Wie funktioniert Polymorphismus unter der Haube (dynamisches Dispatch)?

Question

Accepted Answer

**Dynamisches Dispatch** ist der Laufzeit-Mechanismus, der entscheidet, *welche* Methodenimplementierung ausgeführt werden soll, basierend auf dem **tatsächlichen Typ** des Objekts, nicht dem deklarierten Typ der Variablen. Die meisten klassenbasierten Sprachen implementieren dies mit einer **virtuellen Methodentabelle (vtable)**.

## Das vtable-Modell

Jede Klasse hat eine Tabelle mit Zeigern auf ihre Methodenimplementierungen. Jedes Objekt enthält einen versteckten Zeiger auf die vtable seiner Klasse. Ein virtueller Aufruf wird zu: *Suche die Methode in der vtable des Objekts und springe dorthin.*

```text
Animal a = new Dog();
a.speak();

a ──▶ Dog object ──▶ [Dog vtable]
                         speak() ──▶ Dog.speak()   ← chosen at RUNTIME
```

Der Compiler kodiert `Animal.speak` nicht hart; er gibt aus „Rufe Slot N aus welcher vtable auch immer dieses Objekt anzeigt auf.".

## Warum der deklarierte Typ nicht ausreicht

```java
Animal a = new Dog();     // declared Animal, actual Dog
a.speak();                // → Dog.speak(), because dispatch uses the OBJECT
```

## Unterschiede zwischen Sprachen

| Sprache | Standard | Hinweise |
|---|---|---|
| Java | Virtual in der Standardeinstellung | `final`/`static`/`private` sind nicht-virtuell |
| C++ | Non-virtual in der Standardeinstellung | Muss `virtual` für dynamisches Dispatch markieren |
| Python | Immer dynamisch | Methodensuche über das dict/MRO des Objekts |

## Fallstricke

Es gibt geringe Kosten (eine Indirektion) und es blockiert Inlining. In C++ bedeutet das Vergessen von `virtual`, dass Aufrufe statisch gebunden werden und Overrides stillschweigend *nicht* aufgerufen werden — ein subtiler Fehler.

## Warum es wichtig ist

Das Verständnis von Dispatch erklärt, *warum* Overriding funktioniert und warum der deklarierte Typ das Verhalten nicht bestimmt — eine häufige Quelle der Verwirrung.

Es verdeutlicht auch reale Konsequenzen: die Leistungskosten virtueller Aufrufe, warum Konstruktoren keine virtuellen Methoden aufrufen sollten, und warum C++ `virtual` explizit verlangt.

Sprache	Standard	Hinweise
Java	Virtual in der Standardeinstellung	`final`/`static`/`private` sind nicht-virtuell
C++	Non-virtual in der Standardeinstellung	Muss `virtual` für dynamisches Dispatch markieren
Python	Immer dynamisch	Methodensuche über das dict/MRO des Objekts