждут родителя.
5. Разница переопределения и перегрузки: первое выбирается при выполнении, второе при компиляции.

Остальные этапы и типичные провалы на интервью собраны в статье как пройти собеседование разработчику.

Где освоить ООП системно

Разобраться в полиморфизме по примерам можно за вечер. Уверенность приходит позже, на своём проекте с десятком классов и код-ревью. Удобнее всего это делать на курсе, где ООП разбирают на практике и проверяют домашние задания. Если пока выбираете язык, посмотрите путь в Python-разработку и в C++, а уровень оплаты на старте показан в обзоре зарплат Python-разработчиков.

Ниже курсы, в программе которых есть ООП:

Курс	Школа	Стоимость со скидкой	В рассрочку	Длитель­ность	Обзор курса от Checkroi
Профессия «Python-разработчик» Перейти на сайт курса	Skillbox	157 335 ₽	5987 ₽/мес.	10 месяцев	Обзор курса
PHP-разработчик с нуля до PRO Перейти на сайт курса	Skillbox	114 876 ₽	4176 ₽/мес.	7 месяцев	Обзор курса
Frontend-разработчик с нуля Перейти на сайт курса	Нетология	113 400 ₽	5385 ₽/мес.	10 месяцев	Обзор курса
Fullstack-разработчик на Python Перейти на сайт курса	Нетология	161 200 ₽	7125 ₽/мес.	21 месяц	Обзор курса
PHP-разработчик. Базовый уровень Перейти на сайт курса	Skillbox	81 107 ₽	5227 ₽/мес.	3 месяца	Обзор курса

• 

  Профессия «Python-разработчик»

  Skillbox157 335 ₽5987 ₽/мес10 месяцев
  Перейти на сайт курсаОбзор
• 

  PHP-разработчик с нуля до PRO

  Skillbox114 876 ₽4176 ₽/мес7 месяцев
  Перейти на сайт курсаОбзор
• 

  Frontend-разработчик с нуля

  Нетология113 400 ₽5385 ₽/мес10 месяцев
  Перейти на сайт курсаОбзор
• 

  Fullstack-разработчик на Python

  Нетология161 200 ₽7125 ₽/мес21 месяц
  Перейти на сайт курсаОбзор
• 

  PHP-разработчик. Базовый уровень

  Skillbox81 107 ₽5227 ₽/мес3 месяца
  Перейти на сайт курсаОбзор

Больше программ — в полном каталоге курсов по оОП