Item 8 : 优先考虑 nullptr 而非 0 和 NULL

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2023-12-01

条款八:优先考虑nullptr而非0和NULL

你看这样对不对：字面值0是一个int不是指针。如果C++发现在当前上下文只能使用指针，它会很不情愿的把0解释为指针，但是那是最后的退路。一般来说C++的解析策略是把0看做int而不是指针。

实际上，NULL也是这样的。但在NULL的实现细节有些不确定因素，因为实现被允许给NULL一个除了int之外的整型类型（比如long）。这不常见，但也算不上问题所在。这里的问题不是NULL没有一个确定的类型，而是0和NULL都不是指针类型。

在C++98中，对指针类型和整型进行重载意味着可能导致奇怪的事情。如果给下面的重载函数传递0或NULL，它们绝不会调用指针版本的重载函数：

void f(int);        //三个f的重载函数
void f(bool);
void f(void*);

f(0);               //调用f(int)而不是f(void*)

f(NULL);            //可能不会被编译，一般来说调用f(int),绝对不会调用f(void*)

而f(NULL)的不确定行为是由NULL的实现不同造成的。如果NULL被定义为0L（指的是0为long类型），这个调用就具有二义性，因为从long到int的转换或从long到bool的转换或0L到void* 的转换都会被考虑。有趣的是源代码表现出的意思（我指的是使用NULL调用f）和实际想表达的意思（我指的是用整型数据调用f）是相矛盾的。这种违反直觉的行为导致C++98程序员都将避开同时重载指针和整型作为编程准则 [0]。在C++11中这个编程准则也有效，因为尽管我这个条款建议使用nullptr，可能很多程序员还是会继续使用0或NULL，哪怕nullptr是更好的选择。

nullptr的优点是它不是整型。老实说它也不是一个指针类型，但是你可以把它认为是通用类型的指针。 nullptr的真正类型是std::nullptr_t，在一个完美的循环定义以后，std::nullptr_t又被定义为nullptr。 std::nullptr_t可以转换为指向任何内置类型的指针，这也是为什么我把它叫做通用类型的指针。

使用nullptr调用f将会调用void*版本的重载函数，因为nullptr不能被视作任何整型：

f(nullptr);         //调用重载函数f的f(void*)版本

使用nullptr*代替0和NULL可以避开了那些令人奇怪的函数重载决议，这不是它的唯一优势。它也可以使代码表意明确，尤其是当和auto一起使用时。举个例子，假如你在一个代码库中遇到了这样的代码：

auto result = findRecord( /* arguments */ );
if (result == 0) {
    …
}

如果你不知道findRecord返回了什么（或者不能轻易的找出），那么你就不太清楚到底result是一个指针类型还是一个整型。毕竟，0也可以像我们之前讨论的那样被解析。但是换一种假设如果你看到这样的代码：

auto result = findRecord( /* arguments */ );
if (result == nullptr) {  
    …
}

这就没有任何歧义：result的结果一定是指针类型。

当模板出现时nullptr就更有用了。假如你有一些函数只能被合适的已锁互斥量调用。每个函数都有一个不同类型的指针：

int    f1(std::shared_ptr<Widget> spw);  // 只能被合适的
double f2(std::unique_ptr<Widget> upw);  // 已锁互斥量调
bool   f3(Widget* pw);                   // 用

如果这样传递空指针：

std::mutex f1m, f2m, f3m;         // 互斥量f1m，f2m，f3m，各种用于f1，f2，f3函数
using MuxGuard =                  // C++11的typedef，参见Item9
    std::lock_guard<std::mutex>;
     …
{  
    MuxGuard g(f1m);            // 为f1m上锁
    auto result = f1(0);        // 向f1传递控制空指针
}                               // 解锁 
…
{  
    MuxGuard g(f2m);            // 为f2m上锁
    auto result = f2(NULL);     // 向f2传递控制空指针
}                               // 解锁 
…
{
  MuxGuard g(f3m);            // 为f3m上锁
  auto result = f3(nullptr);  // 向f3传递控制空指针
}                             // 解锁

令人遗憾前两个调用没有使用nullptr，但是代码可以正常运行，这也许对一些东西有用。但是重复的调用代码——为互斥量上锁，调用函数，解锁互斥量——更令人遗憾。它让人很烦。模板就是被设计于减少重复代码，所以让我们模板化这个调用流程：

template<typename FuncType,         
            typename MuxType,         
            typename PtrType> 
auto lockAndCall(FuncType func,                 
                MuxType& mutex,                 
                PtrType ptr) -> decltype(func(ptr)) { 
    MuxGuard g(mutex);  
    return func(ptr); 
}

如果你对函数返回类型 (auto … -> decltype(func(ptr)) 感到困惑不解，Item3可以帮助你。在C++14中代码的返回类型还可以被简化为decltype(auto)：

template<typename FuncType,         
            typename MuxType,         
            typename PtrType> 
decltype(auto) lockAndCall(FuncType func,                 
                MuxType& mutex,                 
                PtrType ptr) { 
    MuxGuard g(mutex);  
    return func(ptr); 
}

可以写这样的代码调用lockAndCall模板（两个都算）：

auto result1 = lockAndCall(f1, f1m, 0);          // 错误！
…
auto result2 = lockAndCall(f2, f2m, NULL);       // 错误！
…
auto result3 = lockAndCall(f3, f3m, nullptr);    // 没问题

代码虽然可以这样写，但是就像注释中说的，前两个情况不能通过编译。在第一个调用中存在的问题是当0被传递给lockAndCall模板，模板类型推导会尝试去推导实参类型， 0的类型总是int，所以int版本的实例化中的func会被int类型的实参调用。这与f1期待的参数std::shared_ptr不符。传递0本来想表示空指针，结果f1得到的是和它相差十万八千里的int。把int类型看做std::shared_ptr类型自然是一个类型错误。在模板lockAndCall中使用0之所以失败是因为得到的是int但实际上模板期待的是一个 std::shared_ptr

第二个使用NULL调用的分析也是一样的。当NULL被传递给lockAndCall，形参ptr被推导为整型 [1]，然后当ptr——一个int或者类似int的类型——传递给f2的时候就会出现类型错误。当ptr被传递给f3的时候，隐式转换使std::nullptr_t转换为Widget* ，因为std::nullptr_t可以隐式转换为任何指针类型。

模板类型推导将0和NULL推导为一个错误的类型，这就导致它们的替代品nullptr很吸引人。使用nullptr，模板不会有什么特殊的转换。另外，使用nullptr不会让你受到同重载决议特殊对待0和NULL一样的待遇。当你想用一个空指针，使用nullptr，不用0或者NULL。

记住

优先考虑nullptr而非0和NULL
避免重载指针和整型

译注

[0] 请务必注意结合上下文使用这条规则

[1] 由于依赖于具体实现所以不一定是整数类型，所以用整型泛指int,long等类型