2025年C++學(xué)習(xí)題(附答案)一、選擇題（每題2分，共20分）1.關(guān)于C++20中`constexpr`與`consteval`的區(qū)別，以下說(shuō)法正確的是：A.`constexpr`要求表達(dá)式必須在編譯期求值，`consteval`允許在運(yùn)行期求值B.`consteval`修飾的函數(shù)只能在編譯期調(diào)用，`constexpr`修飾的函數(shù)可在編譯期或運(yùn)行期調(diào)用C.兩者均要求函數(shù)體只能包含返回語(yǔ)句D.`consteval`不能用于變量聲明2.以下哪項(xiàng)不是C++17中`std::optional`的典型使用場(chǎng)景？A.函數(shù)可能返回?zé)o效值時(shí)替代空指針B.表示可選的配置參數(shù)C.存儲(chǔ)可能不存在的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢結(jié)果D.替代`std::pair<T,bool>`作為返回類型3.對(duì)于C++20的協(xié)程（coroutine），`promise_type`必須實(shí)現(xiàn)的成員函數(shù)不包括：A.`get_return_object`B.`initial_suspend`C.`return_value`D.`yield_value`4.以下代碼中，`lambda`表達(dá)式捕獲`x`的方式是：```cppintx=10;autolambda=[=]()mutable{x++;returnx;};```A.值捕獲，不可修改B.值捕獲，可修改（通過(guò)`mutable`）C.引用捕獲，不可修改D.引用捕獲，可修改5.關(guān)于C++20的范圍（Ranges）庫(kù)，以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是：A.`std::views::filter`是惰性視圖（lazyview）B.`std::ranges::sort`要求范圍是可變的隨機(jī)訪問(wèn)迭代器C.范圍適配器可通過(guò)管道符`|`組合D.`std::views::all`只能用于具名范圍（namedrange）6.若要使用C++23的`std::expected`替代異常處理，函數(shù)`parse_config`可能的返回類型是：A.`std::expected<Config,std::error_code>`B.`std::expected<Config&,std::string>`C.`std::expected<void,ParseError>`D.以上均可7.以下代碼在C++20中的編譯結(jié)果是：```cppconstexprautoadd=[](autoa,autob){returna+b;};static_assert(add(3,4.5)==7.5);```A.編譯失敗，因?yàn)閌auto`參數(shù)無(wú)法推導(dǎo)具體類型B.編譯失敗，因?yàn)閌constexpr`lambda不能用于`static_assert`C.編譯成功，結(jié)果正確D.編譯成功，但`static_assert`失敗8.關(guān)于智能指針`std::shared_ptr`，以下操作會(huì)增加引用計(jì)數(shù)的是：A.用`std::move`轉(zhuǎn)移所有權(quán)B.調(diào)用`reset()`釋放當(dāng)前管理對(duì)象C.通過(guò)`get()`獲取原始指針D.創(chuàng)建另一個(gè)`std::shared_ptr`指向同一對(duì)象9.C++20中`concept`的主要作用是：A.替代模板特化B.約束模板參數(shù)的類型要求C.實(shí)現(xiàn)編譯期多態(tài)D.簡(jiǎn)化異常規(guī)范10.以下哪項(xiàng)是C++17中`std::variant`相比`union`的優(yōu)勢(shì)？A.支持非平凡構(gòu)造的類型B.內(nèi)存占用更小C.無(wú)需手動(dòng)管理析構(gòu)D.可存儲(chǔ)任意類型（無(wú)類型限制）二、填空題（每空2分，共20分）1.C++20中，使用`____`關(guān)鍵字聲明編譯期必須初始化的變量，避免運(yùn)行期動(dòng)態(tài)初始化的問(wèn)題。2.范圍`for`循環(huán)`for(auto&elem:container)`的底層實(shí)現(xiàn)依賴于`container`的`begin()`和`end()`成員函數(shù)或自由函數(shù)，以及`____`類型的迭代器。3.`std::span`的模板參數(shù)`Extent`默認(rèn)值為`____`，表示可變長(zhǎng)度的視圖。4.C++23中引入的`____`特性允許在原子上下文中編寫(xiě)無(wú)鎖代碼，通過(guò)`atomic_ref`操作共享變量。5.若要在模板元編程中判斷類型`T`是否為整數(shù)類型，可使用`std::is_integral_v<T>`，其定義位于頭文件`____`中。6.移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)的典型實(shí)現(xiàn)形式為`ClassName(ClassName&&other)noexcept{____}`，通常需要將源對(duì)象的資源指針置空。7.C++20的`co_await`表達(dá)式會(huì)調(diào)用等待對(duì)象的`await_ready()`、`await_suspend()`和`await_resume()`成員函數(shù)，其中`await_suspend()`的返回值類型可以是`void`、`bool`或`____`。8.使用`std::format`格式化字符串時(shí)，`{:>10d}`表示將整數(shù)右對(duì)齊，占`10`個(gè)字符寬度，若要填充字符為``，應(yīng)寫(xiě)為`____`。9.在C++模塊（Modules）中，`exportmoduleMyModule;`聲明模塊接口，而實(shí)現(xiàn)部分通常放在`____`文件中（填寫(xiě)擴(kuò)展名）。10.折疊表達(dá)式（FoldExpressions）中，`(args+...)`表示對(duì)參數(shù)包`args`進(jìn)行左折疊，等價(jià)于`((arg1+arg2)+arg3)+...`，而右折疊的語(yǔ)法是`____`。三、編程題（共60分）1.（6分）使用C++20的`std::format`實(shí)現(xiàn)一個(gè)日志函數(shù)，要求輸出格式為：`[2025031514:30:22][INFO]操作成功，耗時(shí)123ms`，其中時(shí)間戳為當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間，日志級(jí)別、消息內(nèi)容和耗時(shí)為參數(shù)。2.（6分）編寫(xiě)一個(gè)C++20協(xié)程，實(shí)現(xiàn)異步文件讀取功能。要求協(xié)程在調(diào)用時(shí)掛起，等待文件讀取完成后恢復(fù)，并返回讀取的字節(jié)數(shù)。需給出`promise_type`的關(guān)鍵成員函數(shù)實(shí)現(xiàn)。3.（6分）定義一個(gè)概念`Arithmetic`，要求類型是算術(shù)類型（整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)或枚舉），并使用該概念約束模板函數(shù)`add`，使其僅接受符合`Arithmetic`的參數(shù)。4.（6分）設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)處理類`DataProcessor`，包含一個(gè)大對(duì)象`std::vector<unsignedchar>data`。要求實(shí)現(xiàn)移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)和移動(dòng)賦值運(yùn)算符，確保移動(dòng)操作后原對(duì)象的`data`被置空，且操作不拋出異常。5.（6分）將傳統(tǒng)頭文件方式的代碼轉(zhuǎn)換為C++模塊。現(xiàn)有頭文件`math_utils.h`包含函數(shù)聲明`intgcd(inta,intb);`，源文件`math_utils.cpp`包含其實(shí)現(xiàn)。要求用模塊語(yǔ)法重新組織代碼。6.（6分）使用C++20的范圍（Ranges）庫(kù)和視圖（Views），將一個(gè)整數(shù)向量`std::vector<int>`中的偶數(shù)提取出來(lái)，轉(zhuǎn)換為字符串，并用``連接。例如輸入`{1,2,3,4}`，輸出`"24"`。7.（6分）編寫(xiě)一個(gè)`constexpr`函數(shù)`fibonacci`，計(jì)算第`n`個(gè)斐波那契數(shù)（`n≥0`），要求在編譯期可計(jì)算（如`static_assert(fibonacci(5)==5)`通過(guò)）。8.（6分）實(shí)現(xiàn)一個(gè)函數(shù)`read_config`，使用`std::expected`返回配置對(duì)象或錯(cuò)誤信息。若配置文件不存在，返回`std::unexpected("文件不存在")`；若解析失敗，返回`std::unexpected("解析錯(cuò)誤")`；否則返回配置對(duì)象。9.（6分）設(shè)計(jì)一個(gè)管理共享資源（如數(shù)據(jù)庫(kù)連接）的類`DBConnection`，要求使用`std::shared_ptr`管理其生命周期，并自定義刪除器，在引用計(jì)數(shù)為0時(shí)關(guān)閉連接。10.（6分）使用C++23的事務(wù)性內(nèi)存（TransactionalMemory）特性，編寫(xiě)一個(gè)原子塊，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)賬戶之間的安全轉(zhuǎn)賬（假設(shè)`Account`類有`balance`成員變量）。答案選擇題1.B（`consteval`強(qiáng)制編譯期求值，`constexpr`允許運(yùn)行期）2.D（`std::optional`本身可替代`std::pair<T,bool>`）3.D（`yield_value`是提供器需要的，非必須）4.B（`[=]`值捕獲，`mutable`允許修改副本）5.D（`std::views::all`可用于任何范圍）6.D（`std::expected`支持值、引用、`void`返回類型）7.C（`constexpr`lambda可在編譯期求值，3+4.5=7.5）8.D（創(chuàng)建新`shared_ptr`共享所有權(quán)時(shí)引用計(jì)數(shù)+1）9.B（`concept`約束模板參數(shù)的類型要求）10.A（`union`不支持非平凡構(gòu)造類型，`variant`支持）填空題1.`constinit`2.`sentinel`（或`std::sentinel_for`）3.`std::dynamic_extent`4.`原子事務(wù)`（或`TransactionalMemory`）5.`<type_traits>`6.`data=std::move(other.data);other.data=nullptr;`（示例，具體依資源類型）7.`std::coroutine_handle<>`8.`{:>10d}`9.`cppm`（或`cxx`，依實(shí)現(xiàn)，通常為`cpp`）10.`(...)+args`編程題1.日志函數(shù)實(shí)現(xiàn)：```cppinclude<format>include<chrono>include<ctime>voidlog_info(conststd::string&message,intduration_ms){autonow=std::chrono::system_clock::now();std::time_ttime=std::chrono::system_clock::to_time_t(now);chartime_str[20];std::strftime(time_str,sizeof(time_str),"%Y%m%d%H:%M:%S",std::localtime(&time));std::stringlog=std::format("[{}][INFO]{}，耗時(shí){}ms",time_str,message,duration_ms);//實(shí)際輸出到日志文件或標(biāo)準(zhǔn)輸出std::cout<<log<<std::endl;}```2.異步文件讀取協(xié)程：```cppinclude<coroutine>include<fstream>include<optional>structFileReadAwaiter{std::ifstreamfile;size_tbytes_read;//省略異步IO實(shí)現(xiàn)（如使用操作系統(tǒng)API），此處簡(jiǎn)化為同步模擬boolawait_ready()constnoexcept{returnfalse;}voidawait_suspend(std::coroutine_handle<>h)noexcept{//模擬異步讀取：?jiǎn)?dòng)異步操作，完成后調(diào)用h.resume()h.resume();//同步測(cè)試用}size_tawait_resume()noexcept{returnbytes_read;}};structFileReadCoroutine{structpromise_type{size_tresult;FileReadCoroutineget_return_object(){return{std::coroutine_handle<promise_type>::from_promise(this)};}std::suspend_alwaysinitial_suspend()noexcept{return{};}std::suspend_alwaysfinal_suspend()noexcept{return{};}voidreturn_value(size_tbytes){result=bytes;}voidunhandled_exception(){std::terminate();}};std::coroutine_handle<promise_type>handle;};FileReadCoroutineread_file_async(conststd::string&path){std::ifstreamfile(path,std::ios::binary|std::ios::ate);size_tsize=file.tellg();file.seekg(0);autobuffer=newchar[size];co_awaitFileReadAwaiter{.file=std::move(file),.bytes_read=size};delete[]buffer;co_returnsize;}```3.概念與模板函數(shù)：```cppinclude<concepts>include<type_traits>template<typenameT>conceptArithmetic=std::is_arithmetic_v<T>||std::is_enum_v<T>;template<ArithmeticT>Tadd(Ta,Tb){returna+b;}```4.`DataProcessor`移動(dòng)操作：```cppinclude<vector>include<utility>classDataProcessor{public:std::vector<unsignedchar>data;//移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)DataProcessor(DataProcessor&&other)noexcept:data(std::move(other.data)){other.data.clear();//或other.data={};}//移動(dòng)賦值運(yùn)算符DataProcessor&operator=(DataProcessor&&other)noexcept{if(this!=&other){data=std::move(other.data);other.data.clear();}returnthis;}};```5.模塊轉(zhuǎn)換：```cpp//math_utils.cppm（模塊接口單元）exportmodulemath_utils;exportintgcd(inta,intb){while(b!=0){inttemp=b;b=a%b;a=temp;}returna;}//其他文件使用：importmath_utils;intresult=gcd(12,18);//使用模塊```6.范圍與視圖操作：```cppinclude<vector>include<ranges>include<string>include<algorithm>usingnamespacestd::views;std::stringprocess_even_numbers(conststd::vector<int>&nums){autoeven_strs=nums|filter([](intn){returnn%2==0;})|transform([](intn){returnstd::to_string(n);});std::stringresult;for(constauto&s:even_strs|join("")){//注：C++23支持join，若用C++20需手動(dòng)拼接result+=s;}//替代C++20手動(dòng)拼接：//std::ranges::copy(even_strs,std::back_inserter(result));//并處理連接符returnresult;}```7.`constexpr`斐波那契函數(shù)：```cppconstexprintfibonacci(intn){if(n<=0)return0;if(n==1)return1;returnfibonacci(n1)+fibonacci(n2);}static_assert(fibonacci(5)==5);//驗(yàn)證```8.`std::expected`配置讀取：```cppinclude<expected>include<fstream>include<string>structConfig{};//假設(shè)的配置類型std::expected<Config,std::string>read_config(conststd::string&path){std::ifstreamfile(path);if(!file){returnstd::unexpected("文件不存在");}