空指针(NULL)那些事？

Posted 2022-06-02 松子茶

我们常常被告知，使用指针前需要判断是否为NULL；如果是NULL而你去使用它就会出问题。真相果真是这样吗？

首先，看看这段程序执行后，有问题吗？

#include<iostream>
#include<cstdlib>
using namespace std;
class Test1

private:
  int a;
public:
  void f()
  
    cout<<"Test1: Core or not ? "<<endl;
  
;
int main()

  Test1 *p = NULL;
  p->f();//会core吗？会出大事吗？
  return 0;

这里，p是一个空指针，通过这个空指针，我们访问了函数f。没core，没问题，成功输出了 Test1: Core or not ?

发生了什么事？空指针也能用？

如果我们把f稍作修改，程序其他地方不做任何变动：

void f()

  cout<<"Test1: Core or not ? "<<a<<endl;//access a

那么程序运行后分分钟core掉了。

有没有感觉了？嗯，相信有了。我们继续往下看：

#include<iostream>
#include<cstdlib>
using namespace std;
static int global = 1;
class Test2

private:
  int a;
public:
  void f()
  
    cout<<"Test1: Core or not ? "<<global<<endl;//access global
  
;
int main()

  Test2 *p = NULL;
  p->f();//会core吗？会出大事吗？
  return 0;

也没问题。

嗯，你可能已经知道了真相。通过空指针访问东西，只要那个东西是确实存在的，就不会有问题。怎么理解“确实存在”？它是一个实体，看得见，摸得着。这得说到C++程序中对象的内存布局。

在C++中，成员函数、静态变量是独立于对象存放的；而普通的数据成员是和对象相关的。

Test1 obj1;
Test1 obj2;

obj1和obj2是共用函数f的，函数f对obj1和obj2是相同的，内存中只有一份实体；而obj1和obj2有自己的实体a。

然而，注意到Test1 *p = NULL;仅仅是声明式，而非定义式。这时候，没有定义任何的对象出来，通过p如何访问a呢？哪来的a呢？a在内存里并不存在。因此，访问a必定core。

而函数f呢？它是独立于对象存放的，自然没问题。一般说来，f位于程序的代码段，而全局变量一般位于BSS段或者DATA段（这个比较复杂，和该全局变量是否初始化以及初始化为0还是非0有关）。而当我们定义对象时，才为该对象分配内存，才有数据成员a的存在：

#include<iostream>
#include<cstdlib>
using namespace std;
static int global1 = 1; //DATA段
static int global2; //BSS段
class Test3

private:
  int a;
public:
  void f()
  
    cout<<"Test1: Core or not ? "<<endl;
  
;
Test3 obj3; //DATA段 (调用默认构造函数进行初始化)
int main()

  Test3 obj1; //stack段。定义obj1，这时候自然为a分配内存了
  Test3 *obj2 = new Test3();//heap段，也为a分配内存了。
  Test3 *p;//只是声明，没有定义。没有对象，也没有a。
  return 0;

我们知道，C++中，类的非静态成员函数会被编译器改写：

void Test::f()被改写为类似于void Test__f(Test *const this)而

Test *p = NULL;
p->f();

将被编译器改写为

Test *p = NULL;
Test__f(p);

因此Test::f中带有一个值为NULL的this指针（p），如果通过这个空指针p读写数据，就会崩溃。否则，安然无事。那么，this指针可以操纵哪些东西呢？哦，类的非静态数据成员。而类的静态数据成员，全局变量等，是不会通过this指针访问的，因此，上例中，访问a崩溃，访问global则安全。

最后，我们看一个问题。

class Test4

public:
  void f()
  
    cout<<&(*this)<<endl; // 有问题吗？
  
;
int main()

  Test4 *p = NULL;
  p->f();
  return 0;

没问题。&(*this)就是this，值和p相等。因此上面会输出0。综上，使用空指针并不一定会发生问题，关键是怎么用。遇到问题得理性分析，不要想当然。纸上学来终觉浅，绝知此事要躬行。

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