[Python] 断言assert与单元测试

一、概念(What)

在Python中，断言（assertion）是一种用于检查程序中的条件是否为真的工具。它用于在程序的特定点处验证一些假设，并在条件为假时触发异常如果断言为真，则程序继续执行；如果断言为假，则引发AssertionError异常。

assert语句的语法如下：

assert condition, message

其中，condition是一个布尔表达式，如果为真则断言通过；如果为假，则引发异常。"error message"是可选的错误消息字符串，当断言失败时用于解释为什么断言失败。

在Python源码中，assert语句的实现主要涉及以下几个步骤：

1. 编译阶段：当Python解释器遇到assert语句时，它会将其编译成字节码。在字节码中，assert语句通常会被编码为一个特殊的操作码，例如POP_JUMP_IF_FALSE或POP_JUMP_IF_TRUE。
2. 运行时检查：在执行字节码时，解释器会检查断言的条件表达式。如果条件为真，则继续执行后续的字节码；如果条件为假，则跳转到相应的异常处理代码。
3. 引发异常：如果断言失败（即条件为假），解释器将跳转到预定义的异常处理代码。在那里，将使用给定的错误消息（如果有）构建一个AssertionError异常对象，并将其抛出。
4. 异常处理：如果程序中没有捕获该异常，解释器将终止程序执行并打印错误消息。否则，异常将被传递给上层调用者或处理程序。

二、实践(How)

关于assert的关键字的使用，可以参照以下示例：

"""
Python中断言的使用与单元测试
"""assert1<0

该代码输出的结果为：

Traceback (most recent call last):
  File "/Users/PycharmProjects/python/coding/code.py", line 4,in<module>assert1<0
AssertionError

据上可知，当assert后的布尔表达式结果为假后，抛出AssertionError异常，该异常可以被try…except捕获；

显示自定义错误消息，只需在assert语句中的表达式后面放置一个字符串；

"""
Python中断言的使用与单元测试
"""assert1<0,'oh, im error~'

输出如下：

Traceback (most recent call last):
  File "/Users/PycharmProjects/python/coding/code.py", line 4,in<module>assert1<0,'oh, im error~'
AssertionError: oh, im error~

三、思考(Why)

既然断言如此有用，那为什么没有在大部分代码中看见它的使用呢？

断言软件开发中没有被大量使用的原因主要有以下几点：

• 运行时开销：使用断言需要对程序进行大量的检查，这可能会增加程序的运行时开销。对于一些性能敏感的场景，开发人员可能更倾向于避免使用断言。
• 破坏程序流程：断言失败会导致程序抛出异常并停止执行。在某些情况下，这可能会中断程序的正常流程，导致一些难以预料的问题。
• 测试和调试：虽然断言在调试和测试阶段非常有用，但在开发和测试阶段过去之后，许多开发人员可能就不再需要它们了。他们可能会更倾向于使用单元测试和集成测试来确保代码的正确性。
• 不够直观：断言主要用于调试和测试，它们不能直接反映程序的主要逻辑。因此，在主代码库中大量使用断言可能会让代码看起来不够直观和整洁。
• 文化和习惯：不同的开发团队可能有不同的编程风格和习惯。有些团队可能更倾向于使用断言进行错误检查，而其他团队可能更喜欢使用其他错误处理方法。
• 静态类型语言不常用：断言在一些动态类型语言（如Python）中更为常见，而在静态类型语言（如Java、C++）中可能使用较少。这是因为静态类型语言通常具有更强大的类型系统和编译器，可以提供更多的错误检查和警告。
• 缺少工具支持：虽然断言在一些集成开发环境（IDE）和构建工具中得到了支持，但并不是所有的工具都提供了对断言的完全支持。这可能导致一些开发人员认为断言不重要或不方便使用。

那我们在哪些场景下使用断言呢？

• 测试和调试：assert语句通常用于测试和调试阶段，用于验证程序的某些假设是否成立。如果假设不成立，assert语句会抛出一个异常并停止程序的执行，从而帮助开发人员快速定位和修复问题。
• 错误处理：在某些情况下，开发人员可以使用assert语句来处理程序中的错误情况。例如，如果程序中的某个条件不满足，则可以通过assert语句抛出一个异常来终止程序的执行。
• 条件检查：assert语句可以用于在程序运行过程中检查某些条件是否满足。如果条件不满足，则程序将抛出一个异常并停止执行。这样可以确保程序的正确性。
• 数据验证：在处理输入数据时，可以使用assert语句来验证数据是否符合预期的格式或条件。如果数据不符合要求，则可以抛出异常并终止程序的执行。
• 代码优化：在某些情况下，开发人员可以使用assert语句来帮助优化代码的性能。例如，如果开发人员知道某个条件在大多数情况下都不成立，则可以使用assert语句来检查该条件。如果该条件成立，则程序将抛出一个异常并停止执行，从而避免执行不必要的代码。

特别注意！！！

assert语句主要用于开发和测试阶段，而不是用于生产环境。在生产环境中使用assert语句可能会导致程序意外终止，因此通常建议在发布之前禁用assert语句。