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【C++掌中宝】C++ 中的空指针救世主——nullptr

news 2024/9/25 13:04:54

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文章目录

1. 什么是 NULL？
2. NULL 在 C 和 C++ 中的区别
3. C++11 引入 nullptr 的原因
4. nullptr 与 NULL 的区别
5. nullptr 的应用场景
6. 模拟 nullptr 的实现
7. 总结
结语

1. 什么是 NULL？

在 C 和 C++ 编程中，NULL 常用于表示空指针，但它本质上是一个宏定义。

在C语言中，NULL 通常被定义为 (void *)0，也就是一个指向空的 void 指针。
但在 C++ 中，NULL 常常被定义为整数常量 0。

在传统的C头文件（stddef.h）中，可以看到如下代码：

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

由于在 C++ 中，void* 不能隐式转换为其他类型的指针，因此将 NULL 定义为 0。这导致在函数重载时可能会出现二义性问题。

2. NULL 在 C 和 C++ 中的区别

在 C 语言中，NULL 定义为 (void *)0，它可以隐式转换为任何类型的指针。这使得以下代码在 C 中可以正常编译和运行：

int *pi = NULL;
char *pc = NULL;

然而，在 C++ 中，由于更严格的类型检查，void* 不能隐式转换为其他指针类型。因此，C++ 中的 NULL 通常被定义为整数常量 0。这导致了以下代码在 C++ 中的编译错误：

int *pi = (void*)0;  // OK in C, error in C++

报错如下：

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除此之外，NULL 在函数重载时也会导致意外行为。例如，考虑以下代码：

#include<iostream>
using namespace std;
void f(int x)
{cout << "f(int x)" << endl;
}
void f(int* ptr)
{cout << "f(int* ptr)" << endl;
}
int main()
{f(0);f(NULL);
} // 这会调用哪个版本的 f()？

运行结果如下：
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由于 NULL 被定义为 0，这里会调用 int 参数的版本，而不是我们期望的指针版本，所以最后两个结果都是选择int 参数的版本。

3. C++11 引入 nullptr 的原因

为了消除 NULL 在 C++ 中的二义性问题，C++11 引入了 nullptr 作为一种新型空指针常量。nullptr 是一个关键字，代表一种特殊类型，使用nullptr定义空指针可以避免类型转换的问题，因为它只能转换为任意指针类型，但不能转换为整数类型。

例如，以下代码可以正确运行并调用我们期望的函数版本：

#include<iostream>
using namespace std;void f(int x) {cout << "foo(int x)" << endl;
}void f(int* ptr) {cout << "foo(int* ptr)" << endl;
}int main() {f(nullptr);  // 调用 f(int* ptr)return 0;
}

nullptr 的引入解决了函数重载中的二义性问题，确保空指针总是正确地匹配到指针类型的重载函数。

4. nullptr 与 NULL 的区别

虽然 NULL 仍然可以在 C++ 中使用，但它在特定场景下会引发错误或误解。相比之下，nullptr 是一种更加安全且明确的选择：

在C++中NULL 通常是整数 0，会引发二义性问题。
nullptr 是一个指针常量，可以隐式转换为任意指针类型，不会引发二义性问题。

例如：

void func(int x) {cout << "func(int)" << endl;
}void func(char* p) {cout << "func(char*)" << endl;
}int main() {func(0);         // 调用 func(int)func(nullptr);   // 调用 func(char*)return 0;
}

5. nullptr 的应用场景

在 C++11 及更高版本中，推荐使用 nullptr 代替 NULL 来表示空指针，特别是在函数重载的场景下。例如：

int* p1 = nullptr;
if (p1 == nullptr) {cout << "p1 是空指针" << endl;
}

需要注意的是，nullptr 不能赋值给整数类型，因此以下代码会导致编译错误：

int n = nullptr;  // 编译错误

报错如下：
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6. 模拟 nullptr 的实现

对于不支持 C++11 的编译器，我们可以自己模拟实现 nullptr。以下是一个简单的实现：

const class nullptr_t {
public:template<class T>operator T*() const { return 0; }template<class C, class T>operator T C::*() const { return 0; }private:void operator&() const;
} nullptr = {};