2026年C高级编程与算法优化试题

2026年C++高级编程与算法优化试题一、选择题（共10题，每题2分，合计20分）注意：下列每题只有一个正确答案。1.在C++中，以下关于`std::unique_ptr`的描述，哪项是正确的？A.`std::unique_ptr`可以存储多个指针B.`std::unique_ptr`支持拷贝操作C.`std::unique_ptr`通过`release()`方法可以转移所有权D.`std::unique_ptr`适用于多线程环境下的资源管理2.对于以下代码，输出结果是什么？cppinclude<iostream>intmain(){inta=5,b=10;autof=[a,&b]{b=a;};f();std::cout<<a<<""<<b<<std::endl;return0;}A.55B.510C.105D.编译错误3.在C++中，以下哪种方法可以实现线程安全的队列？A.使用全局锁B.使用`std::mutex`C.使用`std::atomic`D.使用`std::condition_variable`4.对于以下代码，`std::async`的返回类型是什么？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，以下关于`std::optional`的描述，哪项是正确的？A.`std::optional`必须初始化B.`std::optional`可以存储`nullptr`C.`std::optional`不支持拷贝构造D.`std::optional`只能存储引用类型6.对于以下代码，`std::variant`的`visit`函数如何调用？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，以下哪种方法可以实现高效的单链表反转？A.使用递归B.使用`std::reverse`C.使用`std::rotate`D.使用`std::next`遍历8.对于以下代码，`std::execution::par`的执行效果是什么？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.顺序执行B.并行执行C.分段执行D.编译错误9.在C++中，以下关于RAII的描述，哪项是正确的？A.RAII通过引用计数实现资源管理B.RAII通过智能指针实现资源管理C.RAII通过对象生命周期管理资源D.RAII通过多线程同步实现资源管理10.对于以下代码，`std::lock_guard`的作用是什么？cppinclude<mutex>std::mutexmtx;voidf(){std::lock_guard<std::mutex>lock(mtx);//dosomething}A.实现线程池B.实现条件变量C.自动加锁和解锁D.实现互斥量二、填空题（共10题，每题2分，合计20分）注意：请将答案填写在横线上。1.在C++中，`std::thread`的`join()`方法的作用是__________。2.`std::function`可以存储__________，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`选项的作用是__________。7.`std::lock`可以用于__________个互斥量。8.`std::optional`的`value()`方法的作用是__________。9.`std::execution::par_unseq`的执行效果是__________。10.RAII通过__________实现资源管理。三、简答题（共5题，每题5分，合计25分）1.简述`std::unique_ptr`和`std::shared_ptr`的区别。2.解释`std::async`与`std::thread`的区别。3.描述`std::variant`的应用场景。4.说明`std::lock_guard`和`std::unique_lock`的区别。5.解释`std::atomic`的用途及其实现原理。四、编程题（共5题，每题10分，合计50分）1.编写一个线程安全的单链表，支持插入和删除操作。要求：使用`std::mutex`实现线程安全，并测试插入和删除操作的正确性。2.编写一个高效的快速排序算法，支持并行优化。要求：使用`std::execution::par`实现并行排序，并测试排序的正确性和性能。3.编写一个`std::variant`的包装类，支持类型检查和转换。要求：实现`operatorbool`和`operator->`，并测试其功能。4.编写一个`std::optional`的包装类，支持条件判断和值访问。要求：实现`operatorbool`和`operator->`，并测试其功能。5.编写一个RAII风格的文件操作类，支持自动打开和关闭文件。要求：使用构造函数和析构函数实现资源管理，并测试其功能。答案与解析一、选择题答案与解析1.C`std::unique_ptr`通过`release()`方法可以转移所有权，其他选项错误。`std::unique_ptr`是单向指针，不支持拷贝操作，适用于单线程资源管理。2.B`autof=[a,&b]{b=a;};`中的闭包捕获了`b`的引用，因此修改了`b`的值。输出为`55`。3.B`std::mutex`结合`std::lock_guard`或`std::unique_lock`可以实现线程安全的队列。全局锁效率低，`std::atomic`不适用于复杂操作，`std::condition_variable`用于等待条件。4.B`std::async`返回`std::future`，表示异步操作的结果。`std::launch::async`表示在新的线程中执行。5.A`std::optional`可以存储`null`值（即未初始化），`std::optional`支持拷贝构造，可以存储任何类型（包括引用类型），但必须初始化。6.A`visit`函数需要匹配`std::variant`的存储类型，因此需要显式捕获`A`类型。其他选项错误。7.A递归反转链表是最直观的方法，`std::reverse`和`std::rotate`不适用于链表，`std::next`遍历效率低。8.B`std::execution::par`表示并行执行，利用多核CPU加速计算。9.CRAII通过对象生命周期管理资源，例如智能指针自动释放内存，锁自动加解锁。其他选项错误。10.C`std::lock_guard`在构造时自动加锁，在析构时自动解锁，简化线程同步。二、填空题答案与解析1.等待线程结束`std::thread`的`join()`方法会等待线程执行完毕。2.函数对象，函数适配器`std::function`可以存储任何可调用对象，`std::bind`用于绑定函数参数。3.获取当前值`std::atomic`的`load()`方法会获取当前值，并可能发生内存排序。4.检查是否存储指定类型`std::variant`的`holds_alternative()`用于检查是否存储指定类型。5.解构绑定`std::tie`用于将多个变量的值绑定到一对值。6.延迟执行`std::launch::deferred`表示函数在调用`get()`时执行。7.两个`std::lock`可以锁定两个互斥量，`std::lock_guard`只能锁定一个。8.获取存储的值`std::optional`的`value()`方法会获取存储的值，如果未初始化则抛出异常。9.并行和顺序`std::execution::par_unseq`表示并行执行，但允许顺序执行以提高性能。10.对象生命周期RAII通过对象生命周期管理资源，例如智能指针在析构时自动释放资源。三、简答题答案与解析1.`std::unique_ptr`和`std::shared_ptr`的区别-`std::unique_ptr`是单向指针，只能有一个`unique_ptr`管理同一资源；`std::shared_ptr`是多向指针，通过引用计数管理资源。-`std::unique_ptr`支持移动语义，但不支持拷贝；`std::shared_ptr`支持拷贝和移动。2.`std::async`与`std::thread`的区别-`std::async`可以返回`std::future`，方便结果获取；`std::thread`需要手动管理线程生命周期。-`std::async`支持`std::launch::deferred`和`std::launch::async`选项；`std::thread`只能创建新线程。3.`std::variant`的应用场景-用于替代`switch`语句，避免类型判断；-用于函数返回多种类型，简化接口；-用于安全存储多种类型，避免`dynamic_cast`。4.`std::lock_guard`和`std::unique_lock`的区别-`std::lock_guard`是作用域锁，自动加解锁；`std::unique_lock`支持手动加解锁，支持条件变量。-`std::lock_guard`不支持尝试加锁，`std::unique_lock`支持。5.`std::atomic`的用途及其实现原理-用途：实现无锁数据结构，避免锁竞争；-实现原理：通过硬件指令（如`MFENCE`）保证内存排序，支持原子操作。四、编程题答案与解析1.线程安全的单链表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`包装类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`包装类cppinclude<optional>structOptionalWrapper{std::optional<int>value;booloperator==(constOptionalWrapper&other)const{retu