2026年突破自我高级C编程技术模拟题

2026年突破自我：高级C++编程技术模拟题一、选择题（共10题，每题2分，合计20分）考察方向：现代C++标准（C++11/14/17/20）、内存管理、并发编程、设计模式1.在C++20中，`std::ranges::view::filter`的返回类型是？A.`std::vector`B.`std::list`C.`std::ranges::filter_view`D.`std::function`2.以下哪种内存分配策略最适合高性能计算场景？A.堆分配（`new`/`delete`）B.栈分配（自动变量）C.内存池分配D.动态内存映射（`mmap`）3.在多线程环境中，以下哪个选项最适合保护共享数据的原子操作？A.`std::mutex`B.`std::atomic`C.`std::condition_variable`D.`std::recursive_mutex`4.C++11中，`[[deprecated]]`属性的目的是？A.报错B.警告C.忽略D.优化5.以下哪种设计模式最适合处理高并发下的资源竞争？A.单例模式B.策略模式C.读写锁（`std::shared_mutex`）D.命令模式6.在C++17中，`std::optional`的默认构造函数会？A.抛出异常B.初始化为`null`C.初始化为`nullopt`D.未定义行为7.以下哪种同步原语适合保护数据结构免受竞态条件？A.`std::future`B.`std::promise`C.`std::latch`D.`std::barrier`8.C++20的`consteval`关键字用于？A.运行时计算B.编译时计算C.延迟编译D.无作用9.在C++中，`[[no_unique_address]]`属性用于？A.优化内存布局B.禁止重载C.强制虚拟继承D.无作用10.以下哪种同步机制适合生产者-消费者问题？A.`std::atomic`B.`std::mutex`+`std::condition_variable`C.`std::future`D.`std::barrier`二、填空题（共5题，每题2分，合计10分）考察方向：现代C++特性、STL、并发编程1.C++11中，`std::async`的默认执行策略是_______。2.`std::lock_guard`的析构函数会自动_______。3.在C++20中，`consteval`要求函数返回类型为_______。4.`std::atomic<int>`的`load`方法返回的是_______。5.保护共享数据时，`std::shared_mutex`比`std::mutex`更适用于_______场景。三、简答题（共5题，每题4分，合计20分）考察方向：内存管理、并发编程、设计模式1.解释C++中的RAII（ResourceAcquisitionIsInitialization）原则及其应用场景。2.比较C++中的`std::mutex`和`std::recursive_mutex`的适用场景。3.简述C++20的`consteval`关键字与`constexpr`的区别。4.解释C++中的“零开销原则”及其在性能优化中的意义。5.描述如何使用`std::promise`和`std::future`实现线程间的异步通信。四、编程题（共3题，合计50分）考察方向：STL高级应用、并发编程、系统编程1.（15分）编写一个C++20程序，使用`std::ranges`和`std::views`实现以下功能：-读取文件`data.txt`中的整数，构建`std::vector<int>`。-使用`std::views::filter`筛选出所有偶数，返回`std::ranges::filter_view`。-使用`std::ranges::transform`将筛选后的偶数平方，返回`std::ranges::transform_view`。-最后输出结果，要求所有操作必须以惰性方式执行。2.（20分）编写一个C++程序，实现生产者-消费者问题，要求：-使用`std::thread`创建生产者和消费者线程。-使用`std::mutex`和`std::condition_variable`保护共享队列。-生产者每秒生成一个随机数，消费者每2秒处理一个数。-程序运行10秒后退出，要求优雅终止。3.（15分）编写一个C++20程序，实现以下功能：-使用`std::atomic_flag`实现简单的自旋锁。-编写一个`spin_lock`函数，要求在`std::atomic_flag`上实现。-编写一个测试用例，验证自旋锁的正确性（可以使用`std::thread`）。答案与解析一、选择题答案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.内存池分配通过预分配和重用内存，减少内存碎片和分配开销，适合高性能计算。3.`std::atomic`提供原子操作，无需锁，适合无锁编程。4.`[[deprecated]]`在编译时生成警告，提示代码即将废弃。5.读写锁允许多个读线程同时访问，适合读多写少的场景。6.`std::optional`的默认构造函数返回`nullopt`状态。7.`std::mutex`是互斥锁，防止竞态条件。8.`consteval`要求函数在编译时执行。9.`[[no_unique_address]]`用于优化继承内存布局，避免虚基类带来的额外内存开销。10.生产者-消费者问题需要条件变量协调生产和消费。二、填空题答案1.`std::launch::async`2.解锁3.常量表达式（`constexpr`）4.读取（Load）语义5.读多写少三、简答题答案1.RAII原则：资源获取即初始化，通过对象生命周期管理资源。例如，`std::mutex`在构造时获取锁，在析构时释放锁，防止死锁。2.`std::mutex`适用于写多读少场景，`std::recursive_mutex`允许同一线程多次锁定，适用于递归锁。3.`consteval`要求函数在编译时执行，返回类型必须为常量表达式；`constexpr`允许函数在运行时或编译时执行。4.零开销原则：保证`const`、`inline`、`virtual`等特性不产生额外运行时开销，编译器会自动优化。5.`std::promise`设置值，`std::future`获取值，实现线程间异步通信。四、编程题答案1.代码示例：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.代码示例：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.代码示例：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