C# 泛型完整指南：從基礎到協變/逆變

泛型是 C# 2.0 引入的核心特性，提供型別安全、效能提升（避免裝箱/拆箱）、程式碼重用三大優勢。本文系統梳理泛型類別、介面、委派、方法、約束、繼承與協變/逆變。

一、泛型類別基礎

[Serializable]
public class List<T> : IList<T>, ICollection<T>, IEnumerable<T> {
    public T this[int index] { get; set; }
    public void Add(T item);
    public bool Contains(T item);
    public T[] ToArray();
    // ...
}

<T> 為型別參數，命名慣例以 T 開頭（TKey, TValue）。使用時指定實際型別：

var list = new List<int>();
list.Add(1);        // 型別安全：編譯期阻擋 list.Add("str")
int val = list[0];  // 無裝箱/拆箱，直接存取

二、泛型解決的兩大問題

1. 演算法重用：單一排序方法適用 int、double、string 等任何實作 IComparable<T> 的型別。
2. 型別安全的參數化：避免使用 object 造成裝箱效能損耗，且編譯期攔截型別不匹配錯誤。

三、實用泛型集合

• ObservableCollection<T>：集合變更觸發 CollectionChanged 事件，WPF/MVVM 資料綁定必備。
• BlockingCollection<T>：執行緒安全、支援生產者/消費者模式、可設定容量上限與 CompleteAdding。

四、泛型繼承規則

• 泛型類別可繼承非泛型類別：class MyOther<T> : MyBase
• 非泛型類別繼承泛型類別必須指定型別引數：class MyDerived : MyOther<int>（不可寫 MyOther<T>）
• 泛型類別繼承泛型類別可保留型別參數：class MyDerived<T> : MyOther<T>

五、泛型介面與委派

介面泛型化避免裝箱：IComparable<T>.CompareTo(T other) vs IComparable.CompareTo(object obj)。
委派泛型化：Action<T>（無回傳）、Func<T, TResult>（有回傳）、Predicate<T>（回傳 bool），框架內建支援至 16 參數。

六、泛型方法

型別參數宣告於方法層級：

public TParam CompareTo<TParam>(TParam other) { ... }

呼叫時編譯器自動推斷型別：obj.CompareTo(4) → TParam = int。若多個參數同為 T，推斷要求實參型別一致。

七、泛型約束

class MyClass<T> where T : IComparable<T>, new(), class { ... }

無約束時，使用 default(T) 取得型別預設值（參考型別 null、實值型別 0）。

八、協變與逆變

預設泛型為不變性：List<string> 不能指派給 List<object>。
協變：out T 僅作輸出（回傳值），允許 IEnumerable<string> → IEnumerable<object>。
逆變：in T 僅作輸入（參數），允許 Action<object> → Action<string>。
委派範例：delegate TResult Func<in T, out TResult>(T arg);