为什么在c++ 11中使用nullptr ?是什么?为什么NULL是不充分的?

c++专家Alex Allain在这里说得很好(我用粗体加了重点):

...imagine you have the following two function declarations: void func(int n); void func(char *s); func( NULL ); // guess which function gets called? Although it looks like the second function will be called--you are, after all, passing in what seems to be a pointer--it's really the first function that will be called! The trouble is that because NULL is 0, and 0 is an integer, the first version of func will be called instead. This is the kind of thing that, yes, doesn't happen all the time, but when it does happen, is extremely frustrating and confusing. If you didn't know the details of what is going on, it might well look like a compiler bug. A language feature that looks like a compiler bug is, well, not something you want. Enter nullptr. In C++11, nullptr is a new keyword that can (and should!) be used to represent NULL pointers; in other words, wherever you were writing NULL before, you should use nullptr instead. It's no more clear to you, the programmer, (everyone knows what NULL means), but it's more explicit to the compiler, which will no longer see 0s everywhere being used to have special meaning when used as a pointer.

Allain在文章结尾写道:

不管这些——c++ 11的经验法则是，只要在过去使用NULL，就开始使用nullptr。

(我的话):

最后，不要忘记nullptr是一个对象——一个类。它可以在任何之前使用NULL的地方使用，但如果你因为某种原因需要它的类型，它的类型可以用decltype(nullptr)提取，或者直接描述为std::nullptr_t，这只是一个decltype(nullptr)的类型定义，如下所示:

定义在头<cstddef>:

See:

https://en.cppreference.com/w/cpp/types/nullptr_t 和https://en.cppreference.com/w/cpp/header/cstddef

namespace std
{
typedef decltype(nullptr) nullptr_t; // (since C++11)
// OR (same thing, but using the C++ keyword `using` instead of the C and C++ 
// keyword `typedef`):
using nullptr_t = decltype(nullptr); // (since C++11)
} // namespace std

引用:

c++ 11中更好的类型- nullptr，枚举类(强类型枚举)和cstdint https://en.cppreference.com/w/cpp/language/decltype https://en.cppreference.com/w/cpp/types/nullptr_t https://en.cppreference.com/w/cpp/header/cstddef https://en.cppreference.com/w/cpp/keyword/using https://en.cppreference.com/w/cpp/keyword/typedef

Nullptr不能赋值给整型类型，比如int型，只能赋值给指针类型;内置指针类型，如int *ptr或智能指针，如std::shared_ptr<T>

我相信这是一个重要的区别，因为NULL仍然可以被赋给整型和指针，因为NULL是一个扩展到0的宏，可以作为int的初始值以及指针。

根据cppreference, nullptr是一个关键字，它:

表示指针字面量。它是std::nullptr_t类型的prvalue。 存在从nullptr到空指针值的隐式转换 任何指针类型和任何指向成员类型的指针。类似的转换 存在于任何空指针常量，其中包括类型的值 std::nullptr_t以及宏NULL。

因此nullptr是一个不同类型的值std::nullptr_t，而不是int。它隐式转换为任何指针类型的空指针值。这个神奇的事情发生在您的引擎盖下，您不必担心它的实现。然而，NULL是一个宏，它是一个实现定义的空指针常量。它通常是这样定义的:

#define NULL 0

也就是一个整数。

这是一个微妙但重要的区别，可以避免歧义。

例如:

int i = NULL;     //OK
int i = nullptr;  //error
int* p = NULL;    //OK
int* p = nullptr; //OK

当你有两个像这样的函数重载:

void func(int x);   //1)
void func(int* x);  //2)

func(NULL)调用1)，因为NULL是一个整数。 Func (nullptr)调用2)，因为nullptr隐式转换为int*类型的指针。

另外，如果你看到这样的语句:

auto result = findRecord( /* arguments */ );

if (result == nullptr)
{
 ...
}

你不容易找到findRecord返回什么，你可以确定result必须是一个指针类型;Nullptr使其更具可读性。

在一个推断的背景下，事情的运作有点不同。如果你有一个这样的模板函数:

template<typename T>
void func(T *ptr)
{
    ...
}

你试着用nullptr调用它:

func(nullptr);

您将得到一个编译器错误，因为nullptr类型为nullptr_t。你必须显式地将nullptr转换为特定的指针类型，或者使用nullptr_t为func提供重载/专门化。

---

Advantages of using nulptr:

避免函数重载之间的模糊 使您能够进行模板专门化 更安全，直观和富有表现力的代码，例如if (ptr == nullptr)而不是if (ptr == 0)

当一个函数可以接收指向多个类型的指针时，用NULL来调用它是不明确的。这种工作方式现在是非常hack的接受一个int并假设它是NULL。

template <class T>
class ptr {
    T* p_;
    public:
        ptr(T* p) : p_(p) {}

        template <class U>
        ptr(U* u) : p_(dynamic_cast<T*>(u)) { }

        // Without this ptr<T> p(NULL) would be ambiguous
        ptr(int null) : p_(NULL)  { assert(null == NULL); }
};

在c++ 11中，你可以重载nullptr_t，这样ptr<T> p(42);将是编译时错误，而不是运行时断言。

ptr(std::nullptr_t) : p_(nullptr)  {  }

让我首先给您一个简单的nullptr_t的实现

struct nullptr_t 
{
    void operator&() const = delete;  // Can't take address of nullptr

    template<class T>
    inline operator T*() const { return 0; }

    template<class C, class T>
    inline operator T C::*() const { return 0; }
};

nullptr_t nullptr;

nullptr是返回类型解析器习惯用法的一个微妙示例，它根据分配给实例的类型自动推导出正确类型的空指针。

int *ptr = nullptr;                // OK
void (C::*method_ptr)() = nullptr; // OK

如上所述，当nullptr被赋值给整数指针时，将创建模板化转换函数的int类型实例化。方法指针也是一样。 通过这种方式利用模板功能，我们实际上每次都创建了适当类型的空指针，这是一个新的类型赋值。 因为nullptr是一个值为0的整型字面值，你不能使用它的地址，这是我们通过删除&操作符实现的。

为什么我们首先需要nullptr ?

你可以看到传统的NULL有一些问题，如下:

1️⃣隐式转换

char *str = NULL; // Implicit conversion from void * to char *
int i = NULL;     // OK, but `i` is not pointer type

2️⃣函数调用歧义

void func(int) {}
void func(int*){}
void func(bool){}

func(NULL);     // Which one to call?

编译会产生以下错误:

error: call to 'func' is ambiguous
    func(NULL);
    ^~~~
note: candidate function void func(bool){}
                              ^
note: candidate function void func(int*){}
                              ^
note: candidate function void func(int){}
                              ^
1 error generated.
compiler exit status 1

3️⃣构造函数重载

struct String
{
    String(uint32_t)    {   /* size of string */    }
    String(const char*) {       /* string */        }
};

String s1( NULL );
String s2( 5 );

在这种情况下，需要显式强制转换(即String s((char*)0))。

它如何既是关键字又是类型的实例?

这并不奇怪。true和false都是关键字，作为字面量，它们有一个类型(bool)。Nullptr是一个std::nullptr_t类型的指针字面值，它是一个prvalue(不能使用&获取它的地址)。

4.10 about pointer conversion says that a prvalue of type std::nullptr_t is a null pointer constant, and that an integral null pointer constant can be converted to std::nullptr_t. The opposite direction is not allowed. This allows overloading a function for both pointers and integers, and passing nullptr to select the pointer version. Passing NULL or 0 would confusingly select the int version. A cast of nullptr_t to an integral type needs a reinterpret_cast, and has the same semantics as a cast of (void*)0 to an integral type (mapping implementation defined). A reinterpret_cast cannot convert nullptr_t to any pointer type. Rely on the implicit conversion if possible or use static_cast. The Standard requires that sizeof(nullptr_t) be sizeof(void*).