解析C語言中空指針、空指針常量、NULL & 0的詳解
2020-01-26 16:14:12
供稿：網友
什么是空指針常量（null pointer constant）?
[6.3.2.3-3] An integer constant expression with the value 0, or such an expression cast to type void *, is called a null pointer constant.
這里告訴我們：0、0L、'/0'、3 - 3、0 * 17 （它們都是“integer constant expression”）以及 (void*)0 （tyc： 我覺得(void*)0應該算是一個空指針吧，更恰當一點）等都是空指針常量（注意 (char*) 0 不叫空指針常量，只是一個空指針值）。至于系統選取哪種形式作為空指針常量使用，則是實現相關的。一般的 C 系統選擇 (void*)0 或者 0 的居多（也有個別的選擇 0L）；至于 C++ 系統，由于存在嚴格的類型轉化的要求，void* 不能象 C 中那樣自由轉換為其它指針類型，所以通常選 0 作為空指針常量（tyc: C++標準推薦），而不選擇 (void*)0。
什么是空指針（null pointer）?
[6.3.2.3-3] If a null pointer constant is converted to a pointer type, the resulting pointer, called a null pointer, is guaranteed to compare unequal to a pointer to any object or function.
因此，如果 p 是一個指針變量，則 p = 0;、p = 0L;、p = '/0';、p = 3 - 3;、p = 0 * 17; 中的任何一種賦值操作之后（對于 C 來說還可以是 p = (void*)0;）， p 都成為一個空指針，由系統保證空指針不指向任何實際的對象或者函數。反過來說，任何對象或者函數的地址都不可能是空指針。（tyc: 比如這里的(void*)0就是一個空指針。把它理解為null pointer還是null pointer constant會有微秒的不同，當然也不是緊要了)
什么是 NULL？
[6.3.2.3-Footnote] The macro NULL is defined in <stddef.h> (and other headers) as a null pointer constant
即 NULL 是一個標準規定的宏定義，用來表示空指針常量。因此，除了上面的各種賦值方式之外，還可以用 p = NULL; 來使 p 成為一個空指針。（tyc：很多系統中的實現：#define NULL (void*)0，與這里的“a null pointer constant”并不是完全一致的）
空指針（null pointer）指向了內存的什么地方（空指針的內部實現）？
標準并沒有對空指針指向內存中的什么地方這一個 問題作出規定，也就是說用哪個具體的地址值（0x0 地址還是某一特定地址）表示空指針取決于系統的實現。我們常見的空指針一般指向 0 地址，即空指針的內部用全 0 來表示（zero null pointer，零空指針）；也有一些系統用一些特殊的地址值或者特殊的方式表示空指針（nonzero null pointer，非零空指針），具體請參見C FAQ。
幸運的是，在實際編程中不需要了解在我們的系統上空指針到底是一個 zero null pointer 還是 nonzero null pointer，我們只需要了解一個指針是否是空指針就可以了――編譯器會自動實現其中的轉換，為我們屏蔽其中的實現細節。注意：不要把空指針的內部表示等同于整數 0 的對象表示――如上所述，有時它們是不同的。
如何判斷一個指針是否是一個空指針？
這可以通過與空指針常量或者其它的空指針的比較來實現（注意與空指針的內部表示無關）。例如，假設 p 是一個指針變量，q 是一個同類型的空指針，要檢查 p 是否是一個空指針，可以采用下列任意形式之一――它們在實現的功能上都是等價的，所不同的只是風格的差別。
指針變量 p 是空指針的判斷：
if ( p == 0 )
if ( p == '/0' )
if ( p == 3 - 3 )
if ( p == NULL ) /* 使用 NULL 必須包含相應的標準庫的頭文件 */
if ( NULL == p )
if ( !p ) <---------------(這里和下面的if(p)都被專門說過一次,null定義不一定是0.這里如果貿然使用!p會很危險的.所以這種寫法不能被提倡)
if ( p == q )
...
指針變量 p 不是空指針的判斷：
if ( p != 0 )
if ( p != '/0' )
if ( p != 3 - 3 )
if ( p != NULL ) /* 使用 NULL 必須包含相應的標準庫的頭文件 */
if ( NULL != p )
if ( p )
if ( p != q )
...
可以用 memset 函數來得到一個空指針嗎？
這個問題等同于：如果 p 是一個指針變量，那么
memset( &p, 0, sizeof(p) ); 和 p = 0;
是等價的嗎？
答 案是否定的，雖然在大多數系統上是等價的，但是因為有的系統存在著“非零空指針” （nonzero null pointer），所以這時兩者不等價。由于這個原因，要注意當想將指針設置為空指針的時候不應該使用 memset，而應該用空指針常量或空指針對指針變量賦值或者初始化的方法。
可以定義自己的 NULL 的實現嗎？兼答"NULL 的值可以是 1、2、3 等值嗎？"類似問題
[7.1.3-2] If the program declares or defines an identifier in a context in which it is reserved (other than as allowed by 7.1.4), or defines a reserved identifier as a macro name, the behavior is undefined.
NULL 是標準庫中的一個符合上述條件的 reserved identifier （保留標識符）。所以，如果包含了相應的標準頭文件而引入了 NULL 的話，則再在程序中重新定義 NULL 為不同的內容是非法的，其行為是未定義的。也就是說，如果是符合標準的程序，其 NULL 的值只能是 0，不可能是除 0 之外的其它值，比如 1、2、3 等。
malloc 函數在分配內存失敗時返回 0 還是 NULL？
malloc 函數是標準 C 規定的庫函數。在標準中明確規定了在其內存分配失敗時返回的是一個 “null pointer”（空指針）：
[7.20.3-1] If the space cannot be allocated, a null pointer is returned.
對于空指針值，一般的文檔（比如 man）中傾向于用 NULL 表示，而沒有直接說成 0。但是我們應該清楚：對于指針類型來說，返回 NULL 和 返回 0 是完全等價的，因為 NULL 和 0 都表示 “null pointer”（空指針）。（tyc：一般系統中手冊中都返回NULL，那我們就用NULL吧）
