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= Java断言（Assertions） =

'''Java断言'''是一种在代码中嵌入检查点的机制，用于在开发和测试阶段验证程序的逻辑正确性。断言通常用于调试，帮助开发者快速定位假设不成立的情况。如果断言条件为假（false），程序会抛出<code>AssertionError</code>并终止执行（除非显式启用断言）。

== 介绍 ==
断言是一种声明式检查，用于确保程序在特定点的状态符合预期。它基于布尔表达式，如果表达式结果为<code>false</code>，则表明程序存在逻辑错误。Java通过<code>assert</code>关键字实现断言功能，但默认情况下断言是禁用的，需要通过JVM参数显式启用。

=== 语法 ===
Java断言有两种形式：
1. 简单形式：<code>assert ''condition'';</code>
2. 带消息形式：<code>assert ''condition'' : ''message'';</code>

其中：
* <code>condition</code> 是一个布尔表达式，必须为<code>true</code>才能继续执行。
* <code>message</code> 是可选的错误消息，会在断言失败时显示。

== 启用断言 ==
断言默认是禁用的，需要在运行程序时通过JVM参数启用：
* 启用所有断言：<code>-ea</code> 或 <code>-enableassertions</code>
* 启用特定类的断言：<code>-ea:''ClassName''</code>
* 启用特定包的断言：<code>-ea:''package.name''...</code>

禁用断言使用<code>-da</code>或<code>-disableassertions</code>。

== 代码示例 ==
=== 简单断言 ===
<syntaxhighlight lang="java">
public class AssertionExample {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 10;
        assert x > 0; // 断言x为正数
        System.out.println("x is positive");
    }
}
</syntaxhighlight>

'''输出（启用断言时）'''：
<pre>
x is positive
</pre>

如果<code>x = -5</code>，则输出：
<pre>
Exception in thread "main" java.lang.AssertionError
    at AssertionExample.main(AssertionExample.java:4)
</pre>

=== 带消息的断言 ===
<syntaxhighlight lang="java">
public class AssertionWithMessage {
    public static void main(String[] args) {
        int age = 15;
        assert age >= 18 : "Age must be at least 18";
        System.out.println("Access granted");
    }
}
</syntaxhighlight>

'''输出（启用断言且<code>age = 15</code>）'''：
<pre>
Exception in thread "main" java.lang.AssertionError: Age must be at least 18
    at AssertionWithMessage.main(AssertionWithMessage.java:4)
</pre>

== 断言与异常 ==
断言和异常都用于处理错误情况，但适用场景不同：
* '''断言'''：用于检查不应发生的逻辑错误（如内部一致性检查）。
* '''异常'''：用于处理预期可能发生的错误（如用户输入验证）。

{| class="wikitable"
|+ 断言与异常对比
! 特性 !! 断言 !! 异常
|-
| 目的 || 调试和测试 || 错误处理
|-
| 默认启用 || 否 || 是
|-
| 性能影响 || 低（可禁用） || 较高
|-
| 适用场景 || 内部检查 || 外部条件检查
|}

== 实际应用案例 ==
=== 案例1：检查不变量 ===
在算法中，不变量是在循环或操作前后必须保持为真的条件。例如，在二分查找中，数组必须是有序的：
<syntaxhighlight lang="java">
public class BinarySearch {
    public static int search(int[] array, int key) {
        assert isSorted(array) : "Array must be sorted";
        // 二分查找实现
        return -1;
    }

    private static boolean isSorted(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            if (array[i] > array[i + 1]) return false;
        }
        return true;
    }
}
</syntaxhighlight>

=== 案例2：验证方法参数 ===
断言可用于检查私有方法的参数有效性（公有方法应使用异常）：
<syntaxhighlight lang="java">
private void processPositiveNumber(int num) {
    assert num > 0 : "Number must be positive";
    // 处理逻辑
}
</syntaxhighlight>

== 最佳实践 ==
1. '''不要用断言检查用户输入'''：应使用异常处理。
2. '''避免副作用'''：断言条件不应改变程序状态。
3. '''生产环境谨慎使用'''：断言默认禁用，不应依赖其进行关键检查。
4. '''结合单元测试'''：断言与JUnit等测试框架互补。

== 数学表达 ==
断言可以形式化为：
<math>
\text{assert } P \text{ : } M \equiv \begin{cases}
\text{continue} & \text{if } P = \text{true} \\
\text{throw AssertionError}(M) & \text{otherwise}
\end{cases}
</math>
其中<math>P</math>是条件，<math>M</math>是可选消息。

== 流程图 ==
<mermaid>
graph TD
    A[Start] --> B{Assert condition}
    B -- true --> C[Continue execution]
    B -- false --> D[Throw AssertionError]
    D --> E[Terminate if uncaught]
</mermaid>

== 总结 ==
Java断言是强大的调试工具，适用于开发阶段的内部检查。正确使用断言可以提高代码的健壮性，但需注意其与异常的区别及适用场景。对于关键检查，建议结合单元测试和异常处理机制。

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