2026年计算机编程语言C高级题解

2026年计算机编程语言C++高级题解一、选择题（每题2分，共10题）（针对北美硅谷地区，侧重STL与多线程应用）1.关于`std::vector`的动态扩容机制，以下描述正确的是？A.`vector`在扩容时会复制所有元素到新内存B.`vector`的扩容倍数固定为2C.`reserve()`函数可以减少扩容次数但不会影响初始容量D.`vector`扩容时不会触发拷贝构造函数2.以下哪个`std::mutex`的成员函数用于尝试锁定互斥量？A.`lock()`B.`try_lock()`C.`unlock()`D.`release()`3.在C++11中，`std::atomic`类型的主要用途是？A.实现线程安全的共享变量B.用于模板元编程C.替代`std::mutex`D.优化内存访问4.关于`std::async`的返回值，以下描述正确的是？A.返回`std::thread`对象B.返回`std::future`对象C.返回`std::promise`对象D.返回`std::async`函数指针5.以下哪个操作符可用于`std::string`的查找？A.`[]`B.`->`C.`find()`D.`at()`二、填空题（每空1分，共5题）（针对欧洲柏林地区，侧重泛型编程与内存管理）6.在C++中，使用`new`分配内存后，应使用`______`释放资源。7.`std::function`的模板参数`T`表示函数的______。8.`std::variant`可以存储多种类型，但要求所有类型具有相同的______。9.`std::optional`用于表示可能不存在的值，其成员`value()`返回______。10.在RAII（ResourceAcquisitionIsInitialization）中，对象的生命周期与______绑定。三、简答题（每题5分，共4题）（针对亚洲东京地区，侧重STL高级用法与性能优化）11.简述`std::list`与`std::vector`在插入效率上的差异及其适用场景。12.解释`std::bind`与`std::lambda`的优劣，并说明在哪些场景下优先选择哪种。13.如何使用`std::execution::par`优化算法的并行执行？请说明其原理。14.在多线程环境下，`std::shared_mutex`与`std::mutex`的区别是什么？四、编程题（每题15分，共2题）（针对北美纽约地区，侧重设计模式与实际工程应用）15.编写一个线程安全的`Logger`类，要求：-使用`std::mutex`保护日志写入。-提供`log_info()`和`log_error()`两个方法。-使用`std::condition_variable`实现日志队列的阻塞写入。16.实现一个`std::variant`的简化版本，支持至少三种类型（如`int`、`double`、`std::string`），并要求：-提供构造函数和`visit`函数。-在访问不存在的类型时抛出异常。答案与解析一、选择题答案1.A解析：`vector`扩容时会将所有元素复制到新内存，并释放旧内存。选项B错误，实际倍数取决于实现，但通常大于等于1.5或2。选项C错误，`reserve()`仅设置最小容量。选项D错误，扩容涉及复制。2.B解析：`try_lock()`尝试锁定互斥量，成功返回`true`，失败返回`false`。其他选项不正确。3.A解析：`std::atomic`用于实现无锁（lock-free）编程，确保多线程环境下变量的原子操作。4.B解析：`std::async`返回`std::future`，用于获取异步任务的结果。其他选项错误。5.C解析：`find()`是`std::string`的成员函数，用于查找子字符串。其他选项不适用。二、填空题答案6.`delete`解析：`new`分配内存后，必须使用`delete`释放，否则造成内存泄漏。7.返回类型解析：`std::function`的模板参数`T`表示函数的返回类型。8.内存布局解析：`std::variant`要求所有类型具有相同的内存布局，以便存储任意一种类型。9.当前存储的值解析：`value()`返回当前存储的值，若未设置则抛出异常。10.资源生命周期解析：RAII通过对象生命周期管理资源，对象析构时自动释放资源。三、简答题答案11.-`std::list`：基于双向链表，插入效率高（O(1)），但随机访问慢（O(n)）。适用于频繁插入/删除的场景。-`std::vector`：基于动态数组，随机访问快（O(1)），插入/删除慢（O(n)）。适用于随机访问和顺序迭代。12.-`std::bind`：预绑定函数参数，生成新函数对象，适用于参数固定的场景。-`std::lambda`：匿名函数，更灵活，但可能影响性能（编译器优化）。优先选择`lambda`除非需要预绑定。13.`std::execution::par`是C++17的并行执行策略，通过`std::execution::par`包装算法对象（如`std::sort`），使其自动并行执行。原理：利用任务调度器将任务分配到多个线程。14.-`std::mutex`：排他锁，同一时间只能被一个线程持有。-`std::shared_mutex`：读写锁，允许多个线程同时读取，但写操作独占。适用于读多写少的场景。四、编程题答案15.Logger类实现cppinclude<mutex>include<thread>include<queue>include<condition_variable>include<iostream>classLogger{public:Logger(){}~Logger(){stop();}voidlog_info(conststd::string&msg){std::unique_lock<std::mutex>lock(mutex_);queue_.push(msg);cond_.notify_one();}voidlog_error(conststd::string&msg){std::unique_lock<std::mutex>lock(mutex_);queue_.push(msg);cond_.notify_one();}voidprocess(){while(true){std::unique_lock<std::mutex>lock(mutex_);cond_.wait(lock,[this]{return!queue_.empty()||stop_flag_;});if(stop_flag_)break;std::cout<<queue_.front()<<std::endl;queue_.pop();}}voidstop(){std::lock_guard<std::mutex>lock(mutex_);stop_flag_=true;cond_.notify_one();}private:std::mutexmutex_;std::condition_variablecond_;std::queue<std::string>queue_;boolstop_flag_=false;};16.简化版`std::variant`cppinclude<variant>include<string>include<stdexcept>template<typename...Types>classMyVariant{public:usingtype=std::variant<Types...>;MyVariant()=default;MyVariant(consttype&v):var_(v){}template<typenameT>voidset(constT&value){var_=value;}template<typenameF>autovisit(F&&f)->decltype(std::visit(std::forward<F>(f),var_)){returnstd::visit(std::forward<F>(f),va