Java泛型中的List使用

Java中的List是一種容器，可以存儲一組有序的對象，並且支持快速地隨機訪問元素。Java泛型的出現增強了List的類型安全性和可讀性，避免了強制類型轉換和類型錯誤。

一、Java泛型中的List

Java泛型是指在定義類、接口和方法時，使用類型形參（type parameter）來代替具體的類型，可以在編譯時檢查類型，並且增強了代碼復用性和可讀性。在List中，通常使用泛型來指定List所管理的對象類型。

// 創建一個String類型的List
List list = new ArrayList();
list.add("Apple");
list.add("Banana");
list.add("Orange");

二、泛型與安全性

通過使用泛型，可以強化程序的類型安全性。當我們使用泛型時，編譯器會對程序進行類型檢查，如果類型不匹配，會在編譯時給出類型不匹配的錯誤提示。

下面是一個例子，使用泛型之前發生的類型錯誤：

List list = new ArrayList();
list.add("Apple");
list.add("Banana");
list.add("Orange");
// 需要強制轉換，容易出錯
String fruit = (String) list.get(0);

使用泛型之後，可以在編譯時捕獲錯誤：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Apple");
list.add("Banana");
list.add("Orange");
// 無需強制轉換，編譯器會自動進行類型檢測
String fruit = list.get(0);

三、泛型的通配符和邊界

泛型通配符（wildcards）為代碼提供了靈活性和復用性。通配符可以接受任意類型的泛型參數，但是也增加了類型的不確定性。在Java中，有兩種通配符：問號（?）和問號加上extends或super關鍵字的限定符。

下面是一個不使用通配符的例子：

class Fruit {
    //...
}

class Apple extends Fruit {
    //...
}

class Banana extends Fruit {
    //...
}

class FruitBasket {
    private List<Fruit> list = new ArrayList<>();

    public boolean addFruit(Fruit fruit) {
        return list.add(fruit);
    }

    // 返回水果籃子中的第一個水果
    public Fruit getFirst() {
        return list.get(0);
    }
}

//...

FruitBasket basket = new FruitBasket();
basket.addFruit(new Apple());
basket.addFruit(new Banana());
Apple apple = (Apple)basket.getFirst(); // 編譯錯誤

在這個例子中，FruitBasket只能管理Fruit類型的對象，並且getFirst方法只能返回Fruit類型的對象，如果要使用Apple或Banana，需要進行強制類型轉換。這對程序員來說不方便，也增加了出錯的機會。

使用extends關鍵字可以指定泛型參數的上限，只有在範圍內的對象才能被添加到List中：

class FruitBasket<T extends Fruit> {
    private List<T> list = new ArrayList<>();

    public boolean addFruit(T fruit) {
        return list.add(fruit);
    }

    // 返回水果籃子中的第一個水果
    public T getFirst() {
        return list.get(0);
    }
}

//...

FruitBasket<Apple> basket = new FruitBasket<>();
basket.addFruit(new Apple());
basket.addFruit(new Banana()); // 編譯錯誤
Apple apple = basket.getFirst(); // 無需強制轉換

在這個例子中，FruitBasket的泛型參數T必須是Fruit的子類，這樣就可以避免添加非Fruit類型的對象。

使用super關鍵字可以指定泛型參數的下限，只有在範圍內的對象才能被添加到List中：

class FruitBasket<T super Apple> {
    private List<T> list = new ArrayList<>();

    public boolean addFruit(T fruit) {
        return list.add(fruit);
    }

    // 返回水果籃子中的第一個水果
    public T getFirst() {
        return list.get(0);
    }
}

//...

FruitBasket<Fruit> basket = new FruitBasket<>(); // 編譯錯誤
FruitBasket<Apple> basket = new FruitBasket<>();
basket.addFruit(new Apple());
basket.addFruit(new Banana()); // 編譯錯誤
Apple apple = basket.getFirst(); // 無需強制轉換

在這個例子中，FruitBasket的泛型參數T必須是Apple的父類或Apple本身，這樣就可以避免添加非Apple類型的對象。

四、List的操作

List提供了一系列基本的操作，為我們管理數據提供了很大的便利。常用的操作包括添加、刪除、替換、查找等等。

1. 添加元素

List提供了add和addAll方法，可以向List中添加一個或多個元素。

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Apple");
list.add("Banana");
list.add("Orange");

List<String> otherList = new ArrayList<>();
otherList.add("Mango");
otherList.add("Pear");
list.addAll(otherList);

2. 刪除元素

List提供了remove和removeAll方法，可以刪除一個或多個元素。remove方法刪除指定的元素，removeAll方法刪除匹配給定條件的所有元素。

list.remove("Banana");
otherList.removeAll(list);

3. 替換元素

List提供了set方法，用給定元素替換指定位置的元素。

list.set(0, "Grapes");

4. 查找元素

List提供了get方法，可以根據給定的索引返回相應的元素。indexOf和lastIndexOf方法可以查找與給定元素相等的第一個和最後一個元素的索引。

String fruit = list.get(0);
int index = list.indexOf("Orange");

五、總結

通過使用泛型，可以提高代碼的類型安全性和可讀性。泛型通配符可以增強代碼的靈活性和復用性，邊界限制可以防止非法參數的傳遞。List提供了豐富的操作，可用於管理數據。在使用List時，推薦使用泛型，以提高類型安全性和代碼可讀性。