在軟件開發(fā)中，編寫健壯、穩(wěn)定且易維護的代碼是每個開發(fā)者的追求。特別是在C++編程中，由于其復雜性和靈活性，如果沒有良好的編程習慣，很容易導致難以調試和維護的代碼。因此，防御性編程(Defensive Programming)成為了一個重要的編程原則。

防御性編程是一種編程策略，旨在通過考慮到各種可能的錯誤和異常情況，確保程序在任何情況下都能正常工作。這種方法強調在編碼過程中盡可能早地發(fā)現(xiàn)并處理錯誤，以避免在運行時出現(xiàn)未預見的問題。

一、什么是防御性編程?

顧名思義，防御性編程是一種細致、謹慎的編程方法。為了開發(fā)可靠的軟件，我們要設計系統(tǒng)中的每個組件，以使其盡可能的”保護”自己。我們通過明確地在代碼中對設想進行檢查，這是一種努力，防止我們的代碼以將會展現(xiàn)錯誤行為的方式被調用。

防御性編程是指一種預見代碼可能出現(xiàn)問題并提前采取措施來防止這些問題發(fā)生的編程風格。在前端開發(fā)中，這尤其重要，因為你的代碼直接與用戶交互，任何錯誤都可能導致糟糕的用戶體驗，甚至安全漏洞。

以下是如何在前端開發(fā)中進行防御性編程的一些關鍵策略：

1. 輸入驗證:

永遠不要信任用戶輸入: 始終驗證所有來自用戶、API 或其他外部來源的數(shù)據(jù)。這包括檢查數(shù)據(jù)類型、長度、格式和范圍。

使用合適的驗證庫或工具: 利用現(xiàn)有的庫或框架提供的驗證功能，例如 Joi, Yup, validator.js 等，可以簡化驗證過程并提高代碼的可讀性。

對所有輸入進行消毒: 防止跨站腳本攻擊 (XSS) 等安全漏洞。使用專門的庫或函數(shù)對輸入進行轉義或編碼。例如，DOMPurify 可以幫助清理 HTML 輸入。

2. 處理空值和未定義值:

使用可選鏈操作符 (?.) 和空值合并運算符 (??) : JavaScript 的這兩個運算符可以有效地處理可能為空或未定義的值，避免出現(xiàn) TypeError。

在訪問對象屬性之前進行檢查: 在訪問嵌套對象屬性之前，確保父對象存在。

為函數(shù)參數(shù)設置默認值: 避免函數(shù)在缺少參數(shù)時產(chǎn)生意外行為。

3. 錯誤處理:

使用 try...catch 塊: 捕獲可能拋出的異常，并提供適當?shù)腻e誤處理機制。

記錄錯誤信息: 使用 console.error 或專門的日志記錄工具記錄錯誤信息，以便調試和監(jiān)控。

向用戶顯示友好的錯誤信息: 避免將原始錯誤信息直接展示給用戶，而是提供更易理解和有幫助的提示。

處理異步操作中的錯誤: 使用 .catch() 方法捕獲 Promise 或 async/await 函數(shù)中的錯誤。

4. 代碼清晰和注釋:

編寫清晰易懂的代碼: 使用有意義的變量名和函數(shù)名，并保持代碼簡潔。

添加必要的注釋: 解釋代碼的邏輯和目的，尤其是在復雜的代碼塊中。

5. 使用類型檢查:

使用 TypeScript 或 Flow: 這些工具可以幫助你在編譯時發(fā)現(xiàn)類型錯誤，從而減少運行時錯誤的可能性。

6. 測試:

編寫單元測試和集成測試: 確保代碼的各個部分都能正常工作，并能正確地處理各種輸入和邊緣情況。

下面總結了一些防御性編程的反對和支持者的意見：

反對者：

它降低了代碼的效;即使是一個很小的額外代碼也需要一些額外的執(zhí)行時間。它對于一個函數(shù)來說也許不要緊，但是對于一個由10萬個函數(shù)組成的系統(tǒng)，問題就變得嚴重了。

每種防御性的做法都需要一些額外的工作;

支持者：

防御性編程可以節(jié)省大量的調試時間，使你可以去做更有意義的事情。

編寫可以正常運行、只是速度有些慢的代碼，要遠遠好過大多數(shù)時間都正常運行、但是有時候會崩潰的代碼。

防御性編程避免了大量的安全性問題。

二、防御性編程技巧

2.1 使用好的編碼風格和合理的設計

采用良好的編碼風格，來防范大多數(shù)編碼錯誤。如：

const關鍵字：

關鍵字const可以給讀你代碼的人傳達非常有用的信息。例如，在函數(shù)的形參前添加const關鍵字意味著這個參數(shù)在函數(shù)體內不會被修改，屬于輸入?yún)?shù)。

同時，合理地使用關鍵字const可以使編譯器很自然的保護那些不希望被修改的參數(shù)，防止其被無意的代碼修改，減少bug的出現(xiàn)。

volatile關鍵字：

在一些并行設備的硬件寄存器(如狀態(tài)寄存器)，中斷服務子程序中會訪問到的全局變量以及多線程應用中被幾個任務共享的變量前使用volatile關鍵字來防止編譯優(yōu)化。

static關鍵字：

函數(shù)體內static變量的作用范圍為該函數(shù)體，不同于auto變量，該變量的內存只被分配一次，因此其值在下次調用時仍維持上次的值。

在模塊內的static全局變量可以被模塊內的所有函數(shù)訪問，但不能被模塊外其它函數(shù)訪問。

在模塊內的static函數(shù)只可能被這一模塊內的其它函數(shù)調用，這個函數(shù)的使用范圍被限制在聲明它的模塊內。

位操作運算中，盡可能使用<<、 >>、 &、|等運算符，盡可能少使用/、%、*運算符。

變量和函數(shù)的命名要有意義，并且盡可能做到一個函數(shù)只做一件事情。

多采用面向對象的思想來編寫代碼。

在投入到編碼工作之前，先考慮大體的設計方案，這也非常關鍵。

2.2 不要倉促的編寫代碼

欲速則不達，每敲一個字，都要想清楚你要輸入的是什么。在寫每一行時都三思而后行?？赡軙霈F(xiàn)什么樣的錯誤?你是否已經(jīng)考慮了所有可能出現(xiàn)的邏輯分支?放慢速度，有條不紊的編程雖然看上去很平凡，但這的確是減少缺陷的好辦法。

如C語言編程中，追求速度的程序員經(jīng)常會出現(xiàn)的一個問題就是將==錯誤的輸入為=，而有些編譯器并不會警告，這就會造成問題。

2.3 不要相信任何人

這里是指用懷疑的眼光來審視所有的輸入和所有的結果，直到你能證明這段代碼是正確的時候為止。

2.4 編碼的目標要清晰，而不是簡潔

簡單是一種美，不要讓你的代碼過于復雜。即編寫的代碼一定要邏輯清晰，可讀性強。

2.5 編譯時打開所有警告開關

在你的代碼中產(chǎn)生任何警告信息，都應立即修正代碼。要知道警告的出現(xiàn)總是有原因的。即使你認為某個警告無關緊要，也不要置之不理。

2.6 使用安全的數(shù)據(jù)結構

我們最常見的一些安全隱患大概是由緩沖溢出引起的。緩沖溢出是由于不正確的使用固定大小的數(shù)據(jù)結構而造成的。例如，如下這個代碼：

char *unsafe_copy(const char *source)

{

char *buffer = new char[10];

strcpy(buffer,source);

return buffer;

}

123456

如果source中的數(shù)據(jù)長度超過10個字符，它就會造成其它問題。我們可以改成如下形式：

char * safe_copy(const char * source)

{

char *buffer = new char[10];

// 用strncpy代替strcpy可以保護這個代碼段

strncpy(buffer,source, 10);

return buffer;

}

1234567

2.7 檢查所有的返回值

如果一個函數(shù)返回一個值，他這樣做肯定是有理由的。檢查這個返回值，如果返回值是一個錯誤代碼，你就必須辨別這個代碼并處理所有的錯誤。不要讓錯誤悄無聲息的侵入你的程序;大多數(shù)難以察覺的錯誤都是因為程序員沒有檢查返回值而出現(xiàn)的。

2.8 審慎的處理內存

對于在執(zhí)行期間所獲取的任何資源，必須徹底釋放。

2.9 在聲明位置初始化所有變量

如果你意外的使用了一個沒有初始化的變量，那么你的程序在每次運行的時候都將得到不同的結果，這取決于當時內存中的垃圾信息是什么。這樣會造成很多隨機的行為，給查找?guī)砗芏嗟穆闊?。因此，需要在聲明每個變量的時候就對它進行初始化。

同時，平時編碼時還要注意一些細則

提供默認的行為:Switch語句中將default case的執(zhí)行明示出來。同樣地，如果你- 要編寫一些不帶else子句的if語句，停下來想一想，你是否該處理這個邏輯上的默認情況

檢查數(shù)值的上下限：確保每次運算數(shù)值變量都不會溢出，即數(shù)據(jù)類型的使用要謹慎

注意強制轉換是否合理

聲明變量，可以使變量的聲明位置與使用它的位置盡量接近，從而防止它干擾代碼的其他部分

加合理的異常處理、日志文件

正確設置常量

2.10 優(yōu)秀的程序應該做到

關心代碼是否健壯

確保每個設想都顯示地體現(xiàn)在防御性代碼中

希望代碼對無用信息的輸入有正確的行為

在編程的時候認真思考自己所編寫的代碼

編寫可以保護自己不受其他人的愚蠢傷害的代碼。

實踐中的防御性編程

在實際開發(fā)中，防御性編程不僅僅是一個技術問題，更是一種編碼思維和習慣的養(yǎng)成。以下是一些具體的實踐建議：

代碼審查定期進行代碼審查，發(fā)現(xiàn)潛在的錯誤和問題。通過集體智慧，可以提高代碼的質量和健壯性。

編寫單元測試單元測試可以幫助驗證代碼的正確性，捕獲邊界條件和異常情況。編寫全面的單元測試是防御性編程的重要組成部分。

持續(xù)學習和改進防御性編程是一門需要不斷學習和實踐的藝術。通過閱讀相關書籍、博客和參加技術討論，可以不斷提高自己的防御性編程水平。

結論

防御性編程在C++開發(fā)中扮演著重要的角色。通過遵循防御性編程的原則和實踐，可以大幅度提高代碼的健壯性、可維護性和安全性。