为什么要用 nullptr 替代 NULL？ #

NULL 的本质是什么？ #

在C++11中，引入了 nullptr，使用代码如下：

int *ptr = nullptr;

同样是表示空指针，之前 NULL 使用的好好的，为什么要引入 nullptr？

nullptr 和 NULL 又有什么区别呢？

NULL 的定义 #

NULL 究竟是什么？源码在此：

#ifndef NULL
    #ifdef __cplusplus
        #define NULL 0        // C++中NULL被定义为整数0
    #else
        #define NULL ((void *)0)    // C语言中NULL被定义为void指针
    #endif
#endif

从源码中可以知道，在 C 中 NULL 是 ((void *)0) 指针，在 C++ 中 NULL 却是个整数 0。

为什么 C 和 C++ 中 NULL 的定义不同？ #

C++ 中有一个很特别的规定就是 0 既表示 整形常量 也用来表示 空指针常量。

先看下 C++03 标准中的一段话：

A null pointer constant is an integral constant expression (expr.const) rvalue of integer type that evaluates to zero. A null pointer constant can be converted to a pointer type; the result is the null pointer value of that type and is distinguishable from every other value of pointer to object or pointer to function type. Two null pointer values of the same type shall compare equal. The conversion of a null pointer constant to a pointer to cv-qualified type is a single conversion, and not the sequence of a pointer conversion followed by a qualification conversion (conv.qual).

主要规定空指针常量需要被转化成指针类型，同时这个转化为指针类型的值还不能和其它的对象指针或者函数指针的值相同。两个空指针常量的值还需要相等。

而 C99 标准中说：

An integer constant expression with the value 0, or such an expression cast to type void *, is called a null pointer constant.[55] 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.

主要就是说 C 中的空指针常量是整型 0 被强转成了 void*，这就可以确保这个空指针的值与其它对象或函数指针值不相等。

这里 C++ 中的 NULL 如果和 C 语言一样也是 (void *)0 指针，而 C++ 又不允许 void* 隐式转换成其它指针类型，那还怎么用 NULL 来表示空指针呢，岂不是尴尬了。

下面代码编译会报错：

#include <iostream>
int main() {
    int *a = (void *)0;
    return 0;
}
// error: cannot initialize a variable of type 'int *' with an rvalue of type 'void *'

为什么要引入 nullptr？

一个原因是可以让整形 0 放下重担，0 只表示一件事情，它只是一个整数类型 0，没有任何其它语义，空指针的活就安排给其它员工，这个员工就是 nullptr 关键字。

先看一段代码：

void func(char*) {
    cout << "char*";    // 指针类型重载
}
void func(int) {
    cout << "int";      // 整数类型重载
}
int main() {
    func(NULL);     // 编译失败：二义性调用
    func(nullptr);  // 正确调用：输出"char*"
    return 0;
}

另一个原因是在 C++ 的函数重载中，传入 NULL 会导致编译失败，所以需要引入 nullptr，使用 nullptr 可以解决函数重载中的参数匹配问题。

这里可以总结三点：

使用 nullptr 可以不用担心整型和指针类型的重载，不会产生二义性导致编译失败。
0 和空指针分别表示不同的含义，使用 nullptr 可以更好的支持模板编程。
使用 nullptr 使代码更安全，让用户编写代码更清晰直观。

if (ptr == nullptr) {}
if (ptr == NULL) {}
if (ptr == 0) {}

三种方式哪个更好？相信你已经有答案了吧！

让我们看看大佬怎么说的（摘自 C++ 之父语录）：

Should I use NULL or 0?
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.

NULL 其实就是一个宏，对于宏，C++ 之父一直推崇尽量避免使用它，在实际编程中，可以减少宏的使用，直接使用 0。Bjarne Stroustrup 语录也给出了解释。所以在 C++ 中，完全可以抛弃掉 NULL，不得已可以使用 0 替代。

既然 NULL 就是 0，那为什么不直接使用 0，而搞出来一个 NULL 呢？

因为需要为空指针常量起一个名字，更清晰的表明它表达的是什么含义，就像 3.1415926 为什么要用 π 表示一样，尽管宏一直是被各方吐槽的，但为了有名字在当时 C++ 也只能这样，这也是 NULL 宏面世的唯一一个理由。

所以如果编译器支持 nullptr，一定要使用 nullptr。

空指针应该有什么特性吗？

它应该有一个自己的名字，它应该是一个保留关键字。
空指针不能够被用于算数表达式中，不能被赋值给整型，也不能用于和指针类型外的类型做比较。
空指针可以被转化成任何指针类型，不能被转换成指针类型外的任何类型。

你有没有想过，nullptr 为什么可以转换成 int*， float* 等？

看下它可能的实现吧：

struct nullptr_t {
    void operator&() const = delete;  // 禁止对nullptr取地址
    
    template<class T>
    inline operator T*() const {      // 允许转换为任意类型的指针
        return 0;
    }
    
    template<class C, class T>
    inline operator T C::*() const {  // 允许转换为成员指针
        return 0;
    }
};
nullptr_t nullptr;

通过实现了部分运算符，所以 nullptr 可以转换成 int* 等，同时，为什么不能对 nullptr 取址？因为它的取址操作被 delete 修饰了。

使用 nullptr 还有什么好处呢？可以用于抛出异常。

nullptr 是有类型的：

typdef decltype(nullptr) nullptr_t;

当空指针用 nullptr 表示时，空指针就终于有类型了，当有异常需要抛出时，就可以抛出 nullptr。

int main() {
    try {
        ...
        throw nullptr;
    } catch (nullptr_t) {
        ...
    }
}

之后使用它的类型 nullptr_t 捕获，这里如果 throw NULL，那用什么类型去 catch 呢？用 int 类型来 catch？是不是有点别扭。所以能用 nullptr 就一定要用 nullptr 代替 NULL。

参考资料