沒有學不會的C++：為什麼不要使用全域性變數

在寫程式時，我們都知道一條規範：不要使用全域性變數。至於為什麼，有可能是因為它會汙染名稱空間，也有可能是因為它會造成程式的不確定性，本文主要使用一個例子，來說明全域性變數是如何讓程式變得不確定的。

我們先定義兩個類，一個 Cat，一個 Dog，如下是 cat.h 和 cat.cc 檔案

// cat.h
#include <iostream>
using namespace std;

class Cat;
extern Cat c;

class Cat {
public:
    Cat(char* name);
    void meow();
private:
    char* _name;
};

// cat.cc
#include "cat.h"
#include "dog.h"

Cat c("mimi");
Cat::Cat(char* name) {
    cout << "construct cat" << endl;
    _name = name;
}

void Cat::meow() {
    cout << "cat " << _name << " meow" << endl;
}

Cat 類很簡單，只有一個成員 _name，它是一個指標變數，且通過 meow 方法把它列印到螢幕上，同時，我們還定義了一個全域性變數 Cat c("mimi");，同樣的，Dog 類的定義也很簡單，如下：

// dog.h
#include <iostream>
using namespace std;

class Dog;
extern Dog d;

class Dog {
public:
    Dog(char* name);
    void bark();
private:
    char* _name;
};

// dog.cc
#include "dog.h"
#include "cat.h"

Dog d("kobe");
Dog::Dog(char* name) {
    cout << "construct dog" << endl;
    _name = name;
}                                                                   
                                                                    
void Dog::bark() {                                                  
    cout << "dog " << _name << " bark" << endl;                     
}

我們給 Dog 也定義了一個全域性變數 d("kobe");，此時，我們修改一下 Cat 的建構函式，在裡面引用全域性變數 d，看看會發生什麼

Cat::Cat(char* name) {
    cout << "construct cat" << endl;
    _name = name;
    d.bark();
}

編譯執行前，別忘了我們的入口檔案 main.cc，如下

int main() {
    return 0;
}

現在，我們將其進行編譯執行

...
g++ -o main main.o cat.o dog.o -std=c++11  // 編譯時的輸出，說明了連結順序
$ ./main
construct cat
// [1]    50759 segmentation fault  ./main 

可以看到程式崩潰了，崩潰原因是我們剛才在 Cat 建構函式中增加的一行呼叫全域性變數的程式碼，因為在呼叫這行程式碼時，全域性變數 d （實際上是 d._name ）還沒初始化。

而全域性變數的初始化順序是由編譯器決定的，所以如果我們的全域性變數間又有互相依賴的話，就很容易造成程式崩潰。

避免使用全域性變數的方法也有很多，其中最廣泛的應數 Singleton 模式了，針對上面的程式碼，我們可以定義一個 Singleton 類，其中包含 Cat 和 Dog 的靜態指標，如下

// singleton.h
class Cat;
class Dog;
class Singleton {
    static Dog* pd;
    static Cat* pc;
public:
    ~Singleton();

    static Dog* getDog();
    static Cat* getCat();
};

與此同時，我們還宣告瞭兩個靜態方法，用來獲取 Dog 或 Cat 的指標，並且，我們希望 Dog 和 Cat 是以 lazy 的方式進行初始化的，即下面的 singleton.cc 檔案的實現

// singleton.cc
#include "singleton.h"
#include "dog.h"
#include "cat.h"

Dog* Singleton::pd = 0;
Cat* Singleton::pc = 0;
Singleton::~Singleton() {
    delete pd;
    delete pc;
    pd = 0;
    pc = 0;
}
Dog* Singleton::getDog() { 
    if (pd == 0) {
        pd = new Dog("kobe");  
    }
    return pd;
}
Cat* Singleton::getCat() {
    if (pc == 0) {
        pc = new Cat("mimi");
    }
    return pc;
}

可以看到初始化 Cat 和 Dog 的時機是在第一次呼叫 getCat 和 getDog 時。現在你就可以刪掉程式中的全域性變數了，當你需要使用 Cat 物件或 Dog 物件時，直接呼叫 Singleton::getCat() 或 Singleton::getDog() 即可。

參考：

• https://www.youtube.com/watch?v=hE77OSTE2J0&t=87s