嵌入式驱动学习第二周——断言机制

前言

   这篇博客来聊一聊C/C++的断言机制。

   嵌入式驱动学习专栏将详细记录博主学习驱动的详细过程，未来预计四个月将高强度更新本专栏，喜欢的可以关注本博主并订阅本专栏，一起讨论一起学习。现在关注就是老粉啦！

1. 断言介绍

1.1 断言的概念

   断言就是用于在代码中捕捉这些假设，可以将断言看作是异常处理的一种高级形式。

   断言表示为一些布尔表达式，程序员相信在程序中的某个特定点该表达式值为真。可以在任何时候启用和禁用断言验证，因此可以在测试时启用断言，而在部署时禁用断言。

   最终用户在遇到问题时可以重新起用断言。它可以快速发现并定位软件问题，同时对系统错误进行自动报警。断言可以对在系统中隐藏很深，用其它手段极难发现的问题可以用断言来进行定位，从而缩短软件问题定位时间，提高系统的可测性。

   断言的本质就是if ... else ...判断：

if (假设为true) {
	程序正常运行；
} else {
	报错并终止程序
}
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   那为什么还要断言呢？如果全是if ... else... 的话就会有无数个if语句，甚至可能一个if语句的作用阈从文件头到文件尾。并且使用断言的时机，大部分都是偶然事件，只是要验证的假设，仅仅想测试一下最坏的情况是否发生。

   除此以外，断言的assert()宏只有Debug版本才有效，Release中则被忽略。

1.2 断言的实现

   在使用断言时，需要添加头文件：#include <assert.h>

   断言是assert(expression)，这是一个宏！！！！

void assert( int expression );
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   assert计算表达式，如果值为假，那么先想stderr打印一条错误信息，然后调用abort来终止程序运行。

1.3 禁用断言

   调试结束后，可以在#include语句之前插入#define NDEBUG来禁用assert调用：

#define NDEBUG 
#include <assert.h>
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2. 静态断言

2.1 使用案例

   静态断言主要是用来约束程序在编译时要满足的一定要求，是在c++11中引入的。

   其定义如下所示：

static_assert(常量表达式，提示字符串);
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   如果第一个参数常量表达式的值为真(true或者非零值)，那么static_assert不做任何事情，就像它不存在一样，否则会产生一条编译错误，错误位置就是该static_assert语句所在行。错误提示就是第二个参数提示字符串。

#include <assert.h>

int main(void) {
	static_assert(false, "This is an error");

	return 0;
}
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   在IDE中就会报错提示。并且下面的错误提示就是后面自己写的错误提示。

2.2 优点

1、使用static_assert，我们可以在编译期间发现更多的错误，提前找出错误的原因。
  
2、static_assert可以用在全局作用域中，命名空间中，类作用域中，函数作用域中，几乎可以不受限制的使用。
  
3、编译器在遇到一个static_assert语句时，通常立刻将其第一个参数作为常量表达式进行演算，但如果该常量表达式依赖于某些模板参数，则延迟到模板实例化时再进行演算，这就让检查模板参数成为了可能。
  
4、由于之前有望加入C++0x标准的concepts提案最终被否决了，因此对于检查模板参数是否符合期望的重任，就要靠static_assert来完成了，所以如何构造适当的常量表达式，将是一个值得探讨的话题。
  
5、性能方面，由于是static_assert编译期间断言，不生成目标代码，因此static_assert不会造成任何运行期性能损失

3. 运行时断言

3.1 assert使用

   运行时断言可以在程序运行过程中，判断一些支持程序正常运行的假设性条件是否满足。

   上面1.3中的assert宏就是动态断言

3.2 assert注意事项

   可以在函数开始处检验传入参数的合法性

int readNum(int n) {
	assert(n > 0);

	return 1;
}
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   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

// 不要写成这样
assert(n > 0 && n < maxBound);
// 最好写成这样
assert(n > 0);
assert(n < maxBound);
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   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

// 不要写成这样
assert(i++ > 10);      
// 最好写成这样
assert(i > 10);
i++;
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   assert和后面的语句应空一行,以形成逻辑和视觉上的一致感

   有的地方,assert不能代替条件过滤

参考资料

[1] C语言之断言的一些理解

[2] c++11中静态断言static_assert