面试题：C++复杂场景下全局变量初始化顺序分析

Question

考虑以下代码结构，有一个全局类 `GlobalClass1` 其构造函数会调用另一个全局函数 `globalFunction`，而 `globalFunction` 中使用了全局变量 `GlobalVar`。同时，`GlobalVar` 所在源文件也包含一个静态局部变量 `staticLocalVar`，该静态局部变量的初始化依赖于 `GlobalClass1` 实例化后的一个成员函数返回值。请详细分析这种情况下的初始化顺序以及可能出现的问题，并提出解决方案。

Answer 1

初始化顺序分析

1. 全局变量：在程序启动时，全局变量（包括 GlobalVar）会首先进行初始化。但此时 GlobalClass1 还未实例化，staticLocalVar 也未初始化。
2. GlobalClass1 的构造函数：GlobalClass1 实例化时，其构造函数会被调用，进而调用 globalFunction。在 globalFunction 中会使用 GlobalVar，此时 GlobalVar 已初始化。
3. staticLocalVar：当第一次执行到包含 staticLocalVar 的代码块时，staticLocalVar 才会初始化，且依赖于 GlobalClass1 实例化后的成员函数返回值。但在 GlobalVar 初始化时，GlobalClass1 可能还未实例化，这就导致了潜在的初始化顺序问题。

可能出现的问题

1. 未定义行为：如果 GlobalVar 在初始化时需要访问 GlobalClass1 实例化后的成员函数返回值（因为 staticLocalVar 依赖于此，而 GlobalVar 所在源文件包含 staticLocalVar），但此时 GlobalClass1 还未实例化，就会产生未定义行为。
2. 初始化失败：staticLocalVar 依赖于 GlobalClass1 实例化后的成员函数返回值，若在其初始化时 GlobalClass1 未实例化完全或者相关成员函数状态不正确，可能导致 staticLocalVar 初始化失败。

解决方案

1. 延迟初始化：将 GlobalVar 和 staticLocalVar 的初始化推迟到需要使用它们的时候，而不是在程序启动时。例如，可以将 GlobalVar 封装在一个函数内，在函数内进行初始化，并返回其引用。对于 staticLocalVar 也采用类似方式，确保在 GlobalClass1 完全实例化且状态正确后再进行初始化。

class GlobalClass1 {
    // 类定义...
public:
    int getValueForStaticLocalVar() {
        // 返回合适的值用于 staticLocalVar 的初始化
        return 42; 
    }
};

GlobalClass1 globalObj;

// 延迟初始化 GlobalVar
int& getGlobalVar() {
    static int GlobalVar = 0; 
    return GlobalVar;
}

// 延迟初始化 staticLocalVar
int& getStaticLocalVar() {
    static int staticLocalVar = globalObj.getValueForStaticLocalVar(); 
    return staticLocalVar;
}

2. 单例模式：使用单例模式确保 GlobalClass1 只有一个实例，并且在第一次使用时进行初始化。同时，在单例类中管理 GlobalVar 和 staticLocalVar 的初始化，保证它们在合适的时机进行初始化。

class GlobalClass1 {
private:
    static GlobalClass1* instance;
    int valueForStaticLocalVar;
    GlobalClass1() : valueForStaticLocalVar(42) {}
public:
    static GlobalClass1* getInstance() {
        if (instance == nullptr) {
            instance = new GlobalClass1();
        }
        return instance;
    }

    int getValueForStaticLocalVar() {
        return valueForStaticLocalVar;
    }
};

GlobalClass1* GlobalClass1::instance = nullptr;

// 使用单例模式管理 GlobalVar
int& getGlobalVar() {
    static int GlobalVar = 0; 
    return GlobalVar;
}

// 使用单例模式管理 staticLocalVar
int& getStaticLocalVar() {
    static int staticLocalVar = GlobalClass1::getInstance()->getValueForStaticLocalVar(); 
    return staticLocalVar;
}

通过以上两种方式，可以有效避免由于初始化顺序不当导致的问题。