假设 NULL 常量为零是否安全？

Question

Richard Reese 所著的理解和使用 C 指针一书说：

空概念是空指针支持的抽象 持续的。该常数可能是也可能不是常数零。交流电 程序员不需要关心他们实际的内部 表示。

我的问题是，由于“这个常数可能是常数零，也可能不是常数零”，我在我的代码中执行以下操作是否安全：

int *ptr = NULL;
// Some code which probably sets ptr to a valid memory address

if(!ptr)
{
   ERROR();
}

如果 NULL 不为 0，则 if 子句有可能评估为 true。

Answer 1

假设 NULL 常量为零是否安全？

NULL 将与 0 比较。
NULL 通常是 非常 零位模式。 NULL 可能是一个非零位模式 - 但这些天没有出现。

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OP 混合了至少 4 个东西：NULL、空指针常量、空指针，将 空指针 与 0 进行比较。 C 没有定义 NULL 常量。

NULL

NULL 是一个宏“扩展为实现定义的 null 指针常量”C17dr § 7.19 3

空指针常量

值为 0 的整数常量表达式，或这样的表达式 转换为void * 类型，称为空指针常量。 C17dr § § 6.3.2.3 3

因此，空指针常量的类型可能是int、unsigned、long、...或void *。

当整数常量表达式¹时，空指针常量 值为0。像((void *)0)这样的指针，它的值/未指定编码。它普遍存在零位模式，但未指定。

可能有很多空指针常量。它们都相互比较。

注意：空指针常量的大小，当它是整数时，可能与对象指针的大小不同。通常可以通过附加L 或根据需要添加两个后缀来避免这种大小差异。

空指针

如果将空指针常量转换为指针类型，则 结果指针，称为空指针，保证比较 不等于指向任何对象或函数的指针。 C17dr § § 6.3.2.3 3

将空指针转换为另一种指针类型会产生空指针 该类型的指针。任何两个空指针应该比较相等。 C17博士 § 6.3.2.3 4

空指针的类型是一些指针，要么是像int *, char *这样的对象指针，要么是像int (*)(int, int)或void *这样的函数指针。

空指针的值没有被指定。它普遍存在零位模式，但未指定。

所有空指针比较相等，不管它们的编码。

比较一个空指针和0

if(!ptr) 与 if(!(ptr != 0)) 相同。当指针ptr，它是一个空指针，与0进行比较时，零被转换成一个指针，一个相同类型的空指针：@987654342 @。这 2 个 空指针，可能有不同的位模式，比较相等。

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那么什么时候假设 NULL 常量为零是不安全的呢？

NULL 可能是((void*)0)，其位模式可能与零不同。无论其编码如何，它确实与上面一样等于 0。已经讨论了调用指针比较，而不是整数比较。将NULL 转换为整数可能不会导致整数值0，即使((void*)0) 是全零位。

printf("%ju\n", (uintmax_t)(uintptr_t)NULL); // Possible not 0

请注意，这是将指针转换为整数，而不是 if(!ptr) 将 0 转换为指针的情况。

C 规范包含许多旧的做事方式，并对新颖的新方式持开放态度。我从未遇到过NULL 不是全零位模式的实现。鉴于存在许多假设 NULL 是全零位的代码，我怀疑只有旧的模糊实现曾经使用过非零位模式 NULL 并且 NULL 几乎可以肯定是全零位模式。

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¹空指针常量 是 1) 整数或 2) void*。 “当一个整数 ...”指的是第一种情况，而不是 (int)((void*)0) 中第二种情况的强制转换或转换。

Answer 2

if(!ptr) 是一种检查 NULL 指针的安全方法。

表达式!x 完全等价于0 == x。常量0 是一个NULL 指针常量，任何指针都可以与一个NULL 指针常量进行比较是否相等。

即使空指针的表示不是“所有位 0”，这也是正确的。

C standard 中关于 ! 运算符的第 6.5.3.3p5 节指出：

逻辑否定运算符! 的结果为 0，如果 其操作数的值比较不等于 0，如果其操作数的值比较不等于 1 操作数比较等于 0。结果的类型为 int。这 表达式!E 等价于(0==E)。

以及关于指针转换状态的第 6.3.2.3p3 节：

值为 0 的整数常量表达式，或者这样的 转换为void * 类型的表达式称为空指针 常数。如果将空指针常量转换为指针类型， 生成的指针，称为 null 指针，保证可以比较 不等于指向任何对象或函数的指针。

Answer 3

chux 写了一个很好的详细答案，但具体到那本书，我会怀疑它的质量：

• 这个常数可能是也可能不是常数零

  这是错误的，它必须始终是零或零转换为void*。空指针常量的定义见C17 6.3.2.3/3：

  值为 0 的整数常量表达式，或这种类型的表达式 void *，称为空指针常量。如果将空指针常量转换为 指针类型，生成的指针，称为空指针，保证比较不相等 指向任何对象或函数的指针。

  这意味着所有整数常量表达式，如0、0L、0u、0x0、'\0' 等都是空指针常量。如果其中任何一个被强制转换为void*，它也是一个空指针常量。

• C 程序员不必关心他们实际的内部表示。

  作者显然是混淆了空指针常量和空指针这两个正式术语。程序员不需要关心空指针的内部表示。他们确实需要知道是什么使一个有效的空指针成为常量。最安全、最易读的方法是使用NULL 宏，它保证为空指针常量。

所以关于你的问题“我在我的代码中执行以下操作对我来说是否安全” - 是的，执行!ptr 检查空指针是完全安全的，即使ptr==NULL 是更具可读性的代码.