面试题：C++中assert函数与异常处理机制的结合使用

Question

在一个复杂的C++项目中，既使用了异常处理机制，又有assert函数。请阐述在何种场景下应该优先使用assert，何种场景下应优先使用异常处理，以及如何让两者协同工作，提高程序的健壮性和可维护性。

Answer 1

优先使用assert的场景

1. 内部逻辑检查：
   • 当确认代码中的一些内部假设条件成立时使用。例如，在一个链表操作函数中，假设链表头指针不会为空，如果这个假设不成立程序逻辑会出错，就可以使用assert(head != nullptr)。这种假设通常是基于代码作者对程序内部逻辑的理解，且这些条件在正常情况下不应被违反。
   • 对于函数参数在函数内部使用方式的假设检查。比如一个计算数组平均值的函数，假设传入的数组长度大于0，void calculateAverage(int* arr, int len) { assert(len > 0); // 后续计算平均值的逻辑 }。
2. 调试阶段：
   • assert的代码在NDEBUG宏定义后会被忽略，所以在调试阶段可以大量使用assert来帮助定位问题。例如在循环中检查某些变量的中间状态是否符合预期，一旦不符合，assert触发，程序终止，便于开发者定位问题。

优先使用异常处理的场景

1. 外部条件错误：
   • 当错误源于外部输入、系统调用或一些运行时可能发生但难以在开发时完全预测的情况时使用异常。比如文件读取操作，可能因为文件不存在、权限不足等外部原因失败，此时可以抛出异常if (!file.open("test.txt")) { throw std::runtime_error("Failed to open file"); }。
   • 网络操作中，如连接服务器失败，try { // 尝试连接服务器 if (!connect(serverAddr)) { throw std::runtime_error("Failed to connect to server"); } } catch (const std::exception& e) { // 处理异常 }。
2. 错误处理逻辑复杂：
   • 当错误发生后需要进行复杂的清理、恢复或通知操作时，异常处理更合适。例如在一个数据库事务操作中，如果某个操作失败，需要回滚事务并释放相关资源，使用异常可以方便地在catch块中集中处理这些复杂逻辑。

两者协同工作

1. 异常处理外层，assert内层：
   • 在函数内部使用assert检查内部假设条件，而将可能出现的外部错误用异常抛出。例如在一个数据库访问类中，类的成员函数内部可能使用assert确保内部数据结构（如连接池的状态）正常，而在执行SQL语句等可能因外部原因（如数据库服务器宕机）失败的操作时抛出异常。
2. 利用NDEBUG宏：
   • 在调试构建中，assert可以帮助快速发现内部逻辑错误。而在发布构建中（定义了NDEBUG宏），assert代码被移除，异常处理则作为主要的错误处理机制。这样既保证了调试时快速定位问题，又在发布版本中不影响性能且能处理外部错误。
3. 异常安全与资源管理：
   • 对于使用了资源（如文件句柄、内存等）的代码，利用RAII（Resource Acquisition Is Initialization）机制结合异常处理，在catch块中进行资源清理等操作，同时在内部逻辑中使用assert保证资源使用的正确性。例如，使用智能指针管理内存资源，在函数内部使用assert确保智能指针操作符合预期，当外部错误（如内存分配失败）发生时，异常处理可以处理相关情况。