空指標常數(null pointer constant) -- v2

[wtchen (沒有存在感的人)]

根據各位板友的建議，板工完成修正版，請參考 /(_ _)\
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(綠色代表更新的更新)
### 在C的情況(注意：C++不適用，C++的場合請看下一節) ###

根據C11 standard 6.3.2.3 裡對空指標常數 (null pointer constant)的定義：

An integer constant expression with the value 0, or such an expression cast
to type void *, is called a null pointer constant.

大意是說，空指標常數代表計算結果為零的整數常數表達式，如 0 或 0ULL，
或是前述表達式轉型成 void*, 如 (void*)(0U)。
NULL是用MACRO定義，並由實作環境決定(implementation-defined)空指標常數。
對C來說，這兩種寫法都對：

#define NULL ((void *)0)        // 一般C編譯器常見的寫法
#define NULL 0                  // 也是符合定義的寫法

((void*)0) 是空指標常數(null pointer constant)，
而((int *)0) 是型別為整數指標的空指標(null pointer)**，這兩者是不一樣的。
比較明顯的分別是，空指標常數可以被賦值給任何型別指標的左值，
而空指標只該被賦值給同樣型別指標的左值(若不同型別會有warning)。
以下是一個比較清楚的例子：

int *a = 0;           // 沒問題，空指標常數
int *b = (int*) 0;    // 沒問題，右邊是同型別的空指標
int *c = (void*) 0;   // C沒問題，右邊是空指標常數，不過C++會掛
int *d = (long*) 0;   // 會有warning提示 (incompatible pointer type)
int *e = (int*) a;    // C不保證是空指標，C++會掛

只有常數表達式才保證會轉型成空指標，
執行期間才得到的零不保證可以成功轉型成空指標

這邊有另一個例子：
typedef void (*func)(void);   // func f  = void (*f)();
func a = 0;                   // 沒事，a是空指標常數
func b = (void *)0;           // C 沒問題，C++會掛
func c = (void *)(void *)0;   // C 沒問題，C++會掛



### 在C++的情況 ###

根據C++14 standard 4.10 裡對空指標常數 (null pointer constant)的定義：

A null pointer constant is an integer literal (2.13.2) with value zero
or (以後為C++11後特有) a prvalue of type std::nullptr_t.

意思是說，它可以是0或nullptr，對C++來說，這兩種寫法都對：

#define NULL 0                  // C++03(或之前)的作法
#define NULL nullptr            // C++11(或之後)的可能作法

至於以下的情況：

int x = NULL;           // 絕對不要這樣寫，原因請看下文
int* ptr = (void*)0;    // C 沒問題，C++會掛
int* ptr = 0;           // C++03(或之前)與C都能用的作法
int* ptr = nullptr;     // C++11以後的正統用法，
                           也就是上述C++14 standard裡的空指標常數

為啥我們不該寫出 int x = NULL 這種東西？
因為C++有C沒有的函數重載(function overloading)，舉例來說

void DoSomething(int x);
void DoSomething(char* x);

NULL是用MACRO定義出來的，如果編譯器裡的NULL定義不一樣，
可能會有以下兩種狀況：

- NULL = 0: DoSomething(NULL)會呼叫void DoSomething(int x)，即
            DoSomething(0)。

- NULL=nullptr: 會呼叫void DoSomething(char* x)，即DoSomething(nullptr)。

C++還有一個C沒有的函數樣板(function template)，
一樣會面臨到同樣的問題：

void f(int* p);
template<typename T> void forward(T&& t) {
    f(std::forward<T>(t));
}
int main() {
    forward(NULL); // FAIL if NULL is 0
}

- NULL=0: forward函式無法分辨0是哪種型別，所以會呼叫失敗

- NULL=nullptr: 可以呼叫成功，因為nullptr有他對應的型別(std::nullptr_t)。

另一個一般人比較不會留意到的分別是auto的用法：

auto p = 0;             // makes auto as int
auto p = nullptr;       // makes auto as decltype(nullptr)

總括來說，nullptr跟單純的0比起來有以下的優點：

- nullptr有自己的類型(std::nullptr_t)
- 它可以轉換成其他類型的指標，或是跟其他類型的指標比較
- 它不可以轉換成其他類型的整數，或是跟其他類型(bool除外)的整數比較


C++的爸爸     Bjarne Stroustrup (挪抬)對於NULL是這樣說的：
In C++, the definition of NULL is 0, so there is only an aesthetic difference.
I prefer to avoid macros, so I use 0. Another problem with NULL is that people
sometimes mistakenly believe that it is different from 0 and/or not an integer.
In pre-standard code, NULL was/is sometimes defined to something unsuitable
and therefore had/has to be avoided. That's less common these days.

If you have to name the null pointer, call it nullptr; that's what it's called
in C++11. Then, "nullptr" will be a keyword.

大意就是，NULL在C++03(或之前)的定義就是0，C++11開始有nullptr這個專用字眼。
由於NULL是由MACRO定義的，MACRO定義出問題可能會給程式或coder造成誤解。

結論就是，C++開始還是儘量用0或nullptr*取代NULL吧。

### 感謝 ###
感謝ptt C_and_CPP板友Frozenmouse，yvb，tinlans，BlazarArc等提供修正建議。

### 參考資料 ###

- [comp.lang.c FAQ list · Question 5.2 ](http://c-faq.com/null/null2.html)

- [Is (int *)0 a null pointer?]
(http://stackoverflow.com/questions/21386995/is-int-0-a-null-pointer)

- [Why are NULL pointers defined differently in C and C++?]
(http://stackoverflow.com/questions/7016861/
why-are-null-pointers-defined-differently-in-c-and-c)

- [Should I use NULL or 0?](http://www.stroustrup.com/bs_faq2.html#null)
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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 86.209.161.140
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/C_and_CPP/M.1461840781.A.192.html
※ 編輯: wtchen (86.209.161.140), 04/28/2016 18:56:05
推 BlazarArc: 那個overloading的部分 我記得主要是造成template困擾
→ wtchen: 正在研究跟template相關的部份...
→ wtchen: 明天補充
※ 編輯: wtchen (86.209.161.140), 04/29/2016 02:42:24
→ wtchen: 補充完畢，新增template跟auto的部份
※ 編輯: wtchen (86.209.161.140), 04/29/2016 02:48:35
→ james732: 板主大大你自己的文章沒有加分類耶XD
→ wtchen: 加好了，感謝提醒，記得幫我看內文是否正確通順喔
推 rbufghj9713: 想請問一下，會有指標的位置剛好為0嗎？還是說編譯
→ rbufghj9713: 器會避開這部分？