在编程语言中,空指标[1](英语:Null Pointer)是一个已宣告但并未指向一个有效对象的指标,许多程序利用空指标来表示某些特定条件,例如未知长度阵列的结尾或某些无法执行的操作。在可选择型态(optional type)的编程语言中,空指标通常可以跟可为Null的型别(Nullable types)和空值(Nothing value)进行比较。
空指标与未初始化的指标(uninitialized pointer)不同,空指标保证不会和有值的指标相等,而未初始化的指标则是要看所使用的编程语言或编译器而定,在部分编程语言环境下,未初始化的指标无法保证不与有值的指标相等,他可能因为存有记忆体残值而指向了某个有效对象。
空参照
在编程语言中,空参照(英语:Null Reference)是一个与空指标类似的概念,是一个已宣告但其并未参照到一个有效对象的变量。东尼·霍尔在1965年发明了空参照,并作为ALGOL W编程语言的一部分[2]。
历史
查尔斯·安东尼·理察·霍尔(C. A. R. Hoare)在2009年表示他在1965年发明了空参照,并且将这项发明描述为“十亿美元的错误”[2]。
编程语言中的空指标
C语言
在C语言中,任何2个空指标都保证是相等的[4],其是由预处理器的宏提供,即NULL,其被定义为用来表示空指标的常数值,在C99是透过隐含转换或直接转换成void*的整数值0来使用[5]。
在C语言中,空指针的值表示为#define NULL (void *)0
[6]。
C语言标准并没有规定记忆体位置0与空指标相同,随然实际上记忆体位置0与空指标在大部分的情况下会是相同的。对空指标取值在C语言中是一个未定义行为,在实作上,取值时必须确保所取的指标不为空。
C++语言
在C++语言中,同样有继承自C语言的NULL宏可供使用,但在传统上会优先使用整数零来表示空指标常数[7]。在C++11标准中已明确的引入一个常数(部分编译器视之为关键字,如Visual Studio)nullptr作为表示空指标的常数[8]。
nullptr
nullptr是C++11语言中的关键字,在C++11语言标准用来表示空指标的常数值。其型态为nullptr_t[8]。
取值
因为空指标没有指向有效的对象,所以若尝试取值(Dereference,即,从该记忆体位置取出数值)的话,有机率导致程序执行时发生错误或立即崩溃。
- 在C语言中,对空指标取值是一个未定义行为。许多实作对空指标取值的案例都会导致程序因为segmentation fault而当机或停止运作,因为空指标通常表示选择了一个不是由系统分配的储存空间,但是并非每次都会出现这种情况。
- 在Java语言中,若尝试从空指标的对象中取值则会触发NullPointerException(NPE)[9],由于会触发错误,因此可以使用例外处理的代码来捕捉,但编程上仍要尽量确保永远不会发生此错误为佳。
NullPointerException
空指标错误是一种常见的程序错误,当尝试访问空指标所指向之对象时,就会发生NullPointerException[10],通常是因为对象未顺利初始化或者提前解构而造成。空指标错误常常出现在类别设计或管理上有缺陷的程序中,一旦出现了空指标错误经常会导致程序当机或崩溃[11]。而在部分编程语言中,则有NullReferenceException[12](空参照错误),例如.Net平台。
在Java中,NullPointerException被定义在java.lang.NullPointerException,是一种执行阶段错误(java.lang.RuntimeException)。
参见
引用文献
- ↑ 空指标 null pointer. 国家教育研究院. [2018-09-08].
- ↑ 2.0 2.1 Tony Hoare. Null References: The Billion Dollar Mistake. InfoQ.com. 2009-08-25 [2018-09-08].
- ↑ 3.0 3.1 Joint Technical Committee ISO/IEC JTC 1, Subcommittee SC 22, Working Group WG 14. International Standard ISO/IEC 9899 (PDF; Committee Draft). 2007-09-08 [2018-09-08].
- ↑ ISO/IEC 9899[3], clause 6.3.2.3, paragraph 4.
- ↑ ISO/IEC 9899[3], clause 7.17, paragraph 3: NULL... which expands to an implementation-defined null pointer constant...
- ↑ NULL pointer in C. [2018-09-09].
- ↑ Stroustrup, Bjarne. Chapter 5: Pointers, Arrays, and Structures: 5.1.1: Zero. The C++ Programming Language 14th printing of 3rd. United States and Canada: Addison–Wesley. 2001-03: 88. ISBN 0-201-88954-4.
In C, it has been popular to define a macro
NULL
to represent the zero pointer. Because of C++'s tighter type checking, the use of plain 0, rather than any suggestedNULL
macro, leads to fewer problems. If you feel you must defineNULL
. use
const int NULL = 0;
Theconst
qualifier (§5.4) prevents accidental redefinition ofNULL
and ensures thatNULL
can be used where a constant is required. - ↑ 8.0 8.1 A name for the null pointer: nullptr (PDF). stroustrup.com. 2003-09-10 [2018-09-09].
- ↑ java.lang.NullPointerException. docs.oracle.com. [2018-09-08].
- ↑ Null pointer exceptions. 曼彻斯特大学计算机科学系. [2018-09-09].
- ↑ 新版Android SDK宽容处理Kotlin程式碼可空合约違规,給开发者更新的緩衝时间. ithome.com.tw. [2018-09-08].
- ↑ System.NullReferenceException. msdn.microsoft.com. [2018-09-08].