JDK 5.0 Generics 泛型核心語法與通配符實戰

Generics 是 JDK 5.0 最重要的特性之一，旨在解決集合框架中的類型安全與強制轉型問題。本文通過完整代碼範例，系統講解基本用法、通配符（?）、上下界通配符、泛型方法三大核心語法，並對比 C++ 模板差異。

基本用法：類型參數化

// JDK 1.4 風險寫法
List list = new LinkedList();
list.add(new Integer(0));
Integer x = (Integer) list.iterator().next(); // 需強轉，運行時才發現類型錯誤

// JDK 5.0 泛型寫法
List<Integer> list = new LinkedList<Integer>();
list.add(new Integer(0));
Integer x = list.iterator().next(); // 編譯期保證類型安全，無需強轉

泛型資訊僅存在編譯期（類型擦除），運行期實際為原始類型。但編譯器插入隱式轉型與檢查，消除了 ClassCastException 風險。

通配符 ?：未知類型的靈活處理

無界通配符 Collection<?>

表示「某種具體類型的集合，但類型未知」。

• 讀取安全：元素視為 Object，for (Object e : c) 安全。
• 寫入受限：c.add(new Object()) 編譯錯誤（除 null），因無法確認類型相容。但可調用 get() 讀取。

public void printAll(Collection<?> c) {
    for (Object e : c) System.out.println(e);
}

上界通配符 <? extends Shape>

表示「Shape 或其子類型」。

• 讀取：元素視為 Shape，可安全調用 draw()。
• 寫入禁止：shapes.add(new Rectangle()) 錯誤，因集合實際可能是 List<Circle>，加入 Rectangle 違反類型契約。

public void drawAll(List<? extends Shape> shapes) {
    for (Shape s : shapes) s.draw();
    // shapes.add(new Rectangle()); // 編譯錯誤
}

下界通配符 <? super Circle>

表示「Circle 或其父類型」。

• 寫入安全：可加入 Circle 或其子類。
• 讀取僅得 Object：因實際類型可能是 Object 或 Shape。

PECS 原則：Producer Extends, Consumer Super。頻繁讀取用 extends，頻繁寫入用 super。

泛型方法

方法簽名帶類型參數，調用時自動推斷或顯式指定：

public static <T> void copy(List<T> src, List<T> dest) { ... }
// 調用
copy(intList, objList); // T 推斷為 Integer? 實際需兼容性檢查
copy(intList, intList); // OK

泛型方法配合通配符，能寫出極具復用性的工具方法（如 Collections.sort、Collections.copy）。

與 C++ 模板的關鍵差異

1. 類型擦除 vs 代碼膨脹：Java 編譯期擦除泛型資訊，單一字節碼服務所有類型；C++ 編譯期為每種具體類型生成獨立代碼。
2. 基本類型支援：Java 泛型僅支援引用類型（基本類型需裝箱）；C++ 模板支援任意類型。
3. 運行期類型資訊：Java 運行期無法獲取泛型參數（List<Integer>.class == List<String>.class）；C++ 可通過模板特化實現類型相關邏輯。

實戰建議

• 集合聲明、API 參數、返回值**盡量使用泛型**，消除非受檢轉型警告。
• 靈活運用 ? extends/? super 設計寬容度高的 API（如 addAll(Collection<? extends E>)）。
• 避免在泛型代碼中使用 instanceof 檢查泛型參數（擦除後無效），改用類型令牌或工廠模式。
• 注意泛型與陣列不兼容：new List<String>[10] 非法，改用 List<List<String>>。

泛型是 Java 類型系統的重大增強，掌握其語法精髓與通配符邏輯，能寫出更安全、自文檔化、可復用的代碼。