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防御式编程之断言assert的使用(一)
2023-07-23 13:32:05 】 浏览:112
Tags:程之断 assert

防御式编程的重点就是需要防御一些程序未曾预料的错误,这是一种提高软件质量的辅助性方法,断言assert就用于防御式编程,编写代码时,我们总是会做出一些假设,断言就是用于在代码中捕捉这些假设。使用断言是为了验证预期的结果——当程序执行到断言的位置时,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。可以在任何时候启用和禁用断言验证,因此可以在程序调试时启用断言而在程序发布时禁用断言。同样,程序投入运行后,最终用户在遇到问题时可以重新启用断言。

1、原型函数

  在大部分编译器下,assert() 是一个宏;在少数的编译器下,assert() 就是一个函数。我们不需要关心这些差异,可以只把 assert()当作函数使用即可。即:

1 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说明其值为真,assert()不执行任何动作,程序继续执行后面的语句;如果 expression为0说明其值为假,assert()将会报告错误,并终止程序的执行,值得了解的是,程序终止是调用abort()函数,这个函数功能就是终止程序执行,直接从调用的地方跳出,abort()函数也是标准库函数,在<stdlib.h>中定义。因此assert()用来判断程序中是否出现了明显非法的逻辑,如果出现了就终止程序以免导致严重后果,同时也便于查找错误。

2、详细释义

  assert() 在c标准库中的<assert.h>中被定义。下面就看下在assert.h中的定义:

1 #ifdef NDEBUG
2 #define assert(e) ((void)0)
3 #else
4 #define assert(e)  ((void) ((e) ? ((void)0) : __assert (#e, __FILE__, __LINE__)))
5 #endif

  可以看到在定义了NDEBUG时,assert()无效,只有在未定义NDEBUG时,assert()才实现具体的函数功能。NDEBUG是“No Debug”的意思,也即“非调试”。程序一般分为Debug版本和Release版本,Debug版本是程序员在测试代码期间使用的编译版本,Release版本是将程序提供给用户时使用的发布版本,一般来说断言assert()是仅在Debug版本起作用的宏。在发布版本时,我们不应该再依赖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,这样会严重影响软件的用户体验,所以在发布模式下应该让assert()失效,另外在程序中频繁的调用assert()会影响程序的性能,增加额外的开销。因此可以在<assert.h>中定义NDEBUG宏,将assert()功能关闭。

1 #define NDEBUG  //定义NDEBUG  
2 #ifdef NDEBUG
3 #define assert(e) ((void)0)
4 #else
5 #define assert(e) ((void) ((e) ? ((void)0) : __assert (#e, __FILE__, __LINE__)))
6 #endif
  • 定义NDEBUG时:

  当定义了NDEBUG之后,assert()执行的具体函数就变成了 ((void)0),这表示啥也不干了,宏里面这样用的目的是防止该宏被用作右值,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()的检测功能就自动失效了。

  • 未定义NDEBUG时:

  可以看到assert()执行实际上是通过三目运算符来判断表达式e的真假,执行相应的处理。当表达式e为真时,执行(void)0,即什么也不执行,程序继续运行;当表达式e为假时,那么它会打印出来assert的内容、当前的文件名、当前行号,接着终止程序执行。

3、用法举例

  在未定义NDEBUG时,assert()功能生效的情况下,来看一个简单的assert()使用的例子:

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <assert.h>
 3 void main()
 4 { 5 int i = 8; 6 assert(i > 0); 7 printf("i = %d\n", i); 8 i = -8; 9 assert(i > 0); 10 printf("i = %d\n", i); 11 }

  可以看出在程序中使用assert(i > 0)来判断;当 i > 0 时,assert的判断表达式为真,assert不生效;当 i < 0 时,assert的判断表达式为假,assert生效。

  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,程序终止,不会执行后续的printf。

4、使用注意事项

  使用assert的核心原则是:用于处理绝不应该发生的情况,这就是为什么应该在程序Debug版本中使用,这是为了将主观上不应该发生的错误在程序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发生的类型的错误。

  • 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,定位不允许发生的错误,那么什么是不应该发生的错误,例如像下面这种除0操作,主观上就不应该发生,就是就要在Debug版本中检查排除掉这种错误,以免影响后续程序的执行。

1 #include <stdio.h>
2 #include <assert.h>
3 void fun(int a, int b)
4 { 5 assert(b != 0); 6 int i = a / b; 7 }

  if是一个关键字,一般用于根据条件来判断逻辑的正确性,即是否根据条件对应执行,Debug和Release版本中都可以使用,例如下面用if的时候,就允许这些判断条件是正常发生的,是合理的,需要根据发生的条件执行对应的逻辑,程序可以往下执行。

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <assert.h>
 3 void fun(int a, int b)
 4 { 5 if(a > 0) 6  ... 7 else if(a < 0) 8  ... 9 else 10  ... 11 }

  因此在使用前,可以先判断下,如果逻辑不允许发生,那么就使用assert在Debug阶段将问题解决掉;如果逻辑允许的,那么就使用if,当然也可以用if判断后进行条件的return操作,来杜绝不允许逻辑,本质是防止错误的逻辑影响后续程序的执行。例如上述的用来判断除0操作的例子也可以用if:

1 #include <stdio.h>
2 #include <assert.h>
3 void fun(int a, int b)
4 { 5 if(0 == b) 6 return; 7 int i = a / b; 8 }
  • 用于判断函数的入参

  一般assert可以用于判断函数入参的合法性,比如入参值是否符合,指针是否为空:

 1 #include <
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