2026年突破自我：高級(jí)C++編程技術(shù)模擬題一、選擇題（共10題，每題2分，合計(jì)20分）考察方向：現(xiàn)代C++標(biāo)準(zhǔn)（C++11/14/17/20）、內(nèi)存管理、并發(fā)編程、設(shè)計(jì)模式1.在C++20中，`std::ranges::view::filter`的返回類(lèi)型是？A.`std::vector`B.`std::list`C.`std::ranges::filter_view`D.`std::function`2.以下哪種內(nèi)存分配策略最適合高性能計(jì)算場(chǎng)景？A.堆分配（`new`/`delete`）B.棧分配（自動(dòng)變量）C.內(nèi)存池分配D.動(dòng)態(tài)內(nèi)存映射（`mmap`）3.在多線程環(huán)境中，以下哪個(gè)選項(xiàng)最適合保護(hù)共享數(shù)據(jù)的原子操作？A.`std::mutex`B.`std::atomic`C.`std::condition_variable`D.`std::recursive_mutex`4.C++11中，`[[deprecated]]`屬性的目的是？A.報(bào)錯(cuò)B.警告C.忽略D.優(yōu)化5.以下哪種設(shè)計(jì)模式最適合處理高并發(fā)下的資源競(jìng)爭(zhēng)？A.單例模式B.策略模式C.讀寫(xiě)鎖（`std::shared_mutex`）D.命令模式6.在C++17中，`std::optional`的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)會(huì)？A.拋出異常B.初始化為`null`C.初始化為`nullopt`D.未定義行為7.以下哪種同步原語(yǔ)適合保護(hù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)免受競(jìng)態(tài)條件？A.`std::future`B.`std::promise`C.`std::latch`D.`std::barrier`8.C++20的`consteval`關(guān)鍵字用于？A.運(yùn)行時(shí)計(jì)算B.編譯時(shí)計(jì)算C.延遲編譯D.無(wú)作用9.在C++中，`[[no_unique_address]]`屬性用于？A.優(yōu)化內(nèi)存布局B.禁止重載C.強(qiáng)制虛擬繼承D.無(wú)作用10.以下哪種同步機(jī)制適合生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題？A.`std::atomic`B.`std::mutex`+`std::condition_variable`C.`std::future`D.`std::barrier`二、填空題（共5題，每題2分，合計(jì)10分）考察方向：現(xiàn)代C++特性、STL、并發(fā)編程1.C++11中，`std::async`的默認(rèn)執(zhí)行策略是_______。2.`std::lock_guard`的析構(gòu)函數(shù)會(huì)自動(dòng)_______。3.在C++20中，`consteval`要求函數(shù)返回類(lèi)型為_(kāi)______。4.`std::atomic<int>`的`load`方法返回的是_______。5.保護(hù)共享數(shù)據(jù)時(shí)，`std::shared_mutex`比`std::mutex`更適用于_______場(chǎng)景。三、簡(jiǎn)答題（共5題，每題4分，合計(jì)20分）考察方向：內(nèi)存管理、并發(fā)編程、設(shè)計(jì)模式1.解釋C++中的RAII（ResourceAcquisitionIsInitialization）原則及其應(yīng)用場(chǎng)景。2.比較C++中的`std::mutex`和`std::recursive_mutex`的適用場(chǎng)景。3.簡(jiǎn)述C++20的`consteval`關(guān)鍵字與`constexpr`的區(qū)別。4.解釋C++中的“零開(kāi)銷(xiāo)原則”及其在性能優(yōu)化中的意義。5.描述如何使用`std::promise`和`std::future`實(shí)現(xiàn)線程間的異步通信。四、編程題（共3題，合計(jì)50分）考察方向：STL高級(jí)應(yīng)用、并發(fā)編程、系統(tǒng)編程1.（15分）編寫(xiě)一個(gè)C++20程序，使用`std::ranges`和`std::views`實(shí)現(xiàn)以下功能：-讀取文件`data.txt`中的整數(shù)，構(gòu)建`std::vector<int>`。-使用`std::views::filter`篩選出所有偶數(shù)，返回`std::ranges::filter_view`。-使用`std::ranges::transform`將篩選后的偶數(shù)平方，返回`std::ranges::transform_view`。-最后輸出結(jié)果，要求所有操作必須以惰性方式執(zhí)行。2.（20分）編寫(xiě)一個(gè)C++程序，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題，要求：-使用`std::thread`創(chuàng)建生產(chǎn)者和消費(fèi)者線程。-使用`std::mutex`和`std::condition_variable`保護(hù)共享隊(duì)列。-生產(chǎn)者每秒生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)，消費(fèi)者每2秒處理一個(gè)數(shù)。-程序運(yùn)行10秒后退出，要求優(yōu)雅終止。3.（15分）編寫(xiě)一個(gè)C++20程序，實(shí)現(xiàn)以下功能：-使用`std::atomic_flag`實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的自旋鎖。-編寫(xiě)一個(gè)`spin_lock`函數(shù)，要求在`std::atomic_flag`上實(shí)現(xiàn)。-編寫(xiě)一個(gè)測(cè)試用例，驗(yàn)證自旋鎖的正確性（可以使用`std::thread`）。答案與解析一、選擇題答案1.C2.C3.B4.B5.C6.C7.A8.B9.A10.B解析：1.`std::ranges::view::filter`返回`std::ranges::filter_view`，是惰性迭代器。2.內(nèi)存池分配通過(guò)預(yù)分配和重用內(nèi)存，減少內(nèi)存碎片和分配開(kāi)銷(xiāo)，適合高性能計(jì)算。3.`std::atomic`提供原子操作，無(wú)需鎖，適合無(wú)鎖編程。4.`[[deprecated]]`在編譯時(shí)生成警告，提示代碼即將廢棄。5.讀寫(xiě)鎖允許多個(gè)讀線程同時(shí)訪問(wèn)，適合讀多寫(xiě)少的場(chǎng)景。6.`std::optional`的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)返回`nullopt`狀態(tài)。7.`std::mutex`是互斥鎖，防止競(jìng)態(tài)條件。8.`consteval`要求函數(shù)在編譯時(shí)執(zhí)行。9.`[[no_unique_address]]`用于優(yōu)化繼承內(nèi)存布局，避免虛基類(lèi)帶來(lái)的額外內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)。10.生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題需要條件變量協(xié)調(diào)生產(chǎn)和消費(fèi)。二、填空題答案1.`std::launch::async`2.解鎖3.常量表達(dá)式（`constexpr`）4.讀?。↙oad）語(yǔ)義5.讀多寫(xiě)少三、簡(jiǎn)答題答案1.RAII原則：資源獲取即初始化，通過(guò)對(duì)象生命周期管理資源。例如，`std::mutex`在構(gòu)造時(shí)獲取鎖，在析構(gòu)時(shí)釋放鎖，防止死鎖。2.`std::mutex`適用于寫(xiě)多讀少場(chǎng)景，`std::recursive_mutex`允許同一線程多次鎖定，適用于遞歸鎖。3.`consteval`要求函數(shù)在編譯時(shí)執(zhí)行，返回類(lèi)型必須為常量表達(dá)式；`constexpr`允許函數(shù)在運(yùn)行時(shí)或編譯時(shí)執(zhí)行。4.零開(kāi)銷(xiāo)原則：保證`const`、`inline`、`virtual`等特性不產(chǎn)生額外運(yùn)行時(shí)開(kāi)銷(xiāo)，編譯器會(huì)自動(dòng)優(yōu)化。5.`std::promise`設(shè)置值，`std::future`獲取值，實(shí)現(xiàn)線程間異步通信。四、編程題答案1.代碼示例：cppinclude<iostream>include<fstream>include<vector>include<ranges>intmain(){std::ifstreamin("data.txt");std::vector<int>vec((std::istream_iterator<int>(in)),std::istream_iterator<int>());autofiltered=vec|std::views::filter([](intx){returnx%2==0;});autosquared=filtered|std::views::transform([](intx){returnxx;});for(intx:squared){std::cout<<x<<'\n';}return0;}2.代碼示例：cppinclude<iostream>include<thread>include<mutex>include<condition_variable>include<queue>include<random>include<chrono>std::mutexmtx;std::condition_variablecv;std::queue<int>q;boolfinished=false;voidproducer(){std::random_devicerd;std::mt19937gen(rd());std::uniform_int_distribution<>dis(1,100);while(!finished){std::unique_lock<std::mutex>lock(mtx);q.push(dis(gen));std::cout<<"Produced:"<<q.back()<<'\n';lock.unlock();cv.notify_one();std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));}}voidconsumer(){while(!finished){std::unique_lock<std::mutex>lock(mtx);cv.wait(lock,[]{return!q.empty()||finished;});if(!q.empty()){std::cout<<"Consumed:"<<q.front()<<'\n';q.pop();}lock.unlock();std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));}}intmain(){std::threadprod(producer);std::threadcons(consumer);std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(10));finished=true;cv.notify_all();prod.join();cons.join();return0;}3.代碼示例：cppinclude<iostream>include<thread>include<atomic_flag>std::atomic_flagspin_lock_flag=ATOMIC_FLAG_INIT;voidspin_lock(){while(spin_lock_flag.test_and_set(std::memory_order_acquire)){//Busy-wait}}voidspin_unlock(){spin_lock_flag.clear(std::memory_order_release);}voidtest_spin_lock(){spin_lock();std::cout<<"Lockacquiredby"<<std::this_thread::get_id()<<'\n';std::this_thread::sleep_for(std::ch