可以假设NULL常量就是零吗？

Question

《理解和使用C指针》一书中，Richard Reese提到：

“null”是一个抽象的概念，由空指针常量所支持。这个常量可以是零或非零值。C程序员不需要关心它们的内部表示。

我的问题是，既然“这个常量可以是零或非零值”，那么在我的代码中做以下操作是否安全？

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

if(!ptr)
{
   ERROR();
}

如果NULL不等于0，if语句有可能会被评估为true。

- the_endian

---

!ptr 的结果与硬件中是否将空指针表示为0无关。 ! 并没有被定义为这样。 - user2357112

（此外，NULL 宏展开成什么并不重要 - 即使 NULL 展开成 0，空指针的底层表示也不需要是 0。） - user2357112

comp.lang.c常见问题集：这很奇怪。NULL被保证为0，但空指针不是吗？，NULL被保证为0吗？ - phuclv

不要混淆所有不同的术语：空指针、空指针常量、NULL宏。 - Lundin

Answer 1

可以安全地假设NULL常量为零。
NULL通常是一个零位模式。它可能是一个非零位模式，但现在很少看到。
OP混淆了至少4件事： NULL，空指针常量，空指针，将空指针与0进行比较。 C不定义 NULL常量。
NULL 是一个扩展为实现定义的空指针常量的宏。C17dr §7.19 3
带有值0的整数常量表达式或将此类表达式强制转换为类型 void *的表达式称为空指针常量。 C17dr §§6.3.2.3 3
因此，空指针常量的类型可以是 int ， unsigned ， long ，...或 void * 。
当整数常量表达式¹具有值0时，空指针常量的值为0。作为指针，如((void*)0)，其值/编码未指定。它普遍具有零位模式，但未指定。
可能有许多空指针常量。它们都相互比较相等。
注意：当它是整数且为符号时，空指针常量的大小可能与对象指针的大小不同。通常通过需要附加一个或两个后缀的L来避免此大小差异。
如果将空指针常量转换为指针类型，则生成的指针（称为空指针）保证与任何对象或函数的指针进行比较时不相等。 C17dr §§6.3.2.3 3
将空指针转换为另一种指针类型会产生该类型的空指针。任何两个空指针应该相等。 C17dr §§6.3.2.3 4
空指针的类型是某些指针，可以是像 int *，char *这样的对象指针，也可以是像 int (*)(int, int)或 void *这样的函数指针。

空指针的值未指定。虽然它通常具有零的位模式，但其值是未指定的。

所有空指针无论编码如何，都会比较为相等。

将空指针与0进行比较

if(!ptr)相当于if(!(ptr != 0))。当指针ptr（一个空指针）被与0进行比较时，0将被转换为一个指针，该指针是相同类型的空指针：int *。这两个空指针可能具有不同的位模式，但它们会被比较为相等。

---

那么在什么情况下不能安全地假设NULL常量为零？

NULL可能是((void*)0)，并且其位模式可能与零不同。无论其编码方式如何，它与上面一样比较为0。请注意，这里讨论的是指针比较，而不是整数比较。将NULL转换为整数可能不会得到一个整数值0，即使((void*)0)的所有位都是零。

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

注意，这里是将指针转换为整数，而不是像if(!ptr)那样将0转换为指针。

C规范包含许多老的做法，也开放了新的方法。我从未遇到过任何一个实现中NULL不是所有零位模式的情况。鉴于许多代码假定NULL是所有零位，我怀疑只有旧的晦涩实现使用了非零位模式的NULL，并且NULL几乎肯定是所有零位模式。

---

¹空指针常量是1）整数或2）void*类型的。在"When an integer ..."中，指的是第一种情况，而不是像 (int)((void*)0) 中第二种情况的强制转换或转换。

- chux - Reinstate Monica

---

@EricPostpischil 关于这个，我不太确定，“值为0的整数常量表达式被称为空指针常量”-->稍微重新措辞了我的回答，以处理空指针常量是整数的情况。在我看来，当整数的值为零时，这一点非常清楚。 - chux - Reinstate Monica

@EricPostpischil 关于“(int) NULL不一定是零”的回答，我同意，因为答案中提到“NULL可能是((void*)0)，其位模式可能与零不同”。 - chux - Reinstate Monica

当一个整数作为 空指针常量值 时，它的值为0。但这仍然存在问题。标准没有提供任何理由去假设当一个值为0的整数常量在源代码上下文中被用作需要解释为空指针常量时，它将被转换为一个具有所有比特位为零的指针值。我不确定您是否试图断言这一点，但这也是该语句存在问题的原因之一。 - John Bollinger

@JohnBollinger 对于“没有理由认为……整数常量值为0……需要将其解释为空指针常量”，我表示赞同。我的观点则相反，当“空指针常量”是某个整数时，它的值为0。一个不是整数的零才是“空指针常量”。 - chux - Reinstate Monica

@EricPostpischil 注意：为了解决关于解释的第一部分，已在回答中添加了注释。implementation might use 0xffffffff 已经在回答的“因此，当不能安全地假定...”部分得到了涵盖。 - chux - Reinstate Monica

Answer 2

if(!ptr)是检查空指针的安全方式。

表达式!x等同于0 == x。常量0是一个空指针常量，任何指针都可以与空指针常量比较相等。

即使空指针的表示不是“所有位都为0”，这仍然成立。

关于!运算符，C标准第6.5.3.3p5节规定：

逻辑否定运算符!的结果如果操作数的值不等于0，则为0；如果操作数的值等于0，则为1。结果的类型为int。表达式!E等同于(0==E)。

关于指针转换的C标准第6.3.2.3p3节规定：

一个值为0的整型常量表达式，或者被强制类型转换为 void * 类型的表达式，被称为空指针常量。如果将空指针常量转换为指针类型，则 resulting pointer，也就是所谓的空指针，保证与任何对象或函数的指针不相等。

- dbush

Answer 3

chux写了一个好的、详细的答案，但是关于那本书，我对它的质量持怀疑态度:

这是错误的，它必须始终为零或将零转换为void*。空指针常量的定义在C17 6.3.2.3/3中找到:

整数常量表达式的值为0，或者将这样的表达式强制转换为类型void*，被称为空指针常量。如果将空指针常量转换为指针类型，则得到的指针称为空指针，保证与任何对象或函数的指针比较不相等。

这意味着所有像0、0L、0u、0x0、'\0'等整数常量表达式都是空指针常量。如果将它们中的任何一个强制转换为void*，它也是一个空指针常量。

作者显然混淆了两个正式术语空指针常量和空指针。程序员不需要关心空指针的内部表示。他们确实需要知道什么是有效的空指针常量。最安全、最可读的方法是使用NULL宏，它保证是一个空指针常量。

因此，关于你的问题"我在我的代码中像下面这样做是安全的吗"——是的，在检查空指针时使用!ptr是完全安全的，即使ptr==NULL是更可读的代码。

- Lundin

---

使用“常量可能是零或不是零”来断言错误的微妙弱点在于，_零_是一个数字，而(void*)0是一个指针——因为指针可以具有与0不同的大小和编码。作为整数，零必须是所有0位（暂时忽略古老的非2的补码及其-0）。指针(void*)0可能具有非零的位模式。无论编码/大小如何，_空指针常量_作为整数或指针都等于0。 - chux - Reinstate Monica

@chux-ReinstateMonica (void*)0虽然不是常量，但0是常量。 - Lundin

同意 0 是一个“常量”，一个“整数常量”。我得说 (void*)0 最多是一个“常量地址”。总之，“空指针常量”可以是 (void*)0。 - chux - Reinstate Monica