面试题：C++ main函数执行前构造函数的调用时机及优化

Question

考虑一个包含多个类的C++项目，类A、类B等，每个类都有构造函数。假设类A的对象是全局对象，类B的对象是在另一个源文件中定义的全局对象。请详细说明在main函数执行前这些构造函数的调用顺序，并且阐述如何优化构造函数调用带来的性能开销。

Answer 1

构造函数调用顺序

1. 在C++中，全局对象的构造函数在main函数执行之前被调用。
2. 对于不同编译单元（源文件）中的全局对象，其构造顺序是未定义的。但如果全局对象在同一个编译单元中定义，那么它们的构造顺序与定义顺序一致。
3. 所以对于类A和类B的全局对象，由于它们在不同源文件中，其构造顺序是未定义的。不过，同一个编译单元内的全局对象构造顺序遵循定义顺序。

优化构造函数调用带来的性能开销

1. 减少不必要的初始化：
   • 避免在构造函数中进行过多非必要的计算和初始化操作。例如，如果某些数据成员的初始化值在构造后会立即被修改，考虑延迟初始化，即在真正需要时再进行初始化。
   • 对于复杂对象的初始化，可以采用成员初始化列表的方式，因为成员初始化列表是按照成员声明的顺序进行初始化的，效率更高。例如：

class Example {
private:
    int data1;
    int data2;
public:
    Example(int a, int b) : data1(a), data2(b) {}
};

2. 使用静态局部对象替代全局对象：
   • 静态局部对象在第一次使用时才会被构造，这样可以避免在程序启动时就进行不必要的构造。例如：

class MyClass {
public:
    MyClass() { /* 构造函数代码 */ }
};

MyClass& getMyClassInstance() {
    static MyClass instance;
    return instance;
}

3. 优化对象构造时的资源分配：
   • 如果构造函数涉及到动态内存分配（如使用new），考虑使用智能指针来管理内存，这样可以避免内存泄漏，并且在对象析构时自动释放资源。例如：

#include <memory>
class Resource {
public:
    Resource() { /* 资源初始化 */ }
    ~Resource() { /* 资源释放 */ }
};

class Container {
private:
    std::unique_ptr<Resource> resourcePtr;
public:
    Container() : resourcePtr(std::make_unique<Resource>()) {}
};

4. 避免构造函数中的异常：
   • 构造函数中抛出异常会导致对象构造不完全，进而可能导致资源泄漏等问题。尽量在构造函数前进行必要的检查，确保构造过程能够顺利完成。如果必须处理异常，可以使用try - catch块在构造函数中捕获并处理异常，或者在构造函数外进行检查和处理。