C++从入门到精通——nullptr

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前言

nullptr是C++11引入的一个新特性，用于表示空指针。它提供了一种类型安全的方式来区分空指针和非空指针，避免了传统空指针（如NULL或0）可能导致的类型不匹配问题。使用nullptr可以提高代码的可读性和安全性。同时，nullptr还可以与C++的智能指针（如std::unique_ptr、std::shared_ptr等）一起使用，更好地管理动态分配的内存。

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一、指针空值NULL

指针空值NULL是一种特殊的指针值，表示指针不指向任何有效的内存地址。在C和C++中，可以使用NULL宏定义表示空指针。当使用NULL赋值给一个指针时，表示该指针不指向任何内存地址。

使用空指针可以用于以下情况：

1. 初始化指针变量，避免野指针的问题。
2. 在条件判断中判断指针是否为空。
3. 作为函数的返回值，表示函数执行失败或者没有有效的返回值。

需要注意的是，访问空指针会导致程序崩溃或者产生未定义的行为，因此在使用指针之前，应该先判断指针是否为空。可以使用条件语句或者断言来判断指针是否为空。

二、指针空值nullptr(C++11)

指针空值nullptr是C++11引入的一种特殊的空指针常量。在以前的C++标准中，常用的空指针常量是NULL，它通常被定义为整数0或者(void*)0。然而，这样的定义可能会引起一些类型转换的问题，因为整数0可能会被隐式地转换为其他类型的指针，从而导致一些意想不到的错误。

为了解决这个问题，C++11引入了新的空指针常量nullptr。nullptr是一个特殊的关键字，它的类型是std::nullptr_t，表示一个空指针常量。使用nullptr定义空指针可以避免类型转换的问题，因为nullptr只能被隐式地转换为指针类型，而不能被转换为整数类型。

C++98中的指针空值

在良好的C/C++编程习惯中，声明一个变量时最好给该变量一个合适的初始值，否则可能会出现不可预料的错误，比如未初始化的指针。如果一个指针没有合法的指向，我们基本都是按照如下方式对其进行初始化：

void TestPtr()
{
 	int* p1 = NULL;
	int* p2 = 0;
 
 // ……
}
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NULL实际是一个宏，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
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可以看到，NULL可能被定义为字面常量0，或者被定义为无类型指针(void*)的常量。不论采取何种定义，在使用空值的指针时，都不可避免的会遇到一些麻烦，比如：

void f(int)
{
 	cout<<"f(int)"<<endl;
}
void f(int*)
{
 	cout<<"f(int*)"<<endl;
}
int main()
{
 	f(0);
 	f(NULL);
 	f((int*)NULL);
 	return 0;
}
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程序本意是想通过f(NULL)调用指针版本的f(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，因此与程序的初衷相悖。

在C++98中，字面常量0既可以是一个整形数字，也可以是无类型的指针(void*)常量，但是编译器默认情况下将其看成是一个整形常量，如果要将其按照指针方式来使用，必须对其进行强转(void *)0。
注意：

1. 在使用nullptr表示指针空值时，不需要包含头文件，因为nullptr是C++11作为新关键字引入的。

2. 在C++11中，sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。

3. 为了提高代码的健壮性，在后续表示指针空值时建议最好使用nullptr。

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三、NULL与nullptr的区别

NULL和nullptr都是表示空指针的关键字，但是在C++11之后，推荐使用nullptr来表示空指针。

区别如下：

1. 类型安全性：NULL实际上是一个宏定义，被定义为0或者((void*)0)，因此可以隐式地转换为任何指针类型。而nullptr是一个关键字，且严格遵循类型安全规则，只能转换为指针类型。

2. 重载：nullptr可以进行函数重载，而NULL不可以。由于NULL是一个宏定义，而宏展开是在编译阶段进行的，因此无法对NULL进行重载。

3. 可读性：nullptr更加明确地表示空指针的含义，更易于阅读和理解。而NULL可能会引起歧义，不容易分辨其具体的含义。

综上所述，推荐在C++11及以上版本中使用nullptr来表示空指针。

总结

使用nullptr定义空指针可以提高代码的可读性和安全性，因为它明确表明了指针的空值，避免了可能导致错误的类型转换。