全局变量最佳实践指南：从设计到管理，全面提升代码质量

# 1. 全局变量概述

全局变量是存储在程序地址空间中，可以在程序的任何位置访问的变量。它们通常用于存储应用程序范围内的信息，例如配置设置、状态信息和共享资源。

**1.1 全局变量的优点**

* **共享数据：**全局变量允许程序的不同部分访问和修改相同的数据。
* **减少冗余：**通过在多个模块中使用全局变量，可以避免重复存储相同的信息。
* **提高效率：**全局变量可以提高对经常访问数据的访问速度，因为它们不需要在每次使用时重新加载。

**1.2 全局变量的缺点**

* **命名冲突：**不同模块中的全局变量可能具有相同的名称，导致命名冲突。
* **线程安全问题：**如果多个线程同时访问全局变量，可能会出现线程安全问题。
* **可维护性差：**全局变量的广泛使用会降低代码的可维护性，因为难以跟踪变量的用法和修改。

# 2.1 可见性范围和命名约定

### 可见性范围

全局变量的可见性范围是指它可以在程序的哪些部分被访问。在 C++ 中，全局变量的可见性范围由其声明的位置决定。

- **文件级作用域：**在 `.cpp` 文件中声明的全局变量仅在该文件中可见。
- **命名空间作用域：**在命名空间中声明的全局变量仅在该命名空间中可见。
- **全局作用域：**在程序的任何地方声明的全局变量在整个程序中可见。

### 命名约定

清晰的命名约定有助于提高代码的可读性和可维护性。以下是一些常见的全局变量命名约定：

- 使用大写字母作为前缀，例如 `g_` 或 `k_`。
- 使用描述性名称，例如 `g_num_threads` 或 `k_max_file_size`。
- 避免使用缩写或晦涩的名称。
- 保持命名约定的一致性。

**示例：**

// 文件级作用域
static int g_num_threads;

// 命名空间作用域
namespace my_namespace {
  const int k_max_file_size = 1024;
}

// 全局作用域
extern int g_global_variable;

### 代码逻辑分析

在上面的示例中，`g_num_threads` 是一个文件级作用域的全局变量，仅在当前 `.cpp` 文件中可见。`k_max_file_size` 是一个命名空间作用域的全局变量，仅在 `my_namespace` 命名空间中可见。`g_global_variable` 是一个全局作用域的全局变量，在整个程序中可见。

### 参数说明

- `static`：表示该变量只在当前文件范围内可见。
- `const`：表示该变量的值不能被修改。
- `extern`：表示该变量在其他文件或模块中定义。

# 3. 全局变量管理策略

### 3.1 使用单例模式

单例模式是一种设计模式，它确保一个类只有一个实例，并且该实例在整个应用程序中都可以访问。对于需要全局访问且状态不应在多个实例之间共享的全局变量，单例模式是一个理想的选择。

#### 代码示例

class Singleton:
    _instance = None
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)
        return cls._instance

#### 逻辑分析

`__new__` 方法是用来创建新实例的。在这个方法中，我们首先检查 `_instance` 是否为 `None`，如果是，则创建一个新实例并将其存储在 `_instance` 中。如果不是，则返回现有的实例。

#### 参数说明

* `args`：传递给构造函数的非关键字参数。
* `kwargs`：传递给构造函数的关键字参数。

### 3.2 依赖注入技术

依赖注入是一种设计模式，它允许将依赖关系注入到对象中，而不是在对象内部创建或查找它们。这使得代码更易于测试、维护和重用。

#### 代码示例

class Service:
    def __init__(self, repository):
        self.repository = repository

class Repository:
    def get_data():
        return "data"

def main():
    repository = Repository()
    service = Service(repository)
    data = service.get_data()

#### 逻辑分析