INVALID_HANDLE_VALUE 、 NULL、nullptr 和 nullptr_t 的联系

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本文深入探讨了C++中空指针的各种表示方式，包括NULL、INVALID_HANDLE_VALUE和nullptr的区别与应用。详细解析了它们在不同场景下的行为，尤其是在函数重载时的选择问题，并介绍了nullptr_t类型如何解决重载函数调用的歧义。

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-- 时间：2018-12-26
-- 创建人：Ruo_Xiao
-- 邮箱：xclsoftware@163.com
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一、INVALID_HANDLE_VALUE

1、源码

//    WinNT.h
typedef void *HANDLE;
//    BaseTsd.h
typedef _W64 long LONG_PTR, *PLONG_PTR;
//    WinBase.h
#define INVALID_HANDLE_VALUE ((HANDLE)(LONG_PTR)-1)

2、解析

（1）HANDLE 实际上是 void 指针类型，-1 经过（HANDLE)(LONG_PTR）之后，转成了 0xffffffff 。

（2）原因：

-1 的二进制为 1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001，但数据在内存中是以补码形式存在的，故内存中存储的数据为 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111，按照 void* 去读取时，该值的结果为：0xffff ffff 了。

二、NULL

我们知道，在 C 语言中，NULL 通常被定义为：#define NULL ((void *)0)

所以说 NULL 实际上是一个空指针，如果在 C 语言中写入以下代码，编译是没有问题的，因为在C语言中把空指针赋给 int 和 char 指针的时候，发生了隐式类型转换，把 void 指针转换成了相应类型的指针。

int  *pi = NULL;
char *pc = NULL;

但是问题来了，以上代码如果使用 C++ 编译器来编译则是会出错的，因为 C++ 是强类型语言，void* 是不能隐式转换成其他类型的指针的，所以实际上编译器提供的头文件做了相应的处理：

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

可见，在 C++ 中，NULL 实际上是 0。因为 C++ 中不能把 void* 类型的指针隐式转换成其他类型的指针，所以为了解决空指针的表示问题，C++ 引入了 0 来表示空指针，这样就有了上述代码中的 NULL 宏定义。

但是实际上，用NULL代替 0 表示空指针在函数重载时会出现问题，程序执行的结果会与我们的想法不同，举例如下：

#include <iostream>
using namespace std;
 
void func(void* i)
{
    cout << "func1" << endl;
}
 
void func(int i)
{
    cout << "func2" << endl;
}
 
void main(int argc,char* argv[])
{
    func(NULL);
    func(nullptr);
    getchar();
}

在这段代码中，我们对函数 func 进行可重载，参数分别是 void* 类型和 int 类型，但是运行结果却与我们使用 NULL 的初衷是相违背的，因为我们本来是想用 NULL 来代替空指针，但是在将 NULL 输入到函数中时，它却选择了 int 形参这个函数版本，所以是有问题的，这就是用 NULL 代替空指针在 C++ 程序中的二义性。

为了解决上述问题，C++11 引入了 nullptr，专门表示空指针。

三、nullptr

从上面的例子中我们可以看到，使用 nullptr 作为实参，确实选择了正确的以 void* 作为形参的函数版本。

此时又引入了新的问题，如下所示：

#include <cstddef>
#include <iostream>
 
void f(int* pi)
{
   std::cout << "Pointer to integer overload\n";
}
 
void f(double* pd)
{
   std::cout << "Pointer to double overload\n";
}
 
int main()
{
    int* pi; double* pd;
 
    f(pi);
    f(pd);
    f(nullptr);  // 不知调用哪个重载函数。
}

四、nullptr_t

std::nullptr_t 是空指针字面量 nullptr 的类型。它是既非指针类型亦非指向成员指针类型的独立类型。

对于nullptr_t 的类型可以定义如下：

class nullptr_t  
{  
public:  
    template<class T>  
    inline operator T*() const    //定义类型转换操作符，使nullptr_t 可转为任意非类成员指针类型  
    { return 0; }  
  
      
    //重载类型转换操作符，使 nullptr_t 可以转换为类 C 中任意的指针类型（数据成员指针/函数成员指针）      
    //对类中数据成员的指针，T 将被推导为数据成员的类型 eg: int (X::*); 此时 T 为 int,C 为 X  
    //对类中函数成员的指针，T 将被推导为函数成员的类型 eg: int (X::*)(int); 此时T 等效于： typedef int (T)(int)  
    template<class C, class T>  
    inline operator T C::*() const    
    { return 0; }             
private:                  
    void operator&() const;  
};  
  
const null_ptr nullptr = {}

引入 nullptr_t 目的就是为了解决多个重载函数中，形参均为指针时传入 nullptr 不知调用哪一个的问题。

#include <cstddef>
#include <iostream>
 
void f(int* pi)
{
   std::cout << "Pointer to integer overload\n";
}
 
void f(double* pd)
{
   std::cout << "Pointer to double overload\n";
}
 
void f(std::nullptr_t nullp)
{
   std::cout << "null pointer overload\n";
}
 
int main()
{
    int* pi; double* pd;
 
    f(pi);
    f(pd);
    f(nullptr);  // 无 void f(nullptr_t) 可能有歧义
    // f(0);  // 歧义调用：三个函数全部为候选
    // f(NULL); // 若 NULL 是整数空指针常量则为歧义
                // （如在大部分实现中的情况）
}

结果：

Pointer to integer overload
Pointer to double overload
null pointer overload

五、总结

句柄初始化，使用 INVALID_HANDLE_VALUE 。

指针初始化的方法有 NULL、nullptr。

NULL 在 C++ 中就是 0，这是因为在 C++ 中 void* 类型是不允许隐式转换成其他类型的，所以之前 C++ 中用 0 来代表空指针，但是在重载整形的情况下，会出现上述的问题。所以，C++11 加入了 nullptr，可以保证在任何情况下都代表空指针，而不会出现上述的情况，因此，建议以后还是都用 nullptr 替代 NULL 吧，而 NULL 就当做 0 使用。

引入 nullptr_t 目的是解决重载函数的形参都为指针时，传入 nullptr 歧义的问题。增加形参为 nullptr_t，可以明确告诉编译器，对于形参为 nullptr 的调用，直接调用 nullptr_t 的版本。

（SAW：Game Over！）