Java 泛型与通配符深度解析

集合框架是泛型最佳应用场景。JDK 5.0 中 Map 接口定义如下：

public interface Map<K, V> {
    void put(K key, V value);
    V get(K key);
}

K 和 V 是类型参数占位符。实例化时必须指定具体类型：

Map<String, String> m = new HashMap<>();
m.put("key", "blarg");
String s = m.get("key");

此时不再需要强转，因为编译器知道 get() 返回 String。虽然键盘录入没减少，但类型检查从执行时挪到了编译时，开发效率反而提升。

向后兼容

Java 引入泛型的重要目标是维护兼容性。现有代码无需修改即可在 JDK 5+ 运行，只是无法享受类型安全的好处。

命名规范

类型参数推荐用大写字母：

• T：泛型类型
• E：元素（Element），常用于 List/Collection
• K：键（Key），用于 Map
• V：值（Value），用于 Map

泛型不是协变的

很多初学者误以为泛型像数组一样支持协变。其实不然。List<Object> 不是 List<String> 的父类型。

数组是协变的：

Integer[] intArray = new Integer[10];
Number[] numberArray = intArray; // 合法

但泛型不行：

List<Integer> intList = new ArrayList<>();
List<Number> numberList = intList; // 编译错误

为什么？如果允许赋值，下面的代码就会破坏类型安全：

List<Integer> intList = new ArrayList<>();
List<Number> numberList = intList;
numberList.add(new Float(3.14)); // 非法操作被允许

这样 intList 里就混入了非 Integer 对象。所以编译器禁止这种赋值。

类型通配符

假设有个方法打印列表：

void printList(List l) {
    for (Object o : l)
        System.out.println(o);
}

传入 List<Integer> 会有警告，因为原始类型破坏了类型安全。写成 List<Object> 也不行，因为 List<Integer> 不是 List<Object> 的子类。

解决方案是用通配符 ?：

void printList(List<?> l) {
    for (Object o : l)
        System.out.println(o);
}

List<?> 表示任何泛型 List 的父类型，可以接收 List<String> 或 List<Integer>。

通配符的限制

对于 List<?>，你可以读取元素（推断为 Object），但不能添加（除了 null）：

List<Integer> li = new ArrayList<>();
List<?> lu = li;
System.out.println(lu.get(0)); // 合法，返回 Object
lu.add(new Integer(43));        // 编译错误

编译器不知道 ? 具体是什么类型，无法保证写入安全。但 clear() 等不依赖具体类型参数的方法是允许的。

泛型方法

方法也可以泛型化，即使所在类不是泛型类。例如根据布尔值返回不同参数：

public <T> T ifThenElse(boolean b, T first, T second) {
    return b ? first : second;
}

调用时无需显式指定 T，编译器自动推断：

String s = ifThenElse(true, "a", "b");

选择泛型方法而非类泛型的场景：

1. 方法是静态的，无法使用类类型参数。
2. 类型约束仅对当前方法有效，简化类签名。

有限制类型

有时需要对类型参数加约束。比如矩阵类只接受数字：

public class Matrix<V extends Number> { ... }

允许 Matrix<Integer>，但不允许 Matrix<String>。若无限制，默认由 Object 限制。这也是为什么 List<?> 的 get() 返回 Object 的原因。