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关于c:防御式编程之断言assert的使用

jiezi

  进攻式编程的重点就是须要进攻一些程序未曾意料的谬误，这是一种进步软件品质的辅助性办法，断言 assert 就用于进攻式编程，编写代码时，咱们总是会做出一些假如，断言就是用于在代码中捕获这些假如。应用断言是为了验证预期的后果——当程序执行到断言的地位时，对应的断言应该为真；若断言不为真时，程序会终止执行，并给出错误信息。能够在任何时候启用和禁用断言验证，因而能够在程序调试时启用断言而在程序公布时禁用断言。同样，程序投入运行后，最终用户在遇到问题时能够从新启用断言。

1、原型函数

  在大部分编译器下，assert() 是一个宏；在多数的编译器下，assert() 就是一个函数。咱们不须要关怀这些差别，能够只把 assert() 当作函数应用即可。即：

void assert(int expression);

  在程序运行时它会计算括号内的表达式，如果 expression 为非 0 阐明其值为真，assert() 不执行任何动作，程序继续执行前面的语句；如果 expression 为 0 阐明其值为假，assert() 将会报告谬误，并终止程序的执行，值得理解的是，程序终止是调用 abort() 函数，这个函数性能就是终止程序执行，间接从调用的中央跳出，abort() 函数也是规范库函数，在 <stdlib.h> 中定义。 因而 assert() 用来判断程序中是否呈现了显著非法的逻辑，如果呈现了就终止程序免得导致严重后果，同时也便于查找谬误。

2、具体释义

  assert() 在 c 规范库中的 <assert.h> 中被定义。上面就看下在 assert.h 中的定义：

#ifdef NDEBUG
#define assert(e) ((void)0)
#else
#define assert(e)  ((void) ((e) ? ((void)0) : __assert (#e, __FILE__, __LINE__)))
#endif

   能够看到在定义了 NDEBUG 时，assert() 有效，只有在未定义 NDEBUG 时，assert() 才实现具体的函数性能。NDEBUG 是“No Debug”的意思，也即“非调试”。程序个别分为 Debug 版本和 Release 版本，Debug 版本是程序员在测试代码期间应用的编译版本，Release 版本是将程序提供给用户时应用的公布版本，一般来说断言 assert() 是仅在 Debug 版本起作用的宏。在公布版本时，咱们不应该再依赖 assert() 宏，因为程序一旦出错，assert() 会抛出一段用户看不懂的提示信息，并毫无预警地终止程序执行，这样会重大影响软件的用户体验，所以在公布模式下应该让 assert() 生效，另外在程序中频繁的调用 assert() 会影响程序的性能，减少额定的开销。因而能够在 <assert.h> 中定义 NDEBUG 宏，将 assert() 性能敞开。

#define NDEBUG  // 定义 NDEBUG  
#ifdef NDEBUG
#define assert(e) ((void)0)
#else
#define assert(e) ((void) ((e) ? ((void)0) : __assert (#e, __FILE__, __LINE__)))
#endif

定义 NDBUG 时：

  当定义了 NDEBUG 之后，assert() 执行的具体函数就变成了 ((void)0)，这示意啥也不干了，宏外面这样用的目标是避免该宏被用作右值，因为 void 类型不能用作右值。所以当在头文件中定义了 NDEBUG 之后，assert() 的检测性能就主动生效了。

未定义 NDBUG 时：

  能够看到 assert() 执行实际上是通过三目运算符来判断表达式 e 的虚实，执行相应的解决。当表达式 e 为真时，执行 (void)0，即什么也不执行，程序持续运行；当表达式 e 为假时，那么它会打印进去 assert 的内容、以后的文件名、以后行号，接着终止程序执行。

3、用法举例

  在未定义 NDBUG 时，assert() 性能失效的状况下，来看一个简略的 assert() 应用的例子：

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
void main()
{
    int i = 8;
    assert(i > 0);
    printf("i = %d\n", i);
    i = -8;
    assert(i > 0);
    printf("i = %d\n", i);
}

  能够看出在程序中应用 assert(i > 0) 来判断；当 i > 0 时，assert 的判断表达式为真，assert 不失效；当 i < 0 时，assert 的判断表达式为假，assert 失效。

  在程序第 5 行 i = 8，执行完 assert 后，程序将执行后续的 printf 打印出 i 的值；而在第 8 行 i = -8，执行完 assert 后，程序将终止，不会执行后续的 printf。

4、应用注意事项

   应用 assert 的外围准则是：用于解决绝不应该产生的状况， 这就是为什么应该在程序 Debug 版本中应用，这是为了将主观上不应该产生的谬误在程序 Debug 版本中就应该解决掉，从而在程序 Release 版本时不会产生这种不应该产生的类型的谬误。

和 if 的区别

  assert 用函数来判断是否满足表达式条件后终止程序，在 Debug 版本中用 assert 来判断程序的合法性，定位不容许产生的谬误，那么什么是不应该产生的谬误，例如像上面这种除 0 操作，主观上就不应该产生，就是就要在 Debug 版本中查看排除掉这种谬误，免得影响后续程序的执行。

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
void fun(int a, int b)
{assert(b != 0);
    int i = a / b;
}

  if 是一个关键字，个别用于依据条件来判断逻辑的正确性，即是否依据条件对应执行，Debug 和 Release 版本中都能够应用，例如上面用 if 的时候，就容许这些判断条件是失常产生的，是正当的，须要依据产生的条件执行对应的逻辑，程序能够往下执行。

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
void fun(int a, int b)
{if(a > 0)
       ...
   else if(a < 0)
       ...
   else
       ...
}

  因而在应用前，能够先判断下，如果逻辑不容许产生，那么就应用 assert 在 Debug 阶段将问题解决掉；如果逻辑容许的，那么就应用 if，当然也能够用 if 判断后进行条件的 return 操作，来杜绝不容许逻辑，实质是避免谬误的逻辑影响后续程序的执行。例如上述的用来判断除 0 操作的例子也能够用 if：

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
void fun(int a, int b)
{if(0 == b)
        return;
    int i = a / b;
}

用于判断函数的入参

  个别 assert 能够用于判断函数入参的合法性，比方入参值是否合乎，指针是否为空：

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
void fun1(int a)
{assert(a > 0);
    ...
}
void fun2(int *p)
{assert(p != NULL);
    ...
}

不要应用影响失常逻辑的判断条件语句

  assert 的判断条件语句肯定是确定的，在 Debug 版本中应用的排除掉谬误的条件逻辑，不要影响到 Release 版本时的失常逻辑。例如上面的例子，在 Debug 版本时，i++ 到 >=100 时，assert 失效，程序终止；然而到了 Release 版本，因为要减少 NDEBUG 宏，assert() 有效。assert(i++ < 100) 就变成了空操作 (void)0；因为没有 i ++ 语句执行，那么 while 成了死循环。

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
void main()
{
    int i = 0;
    while(i <= 110)
    {assert(i++ < 100);
        printf("i = %d\n",i);
    }
}

不要用多个判断条件语句

  个别一个 assert 只用一个判断语句来实现，如果在一个 assert 中应用多条判断语句，当谬误产生时，会不晓得是哪个条件语句呈现谬误，谬误体现的就不直观。

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
void fun1(int a, int b) // 谬误应用
{assert(a > 0 && b > 5);
    ...
}
void fun2(int a, int b) // 正确应用
{assert(a > 0);
    assert(b > 5);
    ...
}

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