2025年C++学习题(附答案)

2025年C++学习题(附答案)一、选择题（每题2分，共20分）1.关于C++20中`constexpr`与`consteval`的区别，以下说法正确的是：A.`constexpr`要求表达式必须在编译期求值，`consteval`允许在运行期求值B.`consteval`修饰的函数只能在编译期调用，`constexpr`修饰的函数可在编译期或运行期调用C.两者均要求函数体只能包含返回语句D.`consteval`不能用于变量声明2.以下哪项不是C++17中`std::optional`的典型使用场景？A.函数可能返回无效值时替代空指针B.表示可选的配置参数C.存储可能不存在的数据库查询结果D.替代`std::pair<T,bool>`作为返回类型3.对于C++20的协程（coroutine），`promise_type`必须实现的成员函数不包括：A.`get_return_object`B.`initial_suspend`C.`return_value`D.`yield_value`4.以下代码中，`lambda`表达式捕获`x`的方式是：```cppintx=10;autolambda=[=]()mutable{x++;returnx;};```A.值捕获，不可修改B.值捕获，可修改（通过`mutable`）C.引用捕获，不可修改D.引用捕获，可修改5.关于C++20的范围（Ranges）库，以下说法错误的是：A.`std::views::filter`是惰性视图（lazyview）B.`std::ranges::sort`要求范围是可变的随机访问迭代器C.范围适配器可通过管道符`|`组合D.`std::views::all`只能用于具名范围（namedrange）6.若要使用C++23的`std::expected`替代异常处理，函数`parse_config`可能的返回类型是：A.`std::expected<Config,std::error_code>`B.`std::expected<Config&,std::string>`C.`std::expected<void,ParseError>`D.以上均可7.以下代码在C++20中的编译结果是：```cppconstexprautoadd=[](autoa,autob){returna+b;};static_assert(add(3,4.5)==7.5);```A.编译失败，因为`auto`参数无法推导具体类型B.编译失败，因为`constexpr`lambda不能用于`static_assert`C.编译成功，结果正确D.编译成功，但`static_assert`失败8.关于智能指针`std::shared_ptr`，以下操作会增加引用计数的是：A.用`std::move`转移所有权B.调用`reset()`释放当前管理对象C.通过`get()`获取原始指针D.创建另一个`std::shared_ptr`指向同一对象9.C++20中`concept`的主要作用是：A.替代模板特化B.约束模板参数的类型要求C.实现编译期多态D.简化异常规范10.以下哪项是C++17中`std::variant`相比`union`的优势？A.支持非平凡构造的类型B.内存占用更小C.无需手动管理析构D.可存储任意类型（无类型限制）二、填空题（每空2分，共20分）1.C++20中，使用`____`关键字声明编译期必须初始化的变量，避免运行期动态初始化的问题。2.范围`for`循环`for(auto&elem:container)`的底层实现依赖于`container`的`begin()`和`end()`成员函数或自由函数，以及`____`类型的迭代器。3.`std::span`的模板参数`Extent`默认值为`____`，表示可变长度的视图。4.C++23中引入的`____`特性允许在原子上下文中编写无锁代码，通过`atomic_ref`操作共享变量。5.若要在模板元编程中判断类型`T`是否为整数类型，可使用`std::is_integral_v<T>`，其定义位于头文件`____`中。6.移动构造函数的典型实现形式为`ClassName(ClassName&&other)noexcept{____}`，通常需要将源对象的资源指针置空。7.C++20的`co_await`表达式会调用等待对象的`await_ready()`、`await_suspend()`和`await_resume()`成员函数，其中`await_suspend()`的返回值类型可以是`void`、`bool`或`____`。8.使用`std::format`格式化字符串时，`{:>10d}`表示将整数右对齐，占`10`个字符宽度，若要填充字符为``，应写为`____`。9.在C++模块（Modules）中，`exportmoduleMyModule;`声明模块接口，而实现部分通常放在`____`文件中（填写扩展名）。10.折叠表达式（FoldExpressions）中，`(args+...)`表示对参数包`args`进行左折叠，等价于`((arg1+arg2)+arg3)+...`，而右折叠的语法是`____`。三、编程题（共60分）1.（6分）使用C++20的`std::format`实现一个日志函数，要求输出格式为：`[2025031514:30:22][INFO]操作成功，耗时123ms`，其中时间戳为当前系统时间，日志级别、消息内容和耗时为参数。2.（6分）编写一个C++20协程，实现异步文件读取功能。要求协程在调用时挂起，等待文件读取完成后恢复，并返回读取的字节数。需给出`promise_type`的关键成员函数实现。3.（6分）定义一个概念`Arithmetic`，要求类型是算术类型（整数、浮点数或枚举），并使用该概念约束模板函数`add`，使其仅接受符合`Arithmetic`的参数。4.（6分）设计一个数据处理类`DataProcessor`，包含一个大对象`std::vector<unsignedchar>data`。要求实现移动构造函数和移动赋值运算符，确保移动操作后原对象的`data`被置空，且操作不抛出异常。5.（6分）将传统头文件方式的代码转换为C++模块。现有头文件`math_utils.h`包含函数声明`intgcd(inta,intb);`，源文件`math_utils.cpp`包含其实现。要求用模块语法重新组织代码。6.（6分）使用C++20的范围（Ranges）库和视图（Views），将一个整数向量`std::vector<int>`中的偶数提取出来，转换为字符串，并用``连接。例如输入`{1,2,3,4}`，输出`"24"`。7.（6分）编写一个`constexpr`函数`fibonacci`，计算第`n`个斐波那契数（`n≥0`），要求在编译期可计算（如`static_assert(fibonacci(5)==5)`通过）。8.（6分）实现一个函数`read_config`，使用`std::expected`返回配置对象或错误信息。若配置文件不存在，返回`std::unexpected("文件不存在")`；若解析失败，返回`std::unexpected("解析错误")`；否则返回配置对象。9.（6分）设计一个管理共享资源（如数据库连接）的类`DBConnection`，要求使用`std::shared_ptr`管理其生命周期，并自定义删除器，在引用计数为0时关闭连接。10.（6分）使用C++23的事务性内存（TransactionalMemory）特性，编写一个原子块，实现两个账户之间的安全转账（假设`Account`类有`balance`成员变量）。答案选择题1.B（`consteval`强制编译期求值，`constexpr`允许运行期）2.D（`std::optional`本身可替代`std::pair<T,bool>`）3.D（`yield_value`是提供器需要的，非必须）4.B（`[=]`值捕获，`mutable`允许修改副本）5.D（`std::views::all`可用于任何范围）6.D（`std::expected`支持值、引用、`void`返回类型）7.C（`constexpr`lambda可在编译期求值，3+4.5=7.5）8.D（创建新`shared_ptr`共享所有权时引用计数+1）9.B（`concept`约束模板参数的类型要求）10.A（`union`不支持非平凡构造类型，`variant`支持）填空题1.`constinit`2.`sentinel`（或`std::sentinel_for`）3.`std::dynamic_extent`4.`原子事务`（或`TransactionalMemory`）5.`<type_traits>`6.`data=std::move(other.data);other.data=nullptr;`（示例，具体依资源类型）7.`std::coroutine_handle<>`8.`{:>10d}`9.`cppm`（或`cxx`，依实现，通常为`cpp`）10.`(...)+args`编程题1.日志函数实现：```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]{}，耗时{}ms",time_str,message,duration_ms);//实际输出到日志文件或标准输出std::cout<<log<<std::endl;}```2.异步文件读取协程：```cppinclude<coroutine>include<fstream>include<optional>structFileReadAwaiter{std::ifstreamfile;size_tbytes_read;//省略异步IO实现（如使用操作系统API），此处简化为同步模拟boolawait_ready()constnoexcept{returnfalse;}voidawait_suspend(std::coroutine_handle<>h)noexcept{//模拟异步读取：启动异步操作，完成后调用h.resume()h.resume();//同步测试用}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.概念与模板函数：```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`移动操作：```cppinclude<vector>include<utility>classDataProcessor{public:std::vector<unsignedchar>data;//移动构造函数DataProcessor(DataProcessor&&other)noexcept:data(std::move(other.data)){other.data.clear();//或other.data={};}//移动赋值运算符DataProcessor&operator=(DataProcessor&&other)noexcept{if(this!=&other){data=std::move(other.data);other.data.clear();}returnthis;}};```5.模块转换：```cpp//math_utils.cppm（模块接口单元）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);//使用模块```6.范围与视图操作：```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需手动拼接result+=s;}//替代C++20手动拼接：//std::ranges::copy(even_strs,std::back_inserter(result));//并处理连接符returnresult;}```7.`constexpr`斐波那契函数：```cppconstexprintfibonacci(intn){if(n<=0)return0;if(n==1)return1;returnfibonacci(n1)+fibonacci(n2);}static_assert(fibonacci(5)==5);//验证```8.`std::expected`配置读取：```cppinclude<expected>include<fstream>include<string>structConfig{};//假设的配置类型std::expected<Config,std::string>read_config(conststd::string&path){std::ifstreamfile(path);if(!file){returnstd::unexpected("文件不存在");}