面试题：C++中全局变量的初始化顺序与依赖关系处理

Question

假设存在多个全局变量，它们之间存在相互依赖关系，例如变量A的初始化依赖于变量B。在C++中，如何确保这些全局变量按照正确的顺序初始化，避免因初始化顺序不当导致的程序错误？请详细说明涉及到的原理和可能的实现方式。

Answer 1

原理

1. 全局变量初始化顺序：在C++中，全局变量的初始化顺序是未定义的。如果两个全局变量相互依赖，不加以控制可能会导致一个变量在依赖它的变量初始化之前被使用，从而引发未定义行为。
2. 静态局部变量：静态局部变量在首次进入其所在函数时初始化，其初始化顺序由其在代码中首次使用的顺序决定，这可以用来控制初始化顺序。

实现方式

1. 使用函数返回静态局部变量：

   #include <iostream>
   
   class B {
   public:
       B() { std::cout << "B initialized" << std::endl; }
   };
   
   class A {
   public:
       A(const B& b) : b_(b) { std::cout << "A initialized" << std::endl; }
       void print() const { std::cout << "A depends on B" << std::endl; }
   private:
       const B& b_;
   };
   
   const B& getB() {
       static B b;
       return b;
   }
   
   const A& getA() {
       static A a(getB());
       return a;
   }
   
   int main() {
       getA().print();
       return 0;
   }
   

   在这个例子中，getA函数依赖于getB函数返回的B对象，由于静态局部变量的特性，getB中的b会在getA中的a之前初始化，从而确保A在初始化时B已经初始化完成。
2. 使用单例模式：

   #include <iostream>
   
   class B {
   public:
       static B& getInstance() {
           static B instance;
           return instance;
       }
       B() { std::cout << "B initialized" << std::endl; }
   private:
       B() = default;
       B(const B&) = delete;
       B& operator=(const B&) = delete;
   };
   
   class A {
   public:
       static A& getInstance() {
           static A instance;
           return instance;
       }
       A() : b_(B::getInstance()) { std::cout << "A initialized" << std::endl; }
       void print() const { std::cout << "A depends on B" << std::endl; }
   private:
       B& b_;
       A() = default;
       A(const A&) = delete;
       A& operator=(const A&) = delete;
   };
   
   int main() {
       A::getInstance().print();
       return 0;
   }
   

   这里通过单例模式确保B的实例在A的实例之前被初始化，因为A的实例化依赖于B的实例。单例模式中的静态成员变量保证了其唯一性和特定的初始化顺序。