面试题：C++ assert() 机制的深度优化与自定义实现

Question

在大型项目中，assert() 的频繁调用可能会影响性能。请讨论如何在不关闭断言功能的前提下，对 assert() 的使用进行优化以提升性能。另外，假设 C++ 标准库中没有 assert() 宏，你将如何自定义实现一个功能类似的断言机制，并且考虑如何使其能在不同编译模式下灵活切换？

Answer 1

优化 assert() 使用提升性能（不关闭断言功能）

1. 条件编译：利用条件编译（如 #ifdef、#ifndef 等），在开发阶段保留 assert() 调用，而在发布阶段去除。例如：

#ifdef DEBUG
#define MY_ASSERT(x) assert(x)
#else
#define MY_ASSERT(x) ((void)0)
#endif

这样在非调试模式下，MY_ASSERT 实际上不会进行任何操作，从而减少性能开销。

2. 延迟检查：将断言检查的逻辑延迟到更合适的时机，比如在程序某个模块结束或者特定的检查点进行，而不是在每次可能出现问题的地方立即调用 assert()。例如，对于一些中间计算结果的断言，可以在该计算相关的函数返回前进行统一检查。

3. 减少复杂表达式：避免在 assert() 中使用复杂的、开销较大的表达式。因为 assert() 无论在何种编译模式下，只要代码执行到就会进行判断，复杂表达式会增加不必要的性能开销。例如，应避免 assert(expensiveFunction() == result)，可以先将 expensiveFunction() 的结果保存到一个变量中，再进行断言 auto temp = expensiveFunction(); assert(temp == result);。

自定义断言机制及编译模式切换

#include <iostream>
#include <cstdlib>

// 自定义断言宏
#ifdef DEBUG
#define MY_ASSERT(x) \
    if (!(x)) { \
        std::cerr << "Assertion failed: " #x " at file " __FILE__ " line " << __LINE__ << std::endl; \
        std::abort(); \
    }
#else
#define MY_ASSERT(x) ((void)0)
#endif

int main() {
    int num = 10;
    MY_ASSERT(num > 5); // 在DEBUG模式下进行断言检查，非DEBUG模式下无操作
    return 0;
}

在上述代码中：

• 通过 #ifdef DEBUG 来区分不同的编译模式。在调试模式（定义了 DEBUG）下，MY_ASSERT 会进行断言检查，如果断言条件不成立，会输出错误信息并调用 std::abort() 终止程序。
• 在非调试模式下，MY_ASSERT 被定义为无操作的代码 ((void)0)，从而避免了运行时开销。这样就实现了类似 assert() 的功能，并且能在不同编译模式下灵活切换。