C++编译中头文件重复包含问题

Cpp #编译 #头文件保护

在C++开发过程中，重定义错误是一个常见的问题。如果存在一个头文件被多个文件引用，而头文件没有防重复包含保护的情况，就会引发重定义的问题，表现如下：

[build] C:/Users/ZeroHzzzz/Desktop/QT/Player/image.h:106:7: error: redefinition of 'class ImageHandler'
[build] class ImageHandler { [build] ^~~~~~~~~~~~
[build] In file included from C:/Users/ZeroHzzzz/Desktop/QT/Player/datareader.h:3:0,
[build] from C:\Users\ZeroHzzzz\Desktop\QT\Player\mainwindow.h:4, [build] from C:\Users\ZeroHzzzz\Desktop\QT\Player\mainwindow.cpp:1:
[build] C:/Users/ZeroHzzzz/Desktop/QT/Player/image.h:106:7: note: previous definition of 'class ImageHandler'
[build] class ImageHandler {
[build] ^~~~~~~~~~~~
[build] In file included from C:/Users/ZeroHzzzz/Desktop/QT/Player/datareader.h:14:0,
[build] from C:\Users\ZeroHzzzz\Desktop\QT\Player\datareader.cpp:1:

解决方法

使用预处理指令 #ifndef、#define 和 #endif

在image.h头文件的开头和结尾添加如下的预处理指令：

// image.h 文件的开头
#ifndef IMAGE_H    // 检查是否定义了IMAGE_H宏
#define IMAGE_H    // 定义IMAGE_H宏

// 类定义和其他代码
class ImageHandler {
    // 类的成员和方法
};

#endif // IMAGE_H  // 结束条件编译

#ifndef IMAGE_H：检查是否已经定义了IMAGE_H宏，如果没有定义，则继续执行下面的代码。
#define IMAGE_H：定义IMAGE_H宏，用于标记该头文件已经被包含。这确保了即使image.h被多次包含，ImageHandler类也只会被定义一次。
#endif：结束条件编译

#ifndef的方式依赖于宏名字不能冲突，这不光可以保证同一个文件不会被包含多次，也能保证内容完全相同的两个文件不会被不小心同时包含。当然，缺点就是如果不同头文件的宏名不小心“撞车”，可能就会导致头文件明明存在，编译器却硬说找不到声明的状况

使用 #pragma once

在image.h文件的开头添加：

#pragma once

// 类定义和其他代码
class ImageHandler {
    // 类的成员和方法
};

#pragma once是一种编译器指令，指示编译器只包含一次该头文件。它的效果与使用#ifndef/#define保护符相同，但写法更简洁。这种方法更易于维护，但需要注意的是，#pragma once不是所有编译器都支持的标准，因此在一些特定的编译环境中可能需要退回到传统的防护符号方法。

#pragma once由编译器提供保证：同一个文件不会被包含多次。注意这里所说的“同一个文件”是指物理上的一个文件，而不是指内容相同的两个文件。带来的好处是，你不必再费劲想个宏名了，当然也就不会出现宏名碰撞引发的奇怪问题。对应的缺点就是如果某个头文件有多份拷贝，本方法不能保证他们不被重复包含。当然，相比宏名碰撞引发的“找不到声明”的问题，重复包含更容易被发现并修正。

但是：

你无法对一个头文件中的一段代码作pragma once声明，而只能针对文件。

其好处是，你不必再担心宏名冲突了，当然也就不会出现宏名冲突引发的奇怪问题。大型项目的编译速度也因此提高了一些。

对应的缺点就是如果某个头文件有多份拷贝，这个方法不能保证他们不被重复包含。当然，相比宏名冲突引发的“找不到声明”的问题，这种重复包含很容易被发现并修正。

因此，对于可移植性方面而言，我更倾向于使用#ifndef的方法

检查包含关系

头文件的包含关系也需要注意。循环包含会导致难以定位的问题，影响程序的可维护性。

使用编译器的预处理选项查看包含树

许多编译器提供了查看包含文件树的选项，可以帮助你理解头文件的包含关系。

例如gcc或g++：

g++ -H main.cpp -o main

输出：

. main.cpp
.. image.h
... other_header.h
.. another_header.h

使用 [[CMake]] 的include-what-you-use工具

include-what-you-use（IWYU）是一个专门分析C/C++代码的工具，可以帮助检测和优化头文件的包含情况。IWYU可以生成详细的报告，指出哪些头文件是多余的，哪些头文件是缺失的。

使用方法：

1. 安装include-what-you-use工具。
2. 在CMake项目中，将CMAKE_CXX_INCLUDE_WHAT_YOU_USE设置为iwyu的路径。

在CMakeLists.txt中添加：

set(CMAKE_CXX_INCLUDE_WHAT_YOU_USE "include-what-you-use")

然后，运行CMake和构建系统，会自动生成包含分析的报告。