1.2 泛型与型变：生产者、消费者和运行时表示

工坊里的容器既要复用算法，又要阻止错误类型被写进去；继承关系一进入读写接口就不再直观。

泛型让容器和算法保留元素类型，但一旦类型参数既能被读出又能被写入，子类型关系就必须更谨慎。

可变容器通常是不变的

假设允许 Box<Cat> 当作 Box<Animal>：

text

cats: Box<Cat>
animals: Box<Animal> = cats
animals.set(Dog)
cat = cats.get()  ← 现在取出了 Dog

所以同时读写的 Box<T> 对 T 通常 invariant。

只生产 T 的接口可以 covariant：若 Cat <: Animal，Producer<Cat> 可当作 Producer<Animal>。只消费 T 的接口可以 contravariant：能处理任意 Animal 的消费者当然能处理 Cat。

Java 使用 use-site variance：

java

List<? extends Animal> source; // 可安全读作 Animal，不能随意写
List<? super Cat> sink;        // 可写入 Cat，读出只能视为 Object

PECS 是记忆法：Producer Extends, Consumer Super。它不是语法规则的替代；一个参数若既读又写，通常保持精确不变类型。

Java 数组允许 Cat[] 赋给 Animal[]，但写入 Dog 时抛 ArrayStoreException。数组在运行时知道组件类型，而泛型 List<Cat> 不允许同样赋值，在编译期阻止问题。

这说明“语言允许赋值”不代表完全静态安全；有些兼容性把错误推迟到运行时。

Java 泛型主要通过 erasure 编译：参数化类型映射到原始类/边界，编译器插入 cast，并在需要保持多态时生成 bridge method。结果是 List<String> 与 List<Integer> 通常共享同一个运行时 class，部分类型参数不可反射。

因此不能创建 new T()、new T[]，也不能直接测试 x instanceof List<String>。需要运行时类型时，可显式传 Class<T>、类型令牌或使用 reified generic 的语言机制。

Rust/C++ 常对具体类型实例化专用代码（monomorphization），能优化值布局和静态分派，但可能增加编译时间与代码体积。动态字典/type-class translation 则在运行时传递能力实现。没有一种策略在所有场景都更快。

java

static <T extends Comparable<? super T>> T max(List<? extends T> xs)

这个签名说明：输入生产 T；T 能与自己或其上层类型比较。复杂约束的目的不是炫技，而是把实现依赖写进接口，让调用方和编译器都能检查。

过度通用会产生难懂错误与 API。若业务只有三个明确类型，封闭代数数据类型可能比十层泛型更清晰。

下一课用 sum/product types 与 exhaustive matching，让“不合法状态不可表示”从口号变成数据建模方法。