【zz】C语言中的空指针、空指针常量、NULL & 0

约定不等于承诺〃 2022-07-12 06:48 176阅读 0赞

本文转自：http://bbs.chinaunix.net/viewthread.php?tid=544415&extra=&page=7  
帖子里讨论了C语言中的空指针、空指针常量、NULL、0等概念及相互关系及区别。  
  
什么是空指针常量（null pointer constant）?  
  
\[6.3.2.3-3\] An integer constant expression with the value 0, or such an expression cast to type void \*, is called a null pointer constant.  
  
这里告诉我们：0、0L、'/0'、3 - 3、0 \* 17 （它们都是“integer constant expression”）以及 (void\*)0 （tyc： 我觉得(void\*)0应该算是一个空指针吧，更恰当一点）等都是空指针常量（注意 (char\*) 0 不叫空指针常量，只是一个空指针值）。至于系统选取哪种形式作为空指针常量使用，则是实现相关的。一般的 C 系统选择 (void\*)0 或者 0 的居多（也有个别的选择 0L）；至于 C++ 系统，由于存在严格的类型转化的要求，void\* 不能象 C 中那样自由转换为其它指针类型，所以通常选 0 作为空指针常量（tyc: C++标准推荐），而不选择 (void\*)0。  
  
什么是空指针（null pointer）?  
  
\[6.3.2.3-3\] If a null pointer constant is converted to a pointer type, the resulting pointer, called a null pointer, is guaranteed to compare unequal to a pointer to any object or function.  
  
因此，如果 p 是一个指针变量，则 p = 0;、p = 0L;、p = '/0';、p = 3 - 3;、p = 0 \* 17; 中的任何一种赋值操作之后（对于 C 来说还可以是 p = (void\*)0;）， p 都成为一个空指针，由系统保证空指针不指向任何实际的对象或者函数。反过来说，任何对象或者函数的地址都不可能是空指针。（tyc: 比如这里的(void\*)0就是一个空指针。把它理解为null pointer还是null pointer constant会有微秒的不同，当然也不是紧要了）  
  
什么是 NULL？  
  
\[6.3.2.3-Footnote\] The macro NULL is defined in (and other headers) as a null pointer constant  
  
即 NULL 是一个标准规定的宏定义，用来表示空指针常量。因此，除了上面的各种赋值方式之外，还可以用 p = NULL; 来使 p 成为一个空指针。（tyc：很多系统中的实现：\#define NULL (void\*)0，与这里的“a null pointer constant”并不是完全一致的）  
  
空指针（null pointer）指向了内存的什么地方（空指针的内部实现）？  
  
标准并没有对空指针指向内存中的什么地方这一个问题作出规定，也就是说用哪个具体的地址值（0x0 地址还是某一特定地址）表示空指针取决于系统的实现。我们常见的空指针一般指向 0 地址，即空指针的内部用全 0 来表示（zero null pointer，零空指针）；也有一些系统用一些特殊的地址值或者特殊的方式表示空指针（nonzero null pointer，非零空指针），具体请参见C FAQ。  
  
幸运的是，在实际编程中不需要了解在我们的系统上空指针到底是一个 zero null pointer 还是 nonzero null pointer，我们只需要了解一个指针是否是空指针就可以了——编译器会自动实现其中的转换，为我们屏蔽其中的实现细节。注意：不要把空指针的内部表示等同于整数 0 的对象表示——如上所述，有时它们是不同的。  
  
如何判断一个指针是否是一个空指针？  
  
这可以通过与空指针常量或者其它的空指针的比较来实现（注意与空指针的内部表示无关）。例如，假设 p 是一个指针变量，q 是一个同类型的空指针，要检查 p 是否是一个空指针，可以采用下列任意形式之一——它们在实现的功能上都是等价的，所不同的只是风格的差别。  
  
指针变量 p 是空指针的判断：  
if ( p == 0 )  
if ( p == '/0' )  
if ( p == 3 - 3 )  
if ( p == NULL ) /\* 使用 NULL 必须包含相应的标准库的头文件 \*/  
if ( NULL == p )  
if ( !p )  
if ( p == q )  
...  
  
指针变量 p 不是空指针的判断：  
if ( p != 0 )  
if ( p != '/0' )  
if ( p != 3 - 3 )  
if ( p != NULL ) /\* 使用 NULL 必须包含相应的标准库的头文件 \*/  
if ( NULL != p )  
if ( p )  
if ( p != q )  
...  
  
可以用 memset 函数来得到一个空指针吗？  
  
这个问题等同于：如果 p 是一个指针变量，那么  
  
memset( &p, 0, sizeof(p) ); 和 p = 0;  
  
是等价的吗？  
  
答案是否定的，虽然在大多数系统上是等价的，但是因为有的系统存在着“非零空指针” （nonzero null pointer），所以这时两者不等价。由于这个原因，要注意当想将指针设置为空指针的时候不应该使用 memset，而应该用空指针常量或空指针对指针变量赋值或者初始化的方法。  
  
可以定义自己的 NULL 的实现吗？兼答"NULL 的值可以是 1、2、3 等值吗？"类似问题  
  
\[7.1.3-2\] If the program declares or defines an identifier in a context in which it is reserved (other than as allowed by 7.1.4), or defines a reserved identifier as a macro name, the behavior is undefined.  
  
NULL 是标准库中的一个符合上述条件的 reserved identifier （保留标识符）。所以，如果包含了相应的标准头文件而引入了 NULL 的话，则再在程序中重新定义 NULL 为不同的内容是非法的，其行为是未定义的。也就是说，如果是符合标准的程序，其 NULL 的值只能是 0，不可能是除 0 之外的其它值，比如 1、2、3 等。  
  
malloc 函数在分配内存失败时返回 0 还是 NULL？  
  
malloc 函数是标准 C 规定的库函数。在标准中明确规定了在其内存分配失败时返回的是一个 “null pointer”（空指针）：  
  
\[7.20.3-1\] If the space cannot be allocated, a null pointer is returned.  
  
对于空指针值，一般的文档（比如 man）中倾向于用 NULL 表示，而没有直接说成 0。但是我们应该清楚：对于指针类型来说，返回 NULL 和 返回 0 是完全等价的，因为 NULL 和 0 都表示 “null pointer”（空指针）。（tyc：一般系统中手册中都返回NULL，那我们就用NULL吧）  
另外，附C FAQ上关于null pointer的解释：C FAQ：null pointer