2025年C++軟件工程師筆試題及答案一、基礎(chǔ)語(yǔ)法與語(yǔ)義分析（共3題）1.分析以下代碼的輸出結(jié)果，并說(shuō)明原因：```cppinclude<iostream>classA{public:A(){std::cout<<"Aconstruct"<<std::endl;}~A(){std::cout<<"Adestruct"<<std::endl;}};classB{public:B(){std::cout<<"Bconstruct"<<std::endl;}~B(){std::cout<<"Bdestruct"<<std::endl;}};classC:publicB,publicA{public:C(){std::cout<<"Cconstruct"<<std::endl;}~C(){std::cout<<"Cdestruct"<<std::endl;}private:Aa;Bb;};intmain(){Cc=newC();deletec;return0;}```答案：輸出順序?yàn)椋築construct→Aconstruct（基類B、A按聲明順序構(gòu)造）→Aconstruct（成員變量a）→Bconstruct（成員變量b）→Cconstruct（自身構(gòu)造）→Cdestruct（自身析構(gòu)）→Bdestruct（成員變量b，與構(gòu)造順序相反）→Adestruct（成員變量a）→A</think>destruct（基類A，與構(gòu)造順序相反）→Bdestruct（基類B）。原因：C++中類的構(gòu)造順序?yàn)椋夯悾ò绰暶黜樞颍蓡T變量（按聲明順序）→自身構(gòu)造函數(shù)；析構(gòu)順序與構(gòu)造順序完全相反。2.解釋`constint`、`intconst`、`constintconst`三者的區(qū)別，并給出禁止修改指針指向值的正確聲明方式。答案：-`constintp`：指針指向的內(nèi)容是常量（底層const），可修改指針地址，但不可通過(guò)`p`修改值；-`intconstp`：指針本身是常量（頂層const），不可修改指針地址，但可通過(guò)`p`修改指向的值；-`constintconstp`：指針本身和指向的內(nèi)容均為常量，兩者均不可修改。禁止修改指針指向值的正確聲明是`constintp`或`intconstp`（兩者等價(jià)）。3.寫(xiě)出以下模板函數(shù)的特化版本，使其對(duì)`std::vector<int>`類型輸入時(shí)，返回容器所有元素的和。```cpptemplate<typenameT>Tsum(constT&val){returnval;//通用版本：直接返回輸入值}```答案：```cppinclude<vector>template<>intsum(conststd::vector<int>&vec){inttotal=0;for(intnum:vec){total+=num;}returntotal;}```二、面向?qū)ο笈c多態(tài)（共3題）4.簡(jiǎn)述虛函數(shù)表（vtable）的作用及存儲(chǔ)位置，說(shuō)明虛表指針（vptr）的初始化時(shí)機(jī)。答案：虛函數(shù)表是用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)多態(tài)的機(jī)制，每個(gè)包含虛函數(shù)的類（或其派生類）會(huì)提供一個(gè)虛表，表中存儲(chǔ)該類所有虛函數(shù)的函數(shù)指針。虛表的存儲(chǔ)位置通常與編譯器實(shí)現(xiàn)相關(guān)，一般位于只讀數(shù)據(jù)段（如.rodata）中，確保不同實(shí)例共享同一份虛表。虛表指針（vptr）是類實(shí)例的一個(gè)隱含成員，指向?qū)?yīng)類的虛表。其初始化發(fā)生在構(gòu)造函數(shù)的初始化列表階段之后、構(gòu)造函數(shù)體執(zhí)行之前。對(duì)于派生類，構(gòu)造時(shí)會(huì)先初始化基類的vptr，再覆蓋為派生類的vptr（若派生類重寫(xiě)了虛函數(shù)）。5.以下代碼是否存在問(wèn)題？若存在，說(shuō)明原因并給出修改方案。```cppclassBase{public:virtualvoidfunc(){std::cout<<"Base"<<std::endl;}};classDerived:publicBase{public:voidfunc(intx){std::cout<<"Derived"<<x<<std::endl;}//重寫(xiě)基類虛函數(shù)？};intmain(){Baseb=newDerived();b->func();//預(yù)期輸出"Derived"，實(shí)際輸出"Base"deleteb;return0;}```答案：存在問(wèn)題。派生類`Derived`的`func(intx)`并未重寫(xiě)基類的`func()`，而是定義了一個(gè)新的重載函數(shù)。由于參數(shù)列表不同，基類的`func()`在派生類中被隱藏（namehiding），而非覆蓋。因此通過(guò)基類指針調(diào)用`func()`時(shí)，調(diào)用的仍是基類的版本。修改方案：使派生類函數(shù)與基類虛函數(shù)的簽名完全一致（包括參數(shù)列表和const屬性）。正確重寫(xiě)應(yīng)為：```cppclassDerived:publicBase{public:voidfunc()override{std::cout<<"Derived"<<std::endl;}//使用override顯式聲明重寫(xiě)};```6.設(shè)計(jì)一個(gè)抽象類`Shape`，要求包含純虛函數(shù)`area()`（計(jì)算面積）和`perimeter()`（計(jì)算周長(zhǎng)），并派生出`Circle`（圓，構(gòu)造函數(shù)接受半徑）和`Rectangle`（矩形，構(gòu)造函數(shù)接受長(zhǎng)和寬），實(shí)現(xiàn)具體計(jì)算邏輯。答案：```cppinclude<cmath>classShape{public:virtualdoublearea()const=0;virtualdoubleperimeter()const=0;virtual~Shape()=default;//抽象類需虛析構(gòu)函數(shù)};classCircle:publicShape{doubleradius;public:Circle(doubler):radius(r){}doublearea()constoverride{returnM_PIradiusradius;}doubleperimeter()constoverride{return2M_PIradius;}};classRectangle:publicShape{doublelength,width;public:Rectangle(doublel,doublew):length(l),width(w){}doublearea()constoverride{returnlengthwidth;}doubleperimeter()constoverride{return2(length+width);}};```三、STL與智能指針（共3題）7.比較`std::vector`和`std::list`的底層實(shí)現(xiàn)及適用場(chǎng)景，說(shuō)明`vector::insert`操作可能導(dǎo)致迭代器失效的原因。答案：-`std::vector`底層為動(dòng)態(tài)數(shù)組，元素連續(xù)存儲(chǔ)，支持O(1)隨機(jī)訪問(wèn)，但插入/刪除（非尾部）需移動(dòng)元素，時(shí)間復(fù)雜度O(n)；-`std::list`底層為雙向鏈表，元素非連續(xù)存儲(chǔ)，支持O(1)插入/刪除（已知位置），但隨機(jī)訪問(wèn)需O(n)遍歷。`vector::insert`可能導(dǎo)致迭代器失效的原因：當(dāng)插入操作導(dǎo)致底層數(shù)組重新分配（容量不足時(shí)），原數(shù)組被釋放，新數(shù)組的內(nèi)存地址不同，所有指向原數(shù)組的迭代器、指針、引用均失效；若插入未觸發(fā)重新分配，僅部分迭代器（插入位置之后的元素）可能失效（因元素被移動(dòng)）。8.分析以下代碼的內(nèi)存管理問(wèn)題，并給出修復(fù)方案：```cppinclude<memory>classA{public:std::shared_ptr<B>b;};classB{public:std::shared_ptr<A>a;};intmain(){autoa=std::make_shared<A>();autob=std::make_shared<B>();a->b=b;b->a=a;return0;//此處a和b的引用計(jì)數(shù)是否為0？}```答案：代碼中存在循環(huán)引用問(wèn)題。`a`和`b`通過(guò)`shared_ptr`互相持有對(duì)方的引用，導(dǎo)致離開(kāi)作用域時(shí)，兩者的引用計(jì)數(shù)均為1（對(duì)方的`shared_ptr`持有引用），無(wú)法觸發(fā)析構(gòu)，造成內(nèi)存泄漏。修復(fù)方案：將其中一個(gè)指針改為`std::weak_ptr`（弱引用，不增加引用計(jì)數(shù)）。例如，修改`B`類中的成員：```cppclassB{public:std::weak_ptr<A>a;//弱引用，避免循環(huán)};```9.實(shí)現(xiàn)一個(gè)函數(shù)`std::vector<int>merge_sorted(conststd::vector<int>&a,conststd::vector<int>&b)`，要求合并兩個(gè)已升序排序的vector，輸出結(jié)果仍為升序，且時(shí)間復(fù)雜度為O(n+m)（n、m為兩vector長(zhǎng)度）。答案：```cppinclude<vector>std::vector<int>merge_sorted(conststd::vector<int>&a,conststd::vector<int>&b){std::vector<int>res;res.reserve(a.size()+b.size());//預(yù)分配空間避免多次擴(kuò)容size_ti=0,j=0;while(i<a.size()&&j<b.size()){if(a[i]<b[j]){res.push_back(a[i++]);}else{res.push_back(b[j++]);}}//處理剩余元素while(i<a.size())res.push_back(a[i++]);while(j<b.size())res.push_back(b[j++]);returnres;}```四、多線程與并發(fā)（共2題）10.用C++11的`std::thread`、`std::mutex`和`std::condition_variable`實(shí)現(xiàn)一個(gè)線程安全的有界隊(duì)列（`BoundedQueue`），支持`push`（入隊(duì)）和`pop`（出隊(duì)）操作，隊(duì)列容量上限為`capacity`。答案：```cppinclude<queue>include<thread>include<mutex>include<condition_variable>template<typenameT>classBoundedQueue{std::queue<T>q;size_tcapacity;std::mutexmtx;std::condition_variablenot_full;//隊(duì)列非滿時(shí)通知pushstd::condition_variablenot_empty;//隊(duì)列非空時(shí)通知poppublic:explicitBoundedQueue(size_tcap):capacity(cap){}voidpush(constT&val){std::unique_lock<std::mutex>lock(mtx);//等待隊(duì)列不滿（避免虛假喚醒）not_full.wait(lock,[this]{returnq.size()<capacity;});q.push(val);not_empty.notify_one();//入隊(duì)后通知pop線程}Tpop(){std::unique_lock<std::mutex>lock(mtx);//等待隊(duì)列非空not_empty.wait(lock,[this]{return!q.empty();});Tval=q.front();q.pop();not_full.notify_one();//出隊(duì)后通知push線程returnval;}};```11.分析以下多線程代碼的潛在問(wèn)題，并說(shuō)明如何避免：```cppinclude<thread>intcounter=0;voidincrement(){for(inti=0;i<10000;++i){counter++;//非原子操作}}intmain(){std::threadt1(increment);std::threadt2(increment);t1.join();t2.join();std::cout<<"Counter:"<<counter<<std::endl;//預(yù)期20000，實(shí)際可能小于}```答案：潛在問(wèn)題是競(jìng)態(tài)條件（RaceCondition）。`counter++`操作并非原子操作，實(shí)際由“讀取-修改-寫(xiě)入”三個(gè)步驟組成。多線程并發(fā)執(zhí)行時(shí)，可能出現(xiàn)一個(gè)線程讀取舊值并修改后，另一個(gè)線程的修改被覆蓋，導(dǎo)致最終結(jié)果小于預(yù)期。避免方法：-使用互斥鎖（`std::mutex`）保護(hù)共享變量；-使用原子類型（`std::atomic<int>`）替代普通整型，確保操作的原子性。修改后的代碼（使用原子類型）：```cppinclude<atomic>std::atomic<int>counter=0;//increment函數(shù)無(wú)需修改，counter++變?yōu)樵硬僮鱜``五、算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（共2題）12.給定一個(gè)單鏈表的頭節(jié)點(diǎn)`ListNodehead`，實(shí)現(xiàn)函數(shù)`ListNodereverse_k_group(ListNodehead,intk)`，將鏈表每k個(gè)節(jié)點(diǎn)一組進(jìn)行反轉(zhuǎn)，若剩余節(jié)點(diǎn)不足k個(gè)則保持原順序。要求空間復(fù)雜度O(1)（不允許使用遞歸）。（注：`ListNode`定義為`structListNode{intval;ListNodenext;ListNode(intx):val(x),next(nullptr){}}`）答案：```cppListNodereverse_k_group(ListNodehead,intk){if(!head||k<=1)returnhead;ListNodedummy(0);//哨兵節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化邊界處理dummy.next=head;ListNodeprev=&dummy;while(true){//找到當(dāng)前組的尾節(jié)點(diǎn)ListNodetail=prev;for(inti=0;i<k;++i){tail=tail->next;if(!tail)returndummy.next;//剩余不足k個(gè)，結(jié)束}//反轉(zhuǎn)當(dāng)前組（k個(gè)節(jié)點(diǎn)）ListNodecurr=prev->next;ListNodenext_group=tail->next;while(curr!=tail){ListNodetemp=curr->next;curr->next=next_group;next_group=curr;curr=temp;}tail->next=next_group;ListNodenew_prev=prev->next;prev->next=tail;prev=new_prev;}}```13.設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)`boolis_balanced(TreeNoderoot)`，判斷二叉樹(shù)是否為平衡二叉樹(shù)（任意節(jié)點(diǎn)的左右子樹(shù)高度差絕對(duì)值不超過(guò)1）。要求時(shí)間復(fù)雜度O(n)。（注：`TreeNode`定義為`structTreeNode{intval;TreeNodeleft;TreeNoderight;TreeNode(intx):val(x),left(nullptr),right(nullptr){}}`）答案：```cppinclude<algorithm>intheight(TreeNodenode){if(!node)return0;intleft_h=height(node->left);if(left_h==-1)return-1;//左子樹(shù)已不平衡，提前返回intright_h=height(node->right);if(right_h==-1)return-1;//右子樹(shù)已不平衡，提前返回if(std::abs(left_h-right_h)>1)return-1;//當(dāng)前節(jié)點(diǎn)不平衡returnstd::max(left_h,right_h)+1;//返回當(dāng)前子樹(shù)高度}boolis_balanced(TreeNoderoot){returnheight(root)!=-1;}```六、設(shè)計(jì)模式與綜合應(yīng)用（共1題）14.實(shí)現(xiàn)線程安全的懶漢式單例模式（Singleton），要求：-延遲初始化（首次使用時(shí)創(chuàng)建實(shí)例）；-線程安全（多線程環(huán)境下不重復(fù)創(chuàng)建實(shí)例）；-禁止拷貝構(gòu)造和賦值操作。答案：```cppinclude<mutex>include<atomic