C++朝花夕拾-assert宏用法

字数统计: 1.7k字   |   阅读时长≈ 7分

刚学了 C++ 的 异常机制（throw / try / catch），现在问到 assert —— 它和异常看似都是“报错”，但用途、时机、行为完全不同！

🧩 C++ 中的 assert —— 通俗易懂 + 详细对比异常机制

✅ 一句话总结：
assert 是“调试断言”，用于开发阶段捕捉“绝不应该发生”的程序错误；而 异常 是“运行时错误处理”，用于处理“可能发生”的意外情况。

📌 一、什么是 assert？

assert 是一个宏（macro），定义在头文件 <cassert> 中（C 语言是 <assert.h>）。

它的作用是：

“如果条件为假（false），程序立即终止，并输出错误信息”

🧪 基本语法：

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#include <cassert>

assert(条件表达式);

🎯 二、assert 的典型用法（调试神器！）

✅ 1. 检查函数参数（前置条件）

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#include <cassert>
#include <iostream>
using namespace std;

double divide(double a, double b) {
    assert(b != 0.0); // 开发时确保调用者不会传 0
    return a / b;
}

int main() {
    cout << divide(10.0, 2.0) << endl; // ✅ 正常
    cout << divide(10.0, 0.0) << endl; // ❌ 程序崩溃！输出错误位置
}

💥 如果 b == 0.0，程序会立即终止，并输出类似：

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Assertion failed: b != 0.0, file test.cpp, line 6

✅ 2. 检查函数返回值或中间状态（不变式）

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int factorial(int n) {
    assert(n >= 0); // 阶乘不能对负数计算！

    int result = 1;
    for (int i = 1; i <= n; ++i) {
        result *= i;
        assert(result > 0); // 防止整数溢出（调试用）
    }
    return result;
}

✅ 3. 检查指针不为空（防崩溃）

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void printLength(const char* str) {
    assert(str != nullptr); // 确保调用者没传空指针
    cout << "长度: " << strlen(str) << endl;
}

⚙️ 三、assert 的底层机制（重点！）

assert 是一个预处理宏，它的行为取决于是否定义了 NDEBUG 宏：

编译模式 NDEBUG 是否定义 assert 行为
Debug 模式 ❌ 未定义 ✅ 检查条件，失败则终止
Release 模式 ✅ 已定义 ❌ 被完全移除，无开销

🔍 举个例子：

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// 编译时：
// Debug: g++ -g -o test test.cpp
// Release: g++ -DNDEBUG -O2 -o test test.cpp

#include <cassert>
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int x = -1;
    assert(x >= 0); // Debug 模式下会崩溃，Release 模式下这行代码不存在！
    cout << "x = " << x << endl;
}

✅ 设计哲学：
assert 只用于开发调试阶段，捕捉程序员的逻辑错误；
发布版本中完全消失，不影响性能！

🆚 四、assert vs 异常 —— 核心区别表

特性 assert 异常 (throw/catch)
用途 捕捉“程序员错误”（不该发生的） 处理“运行时错误”（可能发生的）
是否可恢复 ❌ 程序直接终止 ✅ 可捕获并恢复
是否影响发布版 ❌ Release 模式下被移除 ✅ 始终存在
性能开销 ❌ Debug 有开销，Release 无开销 ✅ 无异常时开销极小，抛异常时较大
适用阶段 开发调试阶段 开发 + 发布阶段
典型场景 参数检查、不变式、内部逻辑错误 文件打不开、网络断开、用户输入错误
能否被忽略 ❌ 不能（直接 crash） ✅ 能（但不推荐）

🚫 五、什么时候不该用 assert？

❌ 1. 检查用户输入

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int age;
cin >> age;
assert(age >= 0); // ❌ 错误！用户可能输入负数，这是“可预期错误”

✅ 应该用异常或错误码：

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if (age < 0) {
    throw invalid_argument("年龄不能为负数！");
}

❌ 2. 检查文件/网络等外部资源

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FILE* f = fopen("data.txt", "r");
assert(f != nullptr); // ❌ 错误！文件可能不存在，这是“运行时异常”

✅ 应该用异常：

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if (!f) {
    throw runtime_error("无法打开文件 data.txt");
}

❌ 3. 在析构函数中使用（危险！）

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~MyClass() {
    assert(ptr != nullptr); // ❌ 如果 assert 失败 → 程序终止，可能掩盖更严重问题
}

✅ 应记录日志或静默处理。

✅ 六、什么时候该用 assert？

场景 示例
函数前置条件 assert(index >= 0 && index < size);
循环不变式 assert(total >= 0);
指针有效性 assert(p != nullptr);
算法内部状态 assert(sorted == true);
测试驱动开发 assert(result == expected);

🎯 黄金法则：
“如果这个条件为假，说明我的代码有 bug —— 用 assert”
“如果这个条件为假，是用户/环境的问题 —— 用异常”

🧰 七、自定义断言（高级技巧）

你可以定义自己的断言宏，添加更多信息：

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#include <iostream>
#include <cstdlib>

#define MY_ASSERT(expr, msg) \
    do { \
        if (!(expr)) { \
            std::cerr << "Assertion failed: " << #expr \
                      << " (" << msg << ") " \
                      << "in " << __FILE__ << ":" << __LINE__ << std::endl; \
            std::abort(); \
        } \
    } while(0)

void test() {
    int x = -1;
    MY_ASSERT(x >= 0, "x 应该是非负数"); 
}

🖨️ 输出：

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Assertion failed: x >= 0 (x 应该是非负数) in test.cpp:15

📊 八、assert 在大型项目中的使用（Google / Microsoft 风格）

  • Google C++ Style Guide：鼓励使用 assert 检查内部不变式
  • Microsoft：在 Windows 内核开发中大量使用 NT_ASSERT
  • 游戏引擎（如 Unreal）：check() 宏（类似 assert）

✅ 原则：“Fail Fast” —— 尽早崩溃，比隐藏 bug 导致后续灾难要好！

🧠 九、考考你！

下面代码在 Debug 和 Release 模式下分别输出什么？

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#include <cassert>
#include <iostream>
using namespace std;

int getValue() {
    cout << "getValue 被调用了！" << endl;
    return -1;
}

int main() {
    assert(getValue() >= 0);
    cout << "程序继续..." << endl;
    return 0;
}

✅ Debug 模式：

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getValue 被调用了！
Assertion failed: getValue() >= 0, file test.cpp, line 10
💥 程序终止，不会输出“程序继续...”

✅ Release 模式：

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程序继续...

🌟 解释：Release 模式下 assert(...) 整行被预处理器删除，getValue() 根本不会被调用！

🧩 十、static_assert —— 编译期断言（C++11）

除了运行时 assert，C++11 引入了 编译期断言：

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static_assert(sizeof(int) == 4, "int 必须是 4 字节！");
  • 在编译时检查条件
  • 失败则编译报错
  • 常用于模板元编程、类型检查
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template<typename T>
void process() {
    static_assert(std::is_integral_v<T>, "T 必须是整数类型！");
    // ...
}

📌 总结：assert 使用口诀

✅ 用 assert：

  • 检查“程序员的错”
  • 调试阶段捕捉 bug
  • 内部逻辑、不变式、前置条件
  • “Fail Fast” 原则

❌ 不用 assert：

  • 用户输入、外部资源、可恢复错误
  • 发布版本中需要处理的错误
  • 析构函数中

🔄 用异常：

  • 处理“可能发生”的运行时错误
  • 需要恢复或通知用户的场景
  • 库函数、API 设计

🎯 终极建议：

把 assert 当作你的“代码保镖”，在开发阶段帮你揪出隐藏的逻辑错误；
把 异常 当作你的“错误处理专家”，在运行时优雅应对各种意外情况。

两者配合，让你的 C++ 程序既健壮又安全！

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    缺失模块。
    1、请确保node版本大于6.2
    2、在博客根目录（注意不是yilia-plus根目录）执行以下命令：
    npm i hexo-generator-json-content --save

    3、在根目录_config.yml里添加配置： 

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