C 语言空指针

C语言空指针（Null Pointer）是指向内存地址0的特殊指针，用于表示指针不指向任何有效对象或函数。在C标准中，空指针由宏NULL定义，其实际值取决于实现（通常是(void*)0）。

基本概念

空指针在C语言中有以下核心特性：

• 解引用空指针会导致未定义行为（通常是程序崩溃）
• 所有指针类型都可以被赋值为NULL
• 空指针在布尔上下文中被视为假（false）
• 空指针与指向内存地址0的指针概念不同（尽管实现可能相同）

标准定义

C11标准（ISO/IEC 9899:2011）第6.3.2.3节规定：

"值为0的整型常量表达式，或强制转换为void*的此类表达式，称为空指针常量。"

语法与示例

声明空指针

int *ptr = NULL;    // 整型空指针
char *str = NULL;   // 字符型空指针
void *vp = NULL;    // 通用空指针

检测空指针

#include <stdio.h>

int main() {
    int *ptr = NULL;
    
    if (ptr == NULL) {
        printf("指针为空\n");
    } else {
        printf("指针指向地址: %p\n", (void*)ptr);
    }
    
    return 0;
}

技术细节

内存表示

graph LR A[指针变量] -->|存储值| B[0x00000000] B --> C[不指向任何有效内存]

与零指针的区别

特性	空指针	零指针
表示"无指向" | 指向地址0
所有实现一致 | 实现相关
绝对禁止 | 可能允许（系统相关）

实际应用

链表终止标记

struct Node {
    int data;
    struct Node *next;  // 空指针表示链表结束
};

void printList(struct Node *n) {
    while (n != NULL) {
        printf("%d ", n->data);
        n = n->next;
    }
}

动态内存分配错误处理

#include <stdlib.h>

int *create_array(size_t size) {
    int *arr = malloc(size * sizeof(int));
    if (arr == NULL) {
        fprintf(stderr, "内存分配失败\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    return arr;
}

常见误区

• 误区1：认为NULL和0可以无条件互换
  • 正确理解：在指针上下文中NULL更语义明确

• 误区2：假设sizeof(NULL)有确定值
  • 实际情况：取决于实现（通常与指针大小相同）

• 误区3：对空指针进行算术运算
  • 标准规定：指针算术只能在数组范围内进行

高级话题

实现差异

不同平台的空指针表示可能不同：

• 多数系统：二进制全0
• 某些嵌入式系统：特殊地址值
• 历史系统：非零表示（如Prime 50系列使用0xFFFFFFFF）

类型安全考虑

C++中的nullptr解决了C中NULL的一些歧义问题：

void func(int);
void func(char*);

func(NULL);    // C中可能调用错误的重载
func(nullptr); // C++11明确调用指针版本

最佳实践

1. 初始化未使用的指针为NULL
2. 在解引用前总是检查空指针
3. 释放内存后立即将指针设为NULL
4. 使用assert进行调试期检查：assert(ptr != NULL);
5. 函数应明确文档化是否接受空指针参数

参见

• C语言指针
• C语言动态内存管理
• C语言未定义行为