Java泛型入門教程

Java泛型是很多Java程序員所熟知的一個概念，它為Java程序員提供了一種通用的方式來編寫類型安全的代碼。在這篇文章中，我們將深入探討泛型的核心概念和用法，讓讀者可以輕鬆入門並掌握Java泛型的核心特性。

1. 泛型的背景介紹

在Java的早期版本中，程序員常常需要編寫大量的類型轉換代碼，這非常繁瑣而且容易出錯。此外，Java中的集合框架也是在Java 1.2版本之後才正式引入的，而這些集合類在實現和使用時也經常需要進行類型轉換。

由於Java是一種強類型語言，每個變量和參數都需要定義它們的類型，這會導致代碼的冗長和可讀性的下降。為了解決這些問題，Java 5中引入了泛型（Generics）的概念，使得Java程序員可以在編寫類型安全的代碼的同時，也能夠減少類型轉換的代碼量。

2. 泛型的核心概念

1) 類型參數（Type Parameters）

Java中的泛型是通過將一個或多個類型參數傳遞給類、接口、方法等實體來實現的。這些類型參數通常使用單個字母，例如E、T、K、V等，並用尖括號括起來。例如，我們可以定義一個泛型類來表示一個包含任意類型元素的列表：

    public class List<E> {
        //...
    }

在上面的例子中，《List》類有一個類型參數E，該類在定義時並不知道E具體代表的類型。當我們創建List的實例時，我們必須傳遞一個具體的類型參數。例如：

    List<String> stringList = new List<>();
    List<Integer> integerList = new List<>();

在上面的例子中，第一個實例創建了一個存儲字符串的List對象，第二個實例創建了一個存儲整數的List對象。

2) 泛型類（Generic Classes）

Java中的泛型類是使用類型參數的類。它們是普通類的泛化版本，並在定義中使用一個或多個類型參數。例如，我們可以通過以下方式定義一個泛型類來實現一個堆棧（stack）：

    public class Stack<E> {
        private ArrayList<E> list = new ArrayList<>();
        public void push(E item) {
            list.add(item);
        }
        public E pop() {
            return list.remove(list.size() - 1);
        }
    }

上面的例子中，我們定義了一個名為Stack的類，並使用類型參數E定義它的元素類型。Stack類有兩個方法，push()和pop()，用於將元素添加到堆棧中或從堆棧中彈出元素。

3) 泛型接口（Generic Interfaces）

Java中的泛型接口是使用類型參數的接口。它們是普通接口的泛化版本，並在定義中使用一個或多個類型參數。

    public interface Comparable<T> {
        public int compareTo(T o);
    }

在上面的例子中，我們定義了一個名為Comparable的接口，並使用類型參數T定義它的比較類型。Comparable接口只定義了一個方法compareTo()，該方法用於比較實現該接口的對象與另一個對象。

4) 通配符（Wildcard）

Java中的通配符是用於表示不確定類型的一種方式。它使用英文問號（?）表示，並可用於聲明類型變量、泛型方法和泛型類的實例化。

例如，我們可以定義一個泛型方法用於比較兩個列表是否相等：

    public static <T> boolean isEqual(List<T> list1, List<T> list2){
        return list1.equals(list2);
    }

這個方法可以與任何類型的List對象一起工作，但是在某些情況下，通配符可能更適合表示不確定的類型。例如：

    public static boolean isEqual(List<?> list1, List<?> list2){
        return list1 == list2;
    }

在上面的例子中，我們使用通配符?來代替類型參數T，這意味着該方法可以與具有任何類型元素的List對象一起使用。

3. 泛型的應用

1) 泛型方法

Java中的泛型方法是定義具有類型參數的方法。它們可以在方法的返回類型之前聲明類型參數，以便可以在方法中使用它們。

例如，我們可以定義以下泛型方法來打印數組的所有元素：

    public static <T> void printArray(T[] array) {
        for (T element : array) {
            System.out.print(element + " ");
        }
        System.out.println();
    }

在上面的例子中，我們定義了一個名為printArray的泛型方法，並使用類型參數T定義數組的元素類型。該方法使用一個for-each循環來遍歷所有元素，並將它們打印到控制台上。

我們可以使用以下代碼調用該方法：

    Integer[] intArray = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    String[] stringArray = { "Hello", "World" };
     
    printArray(intArray);
    printArray(stringArray);

在上面的例子中，我們首先創建了一個名為intArray的整數數組和一個名為stringArray的字符串數組，並將它們傳遞給printArray方法。該方法將在控制台上打印intArray和stringArray中的所有元素。

2) 通配符

上面我們提到了通配符的概念，它可以用於聲明泛型類型、方法和實例化。在下面的例子中，我們將介紹通配符的不同用法。

a) 通配符作為方法參數

我們可以定義以下方法來獲取列表中任意元素的數量：

    public static int count(List<?> list) {
        return list.size();
    }

在上面的例子中，我們使用通配符?作為列表元素的類型，因此該方法可以與具有任何類型元素的列表一起使用。該方法返回列表中元素的數量。

我們可以使用以下代碼調用該方法：

    List<String> stringList = new ArrayList<>();
    stringList.add("Hello");
    stringList.add("World");
     
    int count = count(stringList);
    System.out.println(count);

在上面的例子中，我們創建了一個名為stringList的列表來存儲字符串，然後將其傳遞給count方法，該方法返回列表中元素的數量並打印到控制台上。

b) 工廠方法

我們可以使用工廠方法來創建具有不同類型元素的列表。例如，我們可以定義以下泛型工廠方法來創建具有不同類型元素的List對象：

    public static <E> List<E> createList() {
        return new ArrayList<>();
    }

在上面的例子中，我們定義了一個名為createList的泛型方法，並使用類型參數E定義列表中的元素類型。方法返回一個新的ArrayList對象。

我們可以使用以下代碼調用該方法：

    List<String> stringList = createList();
    List<Integer> integerList = createList();

在上面的例子中，我們使用createList方法分別創建了一個字符串列表和一個整數列表。由於該方法是泛型的，因此可以創建具有任何類型元素的列表。

c) 通配符作為限定類型參數

我們可以使用通配符作為限定類型參數，以限制可以傳遞給泛型方法、泛型類或泛型接口的類型。例如，我們可以定義以下限制類型參數的泛型方法：

    public static <T extends Comparable<T>> int countGreaterThan(T[] array, T element) {
        int count = 0;
        for (T t : array) {
            if (t.compareTo(element) > 0) {
                count++;
            }
        }
        return count;
    }

在上面的例子中，我們使用限定類型參數T extends Comparable<T>來限制該方法可以與實現了Comparable<T>接口的任何類型一起使用。該方法將一個元素和數組傳遞給它，並返回數組中大於該元素的元素數量。

我們可以使用以下代碼調用該方法：

    Integer[] intArray = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    int count = countGreaterThan(intArray, 3);
    System.out.println(count);

在上面的例子中，我們首先創建了一個名為intArray的整數數組，並將其傳遞給countGreaterThan方法。該方法返回數組中大於3的元素數量並將其打印到控制台上。

4. 總結

在本文中，我們詳細介紹了Java的泛型概念及其用法，包括類型參數、泛型類、泛型接口、通配符和泛型方法等。我們還提供了許多具有實際意義的代碼示例，以幫助讀者更好地理解這些概念。

通過學習本文，讀者應該已經能夠深入掌握Java泛型的核心特性，並能夠將其應用於自己的代碼中。