一个程序如何检测NULL是以整数类型还是指针类型定义的？

Question

C语言允许将NULL定义为任何空指针常量，换句话说，任何评估为0的整数常量表达式或这样的表达式转换为void *。我的问题是关于定义的选择是否真的很重要，即是否一个本来正确的程序可能会依赖于使用哪种定义。对于这个问题，我想忽略像将NULL传递给变参函数或缺少原型的函数等问题，因为我已经单独处理过了。假设sizeof NULL == sizeof(void *)并且sizeof NULL == sizeof(T)，其中T是某个整数类型，因此sizeof不足以回答NULL是否具有指针类型的问题。

显然，C11提供了一种区分NULL或任何其他表达式类型的方法：使用_Generic关键字。

C99还提供了一种看起来可靠的晦涩方式：

int null_has_ptr_type()
{
    char s[1][1+(int)NULL];
    int i = 0;
    return sizeof s[i++], i;
}

是否有其他方法可以确定符合C标准的程序中 NULL 的类型？ 在C89中有吗？

- R.. GitHub STOP HELPING ICE

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如果NULL是void *类型，那么char c = NULL;会生成编译器警告（因此需要进行强制转换）。 - Jonathan Leffler

函数 null_has_ptr_type 真的有效吗？在我的电脑上，它在两种情况下都返回0。 - md5

您需要一个支持C99标准的C编译器，包括可变长度数组(VLA)和sizeof正确实现的功能。如果s是VLA，则会评估i ++，否则不会评估。如果NULL是指针，那么s将是VLA，如果是int，则不是。或者类似于这样... GCC在两种情况下会给出不同的警告。@ Kirilenko - Mat

@Kirilenko：我很想知道是哪个编译器/版本给出了错误的答案。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

@R..：http://gcc.gnu.org/gcc-4.4/c99status.html 表示“破损”的VLA支持。4.5表示可以。 （4.6.1可行。） - Mat

Answer 1

通过问题、回答和评论，我们得出以下结论：

1. C11方式很容易（_Generic）。
2. 由于有缺陷的编译器，C99方式相当不可靠。
3. 由于typedef，字符串化方法已死路一条。
4. 没有找到其他方法。

因此，答案似乎是没有可靠的C11之前的方法，似乎也没有有效的C99之前的方法。

- R.. GitHub STOP HELPING ICE

Answer 2

获取NULL的字符串定义，然后进行完整检查。这里有一个非常简单的方法：

#define XSTR(x) #x
#define STR(x) XSTR(x)

if (STR(NULL)[0] == '(') {
   ...
}

但是我不知道你会如何处理可能出现的__null。

- AProgrammer

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@R..，我提出了一个非常简单的想法，是有原因的； - AProgrammer

这个是否适用于任意层次的宏间接引用？例如 #define NULL _NULL1, #define _NULL1 _NULL2, #define _NULL2 _NULL3, ..., #define _NULL999 0？我认为不行.. - R.. GitHub STOP HELPING ICE

@R..: 理论上已经确定了可以检测到这个定义。在实际中是否需要一个稳健的解决方案呢？ - Oliver Charlesworth

@R..，这不是问题（在将参数传递给另一个宏之前，参数已完全展开），需要两个级别，因为它与＃和##一起使用。 - AProgrammer

@Oli：不，实际上我更感兴趣的是应用程序可能会“无意中”依赖于定义的方式。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

@R..，由于您排除了可变参数函数（其中差异可能导致未定义行为），我不认为存在意外依赖的合理情况。如果存在这样的情况，我期望它已经被解决或至少成为传统知识了（特别是 (void*)0 对于C实现来说很常见，但对于C ++来说是不符合标准的）。 - AProgrammer

Answer 3

你不能将宏转换为字符串，然后查看该字符串吗？

# include <stddef.h>
# include <stdio.h>
# include <string.h>

# define STRINGIFY(x) STRINGIFY_AUX(x)
# define STRINGIFY_AUX(x) #x

int main(void)
{
  const char *NULL_MACRO = STRINGIFY(NULL);

  if (strstr("void", NULL_MACRO) != NULL)
    puts("pointer");
  else
    puts("integer");
}

如果你添加了以下代码（通常情况下null是指针类型），它将正确打印出"integer"：

# undef NULL
# define NULL 0

NULL不能像(int) ((void *) 0)这样，因为标准没有规定将空指针常量转换为整数类型仍然是空指针常量。

此外，标准也这样说关于整数常量表达式（C11，6.6/6）：

一个整数常量表达式¹¹⁷⁾必须具有整数类型，只能有整数常量、枚举常量、字符常量、结果为整数常量的sizeof表达式、_Alignof表达式以及作为转换操作符的浮点常量。在整数常量表达式中，强制转换操作符只能将算术类型转换为整数类型，除了作为sizeof或_Alignof运算符的操作数。

编辑：实际上这对于像这样的内容不起作用：

# define NULL (sizeof(void *) - sizeof(void *))

（感谢注意）这无法以OP需要的简单方式检查，需要一些工作（简单解析）。

编辑2：还有typedef正如评论所指出的。

- effeffe

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@netcoder：这是另一种情况。当您将值为0的整数常量表达式转换为void *时，它仍然是空指针常量。但是将指针强制转换为整数类型永远不会产生整数常量表达式。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

显然，最难处理的情况是 #define NULL __null，其中 __null 是编译器的内置函数。 - AProgrammer

@R.. 我之前的评论是错误的。不管怎样，你很幸运，没有以v开头的标准整数类型 :) 我认为你的想法可以实现，而且很容易。 - effeffe

@DanielFischer 如果我们在这个问题中添加 typedef，我认为在 C11 标准之前的 C 中绝对无法检索到 NULL 的类型，对吗？它可能是任何东西。 - effeffe

但是 typedef 不仅仅是等效类型，它是相同类型的另一个名称，因此将其强制转换为 GenericPointer 就等于将其强制转换为 void*。 - Daniel Fischer

Answer 4

这里有一种晦涩的方法：如果程序使用表达式&*NULL，则当NULL具有整数类型时，它将无法编译，但如果NULL具有指针类型，则可以编译。

C99对于这种特殊情况有措辞：

如果&运算符的操作数是一元*运算符的结果，则不会评估该运算符或&运算符，并且结果就像两者都被省略一样，除了运算符的约束仍然适用且结果不是lvalue。

运算符的约束并未被违反：&的操作数是一元*运算符的结果，一元*运算符的操作数具有指针类型（因为我们假设NULL是这样定义的）。

- caf

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我认为这个问题是在寻找一个能够编译的东西，无论NULL是指针类型还是整数类型。只有当NULL是整数类型时，NULL+NULL才会编译。 - Keith Thompson