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assertion
深入解析Java的新特性assertion
一assertion的语法和语义
J2SE1.4在语言上提供了一个新特性,就是assertion(断言)功能,它是该版本在Java语言方面最大的革新。
在软件开发中,assertion是一种经典的调试、测试方式,本文将深入解析assertion功能的使用以及其设计理念,并给出相关的例子。
assertion(断言)在软件开发中是一种常用的调试方式,很多开发语言中都支持这种机制,如C,C++和Eiffel等,但是支持的形式不尽相同,有的是通过语言本身、有的是通过库函数等。
另外,从理论上来说,通过assertion方式可以证明程序的正确性,但是这是一项相当复杂的工作,目前还没有太多的实践意义。
在实现中,assertion就是在程序中的一条语句,它对一个boolean表达式进行检查,一个正确程序必须保证这个boolean表达式的值为true;如果该值为false,说明程序已经处于不正确的状态下,系统将给出警告或退出。
一般来说,assertion用于保证程序最基本、关键的正确性。
assertion检查通常在开发和测试时开启。
为了提高性能,在软件发布后,assertion检查通常是关闭的。
下面简单介绍一下Java中assertion的实现。
1.1)语法表示
在语法上,为了支持assertion,Java增加了一个关键字assert。
它包括两种表达式,分别如下:
1.assertexpression1;
2.assertexpression1:
expression2;
在两种表达式中,expression1表示一个boolean表达式,expression2表示一个基本类型或者是一个对象(Object),基本类型包括boolean,char,double,float,int和long。
由于所有类都为Object的子类,因此这个参数可以用于所有对象。
1.2)语义含义
在运行时,如果关闭了assertion功能,这些语句将不起任何作用。
如果打开了assertion功能,那么expression1的值将被计算,如果它的值为false,该语句强抛出一个AssertionError对象。
如果assertion语句包括expression2参数,程序将计算出expression2的结果,然后将这个结果作为AssertionError的构造函数的参数,来创建AssertionError对象,并抛出该对象;如果expression1值为true,expression2将不被计算。
一种特殊情况是,如果在计算表达式时,表达式本身抛出Exception,那么assert将停止运行,而抛出这个Exception。
1.3)一些assertion例子
下面是一些Assert的例子。
1.assert 0 2.assert 0 "value="+value; 3.assert ref! =null: "refdoesn'tequalnull"; 4.assert isBalanced(); 1.4)编译 由于assert是一个新关键字,使用老版本的JDK是无法编译带有assert的源程序。 因此,我们必须使用JDK1.4(或者更新)的Java编译器,在使用Javac命令时,我们必须加上-source1.4作为参数。 -source1.4表示使用JDK1.4版本的方式来编译源代码,否则编译就不能通过,因为缺省的Javac编译器使用JDK1.3的语法规则。 一个简单的例子如下: javac-source1.4test.java 1.5)运行 由于带有assert语句的程序运行时,使用了新的ClassLoader和Class类,因此,这种程序必须在JDK1.4(或者更高版本)的JRE下运行,而不能在老版本的JRE下运行。 由于我们可以选择开启assertion功能,或者不开启,另外我们还可以开启一部分类或包的assertion功能,所以运行选项变得有些复杂。 通过这些选项,我们可以过滤所有我们不关心的类,只选择我们关心的类或包来观察。 下面介绍两类参数: 1.参数-esa和-dsa: 它们含义为开启(关闭)系统类的assertion功能。 由于新版本的Java的系统类中,也使了assertion语句,因此如果用户需要观察它们的运行情况,就需要打开系统类的assertion功能,我们可使用-esa参数打开,使用-dsa参数关闭。 -esa和-dsa的全名为-enablesystemassertions和-disablesystemassertions,全名和缩写名有同样的功能。 2.参数-ea和-da: 它们含义为开启(关闭)用户类的assertion功能: 通过这个参数,用户可以打开某些类或包的assertion功能,同样用户也可以关闭某些类和包的assertion功能。 打开assertion功能参数为-ea;如果不带任何参数,表示打开所有用户类;如果带有包名称或者类名称,表示打开这些类或包;如果包名称后面跟有三个点,代表这个包及其子包;如果只有三个点,代表无名包。 关闭assertion功能参数为-da,使用方法与-ea类似。 -ea和-da的全名为-enableassertions和-disenableassertions,全名和缩写名有同样的功能。 下面表格表示了参数及其含义,并有例子说明如何使用。 参数 例子 说明 -ea java-ea 打开所有用户类的assertion -da java-da 关闭所有用户类的assertion -ea: java-ea: MyClass1 打开MyClass1的assertion -da: java-da: MyClass1 关闭MyClass1的assertion -ea: java-ea: pkg1 打开pkg1包的assertion -da: java-da: pkg1 关闭pkg1包的assertion -ea: ... java-ea: ... 打开缺省包(无名包)的assertion -da: ... java-da: ... 关闭缺省包(无名包)的assertion -ea: java-ea: pkg1... 打开pkg1包和其子包的assertion -da: java-da: pkg1... 关闭pkg1包和其子包的assertion -esa java-esa 打开系统类的assertion -dsa java-dsa 关闭系统类的assertion 综合使用 java-da: MyClass1: pkg1 关闭MyClass1和pkg1包的assertion 3. 其中...代表,此包和其子包的含义。 例如我们有两个包为pkg1和pkg1.subpkg。 那么pkg1...就代表pkg1和pkg1.subpkg两个包。 另外,Java为了让程序也能够动态开启和关闭某些类和包的assertion功能,Java修该了Class和ClassLoader的实现,增加了几个用于操作assert的API。 下面简单说明一下几个API的作用。 ClassLoader类中的几个相关的API: setDefaultAssertionStatus: 用于开启/关闭assertion功能 setPackageAssertionStatus: 用于开启/关闭某些包的assertion功能 setClassAssertionStatus: 用于开启/关闭某些类的assertion功能 clearAssertionStatus: 用于关闭assertion功能 二assertion的设计问题 首先,我们认为assertion是必要的。 因为,如果没有统一的assertion机制,Java程序通常使用if-then-else或者switch-case语句进行assertion检查,而且检查的数据类型也不完全相同。 assertion机制让Java程序员用统一的方式处理assertion问题,而不是按自己的方式处理。 另外,如果用户使用自己的方式进行检查,那么这些代码在发布以后仍然将起作用,这可能会影响程序的性能。 而从语言言层次支持assertion功能,这将把assertion对性能带来的负面影响降到最小。 Java是通过增强一个关键字assert实现支持assertion,而不是使用一个库函数支持,这说明Java认为assertion对于语言本身来说是非常重要的。 实际上,在Java的早期的规范中,Java是能够支持assert的,但是由于一些实现的限制,这些特性从规范中除去了。 因此,assert的再次引入应该是恢复了Java对assert的支持。 C语言就是通过Assert.h函数库实现断言的支持。 Java的assertion的开启也和C语言不太一样.。 Java的assertion是在运行的时候进行决定的。 其实,这两种方式是各有优缺点。 如果采用编译时决定方式,开发人员将处理两种类型的目标码,debug版本和release版本,这加大了文档管理的难度,但是提高了代码的运行效率。 Java采用运行时决定的方式,这样所有的assertion信息将置于目标代码中,同一目标代码可以选择不同方式运行,增强目标代码的灵活性,但是它将牺牲因为assertion而引起一部分性能损失。 Java专家小组认为,所牺牲的性能相当小,因此java采用了运行时决定方式。 另外,我们注意到AssertionError作为Error的一个子类,而不是RuntimeException。 关于这一点,专家组也进行了长期的讨论。 Error代表一些异常的错误,通常是不可以恢复的,而RuntimeException强调该错误在运行时才发生的特点。 AssertionError通常为非常关键的错误,这些错误往往是不容易恢复的,而且assertion机制也不鼓励程序员对这种错误进行恢复。 因此,为了强调assertion的含义,Java专家小组选择了让AssertError为Error的子类。 三assertion与继承 在本节,我们将考虑assertion与继承的关系,研究assert是如何定位的。 如果开启一个子类的assertion,那么它的父类的assertion是否执行? 下面的例子将显示如果一个assert语句在父类,而当它的子类调用它时,该assert为false。 我们看看在不同的情况下,该assertion是否被处理。 classBase { publicvoidbaseMethod() {//总是assertion失败 assertfalse: "Assertionfailed: Thisisbase"; System.out.println("BaseMethod"); } } classDerived extendsBase { publicvoidderivedMethod() {//总是assertion失败 assertfalse: "Assertionfailed: Thisisderive"; System.out.println("DerivedMethod"); } publicstaticvoidmain(String[]args) { try { Derivedderived=newDerived(); derived.baseMethod(); derived.derivedMethod(); } catch(AssertionErrorae) { System.out.println(ae); } } } 运行命令 含义 结果 JavaDerived 不启用assertion BaseMethod DerivedMethod Java-eaDerived 开启所有assertion Java.lang.AssertionError: AssertionFailed: Thisisbase Java-daDerived 关闭所有assertion BaseMethod DerivedMethod Java-ea: BaseDerived 仅打开Base的assertion Java.lang.AssertionError: AssertionFailed: Thisisbase Java-ea: DerivedDerived 仅打开Derived的assertion BaseMethod Java.lang.AssertionError: AssertionFailed: Thisisderived 从这个例子我们可以看出,父类的assert语句将只有在父类的assert开启才起作用,如果仅仅开启子类的assert,父类的assert仍然不运行。 例如,我们执行java-ea: DerivedDerived的时候,Base类的assert语句并不执行。 因此,我们可以认为,assert语句不具有继承功能。 四assertion的使用 assertion的使用是一个复杂的问题,因为这将涉及到程序的风格,assertion运用的目标,程序的性质等问题。 通常来说,assertion用于检查一些关键的值,并且这些值对整个程序,或者局部功能的完成有很大的影响,并且这种错误不容易恢复的。 assertion表达式应该短小、易懂,如果需要评估复杂的表达式,应该使用函数计算。 以下是一些使用assertion的情况的例子,这些方式可以让java程序的可靠性更高。 1.检查控制流;在if-then-else和swith-case语句中,我们可以在不应该发生的控制支流上加上assertfalse语句。 如果这种情况发生了,assert能够检查出来。 例如: x取值只能使1,2,3,我们的程序可以如下表示 2.switch(x) 3.{case1: …; 4.case2: …; 5.case3: … 6.default: assertfalse: "xvalueisinvalid: "+x; 7.} 8.在私有函数计算前,检查输入参数是否有效;对于一私有些函数,要求输入满足一些特定的条件,那么我们可以在函数开始处使用assert进行参数检查。 对于公共函数,我们通常不使用assertion检查,因为一般来说,公共函数必须对无效的参数进行检查和处理。 而私有函数往往是直接使用的。 例如: 某函数可能要求输入的参数必须不为null。 那么我们可以在函数的一开始加上assertparameter1! =null: "paramerterisnullintestmethod"; 9.在函数计算后,检查函数结果是否有效;对于一些计算函数,函数运行完成后,某些值需要保证一定的性质,因此我们可以通过assert检查该值。 例如,我们有一个计算绝对值的函数,那么我们就可以在函数的结果处,加上一个语句: assertvalue>=0: "Valueshouldbebiggerthan0: "+value; 通过这种方式,我们可以对函数计算完的结果进行检查。 10.检查程序不变量;有些程序中,存在一些不变量,在程序的运行生命周期,这些不变量的值都是不变的。 这些不变量可能是一个简单表达式,也可能是一个复杂的表达式。 对于一些关键的不变量,我们可以通过assert进行检查。 例如,在一个财会系统中,公司的支出和收入必须保持一定的平衡关系,因此我们可以编写一个表达式检查这种平衡关系,如下表示。 11.privatebooleanisBalance(){ 12.…… 13.} 在这个系统中,在一些可能影响这种平衡关系的方法的前后,我们都可以加上assert验证: assertisBalance(): "balanceisdestoried"; 五结论 assertion为开发人员提供了一种灵活地调试和测试机制,它的使用也非常简单、方便。 但是,如何规范、系统地使用assertion(特别是在Java语言中)仍然是一个亟待研究的问题 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Java编程中的断言和时态逻落辑 虽然传统断言可以增加对Java代码执行的检查次数,但有许多检查不能用它们来执行。 弥补这一缺陷的方法是使用“时态逻辑”,它是一种用于描述程序状态如何随时间而更改的形式体系。 在本文中,EricAllen将讨论断言,介绍时态逻辑并描述用于处理程序中时态逻辑断言的工具(下一篇文章将检查以前的错误模式和时态逻辑的应用程序)。 通过单击本文顶部或底部的讨论,在论坛中与作者和其他读者分享您关于本文的心得。 我们大家同意对Java代码检查得越多就越好,我们检查了断言在测试新的和改进的编程中的用法。 虽然传统断言可以增加执行的检查次数,但有许多检查不能用它们来执行。 然而,有一个方法可以弥补断言留下的检查缺口。 那就是使用时态逻辑。 时态逻辑是用于描述程序状态如何随时间而更改的形式体系。 让我们讨论一下断言及其特性,以及时态逻辑是如何适合检查的。 然后,我们将研究用于处理时态逻辑断言的工具。 断言及其特性 除了类型检查和单元测试外,断言还提供了一种确定各种特性是否在程序中得到维护的极好方法。 让我们快速浏览三种类型常见的断言特性(虽然是常见的,但它们没有提供我们所需的完整范围),将它们与可以用传统断言语言表示的程序特性的类型进行比较,并检查多线程上下文所必需的,但不可能表示成常规断言的断言特性。 我们还将提供一些代码示例。 常见的断言特性 传统上,断言特性分成下面三种类型: ∙代码块执行之前特性所持有的条件前断言。 ∙代码块执行之后特性所持有的条件后断言。 ∙代码块执行之前和之后特性所持有的不变断言。 与这些典型形式的断言一样有用,它们不太会有我们希望能在程序中持有的所有特性范围。 让我们看一下典型的用断言表示的程序特性。 可表示为断言的程序特性 这只是可以用传统断言语言表示的程序特性类型的简短列表—所有程序员都希望在代码中包含的特性: ∙确保任何一次性特性都仅生成一次 ∙断言文档决不被未授权的代理程序访问 ∙断言向每个线程提供运行机会 ∙断言系统将决不会使其本身陷入死锁 安全性协议使用一次性特性(使用过一次的数字)生成器来确保事务未被用过。 作为安全性中的简单概念,确保一旦生成特殊一次性特性,就不再生成它,这一点很重要。 另一个重要的安全性断言是安全文档决不被未授权的代理程序访问。 在多线程代码中,我们希望断言每个线程最终都会有运行机会。 我们还希望确保系统决不会使其本身陷入死锁状态(即在两个或多个线程可以继续处理之前,它们正在彼此等待提供资源)。 基本的非常规断言特性 下面是我们希望获得的(通常想要在多线程代码环境中获得的)两种非常有用的特性类型,不可能仅用常规断言来表示它们: ∙安全断言 ∙生存断言 安全断言声明某些不合需要的系统状态将决不在任何环境下起作用。 生存断言声明保证最终发生某些事件—例如,给定的线程将最终被唤醒,而不是永远休眠。 时态逻辑可以帮助产生这些断言。 时态逻辑出现在何处 这样的断言超出普通断言语言的表示,但可以用形式体系和工具来表示这种语句。 我们将这种形式体系称为时态逻辑。 转贴』J2SE1.4中assertion功能介绍 j2SE1.4中assertion功能介绍 摘要 J2SE1.4在JAVA中新增添了assertion(暂译作断定)功能。 最简单的情形下,在JAVA代码中任一行可以写入一条布尔表达式,在这一行代码的最前面加上assert关键字,就可以实现这样的功能: 如果表达式为真,则代码继续执行;否则,抛出异常。 为了实现这项功能,在JAVA中新添加了assert关键字,AssertionError类,java.lang.ClassLoader中增加了几个新的方法。 本文章详细介绍了assert关键字的使用,从命令行控制assertion功能,从代码内部控制assertion功能,以及何时使用assertion功能等内容。 下文中提到assert时特指assert关键字,而提到assertion则表示断定语句或断定功能。 assertion功能提供了一种在代码中进行正确性检查的机制,这种检查通常用于开发和调试阶段,到了软件完成部署后就可以关闭。 这使得程序员可以在代码中加入调试检查语句,同时又可以在软件部署后关闭该功能而避免对软件速度和内存消耗的影响。 基本上,assertion功能就是JAVA中的一种新的错误检查机制,只不过这项功能可以根据需要关闭。 通常在C和C++中,断定功能语句是可以通过预处理过程而不编译进最终的执行代码,由于JAVA中没有宏功能,所以在以前的java版本中断定功能没有被广泛的使用,在JDK1.4中通过增加assert关键字改变了这种状况。 这项新功能最重要的特点是断定语句可以在运行时任意的开启或关闭,这意味着这些起错误检查功能的语句不必在开发过程结束后从源代码中删除。 assertion语法非常简单,但正确的使用能帮助我们编写出健壮(ROBAST)可靠的代码。 这篇文章中,我们不仅学习如何编写assertion语句,更要讨论应该在什么情况下使用assertion语句。 一、assertion语法基本知识 我们可以用新的JAVA关键字assert来书写断定语句。 一条断定语句有以下两种合法的形式: assertexpression1; assertexpression1: expression2; expression1是一条被判断的布尔表达式,必须保证在程序执行过程中它的值一定是真;expression2是可选的,用于在expression1为假时,传递给抛出的异常AssertionError的构造器,因此expression2的类型必须是合法的AssertionError构造器的参数类型。 以下是几条断定语句的例子: assert0 assertref! =null; assertcount==(oldCount+1); assertref.m1(parm); assert关键字后面的表达式一定要是boolean类型,否则编译时就会出错。 以下是使用断定语句的一个完整例子(见粗体语句行): publicclassaClass{ publicvoidaMethod(intvalue){ assertvalue>=0; System.out.println("OK");
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