Java 泛型完整指南：從類別、方法、介面到通配符與類型擦除

為什麼需要泛型？

在 JDK 1.5 之前，若想設計一個可容納任意型別的容器（如座標點），只能使用 Object 型別，導致兩大問題：

1. 型別不安全：編譯期無法檢查，執行期才拋出 ClassCastException。
2. 程式碼雜亂：到處充斥著強制轉型 (String)obj。

泛型類別

使用型別參數 <T> 延遲型別綁定至實例化時：

class Point<T> {
    private T x, y;
    public Point(T x, T y) { this.x = x; this.y = y; }
    public T getX() { return x; }
    public void setX(T x) { this.x = x; }
    // ... 同理 y
}

// 使用
Point<Double> p1 = new Point<>(12.23, 23.21); // 無需轉型
Point<Integer> p2 = new Point<>(12, 23);
Point<String> p3 = new Point<>("北緯29度", "東經113度");

編譯器會強制檢查：new Point<Double>("str", 1.2) 直接報錯，消除執行期型別風險。

原始型別

為相容舊代碼，允許不指定型別參數：Point p = new Point(1.2, 3.4);。編譯器會發出「未檢查」警告，實際視為 Object 處理。

泛型方法

型別參數宣告在修飾符與回傳型別之間，適用於單一操作需支援多型別：

class Print {
    public <T> void print(T t) { System.out.println(t); }
    public <E> void show(E e) { System.out.println(e); }
}

// 呼叫
Print p = new Print();
p.print(12);
p.print("hello");
p.show(new Integer(33));

此處泛型僅提供語法糖，配合自動裝箱/拆箱，實際與 Object 參數差異不大。

泛型介面

兩種實作方式：

interface Inter<T> { void print(T t); }

// 方式一：實作時指定具體型別
class InterDemo1 implements Inter<String> {
    public void print(String t) { System.out.println("print: " + t); }
}

// 方式二：保持泛型，實例化時確定
class InterDemo2<T> implements Inter<T> {
    public void print(T t) { System.out.println("print: " + t); }
}

// 使用
new InterDemo1().print("hello");
new InterDemo2<Integer>().print(23);

進階主題：通配符與邊界

類型擦除

Java 泛型僅存在於編譯期，執行期會被擦除為原始型別（Object 或邊界型別）。因此：

• 無法使用 new T()、T.class、instanceof T。
• 靜態成員無法引用類別的型別參數。
• 重寫方法簽名擦除後不得衝突。

最佳實踐建議

1. 優先使用泛型類別/介面，減少強制轉型。
2. API 設計時，參數用 extends（生產者），回傳用 super（消費者）——PECS 原則。
3. 避免混用原始型別與泛型，消除編譯警告。
4. 需保留型別資訊時，傳遞 Class<T> 或使用 TypeToken（Gson 模式）。

總結

泛型將型別檢查前置至編譯期，大幅提升程式碼安全性與可讀性。理解類型擦除、通配符邊界、PECS 原則，是精通 Java 集合框架與 API 設計的關鍵。