null 指標深度剖析

1. 什麼是null 指標常量（null pointer constant）?

   [6.3.2.3-3] An integer constant expression with the value 0, or such an expression cast to type void *, is called a null pointer constant.

   這裡告訴我們：0、0L、'/0'、3 - 3、0 * 17 （它們都是“integer constant expression”）以及 (void*)0 等都是null 指標常量（注意 (char*) 0 不叫null 指標常量，只是一個null 指標值）。至於系統選取哪種形式作為空白指標常量使用，則是實現相關的。一般的 C 系統選擇 (void*)0 或者 0 的居多（也有個別的選擇 0L）；至於 C++ 系統，由於存在嚴格的類型轉化的要求，void* 不能象 C 中那樣自由轉換為其它指標類型，所以通常選 0 作為空白指標常量，而不選擇 (void*)0。

2. 什麼是null 指標（null pointer）?

   [6.3.2.3-3] 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.

   因此，如果 p 是一個指標變數，則 p = 0;、p = 0L;、p = '/0';、p = 3 - 3;、p = 0 * 17; 中的任何一種賦值操作之後（對於 C 來說還可以是 p = (void*)0;）， p 都成為一個null 指標，由系統保證null 指標不指向任何實際的對象或者函數。反過來說，任何對象或者函數的地址都不可能是null 指標。

3. 什麼是 NULL？

   [6.3.2.3-Footnote] The macro NULL is defined in <stddef.h> (and other headers) as a null pointer constant

   即 NULL 是一個標準規定的宏定義，用來表示null 指標常量。因此，除了上面的各種賦值方式之外，還可以用 p = NULL; 來使 p 成為一個null 指標。

4. null 指標（null pointer）指向了記憶體的什麼地方（null 指標的內部實現）？

   標準並沒有對null 指標指向記憶體中的什麼地方這一個問題作出規定，也就是說用哪個具體的地址值（0x0 地址還是某一特定地址）表示null 指標取決於系統的實現。我們常見的null 指標一般指向 0 地址，即null 指標的內部用全 0 來表示（zero null pointer，零null 指標）；也有一些系統用一些特殊的地址值或者特殊的方式表示null 指標（nonzero null pointer，非零null 指標），具體請參見 C FAQ。

   幸運的是，在實際編程中不需要瞭解在我們的系統上null 指標到底是一個 zero null pointer 還是 nonzero null pointer，我們只需要瞭解一個指標是否是null 指標就可以了——編譯器會自動實現其中的轉換，為我們屏蔽其中的實現細節。注意：不要把null 指標的內部表示等同於整數 0 的對象表示——如上所述，有時它們是不同的。

5. 如何判斷一個指標是否是一個null 指標？

   這可以通過與null 指標常量或者其它的null 指標的比較來實現（注意與null 指標的內部表示無關）。例如，假設 p 是一個指標變數，q 是一個同類型的null 指標，要檢查 p 是否是一個null 指標，可以採用下列任意形式之一——它們在實現的功能上都是等價的，所不同的只是風格的差別。

   指標變數 p 是null 指標的判斷：
   if ( p == 0 )
   if ( p == '/0' )
   if ( p == 3 - 3 )
   if ( p == NULL )  /* 使用 NULL 必須包含相應的標準庫的標頭檔 */
   if ( NULL == p )
   if ( !p )
   if ( p == q )
   ...

   指標變數 p 不是null 指標的判斷：
   if ( p != 0 )
   if ( p != '/0' )
   if ( p != 3 - 3 )
   if ( p != NULL )  /* 使用 NULL 必須包含相應的標準庫的標頭檔 */
   if ( NULL != p )
   if ( p )
   if ( p != q )
   ...

6. 可以用 memset 函數來得到一個null 指標嗎？

   這個問題等同於：如果 p 是一個指標變數，那麼

   memset( &p, 0, sizeof(p) ); 和 p = 0;

   是等價的嗎？

   答案是否定的，雖然在大多數系統上是等價的，但是因為有的系統存在著“非零null 指標” （nonzero null pointer），所以這時兩者不等價。由於這個原因，要注意當想將指標設定為空白指標的時候不應該使用 memset，而應該用null 指標常量或null 指標對指標變數賦值或者初始化的方法。

7. 可以定義自己的 NULL 的實現嗎？兼答"NULL 的值可以是 1、2、3 等值嗎？"類似問題

   [7.1.3-2] If the program declares or defines an identifier in a context in which it is reserved (other than as allowed by 7.1.4), or defines a reserved identifier as a macro name, the behavior is undefined.

   NULL 是標準庫中的一個符合上述條件的 reserved identifier （保留標識符）。所以，如果包含了相應的標準標頭檔而引入了 NULL 的話，則再在程式中重新定義 NULL 為不同的內容是非法的，其行為是未定義的。也就是說，如果是符合標準的程式，其 NULL 的值只能是 0，不可能是除 0 之外的其它值，比如 1、2、3 等。

8. malloc 函數在分配記憶體失敗時返回 0 還是 NULL？

   malloc 函數是標準 C 規定的庫函數。在標準中明確規定了在其記憶體配置失敗時返回的是一個 “null pointer”（null 指標）：

   [7.20.3-1] If the space cannot be allocated, a null pointer is returned.

   對於null 指標值，一般的文檔（比如 man）中傾向於用 NULL 表示，而沒有直接說成 0。但是我們應該清楚：對於指標類型來說，返回 NULL 和 返回 0 是完全等價的，因為 NULL 和 0 都表示 “null pointer”（null 指標）。

References：

Null Pointers（http://www.c-faq.com/null/index.html）