C++的零指针（NULL，0，nullptr）

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本文介绍了零指针从C语言中的NULL到C++11中nullptr的发展历程。详细解释了NULL在C++中的定义和使用问题，并对比了NULL与0在函数重载中的差异。最后推荐在现代C++中使用nullptr关键字。

原文地址：http://www.cppblog.com/airtrack/archive/2012/09/16/190828.aspx

零指针的定义

C语言：NULL
C++03前：0
C++11：nullptr

进化之路

最开始，C语言中的NULL通常定义成

#define NULL ((void *)0)
// C语言有隐式指针转换，可以写如下代码
int *i = NULL;
time_t* t = NULL;

然而C++语言要求更为严格，不允许进行这样的隐式转换，而是直接使用字面值0作为零指针，为了兼容之前的习惯，NULL会进行这样的定义

#ifdef __cplusplus
#define NULL 0
#else
#define NULL ((void *)0)
#endif

不过当时C++的书籍都推荐用0而不是NULL，这是为什么呢？我所参考的原文描述的原因是这样的：
因为C++有函数重载，考虑如下代码

void foo( int a, int* b );
// 其它文件中调用如下代码
foo( 1, NULL );
foo( 1, 0 );

调用正常，如果我们添加了一个重载函数

void foo( int a, int* p );
void foo( int a, int b );
// 其它文件中调用如下代码
foo( 1, NULL );
foo( 1, 0 );

对于NULL版本，我们可能无法意识到错误，因为我们一直会认为NULL就应该调用指针版本，而对于0来说，我们很快能够发现调用了整数版本，从而调整我们的调用方式：

foo( 1, static_cast<int*>(0) );

可是，我自己的实验结果是这样的

void f( int a, int* p );
foo( 1, NULL );  // ok
foo( 1, 0 );   // ok

void f( int a, int* p );
void f( int a, int b );
foo( 1, NULL );  // compile error, ambiguous
foo( 1, 0 );   // ok, but call f(int, int)

也就是在这种情况下，NULL和0并不等价，NULL版本直接给了编译错误，而0版本直接偷偷迁移到新的函数，我们可以得知，NULL和0并不是完全等价，目前来看，NULL比0似乎有了一点优势。
让我们看看NULL到底是怎么定义的，一般NULL定义在stddef.h里，我找到了gcc 4.9.1中是这么定义的：

/* A null pointer constant.  */

#if defined (_STDDEF_H) || defined (__need_NULL)
#undef NULL             /* in case <stdio.h> has defined it. */
#ifdef __GNUG__
#define NULL __null
#else   /* G++ */
#ifndef __cplusplus
#define NULL ((void *)0)
#else   /* C++ */
#define NULL 0
#endif  /* C++ */
#endif  /* G++ */
#endif  /* NULL not defined and <stddef.h> or need NULL.  */
#undef  __need_NULL

可以看到除了一个__null，其余部分和上面介绍的是一致的，所以g++编译器一定是用了__null，其实，这个__null是在gcc编译器源码中定义的，具体查找过程请见参考条目[1]，我本想将其源码也贴过来的，后来觉得也没有必要，因为看了源码也不能立刻明白是怎么回事。相关源码文件是：

gcc/c-family/c-common.h
gcc/c-family/c-common.c
gcc/ginclude/stddef.h
gcc/cp/parser.c

也就是说，聪明的编译器会在遇到__null的时候，做特殊语法分析，从而让NULL表现的和整数0能够兼容，又不完全一样。在NULL当成0使用的时候，尽可能的给出警告，例如

void foo( int a, int b ); // 只有这个定义
foo( 1, NULL ); // g++会给出警告

编译器会尽可能提醒用户NULL应该作为指针，类似的，clang编译器也有一个__null的定义。

不管怎么样，以上的方案都是让人迷茫的，也都是不彻底的，所以C++11推出了nullptr关键字来表示零指针，它是一个C++语言的关键字，所以不要问是在哪里定义的，它的身份已经和NULL不同了。另外它的这个类型是std::nullptr_t，可以在stddef.h中发现这样的代码

namespace std { typedef decltype(nullptr) nullptr_t; }

我们应该在未来的代码中尽量多的使用nullptr，目前，C++代码库中的代码大部分还是使用的NULL。

参考
[1] http://blog.chinaunix.net/uid-20682147-id-4219051.html