Why are #ifndef and #define used in C++ header files?

在C++中，使用#ifndef和#define指令是为了防止头文件被多次包含（multiple inclusion），这种技术通常被称为“包含卫士”（include guards）。

当一个项目变得庞大时，一个头文件可能在多个其他文件中被包含，而每个这些文件又可能被其他文件包含。如果没有机制阻止同一个头文件被重复包含，它将会在编译过程中多次展开，从而导致定义冲突和编译错误。

这里有个简单的例子来说明这一点：

假设我们有一个名为MathFunctions.h的头文件，其中定义了一些简单的数学函数。如果没有包含卫士，当两个不同的源文件（比如a.cpp和b.cpp）都包含了MathFunctions.h，最终这个头文件中的内容会在最终的预处理文件中出现两次。如果在MathFunctions.h中定义了一些结构体或者类，这将导致编译器错误，因为它会尝试在同一个作用域中重复定义同样的结构体或类。

为了避免这种情况，我们可以在MathFunctions.h中使用包含卫士，如下所示：

cpp
#ifndef MATH_FUNCTIONS_H
#define MATH_FUNCTIONS_H

// 声明一些数学函数
int add(int a, int b);
int subtract(int a, int b);

#endif  // MATH_FUNCTIONS_H

在这个例子中，#ifndef MATH_FUNCTIONS_H检查是否已定义了MATH_FUNCTIONS_H宏。如果没有定义，#define MATH_FUNCTIONS_H将会被执行，从而定义这个宏。这样，第一次包含此头文件时，它的内容会被正常处理。如果相同或不同的源文件试图再次包含此头文件，#ifndef条件将不满足，因为MATH_FUNCTIONS_H宏已定义，从而阻止了头文件内容的重复包含。

使用这种方法可以确保头文件中的声明和定义只被编译一次，避免多次包含导致的问题，使得代码更加稳定和高效。