Java、OC、C/C++中的null

原由

Java 中的代码：

Object nullObj = null;
System.out.println(nullObj.toString());

此时就会出现注明的空指针异常，可是 OC 中的 nil 并不会如此。其原因是汇编方法 msg_send 处理了消息调用者为 nil 时的情况，大概处理如下：

LNilReceiver:
    // r0 is already zero
    mov r1, #0
    mov r2, #0
    mov r3, #0
    FP_RETURN_ZERO
    bx  lr  

    END_ENTRY _objc_msgSend

那么，问题来了：

1. OC 中的 nil 是什么？
2. 为什么 Java 中会崩溃？
3. C/C++ 中 null 会崩溃吗？

一、OC 中的空

OC 中可以使用 4 种方式来代表空：

1. nil；
2. Nil；
3. NULL；
4. NSNull；

OC 中没有 null；

查阅 objc4 源码可知，

nil 的声明：

#ifndef nil
# if __has_feature(cxx_nullptr)
#   define nil nullptr
# else
#   define nil __DARWIN_NULL
# endif
#endif

Nil 的声明：

#ifndef Nil
# if __has_feature(cxx_nullptr)
#   define Nil nullptr
# else
#   define Nil __DARWIN_NULL
# endif
#endif

通过源码可知，其实 Nil 完全等价于 nil，要弄清楚本质，关键点有三个：

1. __has_feature(cxx_nullptr)；
2. nullptr；
3. __DARWIN_NULL

关键点1：__has_feature

根据Clang 3.7 文档对__has_feature的描述：

__has_feature evaluates to 1 if the feature is both supported by Clang and standardized in the current language standard or 0 if not.

因此，__has_feature(cxx_nullptr) 是用来判断是否支持 C++11 中的 nullptr 特性的。所以，在 Objective-C 中 nil 和 Nil 都是 __DARWIN_NULL 宏定义。

其实，验证这一点也很简单，在 iOS 工程中运行以下代码即可：

# if __has_feature(cxx_nullptr)
#   define xk_test 0
# else
#   define xk_test 1
# endif

NSLog(@"%d",xk_test); // 输出为1,表示iOS中不支持cxx_nullptr

那么来看看__DARWIN_NULL 是个啥，仍然在源码中找到：

#ifndef __DARWIN_NULL
#define __DARWIN_NULL NULL
#endif

因此：

• iOS 中，Nil、nil、NULL 完全等价；

另外，NSNull 就是一个对象，只有一个 [NSNull null] 方法，就不多说了吧~~~

二、C++ 和 C 中的 NULL

既然 OC 中的 nil、Nil 都是 NULL，那么 NULL 到底是个啥？

NULL 是 C/C++ 中定义的宏，但是两者却不是完全等价的，在 VC 的 runtime.h 中，其定义如下：

#ifndef NULL
    #ifdef __cplusplus
        #define NULL 0
    #else
        #define NULL ((void *)0)
    #endif
#endif

由此可知：

1. C 中的 NULL 为 (void *) 0；
2. C++ 中的 NULL 就是 0；

其本质区别就是 C 中将 0 强制转化成了一个空指针；

那为什么在 C++ 中会直接定义 NULL 为 0 呢？因为 C 中可以隐式转换，如：

int a = (void *)0;

而 C++ 却是需要显示的写出类型转换的，如：

int *p = (void *) 0; // error

Xcode 中，cpp 文件下，报错如下：

C++没有隐式转换

.m 文件中转换只会报警告：

C中可以隐式转换

所以，NULL 在 C++ 中直接定义为 0；

注意：.m 文件和 .cpp 文件的说法并不准确，是否编译通过取决于编译器的设置。可以使用 ifdefine 来测试当前编译器是否支持 __cplusplus;

三、C++ 中的NULL 延伸

因为 C++ 中，NULL 定义为 0，那么在函数重载时，使用 gcc 编译器运行时，就会发生偏差，NULL 本来是代表空指针的，却调用到 int 类型的函数：

#include <iostream>

using namespace std;

void func(int a)
{
    cout << "func int" << endl;
}

void func(char* a)
{
    cout << "func char*" << endl;
}
int main()
{
    func(NULL);
    return 0;
}

输出：

func int

使用 C++ 编译器编译时，C++ 会直接禁止使用 NULL 作为重载函数的入参，会直接报错：

NULL作为重载函数入参

另外，需要特殊说明的一点是：

• NULL 在 C++ 中严格来讲是 long 类型；

起初，觉得 NULL 既然是 0，那么：

int *a = NULL;
*a = 10;

一开始觉得这种写法是不对的，因为将整数赋值给了指针。但是其实这么写也正确，因为指针接收一个地址，地址本质上就是一个表示内存位置的数字。只不过被赋值为 NULL ，指针的地址为 0 而已。因此，继续使用 a 这个指针就会出现坏内存访问（ EXC_BAD_ACCESS）。这也就解释了第三个问题：同 Java 一样，使用空指针在 C/C++ 中会崩溃；

另外，还想更具体看 NULL 到底是个啥类型，作进一步验证。想到了使用 type of 方法：

printf("NULL:%lu\n",sizeof(typeof(NULL)));

但是结果确是 8，难道 C++ 后面的版本 NULL 被改成了 void * ？

于是继续对比：

printf("NULL:%lu\n",sizeof(typeof(NULL)));
printf("nullptr:%lu\n",sizeof(typeof(nullptr)));

输出为：

8
8

这不对啊，解释不通啊。后来想到，Java 中的字面量具有默认类型的特性，难道 C++ 中 0 字面量的类型为 long 类型：

printf("int:%lu\n",sizeof(typeof(0)));

输出为：

4

那么就只有一个解释了：

• NULL = 0L；

验证：

if(typeid(NULL) == typeid(int)){
    cout << "NULL的数据类型是：int型" << endl;
}

if(typeid(NULL) == typeid(long)){
    cout << "NULL的数据类型是：long型" << endl;
}

if(typeid(NULL) == typeid(void *)){
    cout << "NULL的数据类型是：指针型" << endl;
}

结果：

NULL的数据类型是：long型

由此证明：

*当前版本 C++ 中的 null 并不是 int 类型的 0，而是 long 类型的 0；

四、nullptr

因为 NULL 的定义不够清晰，所以推出了 nullptr 来代指空指针。如果编译器支持 nullptr，理论上不应该再使用 NULL 来给空指针赋值或者清空指针，而应该使用 nullptr，而给 int 类型赋值则直接使用 0 即可。

将 nullptr 赋值给非指针类型，则直接报错：

nullptr

• nullptr 本质上是一个编译器特性，是为了代码的书写规范而产生，让空指针的赋值更加清晰；

五、Java 中的 null

起初，因为 OC 中习惯了消息转发机制，在调用者为 nil 时，消息转发机制不会做任何事情，所以使用空指针并不会引起崩溃。因此，不理解 java 中的 null 为什么直接奔溃，其实 C++ 本身就是不可以使用空指针的，只是 OC 做了特殊处理罢了：

int i = NULL;
i = 10;

int *a = NULL;
*a = 1; // EXC_BAD_ACCESS 

除此之外，Java 中的 null 具备几个特点：

1. null 是一个关键字，不是编译器特性；
2. null 不是一种类型，而是一个值；
3. null 是所有引用类型的默认值；
4. null 不能赋值给基础数据类型；
5. 包装类(Integer)在自动拆箱(Integer赋值给Int)时，如果为 null ，不会自动转换成对应基础类型的默认值，而是会报空指针异常引起崩溃；

Integer integer1 = 10;
int int1 = integer1;

Integer integer2 = null;
int int2 = integer2; // NullPointerException

6. null 调用 instanceof 方法永远返回 false；

Object obj = null;
if (obj instanceof Object){
    System.out.println("True");
} else {
    System.out.println("False");
}

7. null == null 返回 true 可以使用 == 和 != 来判断是否为 null；

Object obj = null;
if (obj == null){
    System.out.println("True");
} else {
    System.out.println("False");
}

8. null 是值而不是类型，所以不能当做 instanceof 的参数；

   
   null不是一种类型

9. 不能使用值为 null 的引用类型变量来调用非静态方法；

10. 可以使用值为 null 的引用类型变量来调用静态方法；

class XKPerson {

    static final String COUNTRY = "CHINA";

    static public void StaticFunc(){
        System.out.println("123");
    }

    public void InstanceFunc(){
        System.out.println("456");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        XKPerson p1 = null;
        p1.StaticFunc(); // correct
        p1.InstanceFunc(); // error, NullPointerException
    }
}

静态方法：实例对象可以调用静态方法，也可以访问静态成员变量，但是静态方法的调用不需要实例对象，所以对象为 null 时调用静态方法正常执行，调用实例方法则会空指针异常；

11. null 可以作为参数传递给方法，但是否崩溃取决于方法内部的处理；

六、总结

1. OC 中的 Nil、nil、NULL 完全等价；
2. C++ 不支持隐式类型转换而 C 支持，所以 C++ 中对 NULL 的定义做了特殊处理，直接定义为 0；
3. C++ 支持方法重载，NULL 在 GCC 编译器中会对重载方法的调用产生误差，调用到 int 类型，在 C++ 编译器中直接报错；
4. 因为 NULL 的定义不是很清晰所以出现了 nullptr 代替 NULL，表示空指针，nullptr 用于指针类型，赋值给非指针类型时直接编译期报错；
5. NULL 虽然是 0，但是是 long 类型；
6. Java 中的 null 是一种特殊的值，表示引用类型的指针为空；