C 语言断言

C语言断言（Assertion）是一种用于程序调试的机制，允许开发者在代码中插入检查点，验证程序运行时的条件是否满足预期。如果断言条件为假（False），程序会立即终止并输出错误信息，帮助开发者快速定位问题。断言通常用于调试阶段，而非生产环境。

语法与基本用法

C语言标准库（<assert.h>）提供了宏assert()，其语法如下：

  
#include <assert.h>  
void assert(int expression);

• 若expression为真（非零），程序继续执行。
• 若为假（0），程序终止，并输出错误信息（文件名、行号、断言条件）。

示例代码

以下是一个简单的断言使用示例：

  
#include <stdio.h>  
#include <assert.h>  

int divide(int a, int b) {  
    assert(b != 0); // 断言：除数不能为0  
    return a / b;  
}  

int main() {  
    printf("Result: %d\n", divide(10, 2)); // 正常执行  
    printf("Result: %d\n", divide(10, 0)); // 触发断言  
    return 0;  
}

输出（当b=0时）：

  
Assertion failed: b != 0, file example.c, line 5  

断言的用途

1. 调试辅助：快速发现逻辑错误或非法输入。 2. 文档化假设：明确代码中的前置条件（如“指针非空”）。 3. 防御性编程：在开发阶段捕获潜在问题。

禁用断言

通过定义宏NDEBUG可禁用所有断言（通常在发布版本中禁用）：

  
#define NDEBUG  
#include <assert.h> // 此后assert()无效

高级用法与注意事项

自定义错误处理

断言终止程序的特性可能不适用于所有场景。若需更灵活的错误处理，可结合条件判断与日志记录：

  
#include <stdio.h>  

#define CUSTOM_ASSERT(expr, msg) \  
    do { \  
        if (!(expr)) { \  
            fprintf(stderr, "Error: %s (File: %s, Line: %d)\n", msg, __FILE__, __LINE__); \  
            exit(EXIT_FAILURE); \  
        } \  
    } while(0)

断言与异常处理的区别

flowchart LR A[断言] -->|调试阶段| B[立即终止] C[异常处理] -->|运行时| D[可恢复]

• 断言：用于不可恢复的逻辑错误（如“不可能发生”的情况）。
• 异常处理：用于预期内的错误（如文件未找到）。

实际案例

案例1：数据结构完整性检查

在实现链表时，断言可用于验证节点指针：

  
void insertNode(Node* prev, Node* newNode) {  
    assert(prev != NULL && newNode != NULL);  
    newNode->next = prev->next;  
    prev->next = newNode;  
}

案例2：数学运算约束

验证函数输入是否符合数学定义：

  
double sqrt_positive(double x) {  
    assert(x >= 0.0); // 平方根定义域为非负数  
    return sqrt(x);  
}

常见问题

何时使用断言？

• 检查程序内部的逻辑错误（如“数组索引应在范围内”）。
• 不用于检查用户输入或外部数据（应使用条件判断）。

断言会影响性能吗？

在调试模式下，断言会引入少量运行时开销；发布版本中可通过NDEBUG完全移除。

数学公式补充

断言的条件表达式可包含数学逻辑，例如： $\text{assert}(x\ge 0\wedge y\ne 0)$

总结

• 断言是C语言中强大的调试工具，用于验证程序假设。
• 合理使用断言可提高代码健壮性，但需注意生产环境中禁用。
• 结合自定义错误处理可实现更灵活的设计。