关于 assert
在 C++ 中使用 条件 && 字符串
格式的示例以及对其宏定义解析的相关说明:
1. assert
基本介绍及示例使用
在 C++ 中,assert
是一个宏定义,它位于 <cassert>
头文件(在 C 中是 <assert.h>
)中,用于在程序开发阶段进行调试检查。它的基本语法形式是 assert(表达式)
,当 表达式
的值为 false
(在 C++ 中也就是值为 0
)时,程序会终止执行,并输出相应的错误信息,这个错误信息通常包含了所在的文件名、行号以及你可以自定义的一些提示内容等。
使用 条件 && 字符串
格式的示例如下:
#include <cassert>
#include <iostream>
int main() {
int num = 10;
// 这里使用条件 && 字符串的形式,条件是 num 大于 5,并且后面跟着自定义的提示字符串
assert(num > 5 && "输入的数字应该大于5");
std::cout << "程序正常执行到这里,num 的值为: " << num << std::endl;
return 0;
}
在上述代码中,num
的值是 10
,num > 5
这个条件为 true
,所以 assert
宏不会触发错误,程序会正常执行并输出后面的语句。
如果我们修改 num
的值为 3
,像这样:
#include <cassert>
#include <iostream>
int main() {
int num = 3;
assert(num > 5 && "输入的数字应该大于5");
std::cout << "程序正常执行到这里,num 的值为: " << num << std::endl;
return 0;
}
此时,num > 5
这个条件为 false
,那么 assert
宏就会起作用,程序会终止执行,并输出类似下面这样的错误信息(不同编译器输出格式可能略有差异):
Assertion failed: (num > 5 && "输入的数字应该大于5"), function main, file main.cpp, line 7.
可以看到它包含了我们自定义的字符串 "输入的数字应该大于5"
,方便我们在调试时知道具体是哪个条件不符合预期了。
2. 对 assert
宏定义的解析
在标准 C++ 库中(以常见的实现方式为例),assert
宏的定义大致类似如下(实际可能因编译器和标准库实现有细微不同):
#ifdef NDEBUG
#define assert(condition) ((void)0)
#else
#define assert(condition) \
((condition)? (void)0 : __assert_fail(#condition, __FILE__, __LINE__, __func__))
#endif
可以看到有这样的逻辑:
- 首先,有一个条件编译判断
#ifdef NDEBUG
。NDEBUG
是一个预定义的宏,如果在编译时定义了这个宏(通常在发布版本中会这么做,以去除所有的assert
检查,提高程序执行效率),那么assert(condition)
就被定义为((void)0)
,也就是什么都不做,相当于assert
宏被“禁用”了。 - 而在没有定义
NDEBUG
的情况下(一般是在调试阶段),assert
宏展开后的逻辑是这样的:它首先判断(condition)
,如果这个condition
为true
(也就是非0
值),就执行(void)0
,也就是不做任何额外操作,程序继续正常往下执行;但如果condition
为false
(值为0
),就会调用__assert_fail
函数。这个__assert_fail
函数是由标准库提供的,它内部会输出错误信息,包括传入的#condition
(这里#
操作符会把condition
这个表达式转换为对应的字符串形式,比如对于num > 5
就会转换为"num > 5"
),还有当前所在的文件名(__FILE__
宏提供)、行号(__LINE__
宏提供)以及函数名(__func__
宏提供,如果有的话),然后终止程序的执行。
例如在前面 num = 3
的那个错误示例中,当 num > 5
这个条件为 false
时,就会调用 __assert_fail
函数,传入的参数就是 "num > 5"
(#condition
的转换结果)、"main.cpp"
(__FILE__
宏的值,当前文件名)、对应的行号以及函数名等,最后输出完整的错误提示信息来帮助我们定位问题所在。
所以总体来说,assert
宏结合 条件 && 字符串
这种形式,通过巧妙的宏定义和条件编译逻辑,为我们在程序调试阶段提供了一种方便的、能快速定位不符合预期条件情况的手段,同时在发布版本中又可以通过定义 NDEBUG
来去除相关的检查,避免额外的运行时开销。
3.进一步解析短路求值
在 C 和 C++ 中,逻辑与运算符 &&
具有短路求值的特性。
当使用 条件 && 字符串
这样的表达式作为 assert
的参数时(其实在任何使用逻辑与的地方都是如此逻辑):
条件为 true
时的情况
如果 条件
的计算结果为 true
(也就是值为非零),根据逻辑与运算符 &&
的运算规则,它还需要继续判断右侧表达式(也就是这里的 字符串
表达式)的值来确定整个逻辑与表达式最终的真假情况。此时,字符串会被当作一个指针来处理,在 C/C++ 中,非空字符串常量的指针值是不为 0
的(字符串有其有效的内存地址存储其字符内容),所以右侧的表达式值也为 true
,进而整个 条件 && 字符串
表达式的结果就为 true
,assert
宏也就不会触发错误提示,程序继续正常执行。
例如以下代码片段:
#include <iostream>
int main() {
int num = 10;
bool result = num > 5 && "This is a valid string";
std::cout << "The result of the expression: " << (result? "true" : "false") << std::endl;
return 0;
}
这里 num > 5
为 true
,然后会去评估 "This is a valid string"
,它作为一个非空字符串常量指针,其值被视为 true
,所以最终 result
变量被赋值为 true
,程序会正常输出相应内容,表示整个逻辑与表达式结果为 true
。
条件为 false
时的情况
当 条件
的计算结果为 false
(值为 0
),基于逻辑与运算符 &&
的短路求值特性,它一旦发现左侧表达式为 false
,就已经能确定整个逻辑与表达式的结果必然为 false
了,所以就不会再去计算右侧的 字符串
表达式的值了,直接判定整个 条件 && 字符串
表达式为 false
。
比如以下代码:
#include <iostream>
int main() {
int num = 3;
bool result = num > 5 && "This string won't be evaluated";
std::cout << "The result of the expression: " << (result? "true" : "false") << std::endl;
return 0;
}
在这个例子中,num > 5
为 false
,因此按照逻辑与的短路求值,根本不会去管右侧的 "This string won't be evaluated"
这个字符串表达式的值,就直接判定整个逻辑与表达式的值为 false
,程序继续往下执行相应后续语句,只是 result
的值会被赋值为 false
而已。
这种短路求值特性在很多场景下都很有用,除了像 assert
宏里用于在条件不满足时避免不必要的额外计算外,还常用于一些逻辑判断中,避免因不必要地计算复杂的右侧表达式而可能引发的潜在错误(比如右侧表达式里包含函数调用,如果每次都调用可能会有副作用等情况)。