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C标准库<assert.h>的实现详解

时间：2022-09-10 04:47 编辑：来源：阅读：
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摘要：C标准库<assert.h>的实现详解

本文实例讲解了C标准库<assert.h>的实现过程及相关用法。分享给大家供大家参考。具体分析如下： [b]一、背景知识[/b] 头文件<assert.h>唯一的目的就是提供assert宏定义，可以在程序中关键的地方使用这个宏来进行断言。如果一处断言被证明非真，希望程序在标准错误流输出一条适当的提示信息，并使执行异常终止。可以这样写代码：

#include<assert.h>
...
assert(0 <= i && i < sizeof(a) / sizeof(a[0]));

当然上面的代码不是实战中的最好的形式，程序异常终止应该改为某种错误的恢复。 [b]宏NDEBUG[/b] 可以通过在程序的某些地方定义宏NDEBUG来改变assert的展开方式如果程序某个包含assert的地方没有定义NDEBUG，该头文件就会将宏assert定义为活动形式，它就可以展开为一个表达式，测试断言并在断言为假的时候输出一条错误信息，然后程序终止。反之，如果定义了NDEBUG，头文件就会把这个宏定义为不执行任何操作的静止形式。 [b]二、<assert.h>的使用[/b] 从上面的代码中可以看到，可以使用一个简单的谓词来简化assert：

if(!ok)
  abort(); //在头文件<stdlib.h>中声明

如果觉得断言没有存在的必要，就在包含头文件之前加上下面的代码：

#define NDEBUG //取消断言
#include<assert.h>

可以在整个源文件中用不同的方式控制断言，当断言在频繁执行的循环内部发生时，性能可能会急剧下降，或在达到提示性的部分之前，一个更早的断言可能会终止程序。要打开断言，可以写：

#undef NDEBUG
#include<assert.h>

要关闭断言，可以写：

#define NDEBUG
#include<assert.h>

注意：即使宏NDEBUG已经被定义了，我们仍然可以安全地定义它，这是一个良性重定义 [b]三、<assert.h>的实现[/b] 从上面的分析知该头文件的大致框架如下：

#undef assert //消除已定义的
#ifdef NDEBUG
#define assert(expr) ((void) 0) //功能失效
#else
#define assert (expr) ...
#endif

一个简单的编写宏assert的活动形式的方式如下：

#define assert(expr) if(!(expr)) \
  fprintf(stderr, "Assertion failed: %s, file %s, line %i\n", \
    #expr, __FILE__, __LINE__)

[b]这种方式因为如下几种原因不能接受：[/b] 1、宏不能直接调用库的任何输出函数上面的定义中包含fprintf、stderr等在stdio.h中定义的函数或宏，程序可能没有包含这个头文件 2、宏必须能扩展为一个void类型的表达式 3、宏应该可以扩展为有效并且紧凑的代码这个版本却总是调用了一个传递了5个参数的函数修改后的assert宏如下：

#undef assert
#ifdef NDEBUG
  #define assert(expr) ((void) 0)
#else
  void __bad_assertion (const char *_mess);
  #define  __str(x)  # x
  #define  __xstr(x)  __str(x)
  #define  assert(expr)  ((expr)? (void)0 : \
        __bad_assertion("Assertion \"" #expr \
          "\" failed, file " __xstr(__FILE__) \
          ", line " __xstr(__LINE__) "\n"))
#endif

其中__LINE__ 是内置宏，代表该行代码的所在行号，由于__LINE__没有扩展成字符串字面量，它变成了一个十进制常量，把它转换成适当的形式需要一个额外的处理层。向头文件中添加两个隐藏的宏__str和__xstr来实现，其中一个宏用它的十进制常量扩展来取代__LINE__，另一个是把十进制常量转换成一个字符串字面量宏调用的隐藏库函数__bad_assertion的实现：

#include<assert.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
void __bad_assertion(const char *mess) {
    fputs(mess, stderr);
    abort();
 }

函数__bad_assertion使用了两个其他的库函数，通过调用<stdio.h>中声明的函数fputs把字符串写到标准错误流，并使用abort异常终止程序的执行，有关这些相关头文件以后会详细剖析。 [b]四、<assert.h>的测试[/b]

#include<assert.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main( void )
{
    FILE *fp;
    fp = fopen( "test.txt", "w" );//以可写的方式打开一个文件，如果不存在就创建一个同名文件
    assert( fp );              //所以这里不会出错
    fclose( fp );
  
    fp = fopen( "noexitfile.txt", "r" );//以只读的方式打开一个文件，如果不存在就打开文件失败
    assert( fp );              //所以这里出错
    fclose( fp );              //程序永远都执行不到这里来
    return 0;
}

[b]注意：[/b] [b]1.在函数开始处检验传入参数的合法性[/b]如：

int resetBufferSize(int nNewSize)
{
　　//功能:改变缓冲区大小,
　　//参数:nNewSize 缓冲区新长度
　　//返回值:缓冲区当前长度 
　　//说明:保持原信息内容不变   nNewSize<=0表示清除缓冲区
　　assert(nNewSize >= 0);
　　assert(nNewSize <= MAX_BUFFER_SIZE);
　　...
}

[b]2.每个assert只检验一个条件，因为同时检验多个条件时，如果断言失败，无法直观的判断是哪个条件失败[/b]，如：

assert(nOffset>=0 && nOffset+nSize<=m_nInfomationSize);//不好

//好
assert(nOffset >= 0);
assert(nOffset+nSize <= m_nInfomationSize);

[b]3.不能使用改变环境的语句，因为assert只在DEBUG个生效，如果这么做，会使用程序在真正运行时遇到问题[/b]，如：错误：

assert(i++ < 100);

这是因为如果出错，比如在执行之前i=100，那么这条语句就不会执行，那么i++这条命令就没有执行。正确：

assert(i < 100);
i++;

[b]4.assert和后面的语句应空一行，以形成逻辑和视觉上的一致感。[/b] [b]5.在有的地方，assert不能代替条件过滤。[/b] 相信本文所述对大家C程序设计的学习有一定的借鉴价值。

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