2026年C++高級(jí)編程與算法優(yōu)化試題一、選擇題（共10題，每題2分，合計(jì)20分）注意：下列每題只有一個(gè)正確答案。1.在C++中，以下關(guān)于`std::unique_ptr`的描述，哪項(xiàng)是正確的？A.`std::unique_ptr`可以存儲(chǔ)多個(gè)指針B.`std::unique_ptr`支持拷貝操作C.`std::unique_ptr`通過(guò)`release()`方法可以轉(zhuǎn)移所有權(quán)D.`std::unique_ptr`適用于多線程環(huán)境下的資源管理2.對(duì)于以下代碼，輸出結(jié)果是什么？cppinclude<iostream>intmain(){inta=5,b=10;autof=[a,&b]{b=a;};f();std::cout<<a<<""<<b<<std::endl;return0;}A.55B.510C.105D.編譯錯(cuò)誤3.在C++中，以下哪種方法可以實(shí)現(xiàn)線程安全的隊(duì)列？A.使用全局鎖B.使用`std::mutex`C.使用`std::atomic`D.使用`std::condition_variable`4.對(duì)于以下代碼，`std::async`的返回類型是什么？cppinclude<future>autoresult=std::async(std::launch::async,[]{return42;});A.`std::future<void>`B.`std::future<int>`C.`std::future<std::thread>`D.`std::future<bool>`5.在C++17中，以下關(guān)于`std::optional`的描述，哪項(xiàng)是正確的？A.`std::optional`必須初始化B.`std::optional`可以存儲(chǔ)`nullptr`C.`std::optional`不支持拷貝構(gòu)造D.`std::optional`只能存儲(chǔ)引用類型6.對(duì)于以下代碼，`std::variant`的`visit`函數(shù)如何調(diào)用？cppinclude<variant>structA{};structB{};std::variant<A,B>v=A{};A.`visit([](Aa){},v)`B.`visit([](auto&a){},v)`C.`visit([](Aa){},v)`D.`visit([](Bb){},v)`7.在C++中，以下哪種方法可以實(shí)現(xiàn)高效的單鏈表反轉(zhuǎn)？A.使用遞歸B.使用`std::reverse`C.使用`std::rotate`D.使用`std::next`遍歷8.對(duì)于以下代碼，`std::execution::par`的執(zhí)行效果是什么？cppinclude<execution>std::vector<int>v={1,2,3,4,5};std::transform(std::execution::par,v.begin(),v.end(),v.begin(),[](intx){returnx2;});A.順序執(zhí)行B.并行執(zhí)行C.分段執(zhí)行D.編譯錯(cuò)誤9.在C++中，以下關(guān)于RAII的描述，哪項(xiàng)是正確的？A.RAII通過(guò)引用計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)資源管理B.RAII通過(guò)智能指針實(shí)現(xiàn)資源管理C.RAII通過(guò)對(duì)象生命周期管理資源D.RAII通過(guò)多線程同步實(shí)現(xiàn)資源管理10.對(duì)于以下代碼，`std::lock_guard`的作用是什么？cppinclude<mutex>std::mutexmtx;voidf(){std::lock_guard<std::mutex>lock(mtx);//dosomething}A.實(shí)現(xiàn)線程池B.實(shí)現(xiàn)條件變量C.自動(dòng)加鎖和解鎖D.實(shí)現(xiàn)互斥量二、填空題（共10題，每題2分，合計(jì)20分）注意：請(qǐng)將答案填寫(xiě)在橫線上。1.在C++中，`std::thread`的`join()`方法的作用是__________。2.`std::function`可以存儲(chǔ)__________，而`std::bind`用于__________。3.`std::atomic`的`load()`方法的作用是__________。4.`std::variant`的`holds_alternative()`方法的作用是__________。5.在C++中，`std::tie`用于__________。6.`std::async`的`std::launch::deferred`選項(xiàng)的作用是__________。7.`std::lock`可以用于__________個(gè)互斥量。8.`std::optional`的`value()`方法的作用是__________。9.`std::execution::par_unseq`的執(zhí)行效果是__________。10.RAII通過(guò)__________實(shí)現(xiàn)資源管理。三、簡(jiǎn)答題（共5題，每題5分，合計(jì)25分）1.簡(jiǎn)述`std::unique_ptr`和`std::shared_ptr`的區(qū)別。2.解釋`std::async`與`std::thread`的區(qū)別。3.描述`std::variant`的應(yīng)用場(chǎng)景。4.說(shuō)明`std::lock_guard`和`std::unique_lock`的區(qū)別。5.解釋`std::atomic`的用途及其實(shí)現(xiàn)原理。四、編程題（共5題，每題10分，合計(jì)50分）1.編寫(xiě)一個(gè)線程安全的單鏈表，支持插入和刪除操作。要求：使用`std::mutex`實(shí)現(xiàn)線程安全，并測(cè)試插入和刪除操作的正確性。2.編寫(xiě)一個(gè)高效的快速排序算法，支持并行優(yōu)化。要求：使用`std::execution::par`實(shí)現(xiàn)并行排序，并測(cè)試排序的正確性和性能。3.編寫(xiě)一個(gè)`std::variant`的包裝類，支持類型檢查和轉(zhuǎn)換。要求：實(shí)現(xiàn)`operatorbool`和`operator->`，并測(cè)試其功能。4.編寫(xiě)一個(gè)`std::optional`的包裝類，支持條件判斷和值訪問(wèn)。要求：實(shí)現(xiàn)`operatorbool`和`operator->`，并測(cè)試其功能。5.編寫(xiě)一個(gè)RAII風(fēng)格的文件操作類，支持自動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉文件。要求：使用構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)實(shí)現(xiàn)資源管理，并測(cè)試其功能。答案與解析一、選擇題答案與解析1.C`std::unique_ptr`通過(guò)`release()`方法可以轉(zhuǎn)移所有權(quán)，其他選項(xiàng)錯(cuò)誤。`std::unique_ptr`是單向指針，不支持拷貝操作，適用于單線程資源管理。2.B`autof=[a,&b]{b=a;};`中的閉包捕獲了`b`的引用，因此修改了`b`的值。輸出為`55`。3.B`std::mutex`結(jié)合`std::lock_guard`或`std::unique_lock`可以實(shí)現(xiàn)線程安全的隊(duì)列。全局鎖效率低，`std::atomic`不適用于復(fù)雜操作，`std::condition_variable`用于等待條件。4.B`std::async`返回`std::future`，表示異步操作的結(jié)果。`std::launch::async`表示在新的線程中執(zhí)行。5.A`std::optional`可以存儲(chǔ)`null`值（即未初始化），`std::optional`支持拷貝構(gòu)造，可以存儲(chǔ)任何類型（包括引用類型），但必須初始化。6.A`visit`函數(shù)需要匹配`std::variant`的存儲(chǔ)類型，因此需要顯式捕獲`A`類型。其他選項(xiàng)錯(cuò)誤。7.A遞歸反轉(zhuǎn)鏈表是最直觀的方法，`std::reverse`和`std::rotate`不適用于鏈表，`std::next`遍歷效率低。8.B`std::execution::par`表示并行執(zhí)行，利用多核CPU加速計(jì)算。9.CRAII通過(guò)對(duì)象生命周期管理資源，例如智能指針自動(dòng)釋放內(nèi)存，鎖自動(dòng)加解鎖。其他選項(xiàng)錯(cuò)誤。10.C`std::lock_guard`在構(gòu)造時(shí)自動(dòng)加鎖，在析構(gòu)時(shí)自動(dòng)解鎖，簡(jiǎn)化線程同步。二、填空題答案與解析1.等待線程結(jié)束`std::thread`的`join()`方法會(huì)等待線程執(zhí)行完畢。2.函數(shù)對(duì)象，函數(shù)適配器`std::function`可以存儲(chǔ)任何可調(diào)用對(duì)象，`std::bind`用于綁定函數(shù)參數(shù)。3.獲取當(dāng)前值`std::atomic`的`load()`方法會(huì)獲取當(dāng)前值，并可能發(fā)生內(nèi)存排序。4.檢查是否存儲(chǔ)指定類型`std::variant`的`holds_alternative()`用于檢查是否存儲(chǔ)指定類型。5.解構(gòu)綁定`std::tie`用于將多個(gè)變量的值綁定到一對(duì)值。6.延遲執(zhí)行`std::launch::deferred`表示函數(shù)在調(diào)用`get()`時(shí)執(zhí)行。7.兩個(gè)`std::lock`可以鎖定兩個(gè)互斥量，`std::lock_guard`只能鎖定一個(gè)。8.獲取存儲(chǔ)的值`std::optional`的`value()`方法會(huì)獲取存儲(chǔ)的值，如果未初始化則拋出異常。9.并行和順序`std::execution::par_unseq`表示并行執(zhí)行，但允許順序執(zhí)行以提高性能。10.對(duì)象生命周期RAII通過(guò)對(duì)象生命周期管理資源，例如智能指針在析構(gòu)時(shí)自動(dòng)釋放資源。三、簡(jiǎn)答題答案與解析1.`std::unique_ptr`和`std::shared_ptr`的區(qū)別-`std::unique_ptr`是單向指針，只能有一個(gè)`unique_ptr`管理同一資源；`std::shared_ptr`是多向指針，通過(guò)引用計(jì)數(shù)管理資源。-`std::unique_ptr`支持移動(dòng)語(yǔ)義，但不支持拷貝；`std::shared_ptr`支持拷貝和移動(dòng)。2.`std::async`與`std::thread`的區(qū)別-`std::async`可以返回`std::future`，方便結(jié)果獲??；`std::thread`需要手動(dòng)管理線程生命周期。-`std::async`支持`std::launch::deferred`和`std::launch::async`選項(xiàng)；`std::thread`只能創(chuàng)建新線程。3.`std::variant`的應(yīng)用場(chǎng)景-用于替代`switch`語(yǔ)句，避免類型判斷；-用于函數(shù)返回多種類型，簡(jiǎn)化接口；-用于安全存儲(chǔ)多種類型，避免`dynamic_cast`。4.`std::lock_guard`和`std::unique_lock`的區(qū)別-`std::lock_guard`是作用域鎖，自動(dòng)加解鎖；`std::unique_lock`支持手動(dòng)加解鎖，支持條件變量。-`std::lock_guard`不支持嘗試加鎖，`std::unique_lock`支持。5.`std::atomic`的用途及其實(shí)現(xiàn)原理-用途：實(shí)現(xiàn)無(wú)鎖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，避免鎖競(jìng)爭(zhēng)；-實(shí)現(xiàn)原理：通過(guò)硬件指令（如`MFENCE`）保證內(nèi)存排序，支持原子操作。四、編程題答案與解析1.線程安全的單鏈表cppinclude<mutex>structNode{intvalue;Nodenext;std::mutexmtx;};classSafeList{public:voidinsert(intvalue){NodenewNode=newNode{value,head};std::lock_guard<std::mutex>lock(mtx);newNode->next=head;head=newNode;}voidremove(intvalue){Nodeprev=nullptr;Nodecurr=head;while(curr){std::lock_guard<std::mutex>lock(curr->mtx);if(curr->value==value){if(prev)prev->next=curr->next;elsehead=curr->next;deletecurr;return;}prev=curr;curr=curr->next;}}private:Nodehead=nullptr;};2.并行快速排序cppinclude<execution>include<algorithm>include<vector>voidquicksort(std::execution::parpolicy,std::vector<int>&v,intleft,intright){if(left>=right)return;intpivot=v[(left+right)/2];inti=left,j=right;while(i<=j){while(v[i]<pivot)++i;while(v[j]>pivot)--j;if(i<=j)std::swap(v[i++],v[j--]);}if(i<right)quicksort(policy,v,i,right);if(left<j)quicksort(policy,v,left,j);}intmain(){std::vector<int>v={5,3,8,4,2};quicksort(std::execution::par,v,0,v.size()-1);for(intx:v)std::cout<<x<<"";return0;}3.`std::variant`包裝類cppinclude<variant>include<string>structVariantWrapper:publicstd::variant<int,std::string>{usingstd::variant<int,std::string>::variant;booloperator==(constVariantWrapper&other)const{returnstd::holds_alternative<int>(this)&&std::holds_alternative<int>(other)&&std::get<int>(this)==std::get<int>(other)||std::holds_alternative<std::string>(this)&&std::holds_alternative<std::string>(other)&&std::get<std::string>(this)==std::get<std::string>(other);}intget_int(){returnstd::get_if<int>(&this);}constintget_int()const{returnstd::get_if<int>(&this);}std::stringget_str(){returnstd::get_if<std::string>(&this);}conststd::stringget_str()const{returnstd::get_if<std::string>(&this);}};4.`std::optional`包裝類cppinclude<optional>structOptionalWrapper{std::optional<int>value;booloperator==(constOptionalWrapper&other)const{retu