空指针和未初始化指针的区别是什么？

Question

为什么可以打印空指针的值，但不能打印未初始化指针的值？我的意思是，当将指针初始化为nullptr时，你只是明确地让指针指向了一个不存在的位置，对吧？如果是这样，那不初始化它岂不是一样吗？还是我错过了什么？感谢！非常感谢！

- user7926026

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想象一下你的小女儿在繁忙的道路旁边走过。你认为告诉她不要动和什么都不告诉她是一样的吗？ - Kerrek SB

你自相矛盾：“将指针初始化为nullptr，你明确地让它指向了‘无处’”。因此，你是有意地使用已知的值进行初始化，但仍然以某种方式使其指向无处……未初始化的指针甚至不能指向无处，它总是具有一些随机（“垃圾”）值，可以将其视为某个内存地址。 - ForceBru

@ForceBru：不，原始陈述是准确的。一个具有nullptr值的指针确实“指向无处”，并且没有任何“随机”或“垃圾”值。那些具有“随机”或“垃圾”值的指针实际上是不确定的，并且不能被视为任何内存地址。 - Lightness Races in Orbit

@BoundaryImposition，糟糕，我实际上在最后一句话中谈论的是未初始化的指针，我会尽快编辑。 - ForceBru

@ForceBru：我仍然坚持我所说的话。 - Lightness Races in Orbit

Answer 1

指向无处和未初始化是两个不同的概念。 严格来说，未初始化的指针具有不确定的值。它不是指向特定位置“无处”或对象的指针。它只是...“耸耸肩”。您还不能对其执行任何操作。

“特定位置'无处'？”你问道。“这是什么胡说八道？”好吧，确实如此。它并不真正指向“无处”。空指针有一个特定的值和特定的表示形式。它不指向对象，但它仍然是一个单一、可预测、已知的值，专门为此保留。

有效指针：我在Kerrek的房子里、在工作、在酒馆等地方。
失效指针：我在Kerrek的房子里，但是来自莫斯科的Vlad炸了它 :( 我现在正在看火焰，有点哭泣。
空指针：我在家里睡觉。请在早上回来。
未初始化的指针：我喝醉了，不知道我在哪里，甚至不知道我还活着没有。

- Lightness Races in Orbit

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我需要观察 Vlad。 - Kerrek SB

谢谢！但是我可以用什么词来代替“nowhere”呢？ - user7926026

@Hei: “nowhere” 就可以了；这是我们许多人使用的口语术语。我只是想解释一下，技术上的实际情况并不真正符合英语语言的暗示。这似乎是你困惑的核心。当然，说一个空指针不指向任何地方是正确的，但未初始化的指针也是如此，因此我们需要更多地了解它们。 - Lightness Races in Orbit

@BoundaryImposition 任何变量都不可能指向无处或不包含任何内容。操作系统为每个变量分配一个RAM中的位置，由于它是RAM，这意味着位置“0x1111111”或任何其他位置都具有并保留旧值或垃圾值。 RAM中的每个位都是0或1，两者都表示一个值。因此，未初始化的变量或指针将包含垃圾或随机值。如果您进一步裁决这种推理，知道指针实际上只是RAM中索引的数字，那么您可能会说未初始化的指针指向某个地方，嗯？ - Keith Becker

@KeithBecker 您的整个评论抽象级别设置错误。 “知道指针实际上只是RAM中的索引号码” 不是这样的。“您可能会说未初始化的指针指向某个地方，嗯？”不是这样的。它的值是不确定的，这种状态与根本没有值的状态无法区分。“RAM中的每个位都是0或1，两者都代表一个值。” RAM与此完全无关。我们不是在CPU上切换位; 我们正在使用高级计算机编程语言进行编程。 - Lightness Races in Orbit

Answer 2

指针（类型为T）是一种值，类似于其他值，例如整数或字符串，它可以处于以下三种状态之一：

1. 它可以指向对象或一个对象的后面（两者不排斥），或者指向一个函数。如果指向对象或函数，则可以对该指针进行间接引用。

2. 它可以具有特殊值“null”，在这种情况下，它与T()、nullptr以及其他表达式（如0、NULL、T(0)和T(nullptr)）相等。

3. 它可能是以上任何一种都不是。这适用于未初始化的T类型变量的值，但永远不适用于T的prvalue。如果指针曾经指向一个对象但该对象的生命周期已结束，也会发生这种情况。

请注意，只有第二种情况（空指针）是可以通过编程方式检查的！你通常无法确定非空指针是否有效（除了将指针与一组已知的有效指针进行比较的情况外）。

- Kerrek SB

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谢谢，兄弟！现在感觉清晰多了。为什么不能选择多个答案呢？毕竟你们几乎都给我提供了很棒的回答，因此选择起来有些困难。 - user7926026

@Hei：不用担心，只要选择你认为有帮助的就可以了。 - Kerrek SB

@Hei：一般的经验法则是永远接受“我的”答案，因为我的军队最大，我知道所有铀的存放地点。（最初这只是为了防止弗拉德试图烧毁我的房子，但事情有点…失控了） - Lightness Races in Orbit

@Hei：BoundaryImplosion还需要声望才能负担得起他/她的下一个屏幕名更改... - Kerrek SB

是的，这也是真的。身份盗窃并不像电视上看起来那么便宜。 - Lightness Races in Orbit

那听起来很合理。 - user7926026

Answer 3

我是说，当将指针初始化为nullptr时，你只是明确地使指针指向无处，对吗？如果是这样，那不就和不初始化它一样吗。

不，两者不同！

参考：C++ Primer 指针存储的值（即地址）可以处于以下四种状态之一：

1. 它可以指向一个对象。 2. 它可以指向一个对象结束后紧接着的位置。 3. 它可以是空指针，表示它没有绑定到任何对象。 4. 它可以是无效的；除了前面三个状态之外的任何值都是无效的。

当我们说指针被初始化为nullptr时，这意味着该指针未绑定到任何对象。

未初始化的指针处于无效状态（即点4）。

您可以检查指针是否为空，但是解引用未初始化的指针是未定义的，并可能导致运行时崩溃。

- ani627

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一个未初始化的指针不会“指向垃圾值”，它本身就是垃圾值。而一个空指针也不会“指向nullptr”。 - Kerrek SB

这个想象中的性能成本是很有趣的，但与什么相比呢？与根本没有指针相比？显然是这样！ - Lightness Races in Orbit

不，先生，不是这样的。 - Lightness Races in Orbit

@BoundaryImposition：为什么不是呢？你的“indeterminate”值和垃圾值有什么区别？ - ani627

@KerrekSB：表述清晰。你是对的，我们不应该解引用空指针，而应该检查它是否为“nullptr”。 - ani627

Answer 4

nullptr 意味着无处可指，这是可以接受的！将指针初始化为此定义值是一个很好的习惯。 但如果未初始化，则它可能指向任何地方，这是未定义的，并且可能导致未定义的行为。

- Rama

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好的，非常感谢！但是当你说“但是未初始化时它可以指向任何地方”时，你实际上是在说它实际上指向了某个地方 - 那么为什么我不能打印出这个值呢？不过，它至少应该是0吧？ - user7926026

@嘿，你可以打印指针的值（即地址），但是你不能对其进行解引用，以打印所指向的值，因为这可能会导致未定义行为，例如这可能是一个无效或受限制的地址。不仅仅是0，它可以是任何可以在该指针中表示的数字。 - Rama

@BoundaryImposition，嗨，你可以违反规则，只是为了好玩，但请不要在生产环境中这样做！ - Rama

确实。理想情况下，完全不需要，但我无法控制 :) - Lightness Races in Orbit

@BoundaryImposition，因此如果标准规定您不能访问该值（如果这是如何表达的），为什么允许将指针初始化为空？ - user7926026

Answer 5

在一些语言如C#和Java中，未初始化的指针包含NULL。

另一方面，C++遵循不浪费任何时钟周期做你没有明确要求的事情的哲学（语言在这方面的成功程度是一个不同的故事），所以C++不会浪费时间将指针初始化为NULL，因此在C++中，未初始化的指针被认为是包含垃圾值。

垃圾值的问题在于，后来你不能说if( pointer == garbage ) { pointer = someMeaningfulValue; }，因为你不知道垃圾值是什么，无法进行比较。你无法重现它。

因此，通过说pointer = NULL;，你已经用一个预先知道的值（代表“指向空”）初始化了指针，所以你可以稍后安全地执行if( pointer == NULL ) { pointer = someMeaningfulValue; }。

- Mike Nakis