C++多線程同步的試題及答案姓名：____________________

一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共10題）

1.以下哪個(gè)選項(xiàng)不是C++11中引入的線程支持庫(kù)？

A.`<thread>`

B.`<mutex>`

C.`<condition_variable>`

D.`<atomic>`

2.在C++中，以下哪個(gè)頭文件提供了線程同步機(jī)制？

A.`<thread>`

B.`<mutex>`

C.`<vector>`

D.`<algorithm>`

3.以下哪個(gè)操作是互斥鎖（mutex）的基本操作？

A.lock()

B.unlock()

C.try_lock()

D.all_of()

4.在C++中，以下哪個(gè)是條件變量的構(gòu)造函數(shù)？

A.`condition_variable()`

B.`condition_variable(condition_variable_lock&)`

C.`condition_variable(conststd::mutex&)`

D.`condition_variable(conststd::condition_variable&)`

5.以下哪個(gè)函數(shù)用于線程的創(chuàng)建？

A.`std::thread::join()`

B.`std::thread::detach()`

C.`std::thread::start()`

D.`std::thread::swap()`

6.在C++中，以下哪個(gè)是條件變量的等待函數(shù)？

A.`wait()`

B.`notify_one()`

C.`notify_all()`

D.`wait_for()`

7.以下哪個(gè)是C++11中用于原子操作的類(lèi)型？

A.`std::atomic`

B.`std::mutex`

C.`std::condition_variable`

D.`std::thread`

8.以下哪個(gè)是C++11中用于表示原子操作的函數(shù)？

A.`std::atomic::store()`

B.`std::atomic::load()`

C.`std::atomic::exchange()`

D.`std::atomic::compare_exchange()`

9.在C++中，以下哪個(gè)是用于條件變量的等待時(shí)間？

A.`std::chrono::milliseconds`

B.`std::chrono::seconds`

C.`std::chrono::nanoseconds`

D.`std::chrono::hours`

10.以下哪個(gè)是C++11中用于原子操作的類(lèi)型？

A.`std::atomic`

B.`std::mutex`

C.`std::condition_variable`

D.`std::thread`

二、填空題（每空2分，共5空）

1.在C++中，互斥鎖（mutex）用于實(shí)現(xiàn)__________。

2.條件變量（condition_variable）通常與__________一起使用。

3.原子操作（atomicoperation）用于實(shí)現(xiàn)__________。

4.在C++中，線程（thread）的創(chuàng)建可以通過(guò)__________函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

5.在C++中，條件變量的等待時(shí)間可以通過(guò)__________類(lèi)實(shí)現(xiàn)。

三、編程題（共15分）

編寫(xiě)一個(gè)C++程序，使用互斥鎖（mutex）和條件變量（condition_variable）實(shí)現(xiàn)一個(gè)生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型。生產(chǎn)者線程負(fù)責(zé)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，消費(fèi)者線程負(fù)責(zé)消費(fèi)數(shù)據(jù)。當(dāng)生產(chǎn)者線程生產(chǎn)完數(shù)據(jù)后，會(huì)通過(guò)條件變量通知消費(fèi)者線程進(jìn)行消費(fèi)。同時(shí)，消費(fèi)者線程在消費(fèi)完數(shù)據(jù)后，會(huì)通過(guò)條件變量通知生產(chǎn)者線程進(jìn)行生產(chǎn)。

```cpp

#include<iostream>

#include<thread>

#include<mutex>

#include<condition_variable>

std::mutexmtx;

std::condition_variablecv;

intdata=0;

voidproducer(){

for(inti=0;i<10;++i){

std::unique_lock<std::mutex>lock(mtx);

cv.wait(lock,[]{returndata==0;});

data=i;

std::cout<<"Producerproduced:"<<data<<std::endl;

lock.unlock();

cv.notify_one();

}

}

voidconsumer(){

for(inti=0;i<10;++i){

std::unique_lock<std::mutex>lock(mtx);

cv.wait(lock,[]{returndata!=0;});

data=0;

std::cout<<"Consumerconsumed:"<<data<<std::endl;

lock.unlock();

cv.notify_one();

}

}

intmain(){

std::threadproducer_thread(producer);

std::threadconsumer_thread(consumer);

producer_thread.join();

consumer_thread.join();

return0;

}

```

二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共10題）

1.在C++多線程編程中，以下哪些是線程同步的基本機(jī)制？

A.互斥鎖（mutex）

B.條件變量（condition_variable）

C.原子操作（atomicoperation）

D.死鎖（deadlock）

E.活鎖（livelock）

2.以下哪些是C++11中提供的線程同步類(lèi)？

A.`std::thread`

B.`std::mutex`

C.`std::condition_variable`

D.`std::atomic`

E.`std::vector`

3.互斥鎖（mutex）的主要作用是什么？

A.防止多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)共享資源

B.實(shí)現(xiàn)線程間的通信

C.控制線程的執(zhí)行順序

D.保證線程安全

E.提高程序的執(zhí)行效率

4.以下哪些是互斥鎖（mutex）的常見(jiàn)操作？

A.lock()

B.unlock()

C.try_lock()

D.lock_guard()

E.unique_lock()

5.條件變量（condition_variable）通常與哪些對(duì)象一起使用？

A.互斥鎖（mutex）

B.條件檢查函數(shù)

C.等待函數(shù)

D.通知函數(shù)

E.原子操作

6.以下哪些是條件變量（condition_variable）的等待函數(shù)？

A.wait()

B.wait_for()

C.wait_until()

D.notify_one()

E.notify_all()

7.以下哪些是C++11中用于原子操作的類(lèi)型？

A.`std::atomic`

B.`std::mutex`

C.`std::condition_variable`

D.`std::thread`

E.`std::atomic_flag`

8.原子操作（atomicoperation）在多線程編程中的作用是什么？

A.防止數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)

B.保證操作的原子性

C.提高程序的執(zhí)行效率

D.實(shí)現(xiàn)線程間的同步

E.簡(jiǎn)化編程模型

9.在C++中，以下哪些是線程的常見(jiàn)狀態(tài)？

A.運(yùn)行狀態(tài)

B.等待狀態(tài)

C.睡眠狀態(tài)

D.中斷狀態(tài)

E.終止?fàn)顟B(tài)

10.以下哪些是C++11中線程的常見(jiàn)操作？

A.創(chuàng)建線程

B.啟動(dòng)線程

C.等待線程結(jié)束

D.終止線程

E.交換線程

三、判斷題（每題2分，共10題）

1.在C++中，互斥鎖（mutex）可以確保同一時(shí)間只有一個(gè)線程可以訪問(wèn)共享資源。（）

2.條件變量（condition_variable）可以用來(lái)阻塞線程直到某個(gè)條件成立。（）

3.原子操作（atomicoperation）只能應(yīng)用于基本數(shù)據(jù)類(lèi)型。（）

4.使用互斥鎖（mutex）時(shí)，必須始終確保在鎖的保護(hù)范圍內(nèi)完成所有操作。（）

5.`std::atomic`類(lèi)型總是比普通的變量更安全。（）

6.在多線程程序中，原子操作可以完全替代互斥鎖的使用。（）

7.`std::thread::join()`函數(shù)會(huì)阻塞調(diào)用它的線程，直到被連接的線程完成執(zhí)行。（）

8.`std::condition_variable::notify_one()`函數(shù)會(huì)隨機(jī)喚醒一個(gè)等待的線程。（）

9.在C++中，死鎖（deadlock）是不可能發(fā)生的，因?yàn)榛コ怄i（mutex）和條件變量（condition_variable）的使用是安全的。（）

10.在C++中，一個(gè)線程可以同時(shí)擁有多個(gè)互斥鎖（mutex）。（）

四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共6題）

1.簡(jiǎn)述C++中互斥鎖（mutex）的基本作用和常見(jiàn)操作。

2.解釋C++中條件變量（condition_variable）的工作原理及其與互斥鎖（mutex）的關(guān)系。

3.描述C++11中原子操作（atomicoperation）的概念及其在多線程編程中的作用。

4.說(shuō)明C++中線程（thread）的生命周期及其主要狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

5.列舉并解釋C++11中與線程同步相關(guān)的幾個(gè)重要庫(kù)和類(lèi)。

6.分析在多線程編程中，如何避免死鎖（deadlock）和數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)（datarace）的發(fā)生。

試卷答案如下

一、單項(xiàng)選擇題

1.D

解析思路：C++11引入了標(biāo)準(zhǔn)線程庫(kù)，包括`<thread>`,`<mutex>`,`<condition_variable>`,`<atomic>`，但`<atomic>`是用于原子操作的類(lèi)型，不是線程支持庫(kù)。

2.B

解析思路：線程同步機(jī)制主要通過(guò)`<mutex>`頭文件提供的互斥鎖（mutex）實(shí)現(xiàn)。

3.A

解析思路：互斥鎖的基本操作包括上鎖（lock）和解鎖（unlock），`lock()`是上鎖操作。

4.B

解析思路：條件變量的構(gòu)造函數(shù)之一是接受一個(gè)`condition_variable_lock`對(duì)象作為參數(shù)。

5.C

解析思路：`std::thread::start()`函數(shù)用于啟動(dòng)線程。

6.A

解析思路：條件變量的等待函數(shù)`wait()`用于使線程等待直到被通知。

7.A

解析思路：`std::atomic`類(lèi)型用于原子操作，確保操作的原子性。

8.C

解析思路：`std::atomic::exchange()`是用于原子交換操作的函數(shù)。

9.B

解析思路：`std::chrono::seconds`是用于表示等待時(shí)間的類(lèi)，表示秒。

10.A

解析思路：`std::atomic`類(lèi)型用于原子操作，確保操作的原子性。

二、多項(xiàng)選擇題

1.ABC

解析思路：線程同步的基本機(jī)制包括互斥鎖、條件變量和原子操作，它們用于防止數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)和保證線程安全。

2.ABCD

解析思路：C++11提供的線程同步類(lèi)包括`std::thread`、`std::mutex`、`std::condition_variable`和`std::atomic`。

3.ABCD

解析思路：互斥鎖的基本作用是防止多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)共享資源，實(shí)現(xiàn)線程安全，并控制線程執(zhí)行順序。

4.ABCDE

解析思路：互斥鎖的常見(jiàn)操作包括上鎖、解鎖、嘗試上鎖、使用鎖保護(hù)作用域和獨(dú)占鎖定。

5.ABCD

解析思路：條件變量通常與互斥鎖一起使用，其等待函數(shù)和通知函數(shù)用于線程間的同步。

6.ABC

解析思路：條件變量的等待函數(shù)包括`wait()`、`wait_for()`和`wait_until()`。

7.ABCDE

解析思路：C++11中用于原子操作的類(lèi)型包括`std::atomic`、`std::atomic_flag`、`std::atomic_ref`等。

8.ABC

解析思路：原子操作在多線程編程中的作用是防止數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)，保證操作的原子性和提高程序的執(zhí)行效率。

9.ABCDE

解析思路：線程的常見(jiàn)狀態(tài)包括運(yùn)行狀態(tài)、等待狀態(tài)、睡眠狀態(tài)、中斷狀態(tài)和終止?fàn)顟B(tài)。

10.ABCDE

解析思路：C++11中線程的常見(jiàn)操作包括創(chuàng)建線程、啟動(dòng)線程、等待線程結(jié)束、終止線程和交換線程。

三、判斷題

1.√

解析思路：互斥鎖確保同一時(shí)間只有一個(gè)線程可以訪問(wèn)共享資源，防止數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)。

2.√

解析思路：條件變量允許線程在某個(gè)條件不滿足時(shí)阻塞，直到條件成立或被通知。

3.×

解析思路：原子操作不僅適用于基本數(shù)據(jù)類(lèi)型，還適用于復(fù)合數(shù)據(jù)類(lèi)型和用戶定義類(lèi)型。

4.√

解析思路：為了確保線程安全，必須始終在鎖的保護(hù)范圍內(nèi)完成所有操作。

5.×

解析思路：`std::atomic