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面试题:C++ 中 #if!defined 宏的基本应用

请解释在 C++ 中 #if!defined 宏用于条件编译的基本原理,并举例说明如何使用它来防止头文件的重复包含。
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编程语言C++

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1. #if!defined 宏用于条件编译的基本原理

#if!defined 宏是 C++ 预处理器指令的一部分,用于条件编译。它的基本原理如下:

  • #if 是条件编译指令,用于判断其后的表达式是否为真。如果表达式为真,则编译 #if 与对应的 #endif 之间的代码;如果表达式为假,则忽略这段代码。
  • !defined 是一个预处理器运算符,defined 用于检查某个标识符是否已经被定义。!defined 则是取反,即判断某个标识符是否未被定义。当 !defined 后的标识符未被定义时,#if!defined 后的表达式为真。

2. 举例说明如何使用它来防止头文件的重复包含

假设有一个头文件 example.h,内容如下:

// example.h
#ifndef EXAMPLE_H
#define EXAMPLE_H

// 这里放置头文件的实际内容,例如函数声明、结构体定义等
void exampleFunction();

#endif

在上述代码中:

  • #ifndef EXAMPLE_H 等价于 #if!defined(EXAMPLE_H),用于检查 EXAMPLE_H 这个标识符是否未被定义。
  • 如果 EXAMPLE_H 未被定义,那么 #ifndef 后的表达式为真,执行 #define EXAMPLE_H 定义这个标识符,并编译 #ifndef#endif 之间的代码。
  • 如果后续再次包含 example.h,由于 EXAMPLE_H 已经被定义,#ifndef EXAMPLE_H 后的表达式为假,#ifndef#endif 之间的代码会被忽略,从而防止了头文件内容的重复编译。

在源文件 main.cpp 中使用该头文件:

#include "example.h"
#include "example.h" // 即使重复包含,也不会导致重复编译问题

int main() {
    exampleFunction();
    return 0;
}

通过这种方式,有效避免了因头文件重复包含导致的函数重定义、类型重定义等错误。