面试题：C语言结构体与函数指针及动态内存管理

Question

设计一个程序，其中包含一个结构体，结构体中有一个函数指针成员，该函数指针指向一个用于计算两个数之和的函数。程序要实现动态分配结构体数组，并为每个结构体元素的函数指针成员赋值，最后调用这些函数指针进行计算并输出结果。请详细说明设计思路、实现代码以及如何处理动态内存的分配与释放以避免内存泄漏。

Answer 1

设计思路

1. 定义结构体：定义一个包含函数指针成员的结构体，该函数指针指向计算两个数之和的函数。
2. 动态分配结构体数组：使用malloc或C++中的new来动态分配结构体数组内存。
3. 初始化函数指针：为每个结构体元素的函数指针成员赋值，指向计算两个数之和的函数。
4. 调用函数指针并输出结果：遍历结构体数组，调用每个元素的函数指针，计算并输出结果。
5. 内存释放：使用free（C语言）或delete[]（C++）释放动态分配的内存，避免内存泄漏。

实现代码（C语言示例）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 定义计算两个数之和的函数
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

// 定义结构体
typedef struct {
    int (*func)(int, int); // 函数指针
} Calculator;

int main() {
    int n = 3; // 假设分配3个结构体元素
    Calculator *calculators = (Calculator *)malloc(n * sizeof(Calculator));
    if (calculators == NULL) {
        perror("malloc");
        return 1;
    }

    // 为每个结构体元素的函数指针赋值
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        calculators[i].func = add;
    }

    // 调用函数指针并输出结果
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        int result = calculators[i].func(2, 3); // 假设计算2 + 3
        printf("Result of calculation %d: %d\n", i + 1, result);
    }

    // 释放内存
    free(calculators);

    return 0;
}

实现代码（C++示例）

#include <iostream>

// 定义计算两个数之和的函数
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

// 定义结构体
struct Calculator {
    int (*func)(int, int); // 函数指针
};

int main() {
    int n = 3; // 假设分配3个结构体元素
    Calculator *calculators = new Calculator[n];

    // 为每个结构体元素的函数指针赋值
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        calculators[i].func = add;
    }

    // 调用函数指针并输出结果
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        int result = calculators[i].func(2, 3); // 假设计算2 + 3
        std::cout << "Result of calculation " << i + 1 << ": " << result << std::endl;
    }

    // 释放内存
    delete[] calculators;

    return 0;
}

动态内存分配与释放

1. C语言：使用malloc分配内存，如果分配失败，malloc返回NULL，需要进行错误处理。使用free释放内存，并且只释放一次，避免多次释放导致未定义行为。
2. C++：使用new分配内存，如果分配失败，会抛出std::bad_alloc异常。使用delete[]释放动态分配的数组内存，确保配对使用new[]和delete[]，以正确调用对象的析构函数（如果有）并释放内存，防止内存泄漏。