面试题：C++全局变量的初始化顺序与依赖关系处理

Question

假设有多个全局变量，它们之间存在相互依赖关系。请描述C++是如何处理这些全局变量的初始化顺序的，可能会遇到什么问题？并给出一种在代码层面优化这种初始化顺序问题的策略。

Answer 1

C++处理全局变量初始化顺序

1. 同编译单元内：在同一个编译单元（.cpp文件）中，全局变量按照它们在文件中声明的顺序进行初始化。例如：

int a = 10;
int b = a + 5; // 这里b能正确使用a的值，因为a先于b声明并初始化

2. 不同编译单元间：C++标准并没有明确规定不同编译单元中全局变量的初始化顺序。这意味着，依赖于不同编译单元中全局变量的初始化顺序是未定义行为。例如，在file1.cpp中有int a = b + 1;，在file2.cpp中有int b = 5;，由于不知道a和b哪个先初始化，a可能会使用到未初始化的b值。

可能遇到的问题

1. 未定义行为：由于不同编译单元间全局变量初始化顺序未定义，可能导致程序在运行时出现难以调试的错误，比如使用未初始化的变量值，进而引发程序崩溃、逻辑错误等。
2. 依赖问题：如果全局变量A依赖全局变量B，而在不同编译单元中，可能因为初始化顺序问题，A在B初始化之前就尝试使用B的值，从而导致错误。

代码层面优化策略

1. 使用局部静态变量：将全局变量替换为局部静态变量。局部静态变量在第一次调用包含它的函数时初始化。例如：

class MyClass {
public:
    int getValue() {
        static int a = 10;
        static int b = a + 5;
        return b;
    }
};

这里a和b的初始化顺序是确定的，因为它们在函数内，且按照声明顺序初始化。

2. 单例模式：对于需要全局访问的对象，可以使用单例模式。单例模式可以控制对象的创建和初始化过程。例如：

class Singleton {
private:
    static Singleton* instance;
    int data;
    Singleton() : data(0) {}
public:
    static Singleton* getInstance() {
        if (instance == nullptr) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
    int getData() {
        return data;
    }
};
Singleton* Singleton::instance = nullptr;

在这个例子中，Singleton类的实例化是在调用getInstance函数时进行，确保了初始化的可控性。