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Python - Generics

# Python 泛型：初學者的指南

你好，未來的Python大師！今天，我們將要踏上一段令人興奮的旅程，探索Python泛型的世界。別擔心你對編程是新手——我將成為你的友好導遊，一步步地解釋一切。那麼，拿起你喜歡的飲料，讓我們一起進入吧！

## 什麼是泛型？

在我們開始編程之前，讓我們先了解泛型是什麼。想像你有一個神奇的盒子，它可以存放任何類型的物品——玩具、書籍，甚至是cookies。這基本上就是編程中泛型的作用。它們讓我們能夠編寫出能夠應用於不同數據類型的靈活代碼。

## 定義一個泛型函數

讓我們從創建一個泛型函數開始。在Python中，我們使用`typing`模塊中的`TypeVar`來定義泛型類型。

```python
from typing import TypeVar

T = TypeVar('T')

def print_item(item: T) -> None:
    print(f"物品是: {item}")

在這個例子中，T是我們的泛型類型。print_item函數現在可以接受任何類型的數據。讓我們分解一下：

我們從typing模塊中導入TypeVar。
我們創建一個類型變量T。
我們的函數print_item接受一個類型為T的參數item。
函數簡單地打印出物品。

使用不同數據類型調用泛型函數

現在，讓我們看看我們的泛型函數實際運行的情況！

print_item(42)
print_item("Hello, Generics!")
print_item([1, 2, 3])

輸出：

物品是: 42
物品是: Hello, Generics!
物品是: [1, 2, 3]

正如你所看到的，我們的函數可以與不同類型的數據一起工作——整數、字符串，甚至是列表。這就像在你的代碼工具包中有一把瑞士軍刀！

定義一個泛型類

既然我們已經掌握了泛型函數，讓我們升級遊戲，創建一個泛型類。想像我們正在構建一個簡單的存儲系統，它可以存放任何類型的物品。

from typing import Generic, TypeVar

T = TypeVar('T')

class Box(Generic[T]):
    def __init__(self, item: T):
        self.item = item

    def get_item(self) -> T:
        return self.item

    def set_item(self, new_item: T) -> None:
        self.item = new_item

讓我們分解這個神奇的Box：

我們將我們的類Box定義為Generic[T]。
__init__方法接受一個類型為T的item。
get_item返回存儲的物品。
set_item允許我們更改物品。

現在，讓我們使用我們的Box：

# 整數的盒子
int_box = Box(42)
print(int_box.get_item())  # 輸出: 42

# 字符串的盒子
str_box = Box("Hello, Generic Class!")
print(str_box.get_item())  # 輸出: Hello, Generic Class!

# 更改盒子中的物品
int_box.set_item(100)
print(int_box.get_item())  # 輸出: 100

這不是很有趣嗎？我們可以創建存儲不同類型物品的盒子，而Python為我們確保了類型安全。

泛型的力量

泛型可能一開始看起來有點抽象，但它們非常強大。它們讓我們能夠編寫既靈活又類型安全的代碼。想像你正在構建一個大型應用程序——泛型可以幫助你創建有用的組件，這些組件可以與各種數據類型一起工作，節省你的時間並減少錯誤。

這裡有一個更複雜的例子來說明這種力量：

from typing import Generic, TypeVar, List

T = TypeVar('T')

class Storage(Generic[T]):
    def __init__(self):
        self.items: List[T] = []

    def add_item(self, item: T) -> None:
        self.items.append(item)

    def get_items(self) -> List[T]:
        return self.items

    def get_last_item(self) -> T:
        if self.items:
            return self.items[-1]
        raise IndexError("Storage is empty")

# 使用我們的泛型Storage類
int_storage = Storage[int]()
int_storage.add_item(1)
int_storage.add_item(2)
int_storage.add_item(3)

str_storage = Storage[str]()
str_storage.add_item("Apple")
str_storage.add_item("Banana")
str_storage.add_item("Cherry")

print(int_storage.get_items())  # 輸出: [1, 2, 3]
print(str_storage.get_last_item())  # 輸出: Cherry

在這個例子中，我們創建了一個泛型Storage類，它可以存儲任何類型的列表。然後我們為整數和字符串創建了分別的存儲，展示了我們泛型類的靈活性。

結論

恭喜你！你剛剛踏出了進入Python泛型世界的第一步。我們已經介紹了泛型函數、泛型類，甚至建立了一個靈活的存儲系統。記住，像任何強大的工具一樣，泛型需要練習才能精通。如果它們立即沒有對你產生共鳴——別氣餒，持續實驗，你很快就會在自己的代碼中看到泛型的魔力。

當我們結束時，這裡是一個總結我們學到的關鍵方法的表格：

方法	描述
`TypeVar('T')`	創建一個泛型用途的類型變量
`Generic[T]`	定義一個泛型類
`__init__(self, item: T)`	使用類型為T的物品初始化泛型類
`get_item(self) -> T`	返回類型為T的物品
`set_item(self, new_item: T) -> None`	設置一個類型為T的新物品
`add_item(self, item: T) -> None`	將類型為T的物品添加到集合中
`get_items(self) -> List[T]`	返回類型為T的物品列表
`get_last_item(self) -> T`	返回集合中類型為T的最後一個物品

繼續編碼，持續學習，並記住——有了泛型，你的Python力量是無窮的！祝編碼愉快，未來的Python法師！

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