assert使用小结

assert使用小结

assert expression1;
assert expression1:expression2;
如果expression1为true,则不抛出错误,程序正常运行,expression2也不会执行。
如果expression1为false,则抛出异常,程序中断跳出,expression2执行。

一般来说,不要在expression1、expression2中使用函数的返回值;
不要将其使用在public函数中检查输入参数,但可以用于private函数中检测输入参数。

使用时,编译时需要用javac -source;执行时需要使用java -ea。


个人的一点理解:使用assert只是为了帮助我们调试程序,因此使用assert所遵循的原则就是“不能因为有了assert的存在而使程序的结构发生 任何的改变”,说白了就是“如果把assert部分删除了,程序依然不会有任何的问题,只不过不能帮助我们检查出一些错误来了”,因此使用assert的 时候不应该在表达式中使用函数,因为一旦把这句assert语句删除后,程序的结构就改变了,这不符合上述提到的原则!

 

 附上一篇写得很不错的原文:

深入解析Java的assertion

一、assertion的语法和语义

    J2SE 1.4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. assert expression1;
  2. assert expression1: 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 < value;
  2. assert  0 < value:"value="+value;
  3. assert  ref != null:"ref doesn't equal null";
  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-source 1.4作为参数。-source 1.4表示使用JDK 1.4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      -source   1.4    test.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-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-disenablesystemassertions,全名和缩写名有同样的功能。  
  2. 参数 -ea-ea
    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
    -eajava -ea打开所有用户类的assertion
    -dajava -da关闭所有用户类的assertion
    -ea:<classname>java -ea:MyClass1打开MyClass1的assertion
    -da:<classname>java -da: MyClass1关闭MyClass1的assertion
    -ea:<packagename>java -ea:pkg1打开pkg1包的assertion
    -da:<packagename>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:<packagename>...java -ea:pkg1...打开pkg1包和其子包的assertion
    -da:<packagename>...java -da:pkg1...关闭pkg1包和其子包的assertion
    -esajava -esa打开系统类的assertion
    -dsajava -dsa关闭系统类的assertion
    综合使用java -dsa:MyClass1:pkg1关闭MyClass1和pkg1包的assertion

    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,我们都知道在C语言中,assertion的开启是在编译时候决定的。当我们使用debug方式 编译程序时候,assertion被开启,而使用release方式编译时候,assertion自动被关闭。而Java的assertion却是在运行 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。

class Base
{
public void baseMethod()
{
assert false : "Assertion failed:This is base ";// 总是assertion失败
System.out.println("Base Method");
}
}
class Derived
extends Base
{
public void derivedMethod()
{
assert false: "Assertion failed:This is derive";// 总是assertion失败
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);
}
}
}

运行命令含义结果
Java Derived不启用assertionBase Method
Derived Method
Java -ea Derived开启所有assertionJava.lang.AssertionError:Assertion Failed:This is base
Java -da Derived关闭所有assertionBase Method
Derived Method
Java -ea:Base Derived仅打开Base的assertionJava.lang.AssertionError:Assertion Failed:This is base
Java -ea:Derived Derived 仅打开Derived的assertionBase Method
Java.lang.AssertionError:Assertion Failed:This is derived

       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:Derived Derived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assert false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
    	switch (x)
    { case 1: …;
    case 2: …;
    case 3: …
    default: assert false:"x value is invalid: "+x;
    }
  2. 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 assert parameter1!=null : "paramerter is null in test method";
  3. 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:
    assert  value>=0:"Value should be bigger than 0:"+value;
    通过这种方式,我们可以对函数计算完的结果进行检查。
  4. 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。
              private boolean isBalance() {
    ……
    }
    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:assert isBalance():"balance is destoried";  

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。

关于作者
欧阳辰,北京大学计算机系硕士毕业,98年起开始研究基于java的软件开发、测试,参与开发、测试过多个基于Java的应用程序和Web服务项目。联系方式mailto:yeekee@sina.com
周欣,北京大学计算机系在读博士生,主要研究方向:程序理解、逆向工程及软件度量,联系方式 zhouxin@sei.pku.edu.cn

 

 

此文是转载,我归纳下文章的阐述要点:

1 使用assert所遵循的原则就是“不能因为有了assert的存在而使程序的结构发生 任何的改变”,说白了就是“如果把assert部分删除了,程序依然不会有任何的问题,只不过不能帮助我们检查出一些错误来了。

2 在运行时,如果关闭了assertion功能,这些语句将不起任何作用。开启的方式是增加参数 -ea -esa。

3 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。

4 assert语句不具有继承功能。

5 AssertionError作为Error的一个子类,而不是RuntimeException,为了强调assertion的含义,Java专家小组选择了让AssertError为Error的子类。

 

<think>好的,我现在需要帮助用户解决他们关于使用RoboticsToolbox实现不使用assert的机器人轨迹规划、控制器设计、仿真验证的问题。用户之前已经提供了一些代码示例和引用资料,我需要结合这些信息来生成合适的回答。首先,用户的需求是创建一个关节数不少于4的机器人,完成圆形切割任务,并且不使用assert。根据用户提供的引用[1]和[2],他们可能遇到了逆运动学求解的问题,特别是关于初始值设置的问题。引用[2]中提到ikine函数在设置初始值时可能存在bug,用户修改了代码来正确传递初始值。这可能需要在回答中提及,并给出解决方案。 接下来,用户之前的回答中已经使用了SCARA机器人作为例子,这里可能需要继续沿用这个模型,或者选择其他类型的4轴机器人,比如四轴串联机械臂。需要确保机器人的关节数符合要求。关于轨迹规划,用户提到使用三次样条插值和笛卡尔空间轨迹生成。根据引用[1],RoboticsToolbox有ctraj和jtraj等函数,可以用于笛卡尔空间和关节空间的轨迹规划。需要展示如何生成圆形轨迹,并将其转换为关节空间的轨迹,可能需要使用ikcon或ikine函数进行逆解,同时注意初始值的设置问题。控制器设计部分,用户之前使用了PID控制,需要继续使用这种方法,并可能结合前馈控制来提高跟踪精度。需要引用用户提到的动力学补偿方法,如使用dyn()函数来处理科氏力和重力项。仿真验证需要展示如何通过plot函数进行动画演示,并生成视频。用户之前的问题中提到视频卡顿的问题,可能需要建议调整帧率或渲染设置。 需要注意用户强调不使用assert,这可能意味着用户希望避免使用断言进行错误检查,或者在代码示例中不包含assert语句。需要确保提供的代码示例中没有使用assert,而是通过其他方式处理可能的错误,比如条件判断或异常捕获。 在回答结构上,需要分步骤进行,包括机器人建模、轨迹生成、逆解、轨迹插值、控制器设计、仿真和视频录制。每个步骤需要提供代码示例,并解释关键技术点,如轨迹参数化、逆运动学优化、控制策略等。 同时,需要参考用户提供的引用资料,正确引用[^1]和[^2],例如在讨论逆运动学时提到使用ikcon函数避免奇异点,引用[^1],以及在处理初始值时引用[^2]的修改方法。最后,生成的相关问题需要与主题相关,如轨迹精度验证、动力学参数辨识、笛卡尔与关节空间规划的区别、逆解无解处理、避障功能等,确保问题覆盖用户可能遇到的后续疑问。 总结来说,我需要整合用户提供的代码和引用资料,构建一个不使用assert的完整解决方案,涵盖建模、规划、控制、仿真和演示,并正确引用相关文献,同时生成相关问题以帮助用户深入理解。</think>### 分步实现方法(基于Robotics Toolbox) #### 1. 机器人建模(4轴机械臂) ```matlab % 采用标准D-H参数建立四轴机械臂 L(1) = Link('d', 0.3, 'a', 0, 'alpha', pi/2); L(2) = Link('d', 0, 'a', 0.25, 'alpha', 0); L(3) = Link('d', 0, 'a', 0.2, 'alpha', 0); L(4) = Link('d', 0.1, 'a', 0, 'alpha', 0); robot = SerialLink(L, 'name', '4DOF_Arm'); robot.teach(); % 验证模型 ``` #### 2. 圆形轨迹生成(笛卡尔空间) $$ \begin{cases} x = x_c + R\cos\theta \\ y = y_c + R\sin\theta \\ z = z_0 \end{cases} $$ ```matlab theta = linspace(0, 2*pi, 100); path = zeros(length(theta), 3); R = 0.15; % 圆半径 center = [0.4, 0.3, 0.2]; % 圆心坐标 for i = 1:length(theta) path(i,:) = [center(1)+R*cos(theta(i)),... center(2)+R*sin(theta(i)),... center(3)]; end ``` #### 3. 逆运动学求解(优化方法) ```matlab q_target = zeros(length(path), 4); q0 = [0, pi/4, -pi/3, 0]; % 初始关节角 for i = 1:length(path) T = transl(path(i,:)) * trotx(pi/2); % 末端姿态 q_target(i,:) = robot.ikcon(T, q0); % 数值逆解[^1] q0 = q_target(i,:); % 更新初始猜测值 end ``` #### 4. 轨迹插值(五次多项式) $$ q(t) = a_5t^5 + a_4t^4 + a_3t^3 + a_2t^2 + a_1t + a_0 $$ ```matlab t = linspace(0, 10, 100); traj = jtraj(q_target(1,:), q_target(end,:), t); % 关节空间轨迹[^1] ``` #### 5. 鲁棒控制器设计 ```matlab % PID参数 Kp = diag([20, 18, 15, 10]); Ki = diag([0.5, 0.4, 0.3, 0.2]); Kd = diag([3, 2.5, 2, 1.5]); % 前馈补偿项 tau_ff = robot.rne(traj.q, traj.qd, traj.qdd); % 逆动力学计算[^1] for i = 1:length(t) q_actual = robot.getpos(); % 当前实际位置 e = traj.q(i,:) - q_actual; e_int = e_int + e*0.01; e_deriv = (e - e_prev)/0.01; % 复合控制律 tau = Kp*e' + Ki*e_int' + Kd*e_deriv' + tau_ff(i,:)'; robot.dyn(tau); % 应用控制力矩 e_prev = e; end ``` #### 6. 仿真验证与可视化 ```matlab robot.plot(traj.q, 'trail', 'b-', 'view', [45 35]); hold on; plot3(path(:,1), path(:,2), path(:,3), 'r--'); % 叠加理论轨迹 ``` #### 7. 误差分析(末端跟踪精度) $$ e = \sqrt{(x_d - x_a)^2 + (y_d - y_a)^2 + (z_d - z_a)^2} $$ ```matlab error = zeros(length(traj),1); for i = 1:length(traj) T = robot.fkine(traj.q(i,:)); pos = T.t; error(i) = norm(path(i,:) - pos'); end plot(t, error); ``` ### 关键技术要点 1. **轨迹连续性**:五次多项式保证关节加速度连续[^1] 2. **逆解稳定性**:`ikcon`函数通过优化算法避免奇异位形[^1] 3. **复合控制**:前馈补偿+反馈校正提升动态性能[^1] 4. **动力学建模**:`rne`函数自动计算非线性耦合项[^1] ### 优化建议 1. **轨迹参数化**:使用`ctraj`实现笛卡尔空间直线插补[^1] 2. **奇异点规避**:限制关节2运动范围在$[-\pi/2, \pi/2]$内 3. **实时性提升**:采用预计算轨迹+在线补偿策略 4. **可视化增强**:添加工具坐标系显示和切削力矢量
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