Impacto del cambio
El problema de las variables globales es que crea dependencias ocultas. Cuando se trata de aplicaciones grandes, ni tú mismo sabes/recuerdas/tienes claro los objetos que tienes y sus relaciones.
Entonces, no puedes tener una noción clara de cuántos objetos están usando tu variable global. ¿Y si quieres cambiar algo de la variable global, por ejemplo, el significado de cada uno de sus valores posibles, o su tipo? ¿A cuántas clases o unidades de compilación afectará dicho cambio? Si la cantidad es pequeña, quizás merezca la pena realizar el cambio. Si el impacto será grande, quizás merezca la pena buscar otra solución.
Pero, ¿cuál es el impacto? Debido a que una variable global puede ser usada en cualquier punto del código, puede llegar a ser muy difícil medirlo.
Además, siempre se intenta que una variable tenga el tiempo de vida más corto posible, para que la cantidad de código que hace uso de esa variable sea el mínimo posible, y así entender mejor su propósito, y quién lo modifica.
Una variable global dura lo que dure el programa, y por tanto, cualquiera puede hacer uso de la variable, bien para leerla, o aún peor, para cambiar su valor, haciendo más difícil saber qué valor tendrá la variable en cualquier punto del programa dado.
Orden de destrucción
Otro problema es el orden de destrucción. Las variables siempre se destruyen en orden inverso a su creación, sean variables locales o globales/estáticas (una excepción son los tipos primitivos, int
, enum
s, etc, que nunca se destruyen si son globales/estáticos hasta que acaba el programa).
El problema, es que es difícil saber el orden de construcción de las variables globales (o estáticas). En principio, es indeterminado.
Si todas tus variables globales/estáticas están en una sola unidad de compilación (es decir, que solo tengas un .cpp
), entonces el orden de construcción es el mismo que el de escritura (es decir, variables definidas antes, se construyen antes).
Pero si tienes más de un .cpp
cada uno con sus propias variables globales/estáticas, es indeterminado el orden de construcción global. Eso sí, el orden en cada unidad de compilación (cada .cpp
) en particular, se respeta: si la variable global A
va definida antes que B
, A
se construirá antes que B
, pero puede que entre A
y B
se inicialicen variables de otros .cpp
. Por ejemplo, si tienes tres unidades con las siguientes variables globales/estáticas:
En el ejecutable podría crearse en este orden (o en cualquier otro orden siempre que se respete el órden relativo dentro de cada .cpp
):
¿Por qué esto es importante? Porque si hay relaciones entre los diferentes objetos globales estáticos, por ejemplo, que unos usen a otros en sus destructores, quizás, en el destructor de una variable global, utilizas otro objeto global de otra unidad de compilación que resulta que ya está destruído (al haberse construído después).
Dependencias ocultas y test cases
He intentado buscar la fuente que voy a utilizar en este ejemplo, pero no la encuentro (de todas formas, era para ejemplificar el uso de singletones, aunque el ejemplo es aplicable a variables globales y estáticas). Las dependencias ocultas también crean nuevos problemas relacionados con controlar el comportamiento de un objeto, si éste depende del estado de una variable global.
Imagina que tienes un sistema de pago, y quieres probarlo para ver cómo funciona, dado que necesitas hacer cambios, y el código es de otra persona (o tuyo, pero de hace unos años). Abres un nuevo main
, y llamas a la función correspondiente de tu objeto global que provee un servicio de pago bancario con tarjeta, y resulta que introduces tus datos y te hacen un cobro. ¿Cómo, en una simple prueba, he utilizado una versión de producción? ¿Cómo puedo hacer un simple test de pago?
Después de preguntar a otros compañeros de trabajo, resulta que tienes que "marcar a true", un bool
global que indica si estamos en modo de pruebas o no, antes de comenzar el proceso de cobro. Tu objeto que provee el servicio de pago depende de otro objeto que provee el modo de pago, y esa dependencia ocurre de manera invisible para el programador.
En otras palabras, las variables globales (o singletones), hacen imposible pasar a "modo test", dado que las variables globales no se pueden sustituir por instancias "de testeo" (a no ser que modifiques el código donde se crea o define dicha variable global, pero asumimos que los test se hacen sin modificar el código madre).
Solución
Ésto se soluciona mediante lo que se llama dependency injection, que consiste en pasar como parámetro todas las dependencias que un objeto necesite en su constructor o en el método correspondiente. De esta manera, el programador vé lo que tiene que pasarle, dado que tiene que escribirlo en código, haciendo ganar mucho tiempo a los desarrolladores.
Si hay demasiados objetos globales, y hay demasiados parámetros en las funciones que las necesitan, siempre puede agrupar tus "objetos globales" en una clase, estilo factoría, que construya y devuelva la instancia del "objeto global" (simulado) que quieres, pasando la factoría como parámetro a los objetos que necesiten dicho objeto global como dependencia.
Si pasas a modo test, siempre puedes crear una factoría de testeo (que devuelva versiones diferentes de los mismos objetos), y pasarla como parámetro sin tener que modificar la clase destino.
¿Pero siempre es malo?
No necesariamente, puede haber buenos usos para variables globales. Por ejemplo, valores constantes (el valor de PI). Al ser un valor constante, no hay riesgo de no saber su valor en un punto dado del programa por cualquier tipo de modificación desde otro módulo. Además, los valores constantes tienden a ser primitivos y es poco probable que cambie su definición.
Es más cómodo, en ese caso, hacer uso de variables globales para no tener que estar pasando las variables como parámetros, simplificando las firmas de las funciones.
Otro pueden ser servicios "globales" no intrusivos, como una clase de logging (guardar en un fichero lo que pasa, cosa que suele ser opcional y configurable en un programa, y por tanto, no afecta al comportamiento nuclear de la aplicación), o std::cout
, std::cin
o std::cerr
, que también son objetos globales.
Cualquier otra cosa, aunque su tiempo de vida coincida casi con el del programa, pasalo siempre como parámetro. Incluso, la variable podría ser global en un módulo, solo en él sin que ningún otro tenga acceso, pero que, en cualquier caso, las dependencias estén presentes siempre como parámetros.