1. 什么是模板和泛型编程特性？
在程序设计中，如果我们需要处理多种不同类型的数据，我们可能会编写多个函数来处理各种类型的数据。但这种做法显然是不可持续的，因为我们无法提前知晓所有可能使用的数据类型。模板和泛型编程特性正是为了解决这种问题而诞生的。它允许我们编写一种通用的算法，可以处理任何类型的数据，并且可以大大减少重复代码的撰写。
2. 如何使用模板？
2.1 函数模板
函数模板是一种可以接受任意类型参数的函数。例如，我们可以写一个函数来交换两个值：
template <typename T>
void swap(T &a, T &b) {
T temp = a;
a = b;
b = temp;
}
这里，template <typename T> 声明了这是一个模板函数，并用 T 来表示类型占位符。在函数体中，我们直接将这些 T 替换成实际的类型即可。例如，我们可以使用这个函数来交换两个 int 型变量的值：
int main() {
int a = 1, b = 2;
swap(a, b);
return 0;
}
这段代码会将 a 和 b 的值交换。
2.2 类模板
类模板与函数模板的基本思想是相同的。它们都是使用占位符来表示可能的类型，从而实现通用性。例如，我们可以写一个二叉树节点类模板：
template <typename T>
class TreeNode {
public:
T val;
TreeNode *left;
TreeNode *right;
TreeNode(T x) : val(x), left(NULL), right(NULL) {}
};
这里，我们使用 template 声明了这是一个类模板，并用 T 作为类型占位符。在类的定义中，我们可以直接使用 T 来表示数据类型。例如，在构造函数中，我们传入了一个参数 x，实际上也是 T 类型的。
我们可以用这个类来创建不同类型的二叉树节点：
int main() {
TreeNode<int> *node1 = new TreeNode<int>(1);
TreeNode<double> *node2 = new TreeNode<double>(2.0);
return 0;
}
这段代码会创建两个不同类型的节点，一个是 int 型，一个是 double 型。
3. 模板的特化
在某些情况下，我们可能需要针对某一种特定类型写出特殊的代码逻辑，而不是使用通用化的模板。这时候，我们可以使用模板的特化功能。
例如，我们可以写一个用于比较两个字符串的函数模板：
template <typename T>
bool compare(T a, T b) {
return a == b;
}
但是这个模板对于 std::string 类型可能不是特别友好。因为对于 std::string，我们需要使用它自己重载的 == 运算符来比较。因此，我们可以为 std::string 提供一个特化版本：
template <>
bool compare(std::string a, std::string b) {
return a.compare(b) == 0;
}
这样，在实际使用时，如果参数为 std::string，编译器会自动选择这个特化版本。
4. STL 中的泛型编程
STL（Standard Template Library）是 C++ 标准库中提供的一个库，它使用了泛型编程的思想，提供了众多通用的数据结构和算法，包括向量、列表、映射、排序、查找等等。我们可以使用标准库中的容器和算法进行快速开发。
例如，我们可以使用 STL 中的向量来存储一些元素：
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
for (int i = 0; i < v.size(); i++) {
cout << v[i] << endl;
}
return 0;
}
这段代码会创建一个 int 类型的向量，并将 1、2、3 添加到向量中。然后，我们使用循环输出了每一个元素。
STL 中的算法非常丰富，包括排序、搜索、计数、查找等等。例如，我们可以使用 STL 中的 sort 函数对一个数组进行排序：
#include <algorithm>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int arr[] = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3};
sort(arr, arr + 10);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
cout << arr[i] << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
这段代码会对一个包含 10 个元素的数组进行排序。
5. 总结
模板和泛型编程特性是 C++ 中非常重要的特性，它允许我们写出通用的代码，提高了程序的可维护性。在实际编程中，我们可以使用函数模板和类模板来实现泛型编程，还可以使用模板的特化来针对特定类型编写特殊的代码逻辑。同时，STL 中提供了大量的通用数据结构和算法，也是非常值得学习的。