簡(jiǎn)介

C++0x中引入了static_assert這個(gè)關(guān)鍵字，用來(lái)做編譯期間的斷言，因此叫做靜態(tài)斷言。

其語(yǔ)法很簡(jiǎn)單：static_assert(常量表達(dá)式，提示字符串)。

如果第一個(gè)參數(shù)常量表達(dá)式的值為真(true或者非零值)，那么static_assert不做任何事情，就像它不存在一樣，否則會(huì)產(chǎn)生一條編譯錯(cuò)誤，錯(cuò)誤位置就是該static_assert語(yǔ)句所在行，錯(cuò)誤提示就是第二個(gè)參數(shù)提示字符串。

說(shuō)明

使用static_assert，我們可以在編譯期間發(fā)現(xiàn)更多的錯(cuò)誤，用編譯器來(lái)強(qiáng)制保證一些契約，并幫助我們改善編譯信息的可讀性，尤其是用于模板的時(shí)候。

static_assert可以用在全局作用域中，命名空間中，類(lèi)作用域中，函數(shù)作用域中，幾乎可以不受限制的使用。

編譯器在遇到一個(gè)static_assert語(yǔ)句時(shí)，通常立刻將其第一個(gè)參數(shù)作為常量表達(dá)式進(jìn)行演算，但如果該常量表達(dá)式依賴(lài)于某些模板參數(shù)，則延遲到模板實(shí)例化時(shí)再進(jìn)行演算，這就讓檢查模板參數(shù)成為了可能。

由于之前有望加入C++0x標(biāo)準(zhǔn)的concepts提案最終被否決了，因此對(duì)于檢查模板參數(shù)是否符合期望的重任，就要靠static_assert來(lái)完成了，所以如何構(gòu)造適當(dāng)?shù)某Ａ勘磉_(dá)式，將是一個(gè)值得探討的話題。

性能方面，由于是static_assert編譯期間斷言，不生成目標(biāo)代碼，因此static_assert不會(huì)造成任何運(yùn)行期性能損失。

范例

下面是一個(gè)來(lái)自MSDN的簡(jiǎn)單范例：

static_assert(sizeof(void *) == 4, "64-bit code generation is not supported.");

該static_assert用來(lái)確保編譯僅在32位的平臺(tái)上進(jìn)行，不支持64位的平臺(tái)，該語(yǔ)句可以放在文件的開(kāi)頭處，這樣可以盡早檢查，以節(jié)省失敗情況下的編譯時(shí)間。

再看另一個(gè)范例：

   1: struct MyClass

   2: {

   3:     char m_value;

   4: };

   5:  

   6: struct MyEmptyClass

   7: {

   8:     void func();

   9: };

  10:  

  11: // 確保MyEmptyClass是一個(gè)空類(lèi)（沒(méi)有任何非靜態(tài)成員變量，也沒(méi)有虛函數(shù)）

  12: static_assert(std::is_empty<MyEmptyClass>::value, "empty class needed");

  13:  

  14: //確保MyClass是一個(gè)非空類(lèi)

  15: static_assert(!std::is_empty<MyClass>::value, "non-empty class needed");

  16:  

  17: template <typename T, typename U, typename V>

  18: class MyTemplate

  19: {

  20:     // 確保模板參數(shù)T是一個(gè)非空類(lèi)

  21:     static_assert(

  22:         !std::is_empty<T>::value,

  23:         "T should be n non-empty class"

  24:         );

  25:  

  26:     // 確保模板參數(shù)U是一個(gè)空類(lèi)

  27:     static_assert(

  28:         std::is_empty<U>::value,

  29:         "U should be an empty class"

  30:         );

  31:  

  32:     // 確保模板參數(shù)V是從std::allocator<T>直接或間接派生而來(lái)，

  33:     // 或者V就是std::allocator<T>

  34:     static_assert(

  35:         std::is_base_of<std::allocator<T>, V>::value,

  36:         "V should inherit from std::allocator<T>"

  37:         );

  38:  

  39: };

  40:  

  41: // 僅當(dāng)模板實(shí)例化時(shí)，MyTemplate里面的那三個(gè)static_assert才會(huì)真正被演算，

  42: // 藉此檢查模板參數(shù)是否符合期望

  43: template class MyTemplate<MyClass, MyEmptyClass, std::allocator<MyClass>>;

相關(guān)比較

我們知道，C++現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)中，就有assert、#error兩個(gè)設(shè)施，也是用來(lái)檢查錯(cuò)誤的，還有一些第三方的靜態(tài)斷言實(shí)現(xiàn)。

assert是運(yùn)行期斷言，它用來(lái)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行期間的錯(cuò)誤，不能提前到編譯期發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，也不具有強(qiáng)制性，也談不上改善編譯信息的可讀性，既然是運(yùn)行期檢查，對(duì)性能當(dāng)然是有影響的，所以經(jīng)常在發(fā)行版本中，assert都會(huì)被關(guān)掉；

#error可看做預(yù)編譯期斷言，甚至都算不上斷言，僅僅能在預(yù)編譯時(shí)顯示一個(gè)錯(cuò)誤信息，它能做的不多，可以參與預(yù)編譯的條件檢查，由于它無(wú)法獲得編譯信息，當(dāng)然就做不了更進(jìn)一步分析了。

那么，在stastic_assert提交到C++0x標(biāo)準(zhǔn)之前，為了彌補(bǔ)assert和#error的不足，出現(xiàn)了一些第三方解決方案，可以作編譯期的靜態(tài)檢查，例如BOOST_STATIC_ASSERT和LOKI_STATIC_CHECK，但由于它們都是利用了一些編譯器的隱晦特性實(shí)現(xiàn)的trick，可移植性、簡(jiǎn)便性都不是太好，還會(huì)降低編譯速度，而且功能也不夠完善，例如BOOST_STATIC_ASSERT就不能定義錯(cuò)誤提示文字，而LOKI_STATIC_CHECK則要求提示文字滿足C++類(lèi)型定義的語(yǔ)法。

編譯器實(shí)現(xiàn)

gcc和vc的實(shí)現(xiàn)沒(méi)有太大的差別，均不支持中文提示，非常遺憾，而且VC僅支持ASCII編碼，L前綴就會(huì)編譯出錯(cuò)。GCC好像可以支持其他編碼，例如L前綴和U前綴，但我試過(guò)發(fā)現(xiàn)結(jié)果和ASCII編碼一樣。

static_assert的錯(cuò)誤提示，VC比GCC稍微友好一些，VC對(duì)上下文和調(diào)用堆棧都有較清晰描述，相比之下，GCC的提示簡(jiǎn)陋一些，但也算比較明確吧，本來(lái)么，static_assert很大程度上就是為了編譯器的提示信息更加友好而存在的。

應(yīng)用研究

最后再舉個(gè)例子，用來(lái)判斷某個(gè)類(lèi)是否有某個(gè)指定名字的成員，供參考和體驗(yàn)。其實(shí)static_assert的應(yīng)該很大程度上就是看如何構(gòu)造常量表達(dá)式了，這個(gè)例子中使用了decltype關(guān)鍵字(也是C++0x新特性)和SFINAE技巧，以及一些編譯器相關(guān)的技巧（主要是解決VC編譯器的bug），具體的技術(shù)細(xì)節(jié)和原理在今后的文章中還會(huì)仔細(xì)探討。

   1: // 判斷類(lèi)是否含有foo這個(gè)成員變量和成員函數(shù)

   2: // 針對(duì)GCC的實(shí)現(xiàn)，基本上就是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)C++的實(shí)現(xiàn)

   3: #ifdef __GNUC__

   4:  

   5: // check_property_foo函數(shù)的兩個(gè)重載版本，結(jié)合decltype，

   6: // 通過(guò)SFINAE在編譯期推導(dǎo)指定類(lèi)型是否含有foo這個(gè)成員變量

   7: char check_property_foo(...);

   8:  

   9: template <typename T>

  10: void* check_property_foo(T const& t, decltype(&(t.foo)) p = 0);

  11:  

  12: // 這個(gè)類(lèi)模板通過(guò)check_property_foo得出T是否含有foo這個(gè)成員變量

  13: template <typename T>

  14: struct has_property_foo : public std::integral_constant<

  15:     bool, sizeof(check_property_foo(*static_cast(0))) == sizeof(void*)>

  16: {

  17: };

  18:  

  19: // check_method_foo函數(shù)的兩個(gè)重載版本，結(jié)合decltype，

  20: // 通過(guò)SFINAE在編譯期推導(dǎo)指定類(lèi)型是否含有foo這個(gè)成員函數(shù)

  21: char check_method_foo(...);

  22:  

  23: template <typename T>

  24: void* check_method_foo(T const& t, decltype(&(T::foo)) p = 0);

  25:  

  26: // 這個(gè)類(lèi)模板通過(guò)check_method_foo得出T是否含有foo這個(gè)成員函數(shù)

  27: template <typename T>

  28: struct has_method_foo  : public std::integral_constant<

  29:     bool, !has_property_foo::value &&

  30:     sizeof(check_method_foo(*static_cast(0))) == sizeof(void*)>

  31: {

  32: };

  33: #endif

  34:  

  35: // 針對(duì)VC的實(shí)現(xiàn)，由于VC編譯器在處理decltype和SFINAE情況下存在bug，

  36: // 我們只能采用一些花招來(lái)繞過(guò)這個(gè)bug

  37: #ifdef _MSC_VER

  38:  

  39: // check_member_foo函數(shù)的兩個(gè)重載版本，結(jié)合decltype，

  40: // 通過(guò)SFINAE在編譯期推導(dǎo)指定類(lèi)型是否含有foo這個(gè)成員變量或函數(shù)

  41: char check_member_foo(...);

  42: 

  43: template <typename T>

  44: auto check_member_foo(T const& t, decltype(&(t.foo)) p = 0)->decltype(p);

  45:  

  46: // 這個(gè)類(lèi)模板通過(guò)check_member_foo得出T是否含有foo這個(gè)成員變量

  47: template <typename T>

  48: struct has_property_foo

  49: {

  50:     static const bool value =

  51:         sizeof(check_member_foo(*static_cast(0))) != sizeof(char) &&

  52:         std::is_pointerstatic_cast(0)))>::value;

  53: };

  54:
  55: // 這個(gè)類(lèi)模板通過(guò)check_member_foo得出T是否含有foo這個(gè)成員函數(shù)

  56: template <typename T>

  57: struct has_method_foo

  58: {

  59:     static const bool value =

  60:         sizeof(check_member_foo(*static_cast(0))) != sizeof(char) &&

  61:         !std::is_pointerstatic_cast(0)))>::value;

  62: };

  63:  

  64: #endif

  65:  

  66: // 先定義幾個(gè)類(lèi)供實(shí)現(xiàn)檢測(cè)

  67: struct WithPropertyFoo

  68: {

  69:     int foo;

  70: };

  71:  

  72: struct WithMethodFoo

  73: {

  74:     void foo();

  75: };

  76:  

  77: struct WithRefPorpertyFoo

  78: {

  79:     int& foo;

  80: };

  81:  

  82: struct WithoutFoo

  83: {

  84:     void bar();

  85: };

  86:  

  87: // 用static_assert對(duì)這些條件進(jìn)行檢查

  88: static_assert(has_property_foo::value, "property foo needed");

  89: static_assert(has_method_foo::value, "method foo needed");

  90: static_assert(!has_property_foo::value, "no property foo");

  91: static_assert(!has_method_foo::value, "no methoed foo");

  92: static_assert(has_property_foo::value, "property foo needed");

  93: static_assert(!has_method_foo::value, "no method foo");