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冒號與他的學生們（連載 9）：泛型範式——算法與數據結構的分離

編輯：Java 相關知識

第九講聚焦泛型編程：以「算法為脊，數據為肉」，通過參數多態實現算法對數據結構的最大程度解耦與復用。從 max 函式模板到 STL 三大件（算法、容器、迭代器），冒號老師展示泛型思維如何穿透表象，提煉出「對指定集合中滿足條件的元素執行操作」的通用抽象。

一、泛型編程核心主張

分離關注點：算法（做什麼）與數據結構（裝什麼）正交分離。
參數多態：template <typename T> 或 Class<T>，編譯期具現化，零執行期開銷。
優於繼承多態：OOP 子型多態需繼承體系、虛函式表分派；GP 無侵入、無繼承、靜態綁定，效能更高、適用面更廣。

二、經典對比：max 函式

// C++ 模板：類型安全、支援運算符重載、編譯期內聯
template <typename T>
T max(T a, T b) { return (a > b) ? a : b; }

// C 宏：無類型檢查、副作用風險、無法除錯
#define max(a,b) ((a) > (b) ? (a) : (b))

模板版本可作用於任何定義 operator> 的類型（整數、浮點、字串、自訂類），真正實現「一舉 N 得，N 趨向無窮大」。

三、Java 與 void* 的類型安全陷阱

Java Object 統一：基本類型需裝箱/拆箱，損失效能；取出時需強制轉型，編譯期失去類型保護，執行期才拋 ClassCastException。
C/C++ void*：同樣丟失類型資訊，需人工轉型，極易出錯。
泛型本質：在靜態類型系統內保留類型參數至編譯期，兼得安全與復用。

四、STL 三要素與泛型抽象層次

五、從六道題目看泛型共性

冒號老師列舉六道看似無關的題目：

整數陣列隨機取十數，質數求和
無序集合中完全平方數換為平方根
成績表篩選全科及格且平均 > 70 的學生
著色二元樹中紅節點改藍
字串從倒數第三字元反向拷貝
標準輸入讀非數字字元則提示

共同本質：對指定範圍內滿足條件的元素執行指定操作。

泛型實現：

template <class Iterator, class Act, class Test>
void process(Iterator begin, Iterator end, Act act, Test test) {
    for (; begin != end; ++begin)
        if (test(*begin)) act(*begin);
}