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📃文章前言

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JavaSE核心知識點02面向對象編程02-06（泛型）

泛型（Generics）是 Java 中非常重要的特性，它讓代碼更安全、更靈活。下面用通俗易懂的方式為你講解，包含代碼示例和核心概念。

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一、為什么需要泛型？

問題：假設你要寫一個可以存放任何類型數據的容器（比如一個盒子）。沒有泛型時，代碼可能這樣寫：

class Box {private Object data;  // 用 Object 存儲任意類型public void setData(Object data) {this.data = data;}public Object getData() {return data;}
}

缺陷：

• 取出數據時需要強制類型轉換，容易出錯。
• 無法限制放入的類型，可能混入不同類型的數據。

泛型的解決方案：讓容器在定義時聲明它能存儲的數據類型。

Box<String> box = new Box<>();  // 只能存 String
box.setData("Hello");           // 正確
// box.setData(123);            // 編譯報錯！
String data = box.getData();    // 無需強制轉換

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二、泛型的基本語法

1. 定義泛型類/接口

在類名后加<T>，T是類型參數（可以是任意標識符，如E, K, V等）。

class Box<T> {  // T 表示“某種類型”private T data;public void setData(T data) {this.data = data;}public T getData() {return data;}
}

2. 使用泛型類

創建對象時指定具體類型：

Box<String> stringBox = new Box<>();  // 存儲 String
Box<Integer> intBox = new Box<>();    // 存儲 Integer

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三、泛型方法

即使類不是泛型，方法也可以獨立聲明泛型：

public class Utils {// 泛型方法：在返回類型前加 <T>public static <T> void printArray(T[] array) {for (T element : array) {System.out.println(element);}}
}// 使用
Integer[] intArray = {1, 2, 3};
Utils.printArray(intArray);  // 自動推斷類型為 Integer

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四、泛型通配符 ?

用于處理未知類型，常見于方法參數或集合操作。

1. 無界通配符 <?>

表示接受任何類型：

public static void printList(List<?> list) {for (Object elem : list) {System.out.println(elem);}
}

2. 上界通配符 <? extends T>

表示類型是T或其子類：

// 只能讀取元素（因為元素是 Animal 或其子類）
public static void processAnimals(List<? extends Animal> animals) {for (Animal animal : animals) {animal.eat();}
}

3. 下界通配符 <? super T>

表示類型是T或其父類：

// 可以寫入元素（因為容器是 T 的父類）
public static void addNumbers(List<? super Integer> list) {list.add(123);  // 允許添加 Integer
}

PECS 原則（Producer Extends, Consumer Super）

• 生產者（Producer）：使用<? extends T>，只能讀取。
• 消費者（Consumer）：使用<? super T>，只能寫入。

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五、類型擦除（Type Erasure）

Java 泛型在編譯后會被擦除為原始類型（如Object），這是為了兼容舊版本 Java。例如：

List<String> list = new ArrayList<>();
// 編譯后實際是：List list = new ArrayList();

影響：

• 運行時無法獲取泛型的具體類型（如T的實際類型）。
• 不能創建泛型數組（如new T[]）。
• 泛型類型不能是基本類型（如List<int>錯誤，要用List<Integer>）。

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六、泛型的限制與注意事項

1. 不能實例化類型參數：

   // 錯誤！new T() 是非法的
   T data = new T();
   

2. 靜態成員不能使用泛型類型：

   class Box<T> {// 錯誤！靜態變量不能是泛型private static T staticData;
   }
   

3. 泛型與繼承的關系：

   • List<String> 不是 List<Object> 的子類。
   • 但 ArrayList<String> 是 List<String> 的子類。

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七、典型應用場景

1. 集合框架（如ArrayList<E>、HashMap<K,V>）。
2. 工具類（如Collections中的泛型方法）。
3. 自定義通用數據結構（如棧、隊列、鏈表）。

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八、代碼示例：自定義泛型棧

class Stack<T> {private List<T> elements = new ArrayList<>();public void push(T element) {elements.add(element);}public T pop() {if (elements.isEmpty()) {throw new EmptyStackException();}return elements.remove(elements.size() - 1);}
}// 使用
Stack<Integer> stack = new Stack<>();
stack.push(1);
int num = stack.pop();  // 無需強制轉換

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九、總結

• 核心目的：提高代碼的類型安全性和復用性。
• 關鍵語法：<T>定義泛型，?處理未知類型。
• 注意事項：類型擦除、通配符的使用場景、PECS原則。

掌握泛型后，你將能寫出更健壯、更靈活的 Java 代碼！

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