C/C++中的NULL、0和nullptr的区别

在 C/C++ 中，为了防止野指针（指针指向的位置是不可知的），我们常常需要将指针赋值为空指针。在 C 中我们用 NULL 来表示空指针，而在 C++ 中则有 NULL 和 nullptr 两种空指针，并且其 NULL 的定义也和 C 语言中的完全不同。我们就在这篇文章中仔细研究一下。

NULL

在 C 语言中，我们使用 NULL 来表示空指针。他是一个宏定义，其定义是

#define NULL ((void *)0)

也就是说 NULL 其实是一个 void* 类型的指针。并且在 C 语言中，任何类型的指针都可以（隐式地）转换为 void * 类型，反过来也成立。但是在 C++ 中则不存在这种隐式的转换。比如在 C 语言中，

int *i = (void *)0;

上述的写法是完全合法的，但是使用 C++ 编译器则会报错。在 C++ 中 NULL 被定义为整数 0 :

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

0

因此在 C++ 中，定义一个空指针：

int *p = NULL;

实际上就是将指针 p 赋值为零。在 C++ 中为0的指针都会被认为是空指针。 但是这样的话，就会造成一些歧义：0 即可以表示整数常量，又可以表示空指针常量。那么在下面的经典例子中：

void foo(int) {}    // #1
void foo(char*) {}  // #2
int main() {
    foo(NULL);
}

foo(NULL) 到底应该调用哪个函数？既然 NULL 是指针，它就应该调用 #2 ，但实际上 NULL 又被定义为整数0，所以会调用 #1 .

为了解决这种歧义性，于是又引入了一种新的空指针常量 nullptr .

nullptr

在 C++11 中引入了一个新的关键字 nullptr，其定义为

typedef decltype(nullptr) nullptr_t;

这里 decltype 也是 C++11 中新引入的关键字，用于自动类型推导。

• nullptr_t 是一种数据类型，而 nullptr 是一个常数，是该类型的一个实例。
• 因此可以通过 nullptr_t 类型创建另一个新的实例。但所有定义为 nullptr_t 类型的数据都是等价的，行为也是完全一致的。
• nullptr 是一个编译期常量，其类型为 nullptr_t，它既不是整型类型，也不是指针类型。

除此之外，nullptr 还有一些其他的特性：

• std::nullptr_t 类型并不是指针类型，但可以隐式转换成任意一个指针类型。
• nullptr_t 类型数据不能转换为非指针类型，即使使用reinterpret_cast<nullptr_t>() 的方法也不行。
• nullptr_t 类型数据不适用于算术运算表达式。
• nullptr_t 类型数据可以用于关系运算表达式，但仅能与 nullptr_t 类型数据或者指针类型数据进行比较，当且仅当关系运算符为 ==，<=，>= 等时返回true。

这些特性可以在代码中得到验证：

//nullptr可以隐式转换为char*
char *cp = nullptr;

//nullptr不能转换为非指针类型，任何类型也不能转换为nullptr_t
int i1 = nullptr; //error
int i2 = reinterpret_cast<nullptr_t>(nullptr); //error

//nullptr与nullptr_t类型变量可以作比较，当使用==，<=，>=符号作比较时才返回true
nullptr_t nptr;
if (nptr == nullptr) //nullptr_t nptr == nullptr
if (nptr < nullptr) //nullptr_t nptr >= nullptr

//不能转换为整型或者bool类型
if (0 == nullptr); //error
if (nullptr); //error

//不能进行算术运算
nullptr += 1; //error
nullptr * 5; //error

与 void* 区别

• 在 C++11 标准中，nullptr 类型数据所占用的内存空间，与 void* 所占内存空间大小相同，即 sizeof(nullptr_t) == sizeof(void*).
• 语法内涵不同，nullptr 是一个编译期常量，而 (void*)0 只是一个强制转换表达式，其返回的也是一个 void* 指针类型。
• 在 C++ 语言中，nullptr 到任何指针的转换是隐式的，而 (void*)0 则必须经过类型转换后才能使用。

nullptr 可能的实现

struct nullptr_t
{
    void operator&() const = delete;  // Can't take address of nullptr

    template <class T>
    inline operator T*() const
    {
        return 0;
    }

    template <class C, class T>
    inline operator T C::*() const
    {
        return 0;
    }
};
nullptr_t nullptr;

源码这部分需要继续学习~