面试题：C++全局变量与局部变量在复杂程序结构中的生命周期管理

全局变量

影响因素
- 动态链接库加载与卸载：如果全局变量在动态链接库中，当动态链接库被加载时，全局变量被初始化；当动态链接库被卸载时，全局变量被销毁。不同动态链接库加载和卸载的时机可能不同，这会影响全局变量的生命周期。
- 多线程访问：多个线程可能同时访问全局变量，若没有适当的同步机制，可能在全局变量初始化完成前就被其他线程访问，导致数据错误。
避免内存泄漏或数据错误的方法
- 使用单例模式：通过单例模式控制全局对象的创建和销毁，保证在整个程序生命周期内只有一个实例，并且可以在合适的时机进行初始化和销毁。
- 线程同步：使用互斥锁（std::mutex）等同步机制，确保在全局变量初始化完成前，其他线程不会访问。

代码示例：

#include <iostream>
#include <mutex>
class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        static std::mutex mtx;
        static Singleton instance;
        return instance;
    }
    // 防止拷贝和赋值
    Singleton(const Singleton&) = delete;
    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
private:
    // 私有构造函数
    Singleton() = default;
    ~Singleton() = default;
};

// 假设这是一个在动态链接库中的全局变量
Singleton& globalVar = Singleton::getInstance();

void threadFunction() {
    // 使用全局变量
    Singleton& var = Singleton::getInstance();
    std::cout << "Thread using global variable" << std::endl;
}

局部变量

影响因素
- 多线程栈空间：每个线程都有自己独立的栈空间。局部变量在栈上分配，如果一个函数在多线程环境下被调用，每个线程都有自己的局部变量副本，其生命周期与线程栈的生命周期相关。
- 动态链接库函数调用：如果在动态链接库函数内部定义局部变量，其生命周期受函数调用和返回的影响。如果函数返回后，局部变量所占用的资源没有正确释放，可能导致内存泄漏。
避免内存泄漏或数据错误的方法
- 使用智能指针：对于局部变量中的动态分配内存（如new操作符），使用智能指针（std::unique_ptr、std::shared_ptr）来管理内存，它们会在局部变量生命周期结束时自动释放内存。
- 确保资源释放：对于非内存资源（如文件句柄等），在函数结束前确保资源被正确关闭或释放。

代码示例：

#include <iostream>
#include <memory>
void dynamicLibraryFunction() {
    // 使用智能指针管理动态分配的内存
    std::unique_ptr<int> localPtr(new int(10));
    std::cout << "Local variable value: " << *localPtr << std::endl;
    // 局部变量localPtr生命周期结束时，内存自动释放
}

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面试题：C++全局变量与局部变量在复杂程序结构中的生命周期管理

知识考点

面试题答案

全局变量

局部变量