面试题：C++ 中未初始化和已初始化的全局变量放在哪里？全局变量定义在头文件中有什么问题？

C++ 中未初始化和已初始化的全局变量放在哪里？

在 C++ 中，全局变量（包括未初始化和已初始化的）的存储位置取决于它们的初始化状态：

1. 已初始化的全局变量：

• 存储在数据段（Data Segment）中的 .data 段。
• 这些变量在程序启动时已经被赋予了初始值。

2. 未初始化的全局变量：

• 存储在数据段（Data Segment）中的 .bss 段（Block Started by Symbol）。
• 这些变量在程序启动时会被系统自动初始化为 0（或空指针）。

3. 常量全局变量：

• 如果全局变量被声明为 const，则存储在 .rodata 段（只读数据段）。

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全局变量定义在头文件中有什么问题？

将全局变量直接定义在头文件中可能会导致以下问题：

1. 重复定义错误：

• 如果在头文件中定义了全局变量（例如 int globalVar = 10;），而该头文件被多个源文件（.cpp 文件）包含，则会导致链接错误（Linker Error），因为每个源文件都会生成一个相同的全局变量定义，违反了 One Definition Rule (ODR)。 错误示例：

   // globals.h
   int globalVar = 10;  // 定义全局变量

   // a.cpp
   #include "globals.h"

   // b.cpp
   #include "globals.h"

编译时会报错：

   multiple definition of `globalVar`

2. 命名冲突：

• 如果多个头文件中定义了相同名称的全局变量，会导致命名冲突。

3. 难以维护：

• 全局变量的定义分散在多个头文件中，会增加代码的维护难度。

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如何正确使用全局变量？

为了避免上述问题，可以按照以下方式使用全局变量：

1. 在头文件中声明，在源文件中定义：

• 在头文件中使用 extern 声明全局变量，然后在某个源文件中定义它。 正确示例：

   // globals.h
   extern int globalVar;  // 声明全局变量

   // globals.cpp
   #include "globals.h"
   int globalVar = 10;  // 定义全局变量

   // a.cpp
   #include "globals.h"

   // b.cpp
   #include "globals.h"

2. 使用静态全局变量：

• 如果全局变量只在单个源文件中使用，可以将其声明为 static，限制其作用域。 示例：

   // a.cpp
   static int localVar = 10;  // 只在 a.cpp 中可见

3. 使用命名空间：

• 将全局变量放在命名空间中，避免命名冲突。 示例：

   // globals.h
   namespace Globals {
       extern int globalVar;
   }

   // globals.cpp
   #include "globals.h"
   namespace Globals {
       int globalVar = 10;
   }

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总结

• 已初始化的全局变量存储在 .data 段，未初始化的全局变量存储在 .bss 段。
• 全局变量不应直接定义在头文件中，否则会导致重复定义错误。
• 正确做法是在头文件中使用 extern 声明全局变量，在源文件中定义。
• 可以使用 static 或命名空间来限制全局变量的作用域，避免命名冲突。