C语言中void和NULL

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本文详细解析了C语言中的void和void*概念，包括它们的定义、用途及应用场景。并通过实例阐述了void变量、void类型转换、void*指针的特性与使用规则。

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1 void 和void*

(1) 书的介绍

<1> 《The C Programming Language》

[1] void

附录A6.7：The(nonexistent) value of a void object may not be used in any way, and neither explicit nor implicit conversion to any non-void type may be applied. Because avoid expression denotes a nonexistent value, such an expression may be used only where the value is not required, for example as an expression statement or as the left operand of a comma operator.

An expression may be converted to type void by a cast. For example, a void cast documents the discarding of the value of a function call used as an expression statement.

[2] void *

附录A6.8：Any pointer to an object may be converted to type void * without loss of information. If the result is converted back to the original pointer type, the original pointer is recovered. Unlike the pointer-to pointer conversions discussed, which generally require an explicit cast, pointers may be assigned to and from pointers of type void *, and may be compared with them.

This interpretation of void * pointers is new;previously, char * pointers played the role of generic pointer. The ANSI standard specifically blesses the meeting of void * pointers with object pointers in assignments and relationals, while requiring explicit casts for other pointer mixtures.

<2> 《C语言程序设计》

[1] void

附录A6.7：一个void对象的（不存在的）值不可以以任何方式使用，也不能被显示或隐式地转换为一非空类型。因为一个空表达式表示一个不存在的值，这样的表达式只可使用在不需要值的地方。例如作为一个表达式语句或作为逗号运算符的左运算分量。

可以通过强制类型转换将表达式转换为void类型。例如，在表达式语句中一个空的强制类型转换将丢掉函数调用的任何值。

[2] void *

附录A6.8：指向任何对象的指针可以被转换为void *类型二不会丢失信息。如果将结果再转换为初始指针类型，那么初始指针被恢复。与一般需要显示的强制类型转换的指针到指针的转换不同，指针可以被赋值为void *类型指针，也可以赋值给void *类型指针，并和void *类型指针比较。

注释：对void *指针的解释是新增加的，以前char *指针扮演通用指针的角色。ANSI标准特别允许void *类型指针和其他对象指针在赋值和关系表达式中混用，而对其它的指针的混合使用则要求有显示的类型转换。

<3> 《C语言深度剖析》

[1] void

1.10.4：void不能代表一个真实的变量。因为定义变量时必须分配内存空间，定义void类型变量，编译器到底分配多大的内存呢。

[2] void *

1.10.3：按照ANSI标准，不能对void指针进行算法（如++, +=）操作。ANSI标准之所以这样认为，是因为它坚持：进行算法操作的指针必须是确定知道其指向数据类型大小的。也就是说必须知道内存目的地址的确切值。如果函数的参数可以是任意类型指针，那么应声明其参数为void *。如内存操作函数的原型，void *memcpy(void *dest, const void *src, size_tlen)； void *memset(void *buffer, intc, size_t num )。

<4> 《Linux C语言编程一站式学习》

x86/GNU Linux/gcc平台下：

void *

在编程时经常需要一种通用指针，可以转换为任意其它类型的指针，任意其它类型的指针也可以转换为通用指针。最初C没有void *通用指针类型，是把char*当通用指针，需要转换时就用转换运算符()。void *指针与其它类型的指针之间可以隐式转换，而不必用类型转换符。void*指针不能直接Dereference（访问），而必须转换成别的类型的指针才能做Dereference。而不能用void类型来定义变量（类型暂时不确定的变量），因为编译器不知道该分配几个字节给变量。

(2) void和void*的应用

在Debian GNU/Linux Desktop下编程。

<1> void 和void*的使用规则

接和各经典著作中对两者的描述，在linux下编程实践。

[1] void变量

void  i;     //error: variable or field ‘i’ declared void

当定义一个void变量时，编译程序会有以上的错误提示。

[2] (void)转换

char ch = 'a';
(void)0;
(void)ch;
int  i	= ((void)0, 2);
i	= (2, (void)0); 	//error: void value not ignored as it ought to be
printf("%c\n", (void)ch);	//error: invalid use of void expression

“(void)表达式”表示将“表达式”强制转换为void类型，整个表达式为void类型，不可以任何为值的方式被引用。

2~3. (void)0和(void)ch表示将0和ch转换为void类型得到一种void对象。

5~6. void对象不可以被引用，否则linux下会有报错。

[3] (type) (void)0

i	= (int)( (void)0 );  // error: invalid use of void expression

void对象不可以显示或隐式的转换为其它类型。

[4] 通用指针类型void*

int	*pInt	= NULL;
char	*pChar	= NULL;
float	*pFloat	= NULL;
struct _p_ch{
	void *pVoid;
	char ch;
}*p_ch;
		
p_ch		= NULL;
p_ch->pVoid	= NULL;
		
//void * can point any type of a pointer
p_ch->pVoid	= pInt;
p_ch->pVoid	= pChar;
p_ch->pVoid	= pFloat;
p_ch->pVoid	= p_ch;
		
//void * can be pointed by any type of a pointer
pInt	= p_ch->pVoid;
pChar	= p_ch->pVoid;
pFloat	= p_ch->pVoid;
p_ch	= p_ch->pVoid;

void*能够被任何类型（列举部分）的指针赋值，其它任何类型的指针也能被void *赋值。

[5] (type) (void )

int i		= 1;
int *pInt	= NULL;
pInt	= &i;
printf("%d\n", *( (int*)((void*)pInt) ) );

指向任何对象的指针可以被转换为void *类型二不会丢失信息(但仍然不可引用一个void类型的值)。如果将结果再转换为初始指针类型，那么初始指针被恢复。

[6] ANSI与GNU

int i		= 1;
int *pInt	= NULL;
void *pVoid	= NULL;
pInt	= &i;
pVoid	= pInt;
pVoid++;
pVoid--;
printf("%p, %p\n", pVoid, pInt );

在GNU/Linux下，void *类型指针允许运算。某次运行，以上程序在Debian GNU/Linux下输入结果：0xbf819e7c, 0xbf819e7c。

<2> void和void*的应用场合

[1] void限定函数返回值和参数类型

add()
{
	return 2.1f + 3.0f;
}

C中，无限定函数返回类型的情况下，函数默认返回整数类型。这样的函数在linux下调用会有一条警告：warning: data definition has no type or storageclass。在main函数中调用此函数并用printf()语句输出时得到结果5.当为此函数加了void限定符后，函数返回void类型值，再在程序中应用void时编译器就会报错。

void add()
{
	float f = 2.1f + 3.0f;
}

int  main(void)
{
	add(6);
	Renturn 0;
}

当函数没有任何参数时，不往函数参数列表类加”void”关键字时，像MDK-Keil就会警告，而Linux则不会。这个时候调用函数时，在GNU/Linux下再给函数参数时，程序正常运行。

void add(void)
{
	float f = 2.1f + 3.0f;
}

int main(void)
{
	add(6);
	return 0;
}

当函数参数无参数时加了void，调用函数再传递参数时编译器就会报错: error: too many arguments to function ‘add’。

[2] (void)0限定表达式被引用

MDK-ARM中审核参数的断言为，

#define assert_param(expr) ((expr) ? (void)0 : assert_failed((uint8_t *)__FILE__, __LINE__))
	
/* Exported functions ------------------------------------------------------- */
void assert_failed(uint8_t* file, uint32_t line);

(void)0的作用相当于函数返回类型为void限定，它表示此宏不可被引用。

[3] void *作为函数参数

由于void *类型指针可以指向任何类型的指针（可以指向任何对象），如果函数的参数可以是任意类型指针，就可以将其声明为void *。

2 NULL

(1) 《C陷阱与缺陷》

NULL表示内存位置0，NULL指针并不指向任何对象。因此除非是用于赋值或比较运算，出于其他任何目的使用NULL指针都是非法的。

引用NULL内存内容依编译器的不同而不同。某些C语言实现堆内存位置0强加了硬件级的读保护，在其上工作的程序如果错误使用了NULL指针，将立即终止执行。其他一些C语言实现堆内存位置0只允许读，不允许写。在这种情况下，一个NULL指针似乎指向的是某个字符串，但其内容通常不过是一堆“垃圾信息”。还有些C语言实现对内存位置0既允许读也允许写。在这种实现上面工作的程序如果错误使用了一个NULL指针，则很可能覆盖了操作系统的部分内容，造成彻底的灾难！

(2) 《C和指针》

标准定义了NULL指针，它作为特殊的指针变量，表示不指向任何东西。之所以选择0这个值是因为一种源代码约定，就机器而言，NULL指针的实际值可能与此不同，在这种情况下，编译器将负责0值和内部值之间的翻译转换。NULL指针十分有用，因为他给了程序员一种方法，表示某个特定的指针目前并未指向任何东西。

(3) 《C语言常见问题集》

[空指针]

5.1：语言定义中说明, 每一种指针类型都有一个特殊值——“空指针” —— 它与同类型的其它所有指针值都不相同, 它“与任何对象或函数的指针值都不相等”。也就是说, 取地址操作符& 永远也不能得到空指针, 同样对malloc() 的成功调用也不会返回空指针, 如果失败, malloc() 的确返回空指针, 这是空指针的典型用法:表示“未分配”或者“尚未指向任何地方”的指针。

空指针在概念上不同于未初始化的指针。空指针可以确保不指向任何对象或函数; 而未初始化指针则可能指向任何地方。

如上文所述, 每种指针类型都有一个空指针, 而不同类型的空指针的内部表示可能不尽相同。尽管程序员不必知道内部值, 但编译器必须时刻明确需要那种空指针, 以便在需要的时候加以区分。

[NULL]

定义了预处理宏NULL (在<stdio.h> 和其它几个头文件中) 为空指针常数, 通常是0 或者((void *)0)。希望区别整数0 和空指针0 的人可以在需要空指针的地方使用NULL。使用NULL 只是一种风格习惯; 预处理器把所有的NULL 都还原回0, 而编译还是依照上文的描述处理指针上下文的0。特别是, 在函数调用的参数里, NULL之前(正如在0 之前) 的类型转换还是需要。

《C语言常见问题集》第五章都在解答关于NULL指针的问题。