【C++】NULL和nullptr的關聯與差別

在寫代碼的過程中，有時候需要將指針賦值爲空指針，以防止野指針。在C中，都是使用NULL來實現的；在C++中，除了NULL之外，還提供了nullptr來進行定義。那麼兩者之間有什麼區別呢，分別適用於什麼類型的場景呢？

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NULL在C/C++中的含義

NULL是一個宏定義，它的值是一個空指針常量，由實現來進行定義。C語言中常數0和(void*)0都是空指針常量；C++中常數0是，而(void*)0 不是。

那問題來了，爲什麼C中(void*)0是空指針常量，而C++中不是？

因爲C語言中任何類型的指針都可以(隱式地)轉換爲void* 型，反過來也行；而C++中void* 型不能隱式地轉換爲別的類型指針(例如：int* p = (void*)0，使用C++編譯器編譯會報錯)。

可以查看到NULL的宏定義內容：NULL在C和C++中的定義不同，C中NULL爲（void * )0，而C++中NULL爲整數0。

// C語言中NULL定義
#define NULL (void*)0                //c語言中NULL爲void類型的指針，但允許將NULL定義爲0

// C++中NULL的定義
#ifndef NULL
#ifdef _cpluscplus                       //用於判定是c++類型還是c類型
#define NULL 0                         //c++中將NULL定義爲整數0
#else
#define NULL ((void*)0)             //C語言中NULL爲void類型的指針
#endif
#endif

那既然C/C++標準中，常數0都可作爲空指針常量，爲什麼不統一使用0？

可能覺得由於(void * )0更能體現指針的意義，而常數0更多的時候是用作整數。因此，C語言中NULL定義選擇了(void*)0。

因此，如果在C++中如下定義：

int *p = NULL;

實際表示將指針p的值賦爲0，而C++中當一個指針的值爲0時，認爲指針爲空指針。

但是，如果單純這樣設計，在使用過程中可能會產生一個問題：

#include <iostream>

void f(int) {
  std::cout <<"invoke f(int)" << std::endl;
}

void f(void*) {
  std::cout << "invoke f(void*)" << std::endl;
}

int main(int argc, char *argv[]) {
	f(0);
  f(NULL);

	return 0;
}

當實參是NULL的時候，到底表示的是0調用f(int)函數，還是表示指針調用f(void*)呢？絕大多數編譯器都是選擇調用f(int)函數，當然也有的編譯器直接編譯出錯。

nullptr

爲了避免上面的情況出現，C++11引入了一個新關鍵字nullptr(也有的稱之爲：空指針常量)，它的類型爲std::nullptr_t。在C++中，void * 不能隱式地轉化爲任意類型的指針(可以強制轉化)，但空指針常數可以隱式地轉換爲任意類型的指針類型。

nullptr與nullptr_t

在stddef.h中有如下的描述：

typedef decltype(nullptr) nullptr_t;

1. nullptr_t是一種數據類型，而nullptr是該類型的一個實例。通常情況下，也可以通過nullptr_t類型創建另一個新的實例；
2. 所有定義爲nullptr_t類型的數據都是等價的，行爲也是完全一致的；
3. std::nullptr_t類型，並不是指針類型，但可以隱式轉換成任意一個指針類型(注意不能轉換爲非指針類型，強轉也不行)；
4. nullptr_t類型的數據不適用於算術運算表達式。但可以用於關係運算表達式(僅能與nullptr_t類型數據或指針類型數據進行比較，當且僅當關係運算符爲==、<=、>=等時)。

nullptr與NULL的區別

1. NULL是一個宏定義，C++中通常將其定義爲0，編譯器一般優先把它當作一個整型常量(C標準下定義爲(void*）0)；
2. nullptr是一個編譯期常量，其類型爲nullptr_t。它既不是整型類型，也不是指針類型；
3. 在模板推導中，nullptr被推導爲nullptr_t類型，仍可隱式轉爲指針。但0或NULL則會被推導爲整型類型；
4. 要避免在整型和指針間進行函數重載。因爲NULL會被匹配到整型形參版本的函數，而不是預期的指針版本。

nullptr與(void*)0的區別

1. nullptr到任意類型指針的轉換是隱式的(儘管nullptr不是指針類型，但仍可當指針使用)；
2. (void*)0只是一個強制轉換表達式，其返回void*指針類型，只能經過類型轉換到其他指針才能用。

例如：

#include <iostream>

int main(int argc, char *argv[]) {
  void* px = NULL;
  // int* py = (void*)0;         //編譯錯誤，不能隱式將void*轉爲int*類型
  int* pz = (int*)px;           //void*不能隱式轉爲int*，必須強制轉換！

  int* pi = nullptr;            //ok！nullptr可以隱式轉爲任何其他指針類型
  void* pv = nullptr;           //ok! nullptr可以隱式轉爲任何其他指針類型

	return 0;
}

總結

NULL在C語言中是(void * )0，在C++中卻是0。這是因爲在C++中void * 類型是不允許隱式轉換成其他指針類型的，所以之前C++中用0來代表空指針。但是，在重載整型和指針的情況下，會出現匹配錯誤的情況。所以，C++11加入了nullptr，可以保證在任何情況下都代表空指針。

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