C语言断言库（assert.h）[编辑 | 编辑源代码]

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[编辑 | 编辑源代码]

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[编辑 | 编辑源代码]

标准库接口[编辑 | 编辑源代码]

assert.h只提供一个宏： ```c void assert(int expression); ```

基础用法示例[编辑 | 编辑源代码]

#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;
}

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[编辑 | 编辑源代码]

编译控制[编辑 | 编辑源代码]

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[编辑 | 编辑源代码]

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[编辑 | 编辑源代码]

防御性编程[编辑 | 编辑源代码]

```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[编辑 | 编辑源代码]

```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[编辑 | 编辑源代码]

场景	推荐做法	不推荐做法
对关键参数使用断言 \| 用断言替代所有错误检查
结合常规错误处理 \| `assert(fopen() != NULL)`
通过NDEBUG禁用 \| 保留断言影响性能

数学表达[编辑 | 编辑源代码]

断言可形式化为： $a s s e r t (P) = {\begin{cases} 继续执行 & 当 P = 真 \\ 终止程序 & 当 P = 假 \end{cases}$

常见误区[编辑 | 编辑源代码]

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[编辑 | 编辑源代码]

自定义断言[编辑 | 编辑源代码]

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）[编辑 | 编辑源代码]

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

页面模块:Message box/ambox.css没有内容。

总结[编辑 | 编辑源代码]

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。