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= Rust断言（Assertions） =

'''断言'''（Assertion）是Rust中用于调试和验证程序逻辑的重要工具，它允许开发者在代码中插入检查点，确保程序在运行时满足特定条件。如果断言失败，程序会立即终止（在调试模式下）或触发panic（在发布模式下），帮助开发者快速定位问题。

== 概述 ==
断言的核心思想是：'''声明一个必须为真的逻辑表达式'''。如果表达式结果为false，则表明程序出现了预期外的行为。Rust提供多种断言宏，适用于不同场景：

* <code>assert!</code>：基础布尔断言
* <code>assert_eq!</code>：相等断言
* <code>assert_ne!</code>：不等断言
* <code>debug_assert!</code>系列：仅在调试模式生效的断言

== 基本用法 ==

=== assert! 宏 ===
最基础的断言形式，接受一个布尔表达式：

<syntaxhighlight lang="rust">
fn divide(a: i32, b: i32) -> i32 {
    assert!(b != 0, "除数不能为零");
    a / b
}

fn main() {
    println!("{}", divide(10, 2));  // 正常执行
    println!("{}", divide(10, 0));  // 触发panic
}
</syntaxhighlight>

输出示例：
<pre>
5
thread 'main' panicked at '除数不能为零', src/main.rs:2:5
</pre>

=== assert_eq! 和 assert_ne! 宏 ===
专门用于比较两个值的断言：

<syntaxhighlight lang="rust">
#[test]
fn test_vector_operations() {
    let mut vec = vec![1, 2, 3];
    vec.push(4);
    assert_eq!(vec, [1, 2, 3, 4]);  // 验证相等
    assert_ne!(vec.len(), 0);       // 验证不等
}
</syntaxhighlight>

== 调试断言 ==
<code>debug_assert!</code>系列宏只在调试构建（debug build）中生效，发布构建（release build）中会被完全移除，适合性能敏感场景：

<syntaxhighlight lang="rust">
fn complex_calculation(x: f64) -> f64 {
    debug_assert!(!x.is_nan(), "输入不应为NaN");
    // ...复杂计算...
    x * 2.0
}
</syntaxhighlight>

== 自定义错误消息 ==
所有断言宏都支持格式化错误消息：

<syntaxhighlight lang="rust">
assert!(
    user.is_authenticated(),
    "用户{}未认证，权限不足",
    user.id
);
</syntaxhighlight>

== 性能考量 ==

<mermaid>
pie
    title 断言性能影响
    "调试构建" : 45
    "发布构建（常规断言）" : 30
    "发布构建（debug_assert）" : 0
    "无断言" : 25
</mermaid>

数学表达：
* 断言开销：<math>O(1)</math> 时间复杂度
* 空间开销：<math>O(n)</math>（与断言数量线性相关）

== 实际应用案例 ==

=== 案例1：参数验证 ===
<syntaxhighlight lang="rust">
pub fn set_temperature(kelvin: f32) {
    assert!(
        kelvin >= 0.0,
        "开尔文温度不能为负值，输入：{}",
        kelvin
    );
    // ...设置逻辑...
}
</syntaxhighlight>

=== 案例2：状态机验证 ===
<syntaxhighlight lang="rust">
enum DownloadState { Started, InProgress(u64), Finished }

fn transition(state: DownloadState) {
    match state {
        DownloadState::Started => {/* ... */},
        DownloadState::InProgress(p) => {
            assert!(p > 0, "进度值必须为正数");
        },
        DownloadState::Finished => {
            debug_assert!(matches!(prev_state, DownloadState::InProgress(100)));
        }
    }
}
</syntaxhighlight>

== 最佳实践 ==
1. '''防御性编程'''：在函数入口处验证参数
2. '''不变式检查'''：维护数据结构一致性
3. '''测试辅助'''：作为测试用例的自动验证点
4. '''文档作用'''：通过断言显式表达假设条件
5. '''性能平衡'''：关键路径使用<code>debug_assert!</code>

== 常见问题 ==
{| class="wikitable"
! 问题 !! 解决方案
|-
| 断言影响性能 || 使用<code>debug_assert!</code>系列
|-
| 生产环境panic || 通过<code>cfg!(debug_assertions)</code>区分环境
|-
| 复杂条件验证 || 将条件提取到单独函数提高可读性
|}

== 进阶用法 ==
结合Rust的类型系统创建编译期断言：

<syntaxhighlight lang="rust">
const _: () = assert!(std::mem::size_of::<usize>() >= 4, "需要32位或64位系统");
</syntaxhighlight>

这种断言会在编译期而非运行时检查条件，适合验证环境约束。

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