#pragma once的作用以及全局变量的问题

提出问题

第一次遇到#pragma once的时候，到网上找了些资料，大部分答案都大同小异，大概意思是让编译器只编译一次。我们都知道，一般不在头文件中定义全局变量，因为那会导致该变量多次定义。那么问题来了，既然用#pragma once预编译命令可以防止重复编译，为什么不能在头文件中定义全局变量呢？这个问题长期困扰着我，平时也就是记住这些规则而已。正所谓要知其所以然嘛，那我们就来探讨一下这个问题。

#pragma once的作用

我们从三个文件开始。
第一个文件是test1.h

//#pragma once
//test1.h

struct test1
{
	int val;
};

第二个文件是test2.h

#pragma once
//test2.h

#include "test1.h"

最后一个文件test.cpp

// test.cpp

#include "stdafx.h"		//我用的是vs2015，其他编译器可以不用包含这个头文件.
#include "test1.h"
#include "test2.h"

int main()
{
    return 0;
}

这种情况是可能的，因为我们可能会同时在源文件中使用这两个头文件的内容。
下面我们来编译一下：

为什么会报错呢？一个源文件包含一个头文件，只是以头文件的形式展开，就是把头文件里的内容copy到源文件中去。在test.cpp文件中，#include "test2.h"展开后，会包含一个test1.h，而原本就包含了一个test1.h。最终结果就是结构体test1被定义了两次，然后报错了。
那么我把test1.h的注释（//#pragma once）去掉会怎么样？答案是yes！编译通过。#pragma once的作用是对于某一个文件，如果多次包含另一个文件的话，只编译一次。

头文件定义全局变量

我们继续创建3个文件。
第一个文件为test1.h

#pragma once
//test1.h

int a = 0;

第二个文件为test1.cpp

//test1.cpp
#include "stdafx.h"
#include "test1.h"

第三个文件为test.cpp
// test.cpp

#include "stdafx.h"		//我用的是vs2015，其他编译器可以不用包含这个头文件.
#include "test1.h"

int main()
{
    return 0;
}

编译看下会发生什么。

oh no！不是说好的用#pragma once只编译一次吗，怎么又重定义了呢？宝贝你居然骗我。我们仔细观察错误提示发现，LNKxxx之类的。这是说明在编译的过程中，链接出错了。(?a@@3HA)是编译器对全局变量a生成的一个全局符号，这个符号的作用相当于链接器识别的一个id。
而test1.cpp和test.cpp两个源文件都包含了test1.h。因此int a = 0;会被编译器展开到那两个源文件中，因此，也会生成两个符号。在链接的过程中，这两个符号重复了，所以就报错了。
如果有同学对编译和链接的过程不是很明白的，可以参考深入理解计算机系统的第七章，那里讲的很透彻。

全局变量的解决方案

针对上一部分的情况，那么我想要在test1.cpp和test.cpp两个源文件中使用全局变量a怎么办？
我们修改这3个文件
test1.h:

#pragma once
//test1.h

extern int a;

int func();

test.cpp:

// test.cpp

#include "stdafx.h"		//我用的是vs2015，其他编译器可以不用包含这个头文件.
#include "test1.h"

int a = 0;

int main()
{
	a = 1;
	printf("%d\n", a);

	func();
	printf("%d\n", a);
    return 0;
}

test1.cpp:

//test1.cpp
#include "stdafx.h"
#include "test1.h"

int func() {
	a = 2;
	return a;
}

在test1.h中，使用extern表示变量a是外来的，在这里只是声明它，并没有定义。这样也就不会生成两个全局符号。
以下是运行结果，可以看到test1.cpp中的func函数成功地修改了变量a的值。

总结

#pragma once预编译指令防止重复编译是针对某一个源文件而言的，即某个源文件包含了两个头文件，而那两个头文件之一又包含了另一个，此时#pragma once会发生作用，起到只编译一次的作用。
全局变量不要定义在头文件中则适用于多个源文件的。多个源文件同时包含某一个头文件，那个头文件又定义了一个全局变量。此时会发生链接错误，解决方法是使用extern。
这些细节很容易被我们忽略掉，从而引起混淆。写篇文章mark一下。