比起0和NULL更偏爱nullptr

Item 8:比起0和NULL更偏爱nullptr

Posted by boydfd on 2016-01-01 00:00:00 +0800

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本文翻译自《effective modern C++》,由于水平有限,故无法保证翻译完全正确,欢迎指出错误。谢谢!

先让我们看一些概念:字面上的0是一个int,不是一个指针。如果C++发现0在上下文中只能被用作指针,它会勉强把0解释为一个null指针,但这只是一个应变的方案。C++的主要规则还是把0视为int,而不是一个指针。

实际上,NULL也是这样的。NULL的情况,在细节方面有一些不确定性,因为C++标准允许它的实现不管是不是int只需要给出一个数值类型(比如,long)。虽然这和0不一样,但是事实上没有关系,因为这里的问题不是NULL的具体类型,而是0和NULL都不是指针类型。

在C++98中,这个问题造成的最主要的影响就是指针和数值类型的重载会导致意外情况。传入一个0或者NULL给这样的重载,则永远不会调用指针版本的重载:

void f(int);		//f的三个重载
void f(bool);
void f(void*);

f(0);				//调用f(int), 而不是f(void*)

f(NULL);			//可能不能通过编译,但是通常会调用f(int),
					//永远不会调用f(void*)

关于f(NULL)行为的不确定性反映了:关于NULL类型的实现(编译器)拥有自由的权利。比如,如果NULL被定义为0L(也就是long类型的0),那么对函数的调用引起歧义,因为把long转换为int,bool,void*都是同样可行的。关于调用f的一个有趣的事情是源代码表面上的意义(我使用NULL—null指针,调用f)和它实际的意义(我使用某种整形—不是一个指针,调用f)之间的矛盾。这种反直觉的行为导致了C++98程序员指导方针让我们避免重载指针类型和整形类型。这个方针在C++11中仍然有效,因为,就算有这条Item的建议,尽管nullptr是更好的选择,有些开发者还是会继续使用0和NULL。

nullptr的优点不只是它不是一个整形类型。老实说,它也不是一个指针类型,但是你能把它想成是一个指向所有类型的指针。nullptr的实际类型是std::nullptr_t,在一个完美的循环定义(circular definition)中,std::nullptr_t被定义为nullptr的类型。std::nullptr_t类型能隐式转换到所有的原始(raw)指针类型,就是这个原因,让nullptr表现得像它是所有类型的指针。

用nullptr调用f的重载函数,实际会调用 void* 版本的函数(也就是指针版本的重载),因为nullptr不能被视为任何数值类型:

f(nullptr);			//调用f(void*)版本的重载函数

因此使用nullptr来代替0和NULL避免了意外的重载解析,但是这不是他唯一的优点。它还能提升代码的可读性,尤其是在涉及auto变量时。举个例子,假设你遇到下面的代码:

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

if(result == 0){
	...
}

如果你碰巧不知道(或者很难找出)findRecord返回的类型,这里对于result是指针类型还是整形类型就不明确了。总之,0(用来和result进行比较)可以是两个中的任意一个。但是,如果你看到下面的代码:

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

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

这里将没有歧义:result肯定是一个指针类型。

当template涉及后,nullptr将变得更加耀眼。假设你有一些函数,它们只能在适当的互斥量被锁住之后才能调用。每个函数使用不同类型的指针:

int 	f1(std::shared_ptr<Widget> spw);
double 	f2(std::unique_ptr<Widget> upw);
bool	f3(Widget* pw);

想要传入null指针来调用函数的代码看起来像这样:

std::mutex f1m, f2m, f3m;

using MuxGuard = 				//C++11 的typedef,看Item 9
	std::lock_guard<std::mutex>;
...

{
	MuGuard g(f1m);				//锁住f1的互斥量
	auto result = f1(0);		//传入0作为null指针给f1
}								//解锁互斥量

...

{
	MuGuard g(f2m);				//锁住f2的互斥量
	auto result = f2(NULL);		//传入NULL作为null指针给f2
}								//解锁互斥量

...

{
	MuGuard g(f3m);				//锁住f3的互斥量
	auto result = f3(nullptr);	//传入nullptr作为null指针给f3
}								//解锁互斥量	

不能用nullptr调用前面两个函数是不幸的,但是代码能正常工作,这一点很重要。然而,代码中重复的模式(加锁,调用函数,解锁)不仅不幸。这更是令人不安的。这种源代码的重复问题就是template被设计来解决的其中一种,所以让我们模板化这个模式:

template<typename FuncType,
		 typename MuxType,
		 typename PtrType>
auto lockAndCall(FuncType func,
				 MuxType& mutex,
				 PtrType ptr) -> decltype(func(ptr))
{
	MuxGuard g(mutex);
	return func(ptr);
}

如果这个函数的返回类型(auto … ->decltype(func(ptr)))轰击了你的大脑,请问你的大脑经历并赞成过Item 3(解释了发生了什么)吗?你也能看到C++14版本的代码,返回类型能被简化成一个简单的decltype(auto):

template<typename FuncType,
		 typename MuxType,
		 typename PtrType>
decltype(auto) lockAndCall(FuncType func,	//C++14
				 		   MuxType& mutex,
						   PtrType ptr) 
{
	MuxGuard g(mutex);
	return func(ptr);
}

给出lockAndCalltemplate(每个版本)的调用函数,能这么写:

auto result1 = lockAndCall(f1, f1m, 0);			//错误

...

auto result2 = lockAndCall(f2, f2m, NULL);		//错误

...

auto result3 = lockAndCall(f3, f3m, nullptr);	//正确

很好,它们能这么写,但是,正如注释说的,前面两种情况,代码无法通过编译。第一种调用情况的问题是当0被传入lockAndCall时,template类型推导会找出它的类型。0的类型过去是,现在是,未来也永远是int,所以这就是在实例化的lockAndCall中,ptr参数的类型。不幸地,这意味着在lockAndCall中,调用func时,会传入一个int类型,然而它和f1需要的std::shared_patr参数不兼容。在lockAndCall调用中,尝试用传入0来代替一个null指针,但是实际上传入的是普通的int。尝试传入一个int作为std::shared_ptr给f1将产生类型错误。对于用0调用lockAndCall会失败,是因为在template中,一个int被传入一个需要std::shared_ptr的函数。(译注:理解起来很简单,这里没有int 到 指针类型的转换,只有0视为指针这一情况。所以调用会失败。)

对于调用涉及NULL的分析在本质上和0是一样的。当NULL被传入lockAndCall时,一个整形类型被推导为ptr参数的类型,并且当一个int或一个类int类型的参数被传入f2(需要一个std::unique_ptr类型的参数)时,类型错误就发生了。

作为对比,当调用涉及nullptr时没有问题。当nullptr被传入lockAndCall时,ptr的类型被推导为std::nullptr_t。当ptr被传入f3时,这里发生了一个从std::nullptr_t到Widget*的隐式转换,因为std::nullptr_t能隐式转换到任何类型的指针。

事实上,当你想使用一个null指针时,对于0和NULL,template类型推导推导出“错误”的类型 (也就是,它们的“对的”类型本应该是代表着一个null指针的),这是用nullptr代替0或NULL最重要的原因。使用nullptr,template不会面临特殊的挑战。结合nullptr不会遭受意外的重载解析(0和NULL很可能遭受)的事实,情况很明了了。当你想使用一个null指针的时候,使用nullptr,而不是0或NULL。

            你要记住的事
  • 比起0和NULL更偏爱nullptr

  • 避免重载整形类型和指针类型。