斷言 (程式)

title: 用途.
content: 在开发Eiffel语言的程序时,断言是设计过程中的一部分。像C语言或Java等程序语言,主要在执行期检查断言是否正确,也可以用静态断言的方式,在编译期检查断言。不论是哪一种情形,都可以检查断言的有效性,也可以关闭断言检查的机能。
title: 契约式设计中的断言.
content: 断言可以当做是一种软件的文件:断言可以描述程序执行前预期的情形(先验条件)以及执行后的预期的结果(后验条件)。断言也可以描述类别中的不变量。Eiffel程序语言将断言和程序整合,也可以自动将程序中的断言抽出,形成程序的文件。这是契约式设计的重要特性。以下是一个Eiffel语言的程序,其中codice_3及codice_4分别标示程序的先验条件及后验条件。  断言可以用叙述的方式放在程序中,也可以用注解的方式标示。不过断言若用注解的方式标示,在断言和程序未同步更新时比较容易让设计者发现问题。有断言叙述的程序会可以在每次程序执行时,自动检查断言是否成立,若断言不成立时,就会输出错误讯息。因此避免了程序和断言未同步更新的问题。
title: 执行期检查的断言.
content: 在程序执行时,可以用断言检查程序开发时的假设,确认这些假设是否成立。考虑以下的Java程序:  在Java语言中,codice_5为余数的运算子,若其第一个算子为负,其结果也为负值。程序设计者假设codice_6为非负值,因此除以2的余数只可能是0或是1,使用断言可以使这个假设变得明确,若codice_7传回负值,程序会出现错误。  此作法的最大好处是当程序出现错误时,程序立刻停止执行,而不会在较晚的时间才中止执行,而断言错误时会回报错误程序码的位置,因此程序设人计者可以很快找到错误所在的位置。  断言有时也会放在程序未预期会执行到的部分。例如,若codice_8叙述中所有可能的状态都有对应的codice_9叙述,不会执行到codice_10叙述,此时可以在codice_10叙述中加入一个条件不会成立的断言,当程序执行到codice_10叙述时会立刻停止执行,而不会使程序继续在一个错误的状态下执行。  Java语言在1.4版以后支援断言机能,若程序执行时有设定对应旗标,断言错误时会产生codice_13,若未设定对应旗标,则会省略断言叙述。C语言的断言是在标准的开头档codice_14中定义,其断言codice_15是一个宏,若条件不成立时产生错误,并且中止程序执行。C++语言的断言需配合开头档codice_16,不过有些C++的函式库也开头档codice_14。  上述断言的缺点是可能有改变内存资料或是执行绪时序的风险,因此需小心的处理断言,确认断言在程序中没有其他的副作用。  程序结构中的断言有助于在不使用第三方程序库的情形下,应用测试驱动开发的开发方式。
title: 在开发过程中使用断言.
content: 在软件开发过程中,程序设计者一般会在断言有效的情形下执行或测试程序。若出现断言错误,程序设计者会立刻注意到此问题。许多断言的实现方式会中止程序的执行,这功能方便程序设计者处理问题,若在错误出现后程序继续执行,往往更不容易找到有问题程序的位置。断言错误一般也会显示一些资讯,例如错误程序的位置,也许包括堆叠追踪,若环境支持核心文件或是在调试工具中执行,可能还可以提供程序的完整状态,程序设计者可以配合这些资讯来修正程序的错误,是在除错过程中很有利的工具。
title: 静态断言.
content: 只在编译期间检查的断言称为静态断言,静态断言必需配合清楚的注解说明。  在编译期的模板超编程时,静态断言特别有用。静态断言也可以用在C语言的程序中,当断言不成立时,产生有错误的程序码。例如以下就是一个定义静态断言的方法:  若codice_18的成果不为真,上述程序中会有二个相同的case标记,因此编译器会出现错误。此处的布林运算式是要在编译阶段就可以确定的运算式,例如codice_19等。此结构无法放在函数范围以外,因此若要执行此断言时,必需将此断言放在一个函数以内。  另一个常使用的静态断言方式如下:  若codice_18的成果不为真,由于无法定义长度为负值的阵列,因此编译器会出现错误。即使编译器真的允许负值长度,后续的初始化字符应该也会使编译器出现错误讯息。此处的布林运算式是要在编译阶段就可以确定的运算式,例如codice_19等。  上述的方式都需要唯一不重复的名称。现代的编译器支援__COUNTER__的预处理器定义,在每次使用到此定义时,回传一个每次会加一的数值,因此可以产生唯一不重复的名称。  C11 (程序标准版本)及C++11可以用codice_22支援静态断言。
title: 关闭断言机能.
content: 大部分的程序语言可以用设定启动或关闭所有的断言,有时也可以启动或关闭个别的断言。一般会在开发过程中启动断言,在最后测试完成,要发行正式版本给客户时会关闭断言。在不考虑断言副作用的前提下,关闭断言不作检查可以节省评估断言需要的程序码,在正常情形下程序仍有相同的结果。在异常的情形下,关闭断言检查会使得原来可能会停止的程序可以继续执行,有时这会是比较可接受的结果。 C语言及C++可以利用预处理器在编译阶段完全关闭断言。Java语言若要启动断言,需要在运行期引擎中设定特定选项,若选项未设定,不会启动断言,不过断言仍存在程序中,只有在用在运行期用JIT编译器中进行最佳化,或是在编译期使用if(false)的条件,才能排除断言执行。
title: 和错误处理的比较.
content: 有必要去区分断言和错误处理程序的差异。断言只用在标示一些逻辑上不可能或不应该出现的情形,若上述情形真的出现时,表示有些基本架构已出现问题。这和错误处理不同,大部分错误的条件都是有可能出现的,只是实务上出现频率很低。断言不宜作为通用的错误处理程序,因为断言一般会中止程序的执行,程序无法恢复到没有错误发生前的情形,而且断言显示的讯息只对程序设计者有帮助,对使用者的帮助不大。  考虑以下用断言处理错误的程序。 操作系统不保证每一次执行codice_23都会成功,若无法配置到内存,codice_23会传回codice_25 pointer,程序会立刻中止执行。  比较理想的错误处理方式是配置到内存时另外由程序处理。例如服务器可能有数个客户端,可能有一些资源保留,尚未释放,也可能有一些修改尚未写入数据库。此时较好的处理方法只让单一的交易失败,出现错误讯息,而不是直接中止程序的执行。

Summary: 在程序设计中,断言(assertion)是一种放在程序中的一阶逻辑(如一个结果为真或是假的逻辑判断式),目的是为了标示与验证程序开发者预期的结果-当程序执行到断言的位置时,对应的断言应该为真。若断言不为真时,程序会中止执行,并给出错误讯息。

Aserce: Aserce jsou v programování predikáty, o nichž se vývojář domnívá, že budou na daném místě vždy pravdivé, například předpokládané hodnoty invariantů. Informace o těchto předpokladech může programátor umístit do komentáře, ale běžné je také zahrnout do programu testy, které buď při překladu, nebo i při běhu programu splnění předpokládaných podmínek kontrolují.