Aunque muchos desarrolladores evitan las variables globales, es fundamental comprender su funcionamiento y sus implicaciones para un uso correcto en C++. Nos educaremos en un uso correcto y veremos cuáles son sus implicaciones.
¿Qué es una Variable Global en C++?
Lo que se conoce como "variable global" no es más que un identificador declarado fuera del ámbito de una función. Las variables globales son aquellas que se encuentran en alguna porción de código que no esté contenida entre las llaves de apertura y de cierre. En esencia, una variable global es aquella que se declara fuera de cualquier función, lo que permite que sea accesible desde cualquier parte del programa.
En contraste, cuando declaramos una variable dentro de una función, por ejemplo en main, esta variable solo existe durante la ejecución de esa función y dentro de su bloque. Si intentamos acceder a ella fuera de ese ámbito, el compilador nos indicará que la variable no existe.
Cómo Declarar una Variable Global en C++
Para declarar o definir una variable de ámbito global, lo podemos continuar haciendo como ha venido siendo hasta ahora, solo que lo haremos en este caso, por ejemplo, fuera de la función principal. Esto significa que cualquier función del programa puede acceder y modificar su valor.
Por ejemplo, si declaramos una variable fuera de cualquier función, como int total; o float acumulado;, estas variables se convierten en globales. Aquí hemos creado una variable de tipo entero a la que hemos llamado 'enteroEnAmbitoGlobal', pero también podemos crear variables de tipo 'float' y variables de tipo 'char'.
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Ámbito y Accesibilidad de las Variables Globales
El ámbito lo determina la “zona” en donde se declara la variable. Las variables de ámbito global son prácticamente accesibles desde cualquier parte de nuestro código.
Ventajas y Desventajas del Uso de Variables Globales
Las variables globales en C++ son un concepto que puede generar cierta controversia, ya que su uso puede ser tanto útil como problemático dependiendo del contexto.
Cuándo Pueden Ser Útiles
No obstante, hay situaciones donde las variables globales son útiles. Ojo: las variables globales (así como el goto, por ejemplo) son parte del lenguaje, entonces existen y a veces es posible y/o necesario usarlas. Por ejemplo, cuando varias funciones necesitan acceder a un recurso único que no puede duplicarse, como ciertos registros de hardware o zonas de memoria específicas.
Riesgos y Razones para la Precaución
Sin embargo, el uso de variables globales tiene sus riesgos. ¿Por qué hay que usar con cierta cautela las variables de ámbito global? Pues bien, la realidad es que cualquier desarrollo actual no tiene solamente unas 10, 12 líneas de código, sino que puede haber miles de líneas de código. En programas pequeños puede parecer sencillo, pero en proyectos más grandes o con múltiples archivos fuente, es fácil perder la pista de dónde se modifican estas variables. Los puntos críticos son muchos, y hemos aislado algunos:
- Problemas de depuración y control: Cambiar el contenido de estas variables desde diferentes partes de nuestro programa puede hacer que perdamos el control del contenido de este tipo de variables y convertirse, por tanto, en un recurso complicado de depurar. Las variables globales aumentan la dificultad de depuración y multiplican la probabilidad de errores de programación. Si el valor de una variable es difícil de seguir en términos de mantenimiento también lo será a nivel de depurar. Y habrá más mal funcionamientos para depurar, además de todos los posibles errores de codificación.
- Problemas de concurrencia (thread-safety): Las variables globales no son thread-safe. En la programación multihilo, el uso de variables globales puede generar unos mal funcionamientos sutiles y difíciles de encontrar. El caso clásico es la instrucción de lectura/escritura de una global fuera de un área crítica, es decir, sin la protección de un mutex. En un proyecto de gran envergadura es suficiente un olvido de este tipo para darte tantos dolores de cabeza que dejarás de usar las globales para el resto de tu vida como programador. Aunque se podría objetar: "Pero yo estoy escribiendo programas normales, no multihilo", ¿quién nos dice que el código "normal" no tiene que volverse a utilizar (un día) en un proyecto multihilo? Si el código es thread-safe se puede hacer fácilmente, pero si hay globales de por medio, la tarea se complica.
- Violación de principios de diseño (mantenimiento y reutilización): Las variables globales violan el principio de mantenimiento/reutilización del Software. Cuando se escribe profesionalmente Software siempre se debe pensar en el trabajo en equipo, y por lo tanto, en las operaciones de mantenimiento que podrían ser realizadas por otras personas (y, a veces) después de un largo tiempo. Un código vasto y lleno de globales es difícil de mantener, porque el historial de una global es poco comprensible, podría verse afectado en muchos lugares diferentes por muchas funciones diferentes, y si para entender un trozo de código tienes que abrir decenas de archivos, esto generará muchos dolores de cabeza. Además, es difícil reutilizar código lleno de globales para otro proyecto. Las variables globales también violan el principio de encapsulación, ya que su valor es directamente accesible y modificable desde cualquier punto del programa sin restricciones.
Por esta razón, es recomendable preferir variables locales y pasar los datos necesarios como parámetros entre funciones. Aunque las variables globales pueden simplificar el acceso a datos compartidos, debemos usarlas con precaución y siempre documentarlas bien para evitar confusiones.
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Comparación: Variables Globales vs. Macros
Vamos a echarle ahora un vistazo a las macros, en muchas ocasiones utilizadas como si de variables globales se tratase, pero con una serie de peculiaridades. Vamos a ver cómo se implementan en C/C++. Al igual que con el #include, utilizaremos también almohadilla, aunque para las macros la palabra indicada es #define.
Así que, por ejemplo, le estamos diciendo al programa que defina una macro llamada 'IVA', cuyo valor es 21. A partir de aquí podremos utilizar en cualquier parte de nuestro código la palabra 'IVA' y su uso será bastante similar al de una variable. Por ejemplo, para imprimir en pantalla el número 21 asociado a la macro 'IVA' podremos hacerlo tal y como hemos hecho hasta ahora.
¿Cuál es entonces la diferencia entre una variable global y una macro?
Existen varias diferencias clave en su comportamiento y cómo son manejadas por el compilador, las cuales se resumen a continuación:
| Característica | Variable Global | Macro (#define) |
|---|---|---|
| Valor | Mutable, puede alterarse en tiempo de ejecución sin ningún tipo de problema. | Constante, su valor siempre permanecerá y no podrá alterarse en tiempo de ejecución. |
| Memoria | Mientras que para las variables de cualquier tipo, el tiempo de ejecución se va reservando espacio en memoria. | Para las macros no ocurre lo mismo; no reserva espacio en memoria. |
| Compilación | El compilador maneja la variable como una entidad en memoria. | Cuando se pulsa el botón de Compilar, habrá un momento donde se analizará todo nuestro código y donde se encuentre la palabra de la macro se insertará su valor asociado. Con lo cual, a efectos prácticos, el parámetro de la macro realmente no será la palabra clave, será su valor literal. |
| Reusabilidad y Mantenimiento | Útil para valores compartidos, pero puede dificultar el control y la depuración si se modifica desde múltiples puntos. | ¿Por qué no introducimos entonces directamente el valor literal? Pues porque probablemente utilicemos el valor en bastantes partes de nuestro programa. Imaginemos que el IVA cambia y tenemos que adaptar nuestro programa a esos cambios. Es mucho más sencillo irnos directamente a la macro y cambiar el valor. De esta forma, cuando volvamos a compilar el programa, se sustituirá la palabra de la macro por el valor nuevo que hemos introducido, facilitando enormemente el mantenimiento. |
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