【C++ 11】nullptr 空指针

【 0. 问题背景 】

0.1 野指针和悬空指针

• 总结

• 野指针和悬空指针的示例

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    // 野指针示例
    int* wildPtr;  // 未初始化的指针
    // 未定义行为：尝试使用未初始化的指针
    //cout << *wildPtr << endl;  // 可能导致崩溃

    // 悬空指针示例
    int* danglingPtr = new int(10);  // 分配内存
    delete danglingPtr;              // 释放内存
    // 未定义行为：尝试访问已释放的内存
    //cout << *danglingPtr <<endl;  // 可能导致崩溃

    return 0;
}

0.2 传统空指针 NULL

• 传统空指针 的基本语法
  C++98/03 标准中，将一个指针初始化为空指针的方式有 2 种：
  • 第一种，可以将指针明确指向 0（0x0000 0000）这个内存空间。大多数操作系统都不允许用户对地址为 0 的内存空间执行写操作，若用户在程序中尝试修改其内容，则程序运行会直接报错。
  • 第二种，可以将指针初始化为 NULL。NULL 并不是 C++ 的关键字，它是 C++ 为我们事先定义好的一个宏，并且它的值往往就是字面量 0（#define NULL 0）。

int *p = 0;

int *p = NULL; //推荐使用

0.3 传统空指针的局限性

• C++ 中将 NULL 定义为字面常量 0，虽然能满足大部分场景的需要，但个别情况下，它会导致程序的运行和我们的预期不符，如下代码所示：
  • 对于 isnull(0) 来说，显然它真正调用的是参数为整形的 isnull() 函数；而对于 isnull(NULL)，我们期望它实际调用的是参数为 void*c 的 isnull() 函数，但观察程序的执行结果不难看出，并不符合我们的预期。

#include <iostream>
using namespace std;

void isnull(void* c) {
    cout << "void*c" << endl;
}

void isnull(int n) {
    cout << "int n" << endl;
}

int main(){
    isnull(0);
    isnull(NULL);
    return 0;
}

• C++ 98/03 标准中，如果我们想令 isnull(NULL) 实际调用的是 isnull(void* c)，就需要对 NULL（或者 0）进行强制类型转换：如此，才会成功调用我们预期的函数。

isnull( (void*)NULL );
// 或者
isnull( (void*)0 );

【 1. 基本用法 】

• 由于 C++ 98 标准使用期间，NULL 已经得到了广泛的应用，出于兼容性的考虑，C++11 标准并没有对 NULL 的宏定义做任何修改，即 传统空指针NULL仍可用但是有BUG 。为了修正 C++ 存在的这一 BUG，C++ 标准委员会最终决定另其炉灶，在 C++11 标准中引入一个新关键字，即 nullptr。
• nullptr_t 指针空值类型 是 C++11 新增加的数据类型。nullptr 是 nullptr_t 类型的右值常量，专用于初始化空类型指针，也就是说，nullptr 仅是该类型的一个已定义好可直接使用的实例对象 ，如果需要我们完全定义出多个同 nullptr 完全一样的实例对象。

【 2. nullptr 的应用 】

2.1 nullptr 解决 NULL 的遗留BUG

• 由于 nullptr 无法隐式转换为整形，而可以隐式匹配指针类型 ，因此执行结果和我们的预期相符。
  总之在 C++11 标准下，相比 NULL 和 0，使用 nullptr 初始化空指针可以令我们编写的程序更加健壮。

#include <iostream>
using namespace std;
void isnull(void *c){
    cout << "void*c" << endl;
}
void isnull(int n){
    cout << "int n" << endl;
}
int main() {
    isnull(NULL);
    isnull(nullptr);
    return 0;
}

2.2 简单实例

• 不同类型的指针变量都可以使用 nullptr 来初始化，编译器分别将 nullptr 隐式转换成 int*、char* 以及 double* 指针类型。

int * a1 = nullptr;
char * a2 = nullptr;
double * a3 = nullptr;