Java 泛型完全指南：定義、通配符、擦除與最佳實踐

泛型核心概念

泛型允許在定義類、接口、方法時使用類型參數，實際使用時再指定具體類型。核心優勢：編譯期類型安全、消除強制轉型、代碼復用。

泛型類與接口定義

// 多類型參數
public interface List<E> extends Collection<E> {}
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {}

// 使用：菱形語法 (JDK 7+)
List<String> list = new ArrayList<>();
Map<Integer, String> map = new HashMap<>();

泛型繼承規則

// 1. 固化類型參數
public class StringList extends ArrayList<String> {}

// 2. 保持類型參數
public class MyList<T> extends ArrayList<T> {}

// 3. 擦除為原始類型 (不推薦)
public class RawList extends ArrayList {}

偽泛型與類型擦除

Java 泛型僅存在於編譯期，運行期 JVM 看到的是原始類型（擦除後的類型）。

List<String> a1 = new ArrayList<>();
List<Integer> a2 = new ArrayList<>();
System.out.println(a1.getClass() == a2.getClass()); // true
System.out.println(a1.getClass()); // class java.util.ArrayList

限制：靜態上下文中不能使用類型參數（因為類只有一份字節碼）。

class Test<T> {
    // 錯誤: static T field; static { T t; } static void foo() { T t; }
}

類型通配符

無界通配符 ?

List<?> 表示元素類型未知的列表。只能 get() 返回 Object，不能 add()（除 null）。

上界通配符 ? extends T

List<? extends Number>：元素是 Number 或其子類。只能讀，不能寫（生產者 extends）。

void printSum(List<? extends Number> list) {
    double sum = 0;
    for (Number n : list) sum += n.doubleValue(); // OK
    // list.add(10); // 編譯錯誤
}

下界通配符 ? super T

List<? super Integer>：元素是 Integer 或其父類。只能寫，讀出為 Object（消費者 super）。

void addIntegers(List<? super Integer> list) {
    list.add(10); // OK
    list.add(new Integer(20)); // OK
    Object obj = list.get(0); // 只能作為 Object 讀取
}

PECS 原則

Producer Extends, Consumer Super。
作為生產者（只讀）用 extends，作為消費者（只寫）用 super。
經典例子：Collections.copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src)。

泛型方法

方法級別定義類型參數，放在修飾符與返回類型之間。

public static <T> void swap(T[] arr, int i, int j) {
    T tmp = arr[i]; arr[i] = arr[j]; arr[j] = tmp;
}
// 調用：swap(new String[]{"a","b"}, 0, 1); // T 推斷為 String

泛型方法可表達多參數類型關係，如 <T> T max(T a, T b)。

擦除與轉型細節

• 原始類型：不帶類型參數的泛型類（如 List），等同擦除後類型（List<Object> 的擦除）。
• 擦除發生：將泛型引用賦值給原始類型變量。
  List<String> gs = new ArrayList<>(); List raw = gs; // 擦除，raw 元素類型視為 Object
• 橋接方法：編譯器自動生成橋接方法保證多態。
  class MyList<T> implements List<T> { public void add(T t) {} } → 字節碼中同時有 add(T) 和 add(Object)（橋接）。

實戰陷阱與對策

最佳實踐清單

1. 優先使用泛型集合替代原始類型集合。
2. API 設計盡量使用有界通配符 (extends/super) 增加靈活性。
3. 避免在同一方法中混用原始類型與泛型類型（易產生未檢查警告）。
4. 利用 @SuppressWarnings("unchecked") 精確抑制不可避免的警告（如數組轉型）。
5. 文檔化類型參數約束（如 <T extends Comparable<T>>）。