面试题：C++中全局变量如何影响代码模块化进而影响可维护性

Question

请阐述在C++项目里，全局变量是怎样对代码的模块化造成影响，从而对代码的可维护性产生作用的。举例说明在模块化设计中，全局变量带来的潜在问题。

Answer 1

对代码模块化和可维护性的影响

1. 破坏模块化封装性：
   • 在C++项目中，模块化设计的一个重要原则是封装，即模块应该隐藏其内部实现细节，只通过接口与外部交互。全局变量破坏了这种封装性。因为全局变量可以被项目中的任何函数或类访问和修改，这使得模块之间的边界变得模糊。例如，一个模块原本应该独立完成某个特定功能，但由于可以随意访问和修改全局变量，它的行为可能会受到其他模块对全局变量操作的影响，从而难以单独对该模块进行测试、理解和维护。
2. 增加耦合度：
   • 全局变量增加了模块之间的耦合度。不同模块对全局变量的依赖使得它们不再是完全独立的单元。如果一个模块修改了全局变量的值，可能会影响到其他依赖该全局变量的模块的行为。这使得代码的可维护性降低，因为当需要修改某个模块时，很难确定这种修改是否会因为对全局变量的操作而影响到其他模块。
3. 命名空间污染：
   • 全局变量会造成命名空间污染。在一个大型项目中，如果多个模块都定义了全局变量，很容易出现命名冲突。这不仅会导致编译错误，还会使代码难以理解和维护，因为开发者需要时刻注意避免全局变量命名冲突。

模块化设计中全局变量带来的潜在问题举例

假设有一个简单的游戏项目，有两个模块：PlayerModule和GameModule。

// 全局变量
int globalScore; 

// PlayerModule相关代码
void Player::scoreUp() {
    globalScore += 10; 
}

// GameModule相关代码
void Game::resetGame() {
    globalScore = 0; 
}

1. 难以测试：
   • 对于Player::scoreUp函数，由于它依赖于全局变量globalScore，在测试这个函数时，很难隔离其依赖。如果要测试scoreUp函数是否正确增加分数，可能会受到Game::resetGame函数对globalScore重置的影响，使得测试变得复杂且不可靠。
2. 代码理解困难：
   • 当阅读Player::scoreUp函数代码时，很难立即确定globalScore的初始值以及哪些其他地方可能会修改它。这增加了理解代码逻辑的难度，特别是在大型项目中，可能有多个模块对globalScore进行操作，追踪其变化和影响变得非常困难。
3. 维护风险：
   • 如果项目需求发生变化，例如需要为不同玩家记录不同分数，由于globalScore是全局变量，修改代码以适应新需求可能会非常复杂。因为多个模块都依赖它，对其修改可能会破坏其他模块的原有功能，导致难以预测的错误。