Julia全局变量定义位置为何导致程序执行时间出现数量级差异

• 第一版代码将全局变量定义在main函数内部，设备实测运行耗时约150ms，代码如下：

using BenchmarkTools

function main()
    global solution = 0
    global a = big"1"
    global b = big"1"
    global c = big"0"
    global total = 0

    while a < 100
        while b < 100
            c = a^b
            s = string(c)
            total = 0
            for i in 1:length(s)
                total = total + Int(s[i]) - 48 
            end
            if total > solution
                global solution = total
            end
            global b = b + 1
        end
        global b = 1
        global a = a + 1
    end
end

@elapsed begin
main()
end

#run @elapsed twice to ignore compilation overhead
t = @elapsed main()
print("Solution: ", solution)
t = t * 1000;
print("\n\nProgram completed in ", round.(t; sigdigits=5), " milliseconds.")

• 调整代码将全局变量定义挪到文件顶层后，同设备测得运行耗时仅0.0042ms，修改后代码如下：

using BenchmarkTools

global solution = 0
global a = big"1"
global b = big"1"
global c = big"0"
global total = 0

function main()

    while a < 100
        while b < 100
            c = a^b
            s = string(c)
            total = 0
            for i in 1:length(s)
                total = total + Int(s[i]) - 48 
            end
            if total > solution
                global solution = total
            end
            global b = b + 1
        end
        global b = 1
        global a = a + 1
    end
end

@elapsed begin
main()
end

#run @elapsed twice to ignore compilation overhead
t = @elapsed main()
print("Solution: ", solution)
t = t * 1000;
print("\n\nProgram completed in ", round.(t; sigdigits=5), " milliseconds.")

• 核心疑问：仅修改全局变量定义位置，为何运行耗时出现大幅度下降？

这个夸张的耗时差距和全局变量的性能特性没有直接关系，纯粹是代码修改带来的逻辑bug，导致第二次计时的main调用完全没有执行计算逻辑：

1. 第一版代码中，main函数开头就写了全局变量重置逻辑：每次调用main，都会把a、b、solution等全局变量重新赋值为初始值。所以第一次预热调用main、第二次正式计时调用main时，两次都是从a=1、b=1的初始状态开始完整跑完所有双重循环，测得的150ms是真实的计算耗时。
2. 第二版代码把全局变量的初始化语句挪到了顶层，main函数内部没有任何重置变量的逻辑。第一次预热调用main时，确实会完整跑完所有循环，跑完之后全局变量a的值已经累加到100，solution也已经算出了最终结果。等到第二次调用main做正式计时时，进入函数第一个判断就是while a < 100，此时a的值已经是100，循环条件直接不成立，函数什么计算都没做就直接返回了，测得的0.0042ms只是函数空跑的调用开销，根本不是实际计算的耗时。

补充验证：如果在第二版第二次计时前手动把a、b、solution等全局变量重置为初始值，再跑计时会发现实际耗时和第一版基本没有差别，甚至可能因为全局变量没有类型标注比第一版稍慢——Julia中无类型约束的全局变量本身确实存在类型不稳定导致的性能损耗，但这个案例里的极端耗时差和这个特性无关。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者MFerguson