C++防止头文件被重复引入的3种方法（详解版）

转自http://c.biancheng.net/view/7636.html

《防止C语言头文件被重复包含》一节中，详细介绍了 C 语言中如何使用宏定义（#ifndef / #define / #endif）来有效避免头文件被重复 #include，此方式在 C++ 多文件编程中也很常用。

举个例子，如下是一个 C++ 项目，其内部含有 school.h 和 student.h 这 2 个头文件以及 main.cpp 源文件，其各自包含的代码为：

//student.h
class Student {
    //......
};

//school.h
#include "student.h"
class School {
    //......
private:
    Student stu[50];
};

//main.cpp
#include "student.h"
#include "school.h"
int main() {
    //......
    return 0;
}

运行此项目读者会发现，编译器报“Student 类型重定义”错误。这是因为在 school.h 文件中已经 #include 了一次 "student.h"，而在 main.cpp 主程序又同时 #include 了 "school.h" 和 "student.h"，即 Student 类的定义被引入了 2 次，C++不允许同一个类被重复定义。

有读者可能想到，既然 School.h 文件中已经引入了 Student 类，那去掉 main.cpp 主程序引入的 student.h 文件不就可以了吗？这样确实可以避免重复引入 Student 类，但此方式并不适用于所有“重复引入”的场景。

C++ 多文件编程中，处理“多次 #include 导致重复引入”问题的方式有以下 3 种。

1) 使用宏定义避免重复引入

在实际多文件开发中，我们往往使用如下的宏定义来避免发生重复引入：

#ifndef _NAME_H
#define _NAME_H
//头文件内容
#endif

其中，_NAME_H 是宏的名称。需要注意的是，这里设置的宏名必须是独一无二的，不要和项目中其他宏的名称相同。

当程序中第一次 #include 该文件时，由于 _NAME_H 尚未定义，所以会定义 _NAME_H 并执行“头文件内容”部分的代码；当发生多次 #include 时，因为前面已经定义了 _NAME_H，所以不会再重复执行“头文件内容”部分的代码。

也就是说，我们可以将前面项目中的 student.h 文件做如下修改：

#ifndef _STUDENT_H
#define _STUDENT_H
class Student {
    //......
};
#endif

虽然该项目 main.cpp 文件中仍 #include 了 2 次 "student.h"，但鉴于 _STUDENT_H 宏只能定义一次，所以 Student 类也仅会定义一次。再次执行该项目会发现，其可以正常执行。

2) 使用#pragma once避免重复引入

除了前面第一种最常用的方式之外，还可以使用 #pragma one 指令，将其附加到指定文件的最开头位置，则该文件就只会被 #include 一次。

我们知道，#ifndef 是通过定义独一无二的宏来避免重复引入的，这意味着每次引入头文件都要进行识别，所以效率不高。但考虑到 C 和 C++ 都支持宏定义，所以项目中使用 #ifndef 规避可能出现的“头文件重复引入”问题，不会影响项目的可移植性。

和 ifndef 相比，#pragma once 不涉及宏定义，当编译器遇到它时就会立刻知道当前文件只引入一次，所以效率很高。但值得一提的是，并不是每个版本的编译器都能识别 #pragma once 指令，一些较老版本的编译器就不支持该指令（执行时会发出警告，但编译会继续进行），即 #pragma once 指令的兼容性不是很好。

目前，几乎所有常见的编译器都支持 #pragma once 指令，甚至于 Visual Studio 2017 新建头文件时就会自带该指令。可以这么说，在 C/C++ 中，#pragma once 是一个非标准但却逐渐被很多编译器支持的指令。

除此之外，#pragma once 只能作用于某个具体的文件，而无法向 #ifndef 那样仅作用于指定的一段代码。

这里仍以前面的 "student.h" 文件为例，将其内容修改为：

#pragma once
class Student {
    //......
};

再次运行项目，同样可以正常执行。

3) 使用_Pragma操作符

C99 标准中新增加了一个和 #pragma 指令类似的 _Pragma 操作符，其可以看做是 #pragma 的增强版，不仅可以实现 #pragma 所有的功能，更重要的是，_Pragma 还能和宏搭配使用。

有关 _Pragma 操作符更多的功能和用法，本节不做详细讲解，这里仅介绍如何用 _Pragma 操作符避免头文件重复引入。

当处理头文件重复引入问题时，可以将如下语句添加到相应文件的开头：

_Pragma("once")

比如，将该语句添加到前面项目中 student.h 文件中的开头位置，再次执行项目，其可以正常执行。

事实上，无论是 C 语言还是 C++，为防止用户重复引入系统库文件，几乎所有库文件中都采用了以上 3 种结构中的一种，这也是为什么重复引入系统库文件编译器也不会报错的原因。

总结

本节介绍了 3 种避免头文件被重复引入的方法，其中 #pragma once 和 _Pragma("once") 可算作一类，其特点是编译效率高，但可移植性差（编译器不支持，会发出警告，但不会中断程序的执行）；而 #ifndef 的特点是可移植性高，编译效率差。读者可根据实际情况，挑选最符合实际需要的解决方案。

除非对项目的编译效率有严格的要求，强烈推荐读者选用第一种解决方案，即采用 #ifndef / #define / #endif 组合解决头文件被重复引入。

另外在某些场景中，考虑到编译效率和可移植性，#pragma once 和 #ifndef 经常被结合使用来避免头文件被重复引入。比如说：

#pragma once
#ifndef _STUDENT_H
#define _STUDENT_H
class Student {
    //......
};
#endif

当编译器可以识别 #pragma once 时，则整个文件仅被编译一次；反之，即便编译器不识别 #pragma once 指令，此时仍有 #ifndef 在发挥作用。