【C语言进阶】利用assert高效排查你的C程序

众所周知，我们在实际开发C程序的时候，往往是编码容易——调试困难，修改容易——排查困难。我们在开发过程中，debug占据了我们很大一部分的时间，而正确地使用各种编码手段，可以有效地提升排查问题代码的效率。笔者从自己的实践经验出发，给大家分享一个用于编码/调试阶段高效发现问题代码的利器，这就是大名鼎鼎的**assert**。通过阅读本文，你将了解到以下内容：

• 什么是assert？
• assert有什么用？
• assert怎么使用？
• assert的常规操作有哪些？

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什么是assert？

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​ assert它的中文含义是“断言”，它被包含在中，往往给使用者呈现的形式为: assert() 。因此，很多开发者认为它就是一个函数，可能它的原型就是void assert(int expression); 但研究过assert.h的，一定会发现，其实并不是。

​ assert的真身，其实是一个宏定义，只不过是一个带参数输入的宏定义，与我们之前一篇八卦Linux内核设计的max宏定义 （【Linux内核】从小小的宏定义窥探Linux内核的精妙设计）类似的。庐山真面目如下所示：

#define assert(e) ((e) ? (void)0 : _assert(#e, __FILE__, __LINE__))

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​ 从它的定义，我们可以很清晰的知道，真正起到打印作用的是_assert，而它才是真正的一个函数。原型为:

void _assert(const char *e, const char *file, int line);

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assert有什么用？

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​ 本文的主题是利用assert高效排查问题代码，自然assert的用途就是排查代码；但是，具体它的功能是怎么体现呢？假设有如下代码，一个测试函数的实现片段：

int test_function(int a, int *b)
{
    assert(a > 1);  /* 断言：入参a的值一定大于1 */
    assert(b);      /* 断言: 入参b指针一定不是NULL */

    /* Do other things here ... */
}

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​ 如代码所示，有一个测试函数test_function，接收2个入参，一个是int型的a变量，一个int *类型的b指针；在函数的开始，我们就用assert分别对a和b做了断言，确保它们有正确的输入。假设我们有如下的函数调用的测试代码：

{
    int a = 7;
    int *b = &a;
    
    test_function(a, b);

    /* Do other things here ... */
}

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​ 很明显，当如上代码调用test_fucntion时，内部的两个assert判断均为【真】，那么什么事情也不会发生，assert就像一个优雅的淑女，静静地站在那里看着你。

​ 当我们的测试代码做如下调整：

{
    int a = 0;
    int *b = &a;
    
    test_function(a, b);

    /* Do other things here ... */
}

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-qPbDKDBb-1661923571357)(data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAPABAP///wAAACH5BAEKAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)]

​ 很明显，test_function的第一个assert语句不为【真】，那么它就像山洪一样要爆发了，终止程序运行的同时，会输出类似的错误提示： Assertion failed： a > 1，file xxx.c, line 128，这段错误提示，不仅告诉了我们哪个条件判断出错了，并且还告诉了我们出错的位置在哪个文件的哪一行，这是多么智能啊！由此可见，它真正的威力在于【代码出错】时，即当代码没有按照我们的断言进行时，我们就应该停下来，排查下为何会有错误的参数输入，这样我们就可以将bug在出现苗头的时候就把它消灭掉。

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assert怎么使用？

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​ 其实，上面的示例代码已经展示了如何使用assert，但是我们需要补充的是，一般在使用assert断言语句的时候，需要在对应的.c文件加上对assert.h的引用，否则编译会报错误。

​ assert这么智能的利器是非常有利于我们写出高质量不易出错的代码的，通常富有经验的程序员都会很擅长使用assert语句，把assert打在恰当的语句中，可以最大限度地提升我们的代码质量。但是，很多开发者开始有疑惑了，要是每条语句，每个判断都加上assert，那么就算全部assert的情况都是【真】，也够CPU忙一会了，这样似乎有些浪费CPU的计算能力，以追求高效的C语言编程，可容不下这样的事情发生。那，这可怎么办呢？

​ 为避免以上情况的发生，我们作为assert的使用者，一般只需要在开发调试阶段才使用assert，而在正式发布的版本是需要去掉assert的。这样疑惑就更大了，发布版本一条条删掉assert调用，万一删错了代码呢？设计者总是聪明的，他们也早就想到了这一点，这不他们也提供了解决方案。开头的时候，我们介绍了assert是一个宏，但并没有完全展示它的全貌。现在开始展示它的真容：

#ifdef NDEBUG
#define assert(e) (void)0
#else
#define assert(e) ((e) ? (void)0 : _assert(#e, __FILE__, __LINE__))
#endif

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-69cPczpO-1661923571359)(data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAPABAP///wAAACH5BAEKAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)]

​ 聪明的你，一定也发现了，我们只需要在.c文件#include 之前，加上一句#define NDEBUG 1就可以把相应.c中的assert(e)全部变成((void)0)；而((void)0)本身是个无效调用代码，在实际的编译过程中是会被优化掉的，这样我们仅增加对NDEBUG（NO DEBUG的意思）的宏定义，就可以把全部的assert给摒弃了，是不是很智能呢？

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assert的常规操作有哪些？

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​ 正如上面所述，assert这么智能，但是我们也不能滥用，只需要在恰当的位置作为特定的判断；通常来说，我们有以下一些情景可以考虑使用assert语句：

• 函数的入参判断，对错误的入参及时处理
• 对重点调用的系统函数的返回结果做判断，使用assert保证系统调用的结果是正确的，避免外部使用不正确的系统调用而出现错上加错的情况；
• switch语句中，如果不允许出现default的情况，可以考虑在default分支中加入assert(0)；
• 执行计算时，做计算的输入或计算结果的输出等做下判断，比如除数不能为0，比如一个百分比值不能超过100%等等。

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​ 综述，assert是把双刃剑，出错时它能很优秀地暴露问题代码，非常有利于我们排查代码，从而以最快的速度找到问题并解决问题；同时，它的频繁调用，一定程度上加上了CPU的处理，做一些无畏的判断，“简直就是在浪费生命”。所以，在实际开发过程中，我们务必要严谨细致地使用assert，让它更好地为我们服务。

​ 只有不自负且思维严谨的人才能使用好assert，我们只有做到了不自负，不对自己的代码打100%的包票，相信是代码总会有出错的时候，才会逐步养成思维严谨的习惯，反而对自己的代码质量有更大的提升。

​ 本文对assert的介绍和使用做了一番总结，文中难免有纰漏之处，还望读者诚心指正，感谢。
 

　审核编辑：汤梓红