我思故我強(qiáng)

• 能夠正確使用if,switch語句，并且能正確使用合法的參數(shù)類型。
• 能夠正確使用所有帶標(biāo)簽或不帶標(biāo)簽的循環(huán)語句，能正確使用break,continue，能計(jì)算在循環(huán)中或循環(huán)后循環(huán)計(jì)數(shù)器的值。
• 能夠正確使用異常和異常處理語句（try,catch,finally）。能正確聲明拋出異常的方法，并知道怎樣覆蓋它。
• 了解代碼段中的異常對程序跳轉(zhuǎn)的影響。注意：異常可能是一個(gè)運(yùn)行時(shí)異常（runtime exception）,一個(gè)已經(jīng)定義的異常（checked exception），也可能是一個(gè)error。
• 能正確使用斷言，并了解關(guān)于斷言機(jī)制的正確說法。

第一節(jié)          斷言 assert

§1.1.1                     assertion的語法和語義

J2SE 1.4在語言上提供了一個(gè)新特性，就是assertion(斷言)功能，它是該版本在Java語言方面最大的革新。在軟件開發(fā)中，assertion是一種經(jīng)典的調(diào)試、測試方式，本文將深入解析assertion功能的使用以及其設(shè)計(jì)理念，并給出相關(guān)的例子。

assertion(斷言)在軟件開發(fā)中是一種常用的調(diào)試方式，很多開發(fā)語言中都支持這種機(jī)制，如C，C++和Eiffel等，但是支持的形式不盡相同，有的是通過語言本身、有的是通過庫函數(shù)等。另外，從理論上來說，通過assertion方式可以證明程序的正確性，但是這是一項(xiàng)相當(dāng)復(fù)雜的工作，目前還沒有太多的實(shí)踐意義。

在實(shí)現(xiàn)中，assertion就是在程序中的一條語句，它對一個(gè)boolean表達(dá)式進(jìn)行檢查，一個(gè)正確程序必須保證這個(gè)boolean表達(dá)式的值為true；如果該值為false，說明程序已經(jīng)處于不正確的狀態(tài)下，系統(tǒng)將給出警告或退出。一般來說，assertion用于保證程序最基本、關(guān)鍵的正確性。assertion檢查通常在開發(fā)和測試時(shí)開啟。為了提高性能，在軟件發(fā)布后，assertion檢查通常是關(guān)閉的。下面簡單介紹一下Java中assertion的實(shí)現(xiàn)。

1．1) 語法表示

在語法上，為了支持assertion，Java增加了一個(gè)關(guān)鍵字assert。它包括兩種表達(dá)式，分別如下：

1.       assert expression_r1;

2.       assert expression_r1: expression_r2;

在兩種表達(dá)式中，expression_r1表示一個(gè)boolean表達(dá)式，expression_r2表示一個(gè)基本類型或者是一個(gè)對象(Object) ，基本類型包括boolean,char,double,float,int和long。由于所有類都為Object的子類，因此這個(gè)參數(shù)可以用于所有對象。

1．2) 語義含義

在運(yùn)行時(shí)，如果關(guān)閉了assertion功能，這些語句將不起任何作用。如果打開了assertion功能，那么expression_r1的值將被計(jì)算，如果它的值為false，該語句強(qiáng)拋出一個(gè)AssertionError對象。如果assertion語句包括expression_r2參數(shù)，程序?qū)⒂?jì)算出expression_r2的結(jié)果，然后將這個(gè)結(jié)果作為AssertionError的構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)，來創(chuàng)建AssertionError對象，并拋出該對象；如果expression_r1值為true，expression_r2將不被計(jì)算。

一種特殊情況是，如果在計(jì)算表達(dá)式時(shí)，表達(dá)式本身拋出Exception，那么assert將停止運(yùn)行，而拋出這個(gè)Exception。

1．3) 一些assertion例子

下面是一些Assert的例子。

1.       assert　　0 < value;

2.       assert　　0 < value:"value="+value;

3.       assert　　ref != null:"ref doesn't equal null";

4.       assert　　isBalanced();

1．4) 編譯

由于assert是一個(gè)新關(guān)鍵字，使用老版本的JDK是無法編譯帶有assert的源程序。因此，我們必須使用JDK1.4(或者更新)的Java編譯器，在使用Javac命令時(shí)，我們必須加上-source 1.4作為參數(shù)。-source 1.4表示使用JDK 1.4版本的方式來編譯源代碼，否則編譯就不能通過，因?yàn)槿笔〉腏avac編譯器使用JDK1.3的語法規(guī)則。

一個(gè)簡單的例子如下：

javac      -source   1.4    test.java

1．5) 運(yùn)行

由于帶有assert語句的程序運(yùn)行時(shí)，使用了新的ClassLoader和Class類，因此，這種程序必須在JDK1.4(或者更高版本)的JRE下運(yùn)行，而不能在老版本的JRE下運(yùn)行。

1.       由于我們可以選擇開啟assertion功能，或者不開啟，另外我們還可以開啟一部分類或包的assertion功能，所以運(yùn)行選項(xiàng)變得有些復(fù)雜。通過這些選項(xiàng)，我們可以過濾所有我們不關(guān)心的類，只選擇我們關(guān)心的類或包來觀察。

§1.1.2                     assertion的設(shè)計(jì)問題

首先，我們認(rèn)為assertion是必要的。因?yàn)椋绻麤]有統(tǒng)一的assertion機(jī)制，Java程序通常使用if-then-else或者switch-case語句進(jìn)行assertion檢查，而且檢查的數(shù)據(jù)類型也不完全相同。assertion機(jī)制讓Java程序員用統(tǒng)一的方式處理assertion問題，而不是按自己的方式處理。另外，如果用戶使用自己的方式進(jìn)行檢查，那么這些代碼在發(fā)布以后仍然將起作用，這可能會影響程序的性能。而從語言言層次支持assertion功能，這將把a(bǔ)ssertion對性能帶來的負(fù)面影響降到最小。

Java是通過增強(qiáng)一個(gè)關(guān)鍵字assert實(shí)現(xiàn)支持assertion，而不是使用一個(gè)庫函數(shù)支持，這說明Java認(rèn)為assertion對于語言本身來說是非常重要的。實(shí)際上，在Java的早期的規(guī)范中，Java是能夠支持assert的，但是由于一些實(shí)現(xiàn)的限制，這些特性從規(guī)范中除去了。因此，assert的再次引入應(yīng)該是恢復(fù)了Java對assert的支持。C語言就是通過Assert.h函數(shù)庫實(shí)現(xiàn)斷言的支持。

Java的assertion的開啟也和C語言不太一樣，我們都知道在C語言中，assertion的開啟是在編譯時(shí)候決定的。當(dāng)我們使用debug方式編譯程序時(shí)候，assertion被開啟，而使用release方式編譯時(shí)候，assertion自動被關(guān)閉。而Java的assertion卻是在運(yùn)行的時(shí)候進(jìn)行決定的。其實(shí)，這兩種方式是各有優(yōu)缺點(diǎn)。如果采用編譯時(shí)決定方式，開發(fā)人員將處理兩種類型的目標(biāo)碼，debug版本和release版本，這加大了文檔管理的難度，但是提高了代碼的運(yùn)行效率。Java采用運(yùn)行時(shí)決定的方式，這樣所有的assertion信息將置于目標(biāo)代碼中，同一目標(biāo)代碼可以選擇不同方式運(yùn)行，增強(qiáng)目標(biāo)代碼的靈活性，但是它將犧牲因?yàn)閍ssertion而引起一部分性能損失。Java專家小組認(rèn)為，所犧牲的性能相當(dāng)小，因此java采用了運(yùn)行時(shí)決定方式。

另外，我們注意到AssertionError作為Error的一個(gè)子類，而不是RuntimeException。關(guān)于這一點(diǎn)，專家組也進(jìn)行了長期的討論。Error代表一些異常的錯(cuò)誤，通常是不可以恢復(fù)的，而RuntimeException強(qiáng)調(diào)該錯(cuò)誤在運(yùn)行時(shí)才發(fā)生的特點(diǎn)。AssertionError通常為非常關(guān)鍵的錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤往往是不容易恢復(fù)的，而且assertion機(jī)制也不鼓勵(lì)程序員對這種錯(cuò)誤進(jìn)行恢復(fù)。因此，為了強(qiáng)調(diào)assertion的含義，Java專家小組選擇了讓AssertError為Error的子類。

§1.1.3                     assertion與繼承

在本節(jié)，我們將考慮assertion與繼承的關(guān)系，研究assert是如何定位的。如果開啟一個(gè)子類的assertion，那么它的父類的assertion是否執(zhí)行？

下面的例子將顯示如果一個(gè)assert語句在父類，而當(dāng)它的子類調(diào)用它時(shí)，該assert為false。我們看看在不同的情況下，該assertion是否被處理。

class Base

{

  public void baseMethod()

  { // 總是assertion失敗

    assert      false : "Assertion failed:This is base ";

    System.out.println("Base Method");

  }

}

class Derived

  extends Base

{

  public void derivedMethod()

  { // 總是assertion失敗

    assert false: "Assertion failed:This is derive";

    System.out.println( "Derived Method" );

  }

  public static void main( String[] args )

  {

    try

    {

      Derived derived = new Derived();

      derived.baseMethod(  );

      derived.derivedMethod();

    }

    catch( AssertionError ae )

    {

      System.out.println(ae);

    }

  }

}

從這個(gè)例子我們可以看出，父類的assert語句將只有在父類的assert開啟才起作用，如果僅僅開啟子類的assert，父類的assert仍然不運(yùn)行。例如，我們執(zhí)行java -ea:Derived Derived的時(shí)候，Base類的assert語句并不執(zhí)行。因此，我們可以認(rèn)為，assert語句不具有繼承功能。

§1.1.4                     assertion的使用

assertion的使用是一個(gè)復(fù)雜的問題，因?yàn)檫@將涉及到程序的風(fēng)格，assertion運(yùn)用的目標(biāo)，程序的性質(zhì)等問題。通常來說，assertion用于檢查一些關(guān)鍵的值，并且這些值對整個(gè)程序，或者局部功能的完成有很大的影響，并且這種錯(cuò)誤不容易恢復(fù)的。assertion表達(dá)式應(yīng)該短小、易懂，如果需要評估復(fù)雜的表達(dá)式，應(yīng)該使用函數(shù)計(jì)算。以下是一些使用assertion的情況的例子，這些方式可以讓java程序的可靠性更高。

1.       檢查控制流；在if-then-else和swith-case語句中，我們可以在不應(yīng)該發(fā)生的控制支流上加上assert false語句。如果這種情況發(fā)生了，assert能夠檢查出來。
例如：x取值只能使1,2,3，我們的程序可以如下表示

2.                   switch (x)

3.                   { case 1: …;

4.                     case 2: …;

5.                     case 3: …

6.                     default: assert false:"x value is invalid: "+x;

7.           }

8.       在私有函數(shù)計(jì)算前，檢查輸入?yún)?shù)是否有效；對于一私有些函數(shù)，要求輸入滿足一些特定的條件，那么我們可以在函數(shù)開始處使用assert進(jìn)行參數(shù)檢查。對于公共函數(shù)，我們通常不使用assertion檢查，因?yàn)橐话銇碚f，公共函數(shù)必須對無效的參數(shù)進(jìn)行檢查和處理。而私有函數(shù)往往是直接使用的。
例如：某函數(shù)可能要求輸入的參數(shù)必須不為null。那么我們可以在函數(shù)的一開始加上 assert parameter1!=null : "paramerter is null in test method";

9.       在函數(shù)計(jì)算后，檢查函數(shù)結(jié)果是否有效；對于一些計(jì)算函數(shù)，函數(shù)運(yùn)行完成后，某些值需要保證一定的性質(zhì)，因此我們可以通過assert檢查該值。
例如，我們有一個(gè)計(jì)算絕對值的函數(shù)，那么我們就可以在函數(shù)的結(jié)果處，加上一個(gè)語句：

assert  value>=0:"Value should be bigger than 0:"+value;

通過這種方式，我們可以對函數(shù)計(jì)算完的結(jié)果進(jìn)行檢查。

10.   檢查程序不變量；有些程序中，存在一些不變量，在程序的運(yùn)行生命周期，這些不變量的值都是不變的。這些不變量可能是一個(gè)簡單表達(dá)式，也可能是一個(gè)復(fù)雜的表達(dá)式。對于一些關(guān)鍵的不變量，我們可以通過assert進(jìn)行檢查。
例如，在一個(gè)財(cái)會系統(tǒng)中，公司的支出和收入必須保持一定的平衡關(guān)系，因此我們可以編寫一個(gè)表達(dá)式檢查這種平衡關(guān)系，如下表示。

11.                 private boolean isBalance() {

12.                  ……

13.                }

在這個(gè)系統(tǒng)中，在一些可能影響這種平衡關(guān)系的方法的前后，我們都可以加上assert驗(yàn)證：assert isBalance():"balance is destoried";

§1.1.5                     結(jié)論

assertion為開發(fā)人員提供了一種靈活地調(diào)試和測試機(jī)制，它的使用也非常簡單、方便。但是，如何規(guī)范、系統(tǒng)地使用assertion(特別是在Java語言中)仍然是一個(gè)亟待研究的問題