编辑“︁C 语言断言库”︁

{{Note|本文介绍的是C标准库中的断言机制，如需了解其他编程语言的断言实现，请查阅相关文档。}}

= C语言断言库（assert.h）=
'''断言（Assertion）'''是C语言标准库（assert.h）提供的调试辅助工具，用于在程序运行时验证假设条件是否成立。当断言条件为假时，程序会立即终止并输出错误信息，帮助开发者快速定位逻辑错误。

== 核心概念 ==
断言基于一个简单哲学：'''"如果代码正确运行，这个条件必须为真"'''。它不同于错误处理机制（如errno或异常），而是专门用于捕获'''程序员的逻辑错误'''。

=== 工作原理 ===
<mermaid>
graph LR
    A[程序执行] --> B{断言条件为真?}
    B -->|是| C[继续执行]
    B -->|否| D[输出错误信息并终止]
</mermaid>

== 标准库接口 ==
assert.h只提供一个宏：
```c
void assert(int expression);
```

== 基础用法示例 ==
<syntaxhighlight lang="c">
#include <stdio.h>
#include <assert.h>

void calculate_sqrt(double x) {
    // 前置条件断言
    assert(x >= 0.0 && "输入不能为负数");
    
    double result = /* 平方根计算 */;
    
    // 后置条件断言
    assert(result * result - x < 0.0001 && "计算结果精度不足");
}

int main() {
    calculate_sqrt(4.0);  // 正常执行
    calculate_sqrt(-1.0); // 触发断言
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

输出示例（当x=-1时）：
```text
assertion_fail.c:5: calculate_sqrt: Assertion `x >= 0.0 && "输入不能为负数"' failed.
Aborted (core dumped)
```

== 关键特性 ==
=== 编译控制 ===
通过定义NDEBUG宏可禁用所有断言：
```c
#define NDEBUG  // 必须放在#include <assert.h>之前
#include <assert.h>
```

=== 错误信息组成 ===
断言失败时会输出：
1. 源文件名
2. 行号
3. 函数名（C99起）
4. 失败的表达式

== 进阶应用 ==
=== 防御性编程 ===
```c
#include <assert.h>

void process_buffer(char *buf, size_t size) {
    assert(buf != NULL);
    assert(size > 0 && size <= MAX_BUFFER_SIZE);
    
    // 处理逻辑
}
```

=== 不变式检查 ===
```c
struct Account {
    double balance;
    // 其他字段...
};

void transfer(struct Account *a, struct Account *b, double amount) {
    assert(a != NULL && b != NULL);
    assert(amount > 0);
    
    double old_total = a->balance + b->balance;
    
    // 转账操作...
    
    // 验证不变式
    assert(fabs((a->balance + b->balance) - old_total) < 1e-6);
}
```

== 最佳实践 ==
{| class="wikitable"
|-
! 场景 !! 推荐做法 !! 不推荐做法
|-
| 参数验证 | 对关键参数使用断言 | 用断言替代所有错误检查
|-
| 资源检查 | 结合常规错误处理 | <code>assert(fopen() != NULL)</code>
|-
| 发布版本 | 通过NDEBUG禁用 | 保留断言影响性能
|}

== 数学表达 ==
断言可形式化为：
<math>
assert(P) = \begin{cases}
    \text{继续执行} & \text{当 } P = \text{真} \\
    \text{终止程序} & \text{当 } P = \text{假}
\end{cases}
</math>

== 常见误区 ==
1. '''副作用问题'''：断言表达式不应产生副作用
   ```c
   assert(x++ > 0);  // 错误！发布模式下行为不同
   ```

2. '''性能敏感路径'''：避免在热点代码中使用复杂断言

3. '''用户输入验证'''：断言不是用来检查用户输入的，应使用常规错误检查

== 扩展思考 ==
=== 自定义断言 ===
可定义增强版断言宏：
```c
#define STRONG_ASSERT(expr) \
    do { \
        if (!(expr)) { \
            fprintf(stderr, "[%s] Critical failure at %s:%d\n", \
                __TIMESTAMP__, __FILE__, __LINE__); \
            abort(); \
        } \
    } while(0)
```

=== 静态断言（C11）===
C11引入编译期断言：
```c
static_assert(sizeof(int) == 4, "int必须是32位");
```

{{Warning|断言不能替代正常的错误处理机制，它只是开发阶段的辅助工具}}

== 总结 ==
断言是C程序员重要的调试工具：
* 优点：快速暴露逻辑错误，自带详细上下文信息
* 限制：仅适用于开发阶段，需通过NDEBUG控制
* 适用场景：不变式检查、前置/后置条件验证、不可能到达的代码路径

通过合理使用断言，可以显著提高代码的健壮性和可维护性。

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[[Category:C 语言标准库]]