C++多線程同步的試題及答案姓名：____________________

一、單項選擇題（每題2分，共10題）

1.以下哪個選項不是C++11中引入的線程支持庫？

A.`<thread>`

B.`<mutex>`

C.`<condition_variable>`

D.`<atomic>`

2.在C++中，以下哪個頭文件提供了線程同步機制？

A.`<thread>`

B.`<mutex>`

C.`<vector>`

D.`<algorithm>`

3.以下哪個操作是互斥鎖（mutex）的基本操作？

A.lock()

B.unlock()

C.try_lock()

D.all_of()

4.在C++中，以下哪個是條件變量的構造函數？

A.`condition_variable()`

B.`condition_variable(condition_variable_lock&)`

C.`condition_variable(conststd::mutex&)`

D.`condition_variable(conststd::condition_variable&)`

5.以下哪個函數用于線程的創建？

A.`std::thread::join()`

B.`std::thread::detach()`

C.`std::thread::start()`

D.`std::thread::swap()`

6.在C++中，以下哪個是條件變量的等待函數？

A.`wait()`

B.`notify_one()`

C.`notify_all()`

D.`wait_for()`

7.以下哪個是C++11中用于原子操作的類型？

A.`std::atomic`

B.`std::mutex`

C.`std::condition_variable`

D.`std::thread`

8.以下哪個是C++11中用于表示原子操作的函數？

A.`std::atomic::store()`

B.`std::atomic::load()`

C.`std::atomic::exchange()`

D.`std::atomic::compare_exchange()`

9.在C++中，以下哪個是用于條件變量的等待時間？

A.`std::chrono::milliseconds`

B.`std::chrono::seconds`

C.`std::chrono::nanoseconds`

D.`std::chrono::hours`

10.以下哪個是C++11中用于原子操作的類型？

A.`std::atomic`

B.`std::mutex`

C.`std::condition_variable`

D.`std::thread`

二、填空題（每空2分，共5空）

1.在C++中，互斥鎖（mutex）用于實現__________。

2.條件變量（condition_variable）通常與__________一起使用。

3.原子操作（atomicoperation）用于實現__________。

4.在C++中，線程（thread）的創建可以通過__________函數實現。

5.在C++中，條件變量的等待時間可以通過__________類實現。

三、編程題（共15分）

編寫一個C++程序，使用互斥鎖（mutex）和條件變量（condition_variable）實現一個生產者-消費者模型。生產者線程負責生產數據，消費者線程負責消費數據。當生產者線程生產完數據后，會通過條件變量通知消費者線程進行消費。同時，消費者線程在消費完數據后，會通過條件變量通知生產者線程進行生產。

```cpp

#include<iostream>

#include<thread>

#include<mutex>

#include<condition_variable>

std::mutexmtx;

std::condition_variablecv;

intdata=0;

voidproducer(){

for(inti=0;i<10;++i){

std::unique_lock<std::mutex>lock(mtx);

cv.wait(lock,[]{returndata==0;});

data=i;

std::cout<<"Producerproduced:"<<data<<std::endl;

lock.unlock();

cv.notify_one();

}

}

voidconsumer(){

for(inti=0;i<10;++i){

std::unique_lock<std::mutex>lock(mtx);

cv.wait(lock,[]{returndata!=0;});

data=0;

std::cout<<"Consumerconsumed:"<<data<<std::endl;

lock.unlock();

cv.notify_one();

}

}

intmain(){

std::threadproducer_thread(producer);

std::threadconsumer_thread(consumer);

producer_thread.join();

consumer_thread.join();

return0;

}

```

二、多項選擇題（每題3分，共10題）

1.在C++多線程編程中，以下哪些是線程同步的基本機制？

A.互斥鎖（mutex）

B.條件變量（condition_variable）

C.原子操作（atomicoperation）

D.死鎖（deadlock）

E.活鎖（livelock）

2.以下哪些是C++11中提供的線程同步類？

A.`std::thread`

B.`std::mutex`

C.`std::condition_variable`

D.`std::atomic`

E.`std::vector`

3.互斥鎖（mutex）的主要作用是什么？

A.防止多個線程同時訪問共享資源

B.實現線程間的通信

C.控制線程的執行順序

D.保證線程安全

E.提高程序的執行效率

4.以下哪些是互斥鎖（mutex）的常見操作？

A.lock()

B.unlock()

C.try_lock()

D.lock_guard()

E.unique_lock()

5.條件變量（condition_variable）通常與哪些對象一起使用？

A.互斥鎖（mutex）

B.條件檢查函數

C.等待函數

D.通知函數

E.原子操作

6.以下哪些是條件變量（condition_variable）的等待函數？

A.wait()

B.wait_for()

C.wait_until()

D.notify_one()

E.notify_all()

7.以下哪些是C++11中用于原子操作的類型？

A.`std::atomic`

B.`std::mutex`

C.`std::condition_variable`

D.`std::thread`

E.`std::atomic_flag`

8.原子操作（atomicoperation）在多線程編程中的作用是什么？

A.防止數據競爭

B.保證操作的原子性

C.提高程序的執行效率

D.實現線程間的同步

E.簡化編程模型

9.在C++中，以下哪些是線程的常見狀態？

A.運行狀態

B.等待狀態

C.睡眠狀態

D.中斷狀態

E.終止狀態

10.以下哪些是C++11中線程的常見操作？

A.創建線程

B.啟動線程

C.等待線程結束

D.終止線程

E.交換線程

三、判斷題（每題2分，共10題）

1.在C++中，互斥鎖（mutex）可以確保同一時間只有一個線程可以訪問共享資源。（）

2.條件變量（condition_variable）可以用來阻塞線程直到某個條件成立。（）

3.原子操作（atomicoperation）只能應用于基本數據類型。（）

4.使用互斥鎖（mutex）時，必須始終確保在鎖的保護范圍內完成所有操作。（）

5.`std::atomic`類型總是比普通的變量更安全。（）

6.在多線程程序中，原子操作可以完全替代互斥鎖的使用。（）

7.`std::thread::join()`函數會阻塞調用它的線程，直到被連接的線程完成執行。（）

8.`std::condition_variable::notify_one()`函數會隨機喚醒一個等待的線程。（）

9.在C++中，死鎖（deadlock）是不可能發生的，因為互斥鎖（mutex）和條件變量（condition_variable）的使用是安全的。（）

10.在C++中，一個線程可以同時擁有多個互斥鎖（mutex）。（）

四、簡答題（每題5分，共6題）

1.簡述C++中互斥鎖（mutex）的基本作用和常見操作。

2.解釋C++中條件變量（condition_variable）的工作原理及其與互斥鎖（mutex）的關系。

3.描述C++11中原子操作（atomicoperation）的概念及其在多線程編程中的作用。

4.說明C++中線程（thread）的生命周期及其主要狀態轉換。

5.列舉并解釋C++11中與線程同步相關的幾個重要庫和類。

6.分析在多線程編程中，如何避免死鎖（deadlock）和數據競爭（datarace）的發生。

試卷答案如下

一、單項選擇題

1.D

解析思路：C++11引入了標準線程庫，包括`<thread>`,`<mutex>`,`<condition_variable>`,`<atomic>`，但`<atomic>`是用于原子操作的類型，不是線程支持庫。

2.B

解析思路：線程同步機制主要通過`<mutex>`頭文件提供的互斥鎖（mutex）實現。

3.A

解析思路：互斥鎖的基本操作包括上鎖（lock）和解鎖（unlock），`lock()`是上鎖操作。

4.B

解析思路：條件變量的構造函數之一是接受一個`condition_variable_lock`對象作為參數。

5.C

解析思路：`std::thread::start()`函數用于啟動線程。

6.A

解析思路：條件變量的等待函數`wait()`用于使線程等待直到被通知。

7.A

解析思路：`std::atomic`類型用于原子操作，確保操作的原子性。

8.C

解析思路：`std::atomic::exchange()`是用于原子交換操作的函數。

9.B

解析思路：`std::chrono::seconds`是用于表示等待時間的類，表示秒。

10.A

解析思路：`std::atomic`類型用于原子操作，確保操作的原子性。

二、多項選擇題

1.ABC

解析思路：線程同步的基本機制包括互斥鎖、條件變量和原子操作，它們用于防止數據競爭和保證線程安全。

2.ABCD

解析思路：C++11提供的線程同步類包括`std::thread`、`std::mutex`、`std::condition_variable`和`std::atomic`。

3.ABCD

解析思路：互斥鎖的基本作用是防止多個線程同時訪問共享資源，實現線程安全，并控制線程執行順序。

4.ABCDE

解析思路：互斥鎖的常見操作包括上鎖、解鎖、嘗試上鎖、使用鎖保護作用域和獨占鎖定。

5.ABCD

解析思路：條件變量通常與互斥鎖一起使用，其等待函數和通知函數用于線程間的同步。

6.ABC

解析思路：條件變量的等待函數包括`wait()`、`wait_for()`和`wait_until()`。

7.ABCDE

解析思路：C++11中用于原子操作的類型包括`std::atomic`、`std::atomic_flag`、`std::atomic_ref`等。

8.ABC

解析思路：原子操作在多線程編程中的作用是防止數據競爭，保證操作的原子性和提高程序的執行效率。

9.ABCDE

解析思路：線程的常見狀態包括運行狀態、等待狀態、睡眠狀態、中斷狀態和終止狀態。

10.ABCDE

解析思路：C++11中線程的常見操作包括創建線程、啟動線程、等待線程結束、終止線程和交換線程。

三、判斷題

1.√

解析思路：互斥鎖確保同一時間只有一個線程可以訪問共享資源，防止數據競爭。

2.√

解析思路：條件變量允許線程在某個條件不滿足時阻塞，直到條件成立或被通知。

3.×

解析思路：原子操作不僅適用于基本數據類型，還適用于復合數據類型和用戶定義類型。

4.√

解析思路：為了確保線程安全，必須始終在鎖的保護范圍內完成所有操作。

5.×

解析思路：`std::atomic