C/C++雜記：NULL與0的區別、nullptr的來歷

某些時候，咱們須要將指針賦值爲空指針，以防止野指針。

 

有人喜歡使用NULL做爲空指針常量使用，例如：int* p = NULL;。

也有人直接使用0值做爲空指針常量，例如：int* p = 0;。

 

前者可能以爲：NULL做爲空指針常量，名字很形象，可讀性較強。

後者可能以爲：NULL並非C/C++語言的關鍵字，而是一個在標準庫頭文件<stddef.h>中定義的宏，所以要使用NULL，可能須要直接或簡介地包含<stddef.h>頭文件，比較麻煩。

 

問題一：NULL與常數0值有何區別？

 

要弄清楚這個問題，咱們採用問與答的形式來描述。

 

問：NULL究竟是什麼？

 

答：NULL是一個宏。

 

問：它的值是多少？

 

答：C/C++標準規定：它的值是一個空指針常量（null pointer constant），由實現定義。 ^#1,#2

 

問：什麼樣的值才能稱之爲空指針常量？

 

答：C語言中常數0和(void*)0都是空指針常量；C++中（暫且忽略C++11）常數0是，而(void*)0 不是。 ^#3,#4

 

問：NULL宏是在哪裏定義的？

 

答：一般是在C標準庫的<stddef.h>頭文件中，不過別的頭文件中可能也有定義。

 

問：通常編譯器的<stddef.h>頭文件中NULL宏是如何定義的？

 

答：以gcc或clang編譯器爲例，NULL的定義大體以下（稍有簡化）：

#if defined(__cplusplus)
# define NULL 0    // C++中使用0做爲NULL的值
#else
# define NULL ((void *)0)    // C中使用((void *)0)做爲NULL的值
#endif

 

問：爲何C中(void*)0是空指針常量，而C++中不是？

 

答：由於C語言中任何類型的指針均可以（隱式地）轉換爲void*型，反過來也行，而C++中void*型不能隱式地轉換爲別的類型指針（例如：int*p = (void*)0;使用C++編譯器編譯會報錯）。 ^#5,#6

 

問：既然C/C++標準中，常數0均可做爲空指針常量，爲何不統一使用0？

 

答：我的以爲因爲(void*)0更能體現指針的意義，而常數0更多的時候是用做整數。所以，C語言中NULL定義選擇了(void*)0。（僅供參考）

 

問題二：C++11中爲何要引入nullptr？

 

考慮着這樣一個函數重載的情形：

#include <stddef.h>
void foo(int) {}     // #1
void foo(char*) {}   // #2
int main() {
    foo(NULL); // 調用#1仍是#2？
}

 

從字面上來說，NULL是個空指針常量，咱們可能會以爲：既然是個指針，那麼應該調用#2。但事實上調用的倒是#1，由於C++中NULL擴展爲常數0，它是int型。

 

根本緣由就是：常數0既是整數常量，也是空指針常量。

 

爲了解決這種二義性，C++11標準引入了關鍵字nullptr，它做爲一種空指針常量。 ^#7例如：

 

void foo(int) {}     // #1
void foo(char*) {}   // #2
int main() {
    foo(nullptr); // 它會毫無異議地調用#2
}

 

附註：

 

[#1] C99: 7.17-p3:

    The macros are

        NULL

    which expands to an implementation-defined null pointer constant; and ...

 

[#2] C++03: 18.1-p4:

    The macro NULL is an implementation-defined C + + null pointer constant in this International Standard(4.10).

 

[#3] C99: 6.3.2.3-p3:

    An integer constant expression with the value 0, or such an expression cast to type void *, is called a null pointer constant.

 

[#4] C++03: 4.10-p1:

    A null pointer constant is an integral constant expression (5.19) rvalue of integer type that evaluates to zero.

 

[#5] C99: 6.3.2.3-p1:

    A pointer to void may be converted to or from a pointer to any incomplete or object type. A pointer to any incomplete or object type may be converted to a pointer to void and back again; the result shall compare equal to the original pointer.

 

[#6] C++03: 4.10-p2:

    An rvalue of type 「pointer to cv T,」 where T is an object type, can be converted to an rvalue of type 「pointer to cv void.」

 

[#7] C++11: 4.10-p1:

    A null pointer constant is an integral constant expression (5.19) prvalue of integer type that evaluates to zero or a prvalue of type std::nullptr_t.

 

參考：

 

(1) C99/C++03/C++11標準文檔

 

(2) nullptr提案文檔：N2431： http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2007/n2431.pdf