[C/C++]断言（assert）详解

1 什么是断言

在C/C++语言中，断言是一种用于调试程序的工具，它用于验证程序在运行时的假设条件是否成立。断言通常用于检测代码中可能存在的逻辑错误或不符合预期的情况。

2 assert宏

C/C++语言中的断言通过assert宏实现，其通常在<assert.h>头文件中定义。assert宏的参数通常是一个条件表达式或逻辑表达式，如果表达式求值为false，assert宏就在stdeer中写入一条包含出问题的文件和行号的错误信息，并调用abort()函数终止程序。

assert宏的基本定义如下：

#ifdef NDEBUG
#define assert(expression) ((void)0)
#else
#define assert(expression) \
    ((expression) ? (void)0 : __assert_fail(#expression, __FILE__, __LINE__, __func__))
#endif

• NDEBUG宏：当定义了NDEBUG宏时，assert宏会被定义为一个空操作，即((void)0)
• assert(expression)：当没有定义NDEBUG宏时，assert宏会检查expression是否为真。如果expression为假（即为 0），则会调用__assert_fail函数，并传递断言失败的信息，包括断言表达式、文件名、行号和函数名。
• __assert_fail函数：这个函数负责处理断言失败的情况。它通常会打印错误信息并终止程序执行。其具体实现依赖于标准库的实现，可以是一个标准的错误报告和终止机制。

assert宏的基本使用语法如下：

#include <assert.h>

assert(expression);

• expression：其是一个布尔表达式。如果expression的值为假（即为 0），则assert宏会输出一条错误消息，并终止程序的执行。如果expression的值为真（即非 0），则assert不会做任何操作，程序继续执行。

3 _Static_assert宏

在C11标准中，新增了一个_Static_assert宏，其作用类似于assert，只不过assert宏是在程序运行时检测表达式，而_Static_assert宏是在程序编译时检测表达式。因此，assert宏会导致正在运行的程序中止，而_Static_assert宏会导致程序无法通过编译。

_Static_assert宏接受两个参数，第一个参数是整形常量表达式，第二个参数是字符串。如果第一个参数求值为false，则编译器会报告第二个参数字符串并停止编译。

4 使用示例

4.1 使用断言

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

int main() {
    int x = 5;
    assert(x == 5);  // 断言 x 等于 5
    printf("x is 5\n");

    assert(x == 10); // 断言 x 等于 10（这会失败）
    printf("x is 10\n");

    return 0;
}

在上面的代码中，第一次断言x == 5是成功的，程序继续执行并打印x is 5，第二次断言x == 10是失败的，程序会终止，并打印断言失败的信息。

4.2 禁用断言

断言在程序调试阶段非常有用，但是在性能关键的代码中，断言可能会增加额外的开销，因此通常会在发布版本中禁用。

我们可以通过定义NDEBUG宏来禁用所有断言，一旦定义了NDEBUG，所有的assert宏将被预处理为一个空语句，不会进行任何检查。定义NDEBUG宏的通常做法是在编译时加上-DNDEBUG参数，或者在包含<assert.h>头文件之前使用#define NDEBUG，如下所示：

#define NDEBUG
#include <assert.h>