7.1　指针空值——nullptr

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7.1.1　指针空值：从0到NULL，再到nullptr

在良好的C++编程习惯中，声明一个变量的同时，总是需要记得在合适的代码位置将其初始化。对于指针类型的变量，这一点尤其应当注意。未初始化的悬挂指针通常会是一些难于调试的用户程序的错误根源。

典型的初始化指针是将其指向一个“空”的位置，比如0。由于大多数计算机系统不允许用户程序写地址为0的内存空间，倘若程序无意中对该指针所指地址赋值，通常在运行时就会导致程序退出。虽然程序退出并非什么好事，但这样一来错误也容易被程序员找到。因此在大多数的代码中，我们常常能看见指针初始化的语法如下：

int*my_ptr=0;

或者是使用NULL：

int*my_ptr=NULL;

一般情况下，NULL是一个宏定义。在传统的C头文件（stddef.h)里我们可以找到如下代码：

undef NULL

if defined(__cplusplus)

define NULL 0

else

define NULL((void*)0)

endif

可以看到，NULL可能被定义为字面常量0，或者是定义为无类型指针（void*）常量。不过无论采用什么样的定义，我们在使用空值的指针时，都不可避免地会遇到一些麻烦。让我们先看一个关于函数重载的例子。这个例子我们引用自C++11标准关于nullptr的提案，并进行了少许修改，具体如代码清单7-1所示。

代码清单7-1

include ＜stdio.h＞

void f(char*c){

printf("invoke f(char*)\n");

}

void f(int i){

printf("invoke f(int)\n");

}

int main(){

f(0);

f(NULL);//注意：如用gcc编译，NULL转化为内部标识__null，该语句会编译失败

f((char*)0);

}

//编译选项:xlC-+7-1-1.cpp

在代码清单7-1所示的例子当中，用户重载了f函数，并且试图使用f(NULL)来调用指针的版本。不过很可惜，当使用XLC编译器编译以上语句并运行时，会得到以下结果：

invoke f(int)

invoke f(int)

invoke f(char*)

在这里，XLC编译器采用了stddef.h头文件中NULL的定义，即将NULL定义为0。因此使用NULL做参数调用和使用字面量0做参数调用版本的结果完全相同，都是调用到了f(int)这个版本。这实际与程序员编写代码的意图相悖。

引起该问题的元凶是字面常量0的二义性，在C++98标准中，字面常量0的类型既可以是一个整型，也可以是一个无类型指针（void）。如果程序员想在代码清单7-1中调用f(char)版本的话，则必须像随后的代码一样，对字面常量0进行强制类型转换（(void*)0）并调用，否则编译器总是会优先把0看作是一个整型常量。

虽然这个问题可以通过修改代码来解决，但为了避免用户使用上的错误，有的编译器做了比较激进的改进。典型的如g++编译器，它直接将NULL转换为编译器内部标识（__null），并在编译时期做了一些分析，一旦遇到二义性就停止编译并向用户报告错误。虽然这在一定程度上缓解了二义性带来的麻烦，但由于标准并没有认定NULL为一个编译时期的标识，所以也会带来代码移植性的限制。

注意　关于nullptr和void的翻译，void习惯被翻作无类型指针，我们这里把nullptr翻作指针空值。

在C++11新标准中，出于兼容性的考虑，字面常量0的二义性并没有被消除。但标准还是为二义性给出了新的答案，就是nullptr。在C++11标准中，nullptr是一个所谓“指针空值类型”的常量。指针空值类型被命名为nullptr_t，事实上，我们可以在支持nullptr的头文件（cstddef）中找出如下定义：

typedef decltype(nullptr)nullptr_t;

可以看到，nullptr_t的定义方式非常有趣，与传统的先定义类型，再通过类型声明值的做法完全相反（充分利用了decltype的功能）。我们发现，在现有编译器情况下，使用nullptr_t的时候必须#include＜cstddef＞（#include有些头文件也会间接#include＜cstddef＞，比如＜iostream＞），而nullptr则不用。这大概就是由于nullptr是关键字，而nullptr_t是通过推导而来的缘故。

而相比于gcc等编译器将NULL预处理为编译器内部标识__null，nullptr拥有更大的优势。简单而言，由于nullptr是有类型的，且仅可以被隐式转化为指针类型，那么对于代码7-1的例子，nullptr做参数则可以成功调用f(char*)版本的函数，而不是像gcc对NULL的处理一样，仅仅给出一个出错提示，好让程序员去修改代码。

我们来看看代码清单7-2所示的例子。

代码清单7-2

include ＜iostream＞

using namespace std;

void f(char*p){

cout＜＜"invoke f(char*)"＜＜endl;

}

void f(int){

cout＜＜"invoke f(int)"＜＜endl;

}

int main()

{

f(nullptr);//调用f(char*)版本

f(0);//调用f(int)版本

return 0;

}

//编译选项:g++7-1-2.cpp-std=c++11

可以看到，在改为使用nullptr之后，用户能够准确表达自己的意图，也不会再出现在XLC编译器上调用了f(int)版本而在gcc上却在编译时期给出了错误提示的不兼容问题。因此，通常情况下，在书写C++11代码想使用NULL的时候，将NULL替换成为nullptr我们就能获得更加健壮的代码。