面试题：C++全局变量在大型项目架构中的设计考量

Question

在一个大型的C++项目架构中，不可避免地会涉及到全局变量的使用。从代码的可维护性、可扩展性以及性能优化等方面，谈谈你对全局变量设计和使用的理解，并且说明如何平衡其优点和缺点，给出一些实际应用中的最佳实践建议。

Answer 1

全局变量的优缺点

1. 优点
   • 方便数据共享：在整个程序范围内都能访问，不同模块间传递数据便捷。例如，在游戏开发中，游戏的全局配置信息（如屏幕分辨率、音效开关等）使用全局变量，各游戏模块都能直接获取和修改。
   • 提高代码简洁性：减少参数传递，一些频繁使用的数据若设为全局变量，调用函数时无需反复传递该参数。
2. 缺点
   • 可维护性差：由于任何部分都能修改全局变量，当出现逻辑错误时，追踪问题根源困难。比如多个函数都对全局变量totalScore进行修改，若该变量值异常，很难快速定位是哪个函数操作不当。
   • 可扩展性受限：增加新功能或修改代码结构时，全局变量可能影响其他模块，牵一发而动全身。例如，要将一个基于控制台的程序扩展为图形界面程序，原本使用的全局变量可能与新的图形界面模块产生冲突。
   • 性能问题：全局变量的生命周期贯穿程序始终，可能会一直占用内存，尤其在大型项目中，若全局变量过多，可能导致内存浪费。

平衡优缺点的方法

1. 控制作用域：尽量缩小全局变量的作用域，仅在必要的文件或模块内使用静态全局变量（文件作用域），而非整个程序范围。例如，在一个文件中实现对文件读取计数功能，使用静态全局变量记录读取次数，该变量仅在该文件内有效，避免对其他文件造成干扰。
2. 封装全局变量：将全局变量封装在类中，通过类的成员函数控制对其访问，实现数据隐藏和访问控制。例如，创建一个ConfigManager类，将全局配置信息封装其中，通过get和set方法获取和修改配置，这样可保证数据的一致性和安全性。
3. 初始化和清理：确保全局变量在使用前正确初始化，在程序结束时进行必要的清理。例如，对于指向动态分配内存的全局指针，在程序结束时释放内存，防止内存泄漏。

最佳实践建议

1. 命名规范：使用独特且有意义的命名，避免与局部变量或其他全局变量冲突，如前缀加上模块名，像GameConfig::g_screenResolution。
2. 文档化：对全局变量的用途、取值范围、修改时机等详细说明，方便其他开发者理解和维护。例如，在变量定义处添加注释说明其功能和使用注意事项。
3. 使用单例模式：对于需要全局唯一实例的对象，采用单例模式替代全局变量。如日志记录器，使用单例模式确保整个程序只有一个日志记录实例，通过单例类的接口进行日志操作，比直接使用全局变量更易于管理和维护。