面试题：Objective-C结构体在面向对象编程中的应用

Question

在Objective-C面向对象编程的场景下，结构体如何与类配合使用？请举例说明结构体在封装数据、传递参数等方面的优势与局限，以及可能遇到的内存管理问题及解决方案。

Answer 1

结构体与类的配合使用

1. 封装数据：结构体可用于封装简单、相关的数据集合，而类用于更复杂的对象建模。例如，定义一个表示坐标的结构体 Point，可以在类中作为属性使用。

// 定义结构体
typedef struct {
    CGFloat x;
    CGFloat y;
} Point;

// 定义类
@interface Shape : NSObject
@property (nonatomic) Point center;
@end

@implementation Shape
@end

2. 传递参数：在方法调用中，结构体可以作为参数传递。比如，定义一个计算两点距离的方法，可接受两个 Point 结构体参数。

CGFloat distanceBetweenPoints(Point p1, Point p2) {
    CGFloat dx = p2.x - p1.x;
    CGFloat dy = p2.y - p1.y;
    return sqrt(dx * dx + dy * dy);
}

结构体在封装数据、传递参数方面的优势

1. 封装数据优势：
   • 轻量级：结构体占用内存小，适合存储简单、固定大小的数据，相比类的实例，创建和销毁开销小。例如 Point 结构体，仅存储两个 CGFloat 类型的数据。
   • 数据紧密性：可以将相关数据组合在一起，提高数据的可读性和可维护性。如 Point 结构体将坐标的 x 和 y 封装在一起。
2. 传递参数优势：
   • 效率高：值传递方式，直接将结构体数据拷贝到函数栈中，对于小结构体，传递速度快。例如上述 distanceBetweenPoints 函数，直接传递 Point 结构体，无需像对象传递那样涉及指针间接访问。

结构体在封装数据、传递参数方面的局限

1. 封装数据局限：
   • 缺乏继承和多态：结构体不支持继承和多态特性，无法像类那样构建复杂的层次结构和实现多态行为。例如，不能从 Point 结构体派生出新的结构体来表示具有更多属性的特殊点。
   • 可扩展性差：结构体一旦定义，其结构固定，难以在不修改定义的情况下添加新成员。
2. 传递参数局限：
   • 性能问题（大结构体）：对于大结构体，值传递会导致大量数据拷贝，降低性能。比如结构体包含大量数组或复杂数据类型时。
   • 无法动态修改：传递的是结构体的拷贝，在函数内部修改结构体不会影响外部原结构体（除非传递指针，但失去了值传递的一些优势）。

可能遇到的内存管理问题及解决方案

1. 内存管理问题：
   • 结构体包含指针成员：如果结构体包含指针指向动态分配的内存，可能导致内存泄漏。例如，结构体中包含一个 char * 指针指向动态分配的字符串。

typedef struct {
    char *name;
    int age;
} Person;

2. 解决方案：
   • 手动管理内存：在使用完结构体后，手动释放指针指向的内存。例如：

Person person;
person.name = strdup("John");
person.age = 30;
// 使用完后释放内存
free(person.name);

- **使用自动释放池**：如果在 `Objective-C` 环境中，可以将涉及结构体的操作放在自动释放池中，利用 `Objective-C` 的内存管理机制辅助管理。例如：

@autoreleasepool {
    Person person;
    person.name = strdup("John");
    person.age = 30;
    // 使用完后释放内存
    free(person.name);
}

- **封装内存管理逻辑**：可以将结构体的创建和销毁操作封装成函数，在函数内部处理内存管理。例如：

Person createPerson(const char *name, int age) {
    Person p;
    p.name = strdup(name);
    p.age = age;
    return p;
}

void destroyPerson(Person p) {
    free(p.name);
}