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五、C++11新特性: 指針空值--nullptr及nullptr_t

eechen / 1613人閱讀

摘要：和宋體標準不僅定義了指針空值常量，也定義了其指針空值類型，也就表示了指針空值類型并非僅有一個實例。標準嚴格規定了數據間的關系。


五、C++ 11 指針空值—nullptr

5.1、引入nullptr的意義：

在C++程序開發中，為了提高代碼的健壯性，一般會在定義指針的同時會完成初始化操作（避免出現野指針），在指針指向尚未明確的情況下，都會給指針初始化為空指針。在C++98/03標準中，將一個指針初始化為空指針的方式有兩種：

char *my_ptr = 0;char *my_ptr = NULL;

在底層源碼中 NULL 這個宏是這樣定義的:

#ifndef NULL#ifdef __cplusplus#define NULL 0#else#define NULL ((void *)0)#endif#endif

可以看出,NULL可能被定義為字面常量0，或者是定義為無類型指針(void*)0。
原因： 由于 C++ 中， void *類型無法隱式轉換為其他類型的指針，此時使用 0 代替 ((void *)0)，用于解決空指針的問題。這個 0（0x0000 0000）表示的就是虛擬地址空間中的 0 地址，這塊地址是只讀的。但是無論采用什么樣的定義方式，我們在使用空值的指針時，都不可避免地會遇到一些麻煩；

如下代碼：

#include using namespace std;void fun(char *c){    cout << "void func(char *c)" << endl;}void fun(int i){    cout << "void func(int i)" << endl;}int main(){    // 想要調用重載函數 void func(char *p)    func(NULL);  //注：如果使用gcc編譯，NULL轉化為內部標識 __null,該語句會編譯失敗         // 想要調用重載函數 void func(int i)    func(0);        	func((char*)0);    return 0;}

輸出：

void func(int i)void func(int i)void func(char *c)

雖然調用func(NULL); 最終鏈接到的還是void func(int p) 和預期是不一樣的；
原因： C++ 中將NULL定義為字面常量 0，并不能保證在所有場景下都能很好的工作，比如，函數重載時，NULL 和 0 無法區分；

在C++11新標準中，出于兼容性的考慮，字面常量0的二義性并沒有被消除；但是新標準為二義性給出了新的答案，就是使用 nullptr；在C++11 新標準中， nullptr是一個所謂“指針空值類型”的常量；指針空值類型被命名為 nullptr_t。

可以在支持 nullptr的頭文件（csddef）中找到如下定義：

typedef decltype(nullptr) nullptr_t;

使用 nullptr_t的時候必須#include（#include有些頭文件也會間接#include，比如），而 nullptr則不用。

大概就是由于 nullptr是關鍵字，而 nullptr_t是通過 decltype推導而來的緣故。
對上述程序進行修改：

#include using namespace std;void fun(char *c){    cout << "void func(char *c)" << endl;}void fun(int i){    cout << "void func(int i)" << endl;}int main(){    //調用重載函數 void func(char *p)    func(nullptr);           //調用重載函數 void func(int i)    func(0);        return 0;}

結果：

void func(char *c)void func(int i)

可以看出，nullptr 無法隱式轉換為整形，但是可以隱式匹配指針類型。在 C++11 標準下，相比NULL和 0，使用 nullptr初始化空指針可以令我們編寫的程序更加健壯。

5.2、nullptr和nullptr_t

C++11標準不僅定義了指針空值常量nullptr，也定義了其指針空值類型nullptr_t，也就表示了指針空值類型并非僅有nullptr一個實例。通常情況下，也可以通過nullptr_t來聲明一個指針空值類型的變量（即使看起來用途不大）。

除去nullptr及nullptr_t以外，C++中還存在各種內置類型。C++11標準嚴格規定了數據間的關系。常見的規則簡單地列在了下面：

①、所有定義為nullptr_t類型的數據都是等價的，行為也是完全一致。

②、nullptr_t類型數據可以隱式轉換成任意一個指針類型。

③、nullptr_t類型數據不能轉換為非指針類型，即使使用reinterpret_cast()的方式也是不可以的。

④、 nullptr_t類型數據不適用于算術運算表達式。

⑤、nullptr_t類型數據可以用于關系運算表達式，但僅能與nullptr_t類型數據或者指針類型數據進行比較，當且僅當關系運算符為==、<=、>=等時返回true。

5.3、關于nullptr規則的一些討論

①、在C++11標準中，nullptr類型數據所占用的內存空間大小跟void*相同的，即：

sizeof(nullptr_t) == sizeof(void*)

注：nullptr是否是(void *)0的一個別名？

不是，盡管兩者看起來很相似，都可以被轉換為任何類型的指針，但兩者在語法層面有著不同的內涵。nullptr是一個編譯時期的常量，它的名字是一個編譯時期的關鍵字，能夠為編譯器所識別。而(void*)0只是一個強制轉換表達式，其返回的也是一個 void *指針類型。最為重要的是，在C++語言中，nullptr到任何指針的轉換是隱式的，而 (void*)0則必須經過類型轉換后才能使用。

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