面试题：C++中如何优化全局变量引用性能之基础操作

Question

在C++中，假设你有一个全局变量`int globalVar`，并且在多个函数中频繁引用它。请简述至少两种优化这种全局变量引用性能的基础方法，并说明每种方法的原理。

Answer 1

1. 使用局部变量缓存全局变量值：
   • 原理：将全局变量的值赋给一个局部变量，在函数内部使用局部变量进行操作。因为局部变量通常存储在栈上，访问栈的速度比访问全局变量所在的全局数据区速度快。在函数执行期间，CPU缓存更有可能缓存局部变量，减少内存访问次数。例如：

int globalVar;
void func() {
    int localVar = globalVar;
    // 在这里使用localVar进行操作
    localVar = localVar + 1;
    globalVar = localVar;
}

2. 通过指针或引用传递全局变量：
   • 指针传递原理：通过传递全局变量的指针到函数中，这样函数内部对指针指向的数据操作直接作用于全局变量。指针传递避免了每次访问全局变量都要通过全局变量的符号查找地址，而是直接通过指针访问内存地址，减少了地址解析的开销。例如：

int globalVar;
void func(int* globalPtr) {
    *globalPtr = *globalPtr + 1;
}
// 调用
func(&globalVar);

• 引用传递原理：引用本质上是一个常量指针，在函数参数中使用引用传递全局变量，函数内部对引用的操作就等同于对全局变量的操作。与指针传递类似，减少了对全局变量地址解析的开销，而且语法上更简洁直观，像操作变量本身一样。例如：

int globalVar;
void func(int& globalRef) {
    globalRef = globalRef + 1;
}
// 调用
func(globalVar);

3. 使用register关键字（仅适用于某些编译器和平台）：
   • 原理：register关键字提示编译器将变量存储在CPU寄存器中，对变量的访问直接在寄存器中进行，寄存器的访问速度远快于内存。但现代编译器已经有了非常强大的优化能力，能够自动识别哪些变量适合存储在寄存器中，这个关键字的效果在一些编译器上可能不明显甚至被忽略。例如：

int globalVar;
void func() {
    register int localVar = globalVar;
    // 在这里使用localVar进行操作
    localVar = localVar + 1;
    globalVar = localVar;
}