28 | 如何合理利用assert？

你好，我是景霄。

相信你平时在写代码时，肯定或多或少看到过 assert 的存在。我也曾在日常的 code review 中，被一些同事要求增加 assert 语句，让代码更加健壮。

不过，尽管如此，我发现在很多情况下，assert 还是很容易被忽略，人们似乎对这么一个“不起眼”的东西并不关心。但事实上，这个看似“不起眼”的东西，如果能用好，对我们的程序大有裨益。

说了这么多，那么究竟什么是 assert，我们又该如何合理地使用 assert 呢？今天这节课，我就带你一起来学习它的用法。

什么是 assert？

Python 的 assert 语句，可以说是一个 debug 的好工具，主要用于测试一个条件是否满足。如果测试的条件满足，则什么也不做，相当于执行了 pass 语句；如果测试条件不满足，便会抛出异常 AssertionError，并返回具体的错误信息（optional）。

它的具体语法是下面这样的：

1
2


assert_stmt ::=  "assert" expression ["," expression]

我们先来看一个简单形式的 assert expression ，比如下面这个例子：

1
2


assert 1 == 2

它就相当于下面这两行代码：

1
2
3


if __debug__:
    if not expression: raise AssertionError

再来看 assert expression1, expression2 的形式，比如下面这个例子：

1
2


assert 1 == 2,  'assertion is wrong'

它就相当于下面这两行代码：

1
2
3


if __debug__:
    if not expression1: raise AssertionError(expression2)

这里的 debug 是一个常数。如果 Python 程序执行时附带了 -O 这个选项，比如 Python test.py -O ，那么程序中所有的 assert 语句都会失效，常数 debug 便为 False；反之 debug 则为 True。

不过，需要注意的是，直接对常数 debug 赋值是非法的，因为它的值在解释器开始运行时就已经决定了，中途无法改变。

此外，一定记住，不要在使用 assert 时加入括号，比如下面这个例子：

1
2
3
4
5


assert(1 == 2, 'This should fail')
# 输出
<ipython-input-8-2c057bd7fe24>:1: SyntaxWarning: assertion is always true, perhaps remove parentheses?
  assert(1 == 2, 'This should fail')

如果你按照这样来写，无论表达式对与错（比如这里的 1 == 2 显然是错误的），assert 检查永远不会 fail，程序只会给你 SyntaxWarning。

正确的写法，应该是下面这种不带括号的写法：

1
2
3
4


assert 1 == 2， 'This should fail'
# 输出
AssertionError: This should fail

总的来说，assert 在程序中的作用，是对代码做一些 internal 的 self-check。使用 assert，就表示你很确定。这个条件一定会发生或者一定不会发生。

举个例子，比如你有一个函数，其中一个参数是人的性别，因为性别只有男女之分（这里只指生理性别），你便可以使用 assert，以防止程序的非法输入。如果你的程序没有 bug，那么 assert 永远不会抛出异常；而它一旦抛出了异常，你就知道程序存在问题了，并且可以根据错误信息，很容易定位出错误的源头。

assert 的用法

讲完了 assert 的基本语法与概念，我们接下来通过一些实际应用的例子，来看看 assert 在 Python 中的用法，并弄清楚 assert 的使用场景。

第一个例子，假设你现在使用的极客时间正在做专栏促销活动，准备对一些专栏进行打折，所以后台需要写一个 apply_discount() 函数，要求输入为原来的价格和折扣，输出是折后的价格。那么，我们可以大致写成下面这样：

1
2
3
4
5


def apply_discount(price, discount):
    updated_price = price * (1 - discount)
    assert 0 <= updated_price <= price, 'price should be greater or equal to 0 and less or equal to original price'
    return updated_price

可以看到，在计算新价格的后面，我们还写了一个 assert 语句，用来检查折后价格，这个值必须大于等于 0、小于等于原来的价格，否则就抛出异常。

我们可以试着输入几组数，来验证一下这个功能：

1
2
3
4
5
6


apply_discount(100, 0.2)
80.0

apply_discount(100, 2)
AssertionError: price should be greater or equal to 0 and less or equal to original price

显然，当 discount 是 0.2 时，输出 80，没有问题。但是当 discount 为 2 时，程序便抛出下面这个异常：

1
2


AssertionError：price should be greater or equal to 0 and less or equal to original price

这样一来，如果开发人员修改相关的代码，或者是加入新的功能，导致 discount 数值的异常时，我们运行测试时就可以很容易发现问题。正如我开头所说，assert 的加入，可以有效预防 bug 的发生，提高程序的健壮性。

再来看一个例子，最常见的除法操作，这在任何领域的计算中都经常会遇到。同样还是以极客时间为例，假如极客时间后台想知道每个专栏的平均销售价格，那么就需要给定销售总额和销售数目，这样平均销售价格便很容易计算出来：

1
2
3
4


def calculate_average_price(total_sales, num_sales):
    assert num_sales > 0, 'number of sales should be greater than 0'
    return total_sales / num_sales

同样的，我们也加入了 assert 语句，规定销售数目必须大于 0，这样就可以防止后台计算那些还未开卖的专栏的价格。

除了这两个例子，在实际工作中，assert 还有一些很常见的用法，比如下面的场景：

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10


def func(input):
    assert isinstance(input, list), 'input must be type of list'
    # 下面的操作都是基于前提：input 必须是 list
    if len(input) == 1:
        ...
    elif len(input) == 2:
        ...
    else:
        ... 

这里函数 func() 里的所有操作，都是基于输入必须是 list 这个前提。是不是很熟悉的需求呢？那我们就很有必要在开头加一句 assert 的检查，防止程序出错。

当然，我们也要根据具体情况具体分析。比如上面这个例子，之所以能加 assert，是因为我们很确定输入必须是 list，不能是其他数据类型。

如果你的程序中，允许 input 是其他数据类型，并且对不同的数据类型都有不同的处理方式，那你就应该写成 if else 的条件语句了：

1
2
3
4
5
6


def func(input):
    if isinstance(input, list):
        ...
    else:
        ...

assert 错误示例

前面我们讲了这么多 assert 的使用场景，可能给你一种错觉，也可能会让你有些迷茫：很多地方都可以使用 assert， 那么，很多 if 条件语句是不是都可以换成 assert 呢？这么想可就不准确了，接下来，我们就一起来看几个典型的错误用法，避免一些想当然的用法。

还是以极客时间为例，我们假设下面这样的场景：后台有时候需要删除一些上线时间较长的专栏，于是，相关的开发人员便设计出了下面这个专栏删除函数。

1
2
3
4
5


def delete_course(user, course_id):
    assert user_is_admin(user), 'user must be admin'
    assert course_exist(course_id), 'course id must exist'
    delete(course_id)

极客时间规定，必须是 admin 才能删除专栏，并且这个专栏课程必须存在。有的同学一看，很熟悉的需求啊，所以在前面加了相应的 assert 检查。那么我想让你思考一下，这样写到底对不对呢？

答案显然是否定的。你可能觉得，从代码功能角度来说，这没错啊。但是在实际工程中，基本上没人会这么写。为什么呢？

要注意，前面我说过，assert 的检查是可以被关闭的，比如在运行 Python 程序时，加入 -O 这个选项就会让 assert 失效。因此，一旦 assert 的检查被关闭，user_is_admin() 和 course_exist() 这两个函数便不会被执行。这就会导致：

任何用户都有权限删除专栏课程；

并且，不管这个课程是否存在，他们都可以强行执行删除操作。

这显然会给程序带来巨大的安全漏洞。所以，正确的做法，是使用条件语句进行相应的检查，并合理抛出异常：

1
2
3
4
5
6
7


def delete_course(user, course_id):
    if not user_is_admin(user):
        raise Exception('user must be admin')
    if not course_exist(course_id):
        raise Exception('coursde id must exist')
    delete(course_id)  

再来看一个例子，如果你想打开一个文件，进行数据读取、处理等一系列操作，那么下面这样的写法，显然也是不正确的：

1
2
3
4
5


def read_and_process(path):
    assert file_exist(path), 'file must exist'
    with open(path) as f:
      ...

因为 assert 的使用，表明你强行指定了文件必须存在，但事实上在很多情况下，这个假设并不成立。另外，打开文件操作，也有可能触发其他的异常。所以，正确的做法是进行异常处理，用 try 和 except 来解决：

1
2
3
4
5
6
7


def read_and_process(path):
    try:
        with open(path) as f:
            ...
    except Exception as e:
            ...  

总的来说，assert 并不适用 run-time error 的检查。比如你试图打开一个文件，但文件不存在；再或者是你试图从网上下载一个东西，但中途断网了了等等，这些情况下，还是应该参照我们前面所讲的错误与异常的内容，进行正确处理。

总结

今天这节课，我们一起学习了 assert 的用法。assert 通常用来对代码进行必要的 self check，表明你很确定这种情况一定发生，或者一定不会发生。需要注意的是，使用 assert 时，一定不要加上括号，否则无论表达式对与错，assert 检查永远不会 fail。另外，程序中的 assert 语句，可以通过 -O 等选项被全局 disable。

通过这节课的几个使用场景，你能看到，assert 的合理使用，可以增加代码的健壮度，同时也方便了程序出错时开发人员的定位排查。

不过，我们也不能滥用 assert。很多情况下，程序中出现的不同情况都是意料之中的，需要我们用不同的方案去处理，这时候用条件语句进行判断更为合适。而对于程序中的一些 run-time error，请记得使用异常处理。

思考题

最后，给你留一个思考题。在平时的工作学习中，你用过 assert 吗？如果用过的话，是在什么情况下使用的？有遇到过什么问题吗？

欢迎在留言区写下你的经历，还有今天学习的心得和疑惑，与我一起分享。也欢迎你把这篇文章分享给你的同事、朋友，我们一起交流，一起进步。