Java 泛型完整指南：泛型方法、有界類型參數與泛型類實戰

為什麼需要泛型？

假設需要編寫一個排序方法，能同時處理 Integer[]、Double[]、String[] 甚至任意類型陣列。若無泛型，必須為每種類型編寫重載方法，代碼嚴重冗餘。Java 泛型允許編寫單一泛型方法，透過類型參數化實現對多種類型的統一處理。

泛型方法定義規則

1. 所有泛型方法聲明擁有類型參數聲明部分（尖括號包裹），位於返回類型之前，如 <E>
2. 類型參數聲明可包含多個參數，逗號分隔（如 <E, T, K>）
3. 類型參數可作為返回類型、參數類型的佔位符
4. 泛型方法體與普通方法無異
5. 關鍵限制：類型參數只能代表引用類型，不能是基本類型（int、double、char 等）

泛型方法實戰：通用陣列列印

public class GenericTest {
    // 泛型方法：列印任意類型陣列
    public static <E> void printArray(E[] inputArray) {
        for (E element : inputArray) {
            System.out.print(element + " ");
        }
        System.out.println();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Integer[] intArray = {1, 2, 3, 4, 5};
        Double[] doubleArray = {1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5};
        Character[] charArray = {'H', 'E', 'L', 'L', 'O'};
        
        // 此處不能傳入 int[]、double[]、char[] 基本類型陣列
        printArray(intArray);
        printArray(doubleArray);
        printArray(charArray);
    }
}

輸出結果：

1 2 3 4 5 
1.1 2.2 3.3 4.4 5.5 
H E L L O 

有界類型參數：限制類型範圍

有時需要限制傳入類型，例如只接受 Number 及其子類。使用 extends 關鍵字聲明上界：

public class MaximumTest {
    // 比較三個值並返回最大值，要求 T 實作 Comparable<T>
    public static <T extends Comparable<T>> T maximum(T x, T y, T z) {
        T max = x; // 假設 x 為初始最大值
        if (y.compareTo(max) > 0) max = y;
        if (z.compareTo(max) > 0) max = z;
        return max;
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.printf("%d, %d 和 %d 中最大的數為 %d%n%n", 3, 4, 5, maximum(3, 4, 5));
        System.out.printf("%.1f, %.1f 和 %.1f 中最大的數為 %.1f%n%n", 6.6, 8.8, 7.7, maximum(6.6, 8.8, 7.7));
        System.out.printf("%s, %s 和 %s 中最大的為 %s%n", "pear", "apple", "orange", maximum("pear", "apple", "orange"));
    }
}

關鍵點：

• <T extends Comparable<T>> 限定 T 必須實作 Comparable<T> 介面，確保可比較
• 基本類型引數（3、6.6）會自動裝箱為 Integer、Double
• String 實作了 Comparable<String>，故可直接比較

泛型類：參數化類型設計

泛型類聲明與普通類相似，僅在類名後添加類型參數聲明部分。慣例使用單一大寫字母：T(Type)、E(Element)、K(Key)、V(Value)。

泛型類實戰：通用盒子

public class Box<T> {
    private T t;

    public void add(T t) {
        this.t = t;
    }

    public T get() {
        return t;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Box<Integer> integerBox = new Box<>(); // Java 7+ 鑽石語法
        Box<String> stringBox = new Box<>();

        integerBox.add(10);
        stringBox.add("菜鳥教程");

        System.out.printf("整型值為 :%d%n%n", integerBox.get());
        System.out.printf("字符串為 :%s%n", stringBox.get());
    }
}

泛型核心概念總結表

常見誤區與最佳實踐

• 不能實例化類型參數：new T() 編譯錯誤，需用反射或工廠模式
• 靜態成員不能使用類的類型參數：靜態上下文無法存取實例級類型參數
• 基本類型不能作為類型參數：必須使用包裝類（List<Integer> 而非 List<int>）
• 優先使用鑽石語法：減少冗餘代碼，提升可讀性
• 合理使用通配符：extends 用於讀取（生產者），super 用於寫入（消費者）—— PECS 原則