Java 泛型详解：类型参数的力量

泛型（Generics）是 Java 类型系统的重要支柱。

它让代码更安全、更简洁、更通用，是理解现代 Java 编程的必修课。

本文将系统讲解 Java 泛型的定义、使用、通配符、边界与常见陷阱。

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一、为什么需要泛型

在 Java 1.5 之前，集合只能存放 Object 类型：

List list = new ArrayList();
list.add("Hello");
list.add(123); // 不安全
String s = (String) list.get(0); // 强制类型转换

缺点：类型不安全、容易出错。

Java 1.5 引入 泛型机制（Generics），允许在定义类或方法时引入"类型参数"。

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Hello");
// list.add(123); // 编译错误
String s = list.get(0); // 无需强转

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二、泛型的基本语法

class Box<T> {          // 定义泛型类
    private T value;
    public void set(T value) { this.value = value; }
    public T get() { return value; }
}

Box<Integer> box = new Box<>();
box.set(100);
Integer data = box.get();

关键点	说明
<T>	声明类型参数（Type Parameter）
T	类型变量，可代表任意引用类型
Box<Integer>	实例化泛型类

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三、泛型类与泛型接口

泛型类

class Pair<K, V> {
    private K key;
    private V value;
    public Pair(K key, V value) { this.key = key; this.value = value; }
    public K getKey() { return key; }
    public V getValue() { return value; }
}

泛型接口

interface Converter<F, T> {
    T convert(F from);
}

class StringToInteger implements Converter<String, Integer> {
    public Integer convert(String from) {
        return Integer.valueOf(from);
    }
}

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四、泛型方法

方法也可以定义自己的类型参数：

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

String[] arr = {"A", "B", "C"};
printArray(arr); // 自动推断 T = String

⚡ 泛型方法的类型参数与类的泛型参数独立存在。

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五、通配符：? 的三种形态

通配符 ? 表示未知类型，常用于方法参数中。

通配符	含义	示例
?	任意类型	List<?> list
? extends T	T 或其子类（上界通配符）	List<? extends Number>
? super T	T 或其父类（下界通配符）	List<? super Integer>

示例：

public static void show(List<? extends Number> list) {
    for (Number n : list) {
        System.out.println(n);
    }
}

写入能力	读取能力
? extends T	✅ 读安全 ❌ 写
? super T	✅ 写安全 ❌ 读（只能读为 Object）

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六、边界与多重限制

class Calculator<T extends Number & Comparable<T>> {
    public boolean isGreater(T a, T b) {
        return a.compareTo(b) > 0;
    }
}

✅ 可指定多个上界，必须先是类后是接口。

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七、泛型数组与类型推断

• ❌ 泛型数组不能直接创建：new T[10]（类型擦除原因）
• ✅ 可使用 List 或 Array.newInstance() 代替。

类型推断：

List<String> list = List.of("A", "B");
var map = Map.of(1, "A", 2, "B"); // Java 10+

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八、泛型的好处与限制

优点	缺点
✅ 编译期类型安全	❌ 运行时类型擦除
✅ 代码复用性高	❌ 无法创建泛型数组
✅ 无需强转	❌ 不能用基本类型

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九、常见泛型陷阱

❌ 泛型类型不能用于静态上下文：

class Box<T> {
    // static T value; // 错误！
}

❌ 泛型类型无法用于 instanceof：

if (obj instanceof Box<String>) // 错误：类型擦除导致编译不通过

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🔚 总结

分类	关键语法	示例
泛型类	<T>	class Box<T>
泛型方法	<T>	static <T> void print(T t)
通配符	? extends / ? super	List<? super Integer>
边界	T extends Number	限制类型范围