Boost学习笔记 BOOST_STATIC_ASSERT

本文介绍了Boost库中的静态断言宏BOOST_STATIC_ASSERT的工作原理。通过分析宏内部的模板特化结构,展示了如何在编译阶段捕获错误并提供详细的错误信息。
 
Boost中提供了一个编译时断言宏BOOST_STATIC_ASSERT,这个宏很简单,但里面也有一些值得学习的地方。
首先来看看真正做事的代码
template <bool x> struct STATIC_ASSERTION_FAILURE;
 
template <> struct STATIC_ASSERTION_FAILURE<true> { enum { value = 1 }; };
 
template<int x> struct static_assert_test{};
注意这里定义了一个模板STATIC_ASSERTION_FAILURE;利用模板的偏特化对true的时候给出了一个特化版本,而对于当false的时候并没有定义。这就是实现编译时断言的关键所在。其实你可以直接使用
STATIC_ASSERTION_FAILURE;但是直接使用不方便。应为它是一个类。
STATIC_ASSERTION_FAILURE<false> ;如果想这样它是不会断言失败的。你必须
STATIC_ASSERTION_FAILURE<false> obj;要明确定义一个对象编译器才会明确告诉你,你断言错了。而且这样的模板形式显然不符合我们使用断言宏的习惯。所以boost给出了一个方便的宏的形式。还有个问题
template<int x> struct static_assert_test{};有什么用?一会儿就会看到。
下面看看平时真正使用的那个宏
#define BOOST_STATIC_ASSERT( B ) /
   typedef ::boost::static_assert_test</
      sizeof(::boost::STATIC_ASSERTION_FAILURE< (bool)( B ) >)>/
         BOOST_JOIN(boost_static_assert_typedef_, __COUNTER__)
这个宏是针对VC的,关于这个一会儿再解释。
首先当然从最里面开始剖析sizeof(::boost::STATIC_ASSERTION_FAILURE< (bool)( B ) >),首先要知道sizeof()实际上是工作再编译期的,它会检查::boost::STATIC_ASSERTION_FAILURE< (bool)( B ) >的大小,如果B = false,由于没有定义关于false的特化版本,sizeof()不能取得它的大小所以不能编译通过。还要注意一点这里用的typedeftypedef也是再编译是工作的,而且在运行是不占用资源。
然后看最后一句BOOST_JOIN(boost_static_assert_typedef_, __COUNTER__),也就是被定义的类型名。
在这里的作用就是boost_static_assert_typedef_##__COUNTER__也就是
boost_static_assert_typedef___COUNTER__。注意了,这里__COUNTER_其实也是一个宏,一个VC专有的宏,每使用它一次它就会增加1,比如说你说第10次使用它,那么它就会变成
boost_static_assert_typedef_9(最开始___COUNTER__为0),但这又有什么用呢,编译错误时它可以告诉你是第几个BOOST_STATIC_ASSERT出了问题,但在我的编译器上显然不做不到,应为我的编译器会直接找出问题的关键所在:显示:STATIC_ASSERTION_FAILURE出错。对于其他编译器这里用的时__LINE__,这个标准宏,它表示在文件中所在的行。
最后有一点就是BOOST_STATIC_ASSERT是放在全局命名空间中的,所以使用的时候不用加boost::限定名。
 
在 C 语言和 C++ 中,`_Static_assert` 和 `static_assert` 都用于实现静态断言(即在编译阶段进行条件检查),但它们在语法、使用方式以及标准支持上存在一些差异。 ### 语法和关键字形式 - 在 C 语言中,从 C11 标准开始引入了 `_Static_assert` 关键字,用于进行静态断言。其语法形式为: ```c _Static_assert(constant-expression, string-literal); ``` 这里 `constant-expression` 是一个常量表达式,如果其值为假(0),则触发编译错误;`string-literal` 是一个字符串字面量,用于提供错误信息[^2]。 - 在 C++ 中,从 C++11 标准开始引入了 `static_assert` 关键字。其语法形式为: ```cpp static_assert(constant-expression, string-literal); ``` 从 C++17 开始,`static_assert` 的语法允许省略错误消息参数,即可以仅提供条件表达式而不提供消息: ```cpp static_assert(constant-expression); ``` 这种形式在 C 语言的 `_Static_assert` 中并不存在[^3]。 ### 标准支持 - `_Static_assert` 是 C11 标准中定义的特性,因此它仅适用于 C 语言环境。在 C 语言中,静态断言只能在编译时检查常量表达式是否为真,并且必须提供错误消息字符串[^2]。 - `static_assert` 是 C++11 标准中引入的特性,并在 C++17 中得到了扩展。它不仅支持在编译时检查常量表达式,还支持更灵活的语法形式(如省略错误消息)[^3]。 ### 使用场景 - 在 C 语言中,`_Static_assert` 常用于检查类型大小、常量值等编译期间可确定的条件。例如,验证 `CHAR_BIT` 是否为 8: ```c #include <limits.h> _Static_assert(CHAR_BIT == 8, "Char size must be 8 bits."); ``` 这有助于确保代码在特定平台上的正确性[^2]。 - 在 C++ 中,`static_assert` 除了可以用于类似的用途外,还广泛应用于模板元编程中。它可以用于验证模板参数是否满足特定条件,从而在编译时捕获潜在的错误。例如: ```cpp template <class T> struct Check { static_assert(sizeof(int) <= sizeof(T), "T is not big enough!"); }; ``` 这种用法在 C++ 模板编程中非常常见,因为它能够在编译时进行更复杂的类型检查[^4]。 ### 错误信息处理 - 在 C 语言中,`_Static_assert` 必须提供一个字符串字面量作为错误信息,否则会导致编译错误。这意味着开发者必须明确提供错误信息,以帮助调试。 - 在 C++ 中,`static_assert` 从 C++17 开始允许省略错误信息参数。这种灵活性使得开发者可以在某些情况下简化代码,尤其是在调试或快速原型开发时。 ### 示例对比 - **C 语言中的 `_Static_assert`**: ```c #include <stdio.h> #include <limits.h> _Static_assert(CHAR_BIT == 8, "Char size must be 8 bits."); int main() { printf("CHAR_BIT is %d\n", CHAR_BIT); return 0; } ``` 如果 `CHAR_BIT` 不等于 8,则编译时会触发错误,并显示指定的错误信息。 - **C++ 中的 `static_assert`**: ```cpp #include <iostream> template <class T> struct Check { static_assert(sizeof(int) <= sizeof(T), "T is not big enough!"); }; int main() { Check<int> c1; // 编译通过 Check<char> c2; // 编译失败,因为 sizeof(int) > sizeof(char) return 0; } ``` 在这个例子中,`static_assert` 会在编译时检查模板参数 `T` 的大小是否足够大,否则触发编译错误。 ### 总结 - `_Static_assert` 和 `static_assert` 都是用于编译时断言的工具,但它们分别属于 C 和 C++ 的标准。 - `_Static_assert` 在 C 语言中必须提供错误消息,而 `static_assert` 在 C++17 中可以省略。 - `static_assert` 在 C++ 中的应用更为广泛,特别是在模板元编程中,能够提供更强的类型检查能力。
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