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空指標

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此條目介紹的是以各種程式語言為基礎介紹Null Pointer的概念。关于C++11語言標準的關鍵字，请见「nullptr」。

在程式語言中，空指標[1]（英語：Null Pointer）是一個已宣告但並未指向一個有效物件的指標，許多程式利用空指標來表示某些特定條件，例如未知長度陣列的結尾或某些無法執行的操作。在可選擇型態（optional type）的程式語言中，空指標通常可以跟可為Null的型別（Nullable types）和空值（Nothing value）進行比較。

空指標與未初始化的（英语：Uninitialized_variable）指標（uninitialized pointer）不同，空指標保證不會和有值的指標相等，而未初始化的指標則是要看所使用的程式語言或編譯器而定，在部分程式語言環境下，未初始化的指標無法保證不與有值的指標相等，他可能因為存有記憶體殘值而指向了某個有效物件。有許多實现上是以0 (全位为0) 代表空指標。

空參照

在程式語言中，空參照（英語：Null Reference）是一個與空指標類似的概念，是一個已宣告但其並未參照到一個有效物件的變數。東尼·霍爾在1965年發明了空參照，並作為ALGOL W程式語言的一部分[2]。

歷史

查爾斯·安東尼·理察·霍爾（C. A. R. Hoare）在2009年表示他在1965年發明了空參照，並且將這項發明描述為“十億美元的錯誤”[2]。

程式語言中的空指標

C語言

在C語言中，任何2個空指標都保證是相等的[4]，其是由預處理器的巨集提供，即NULL，其被定義為用來表示空指標的常數值，在C99是透過隱含轉換或直接轉換成void*的整數值0來使用[5]。

在C语言中，空指针的值表示为#define NULL (void *)0[6]。

C語言標準並沒有規定記憶體位置0與空指標相同，隨然實際上記憶體位置0與空指標在大部分的情況下會是相同的。對空指標解引用在C語言中是一個未定義行為，在實作上，解引用時必須確保所取的指標不為空。

C++語言

在C++語言中，同樣有繼承自C語言的NULL巨集可供使用，但在傳統上會優先使用整數零來表示空指標常數[7]。在C++11標準中已明確的引入一個常數（部分編譯器視之為關鍵字，如Visual Studio）nullptr做為表示空指標的常數[8]。

主条目：nullptr

nullptr是C++11語言中的關鍵字，在C++11語言標準用來表示空指標的常數值。其型態為nullptr_t[8]。

其他语言

一些语言使用其他的命名方式来表示空指针，如Pascal, Ruby 以及 Lua 则使用 nil，[9]而Visual Basic 使用 Nothing。Fortran不支持此一常量，但其属性（property）可被设置成 NULLIFY 并由 ASSOCIATED 函数测试之。

解引用

因為空指標沒有指向有效的物件，所以若嘗試解引用（Dereference，即，從該記憶體位置取出數值）的話，有機率導致程式執行時發生錯誤或立即崩潰。

  • 在C語言中，對空指標解引用是一個未定義行為。許多實作對空指標解引用的案例都會導致程式因為segmentation fault而當機或停止運作，因為空指標通常表示選擇了一個不是由系統分配的儲存空間，但是並非每次都會出現這種情況。
  • 在Java語言中，若嘗試從空指標的物件中解引用則會觸發NullPointerException（NPE）[10]，由於會觸發錯誤，因此可以使用例外處理的程式碼來捕捉，但編程上仍要儘量確保永遠不會發生此錯誤為佳。

NullPointerException

主条目：NullPointerException（日语：NullPointerException）

空指標錯誤是一種常見的程式錯誤，當嘗試存取空指標所指向之物件時，就會發生NullPointerException[11]，通常是因為物件未順利初始化或者提前解構而造成。空指標錯誤常常出現在類別設計或管理上有缺陷的程式中，一旦出現了空指標錯誤經常會導致程式當機或崩潰[12]。而在部分程式語言中，則有NullReferenceException[13]（空參照錯誤），例如.Net平台。

在Java中，NullPointerException被定義在java.lang.NullPointerException（日语：NullPointerException），是一種執行階段錯誤（java.lang.RuntimeException）。

參見

參考文獻

  1. ^ 空指標 null pointer. 國家教育研究院. [2018-09-08]. （原始内容存档于2018-09-09）. 
  2. ^ 2.0 2.1 Tony Hoare. Null References: The Billion Dollar Mistake. InfoQ.com. 2009-08-25 [2018-09-08]. （原始内容存档于2018-09-04）. 
  3. ^ 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]. （原始内容存档 (PDF)于2018-06-24）. 
  4. ^ ISO/IEC 9899[3], clause 6.3.2.3, paragraph 4.
  5. ^ ISO/IEC 9899[3], clause 7.17, paragraph 3: NULL... which expands to an implementation-defined null pointer constant...
  6. ^ NULL pointer in C. [2018-09-09]. （原始内容存档于2018-09-09）. 
  7. ^ 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. March 2001: 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 suggested NULL macro, leads to fewer problems. If you feel you must define NULL. use
        const int NULL = 0;
    The const qualifier (§5.4) prevents accidental redefinition of NULL and ensures that NULL can be used where a constant is required.     
  8. ^ 8.0 8.1 A name for the null pointer: nullptr (PDF). stroustrup.com. 2003-09-10 [2018-09-09]. （原始内容 (PDF)存档于2017-07-05）. 
  9. ^ Elliot B. Koffman, Pascal 3rd Edition, Addison Wesley, Reading MA, ISBN 0-201-11834-3, pp. 678-679
  10. ^ java.lang.NullPointerException. docs.oracle.com. [2018-09-08]. （原始内容存档于2018-09-10）. 
  11. ^ Null pointer exceptions. 曼徹斯特大學電腦科學系. [2018-09-09]. （原始内容存档于2018-03-25）. 
  12. ^ 新版Android SDK寬容處理Kotlin程式碼可空合約違規，給開發者更新的緩衝時間. ithome.com.tw. [2018-09-08]. （原始内容存档于2018-09-09）. 
  13. ^ System.NullReferenceException. msdn.microsoft.com. [2018-09-08]. （原始内容存档于2018-09-09）. 
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