《征服 C 指针》摘录1：什么是空指针？区分 NULL、0 和 '\0'

一、什么是空指针？

空指针 是一个特殊的指针值。

空指针 是指可以确保没有向任何一个对象的指针。通常使用宏定义 NULL 来表示空指针常量值。

空指针 确保它和任何非空指针进行比较都不会相等，因此经常作为函数发生异常时的返回值使用。另外，对于第 5 章的链表来说，也经常在数据的末尾放上一个空指针来提示：“请注意，后面已经没有元素了哦。”

在如今的操作系统下，应用程序一旦试图通过空指针引用对象，就会马上招致一个异常并且当前应用程序会被操作系统强制终止。因此，如果每次都使用 NULL 来初始化指针变量，在错误地使用了无效（未初始化）的指针时，
我们就可以马上发现潜在的 bug。

通常，我们可以根据指针指向的数据类型来明确地区别指针的类型。如果将“指向 int 的指针”赋给“指向 double 的指针”，如今的编译器会报前面提到的警告。但是，只有 NULL，无论对方指向什么类型的变量，都可以被赋值和比较。

偶尔会见到先将空指针强制转型，然后进行赋值、比较操作的程序，这不但是徒劳的，甚至还会让程序变得难以阅读。

二、区分 NULL、'\0' 和 0

经常有一种错误的程序写法：使用 NULL 来结束字符串。

/*
 * 通常，C 的字符串使用 '\0' 结尾，可是因为 strncpy() 函数在 src 的长度大于 len 
 * 的情况下没有使用 '\0' 来结束，所以一板一眼写了一个整理成 C 的字符串形成的函数（企图）
 */
void my_strncpy(char *dest, char *src, int len)
{
    strncpy(dest, src, len);
    dest[len] = NULL;    /* 错误：使用 NULL 来结束字符串！！ */
}

上面的代码，尽管在某些运行环境下能跑起来，但无论怎样它就是错误的。因为字符串是使用“空字符”来结束的，而不是用空指针来结束。

在 C 语言标准中，空字符的定义为“所有的位为 0 的字节称为 空字符（null character）”。也就是说，空字符是值为 0 的字符。

空字符在表现上通常使用'\0'。因为'\0'是常量，所以实际上它等同于 0。也许有些吓到你了，'\0'呀'a'呀什么的，它们的数据类型其实并不是 char，而是 int。

另外，在我的环境下，NULL 在 stdio.h 里的定义如下：

#define NULL 0

看到这个，你可能会说：“说来说去，那还不都是 0 嘛。”确实在大部分的情况下是这样的，但背后的事情却异常复杂。

正如前面说的那样，写成 '\0' 和 写成常量的 0 其实是一样的。使用 '\0' 只不过是习惯使然。如果想让代码容易读，遵从习惯是非常重要的。

将 0 当作空指针来使用，除了极其例外的情况，通常是不会发生错误的。

但是，如果在字符串的最后使用 NULL，就必然会发生错误。

标准允许将 NULL 定义成 (void*)0，所以在 NULL 被定义成 (void*)的时候，如果使用 NULL 来结束字符串，编译器必然会提示警告。

看到刚才的关于 NULL 的定义，可能有人会产生下面的推测：

啥呀？所谓的空指针，不就是为 0 的地址嘛。

在 C 中，为 0 的地址上应该是不能保存有效数据的吧？放什么都起不到任何作用，这没什么大不了的。

这种推测好像颇有道理，但也是有问题的。

确实在大多数的环境中，空指针就是为 0 的地址。但是，由于硬件状况等原因，世上也存在值不为 0  的空指针。

偶尔会有人在获得一个结构体之后，先使用 memset() 将它的内存区域清零后再使用。此外，虽然 C 语言提供了动态分配函数 malloc() 和 calloc()，但是抱着“清零后比较好”的观点，偏爱 calloc() 的倒有很多。这样也许可以避免一些难以再现的 bug。

使用 memset() 和 calloc() 将内存区域清零，其实就是单纯地使用 0 来填位。通过这种处理，当结构体的成员中包含指针的时候，这个指针能不能作为空指针来使用，最终是由运行环境来决定的。

顺便说一下，对于 浮点数，即使它的位模式为 0，值也不一定为 0。

说到这里，

哦，原来这样啊，所以要使用宏定义的 NULL  呢。对于空指针的值不为 0 的运行环境，NULL 的值应该被 #define 成别的值吧。

可能会有人产生以上的想法。实际上，这种想法也是有偏差的，这涉及问题的内部根源。

比如，尝试编译下面的代码

int *p = 3;

在我的环境里，会出现以下警告：

warning: initialization makes pointer from integer without a cast

因为 3 无论怎么说都是 int 型，指针和 int 型是不一样的，所以编译器会提示警告。尽管在我的环境里指针和 int 的长度都是 4字节，但还是出现了警告。如今的编译器，几乎都是这样的。

继续，让我们尝试编译下面的代码：

int *p = 0;

这一次没有警告。

如果说将 int 型的值赋予指针就会得到一个警告，那么为什么值为 3 的时候出现警告，值为 0 的时候却没有警告呢？简直匪夷所思！

这是因为在 C 语言中，“当常量 0 处于应该作为指针使用的上下文时，它就作为空指针使用”。上面的例子中，因为接受赋值的对象指针，编译器根据上下文判断出“0 应该作为指针使用”，所以将常数 0 作为空指针来读取。

无论如何，编译器都会针对性地对待“需要将 0 作为指针进行处理的上下文”，所以即便是空指针的值不为 0 的情况下，使用常量 0 来代替空指针也是合法的。

此外，如上所述，有的环境中像下面这样定义 NULL：

#define NULL ((void*)0)

ANSI C 中，根据“应该将 0 作为指针进行处理的上下文”的原则，将常量 0 作为指针来处理。因此，显式将 0 强制转型成 void* 是没有意义的。但是在某些情况下，编译器也可能会理解不了“应该将 0 作为指针进行处理的上下文”。

这些情况是：

(1)、没有原型声明的函数的参数

(2)、可变长参数函数中的可变部分的参数

ANSI C 中，因为引入了原型声明，只有在你确实做了原型声明的情况下，编译器才能知道你“想要传递指针”。

可是，对于以 printf() 为代表的可变长参数函数，其可变部分的参数的类型编译器是不能理解的。另外糟糕的是，在可变长参数的函数中，还经常使用常量 NULL 来表示参数的结束（比如 UNIX 的系统调用 execl()函数）。

以上情况下，简单地传递常量 0，会降低程序的可移植性。

因此，通常使用宏定义 NULL 来将 0 强制转型成 void*，可以显式地告之编译器当前的 0 为指针。

延伸阅读：

《征服 C 指针》摘录1：什么是空指针？区分 NULL、0 和 '\0'

《征服 C 指针》摘录2：C变量的 作用域 和 生命周期（存储期）

《征服 C 指针》摘录3：数组 与 指针

《征服 C 指针》摘录4：函数 与 指针

《征服 C 指针》摘录5：函数形参 和 空的下标运算符[]

《征服 C 指针》摘录6：解读 C 的声明

《征服 C 指针》摘录7：练习——挑战那些复杂的声明