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猫耳堀川雷鼓 ce3eee7006
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2021-03-02 14:08:29 +08:00

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条款八:优先考虑nullptr而非0NULL

Item 8: Prefer nullptr to 0 and NULL

你看这样对不对:字面值0是一个int不是指针。如果C++发现在当前上下文只能使用指针,它会很不情愿的把0解释为指针但是那是最后的退路。一般来说C++的解析策略是把0看做int而不是指针。

实际上,NULL也是这样的。但在NULL的实现细节有些不确定因素,因为实现被允许给NULL一个除了int之外的整型类型(比如long)。这不常见,但也算不上问题所在。这里的问题不是NULL没有一个确定的类型,而是0NULL都不是指针类型。

在C++98中对指针类型和整型进行重载意味着可能导致奇怪的事情。如果给下面的重载函数传递0NULL,它们绝不会调用指针版本的重载函数:

void f(int);        //三个f的重载函数
void f(bool);
void f(void*);

f(0);               //调用f(int)而不是f(void*)

f(NULL);            //可能不会被编译一般来说调用f(int)
                    //绝对不会调用f(void*)

f(NULL)的不确定行为是由NULL的实现不同造成的。如果NULL被定义为0L(指的是0long类型),这个调用就具有二义性,因为从longint的转换或从longbool的转换或0Lvoid*的转换都同样好。有趣的是源代码表现出的意思(“我使用空指针NULL调用f”)和实际表达出的意思(“我是用整型数据而不是空指针调用f是相矛盾的。这种违反直觉的行为导致C++98程序员都将避开同时重载指针和整型作为编程准则译注请务必注意结合上下文使用这条规则。在C++11中这个编程准则也有效因为尽管我这个条款建议使用nullptr,可能很多程序员还是会继续使用0NULL,哪怕nullptr是更好的选择。

nullptr的优点是它不是整型。老实说它也不是一个指针类型,但是你可以把它认为是所有类型的指针。nullptr的真正类型是std::nullptr_t,在一个完美的循环定义以后,std::nullptr_t又被定义为nullptrstd::nullptr_t可以隐式转换为指向任何内置类型的指针,这也是为什么nullptr表现得像所有类型的指针。

使用nullptr调用f将会调用void*版本的重载函数,因为nullptr不能被视作任何整型:

f(nullptr);         //调用重载函数f的f(void*)版本

使用nullptr代替0NULL可以避开了那些令人奇怪的函数重载决议,这不是它的唯一优势。它也可以使代码表意明确,尤其是当涉及到与auto声明的变量一起使用时。举个例子,假如你在一个代码库中遇到了这样的代码:

auto result = findRecord( /* arguments */ );
if (result == 0) {
    
} 

如果你不知道findRecord返回了什么(或者不能轻易的找出),那么你就不太清楚到底result是一个指针类型还是一个整型。毕竟,0(用来测试result的值的那个)也可以像我们之前讨论的那样被解析。但是换一种假设如果你看到这样的代码:

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

if (result == nullptr) {  
    
}

这就没有任何歧义:result的结果一定是指针类型。

当模板出现时nullptr就更有用了。假如你有一些函数只能被合适的已锁互斥量调用。每个函数都有一个不同类型的指针:

int    f1(std::shared_ptr<Widget> spw);     //只能被合适的
double f2(std::unique_ptr<Widget> upw);     //已锁互斥量
bool   f3(Widget* pw);                      //调用

如果这样传递空指针:

std::mutex f1m, f2m, f3m;       //用于f1f2f3函数的互斥量

using MuxGuard =                //C++11的typedef参见Item9
    std::lock_guard<std::mutex>;


{  
    MuxGuard g(f1m);            //为f1m上锁
    auto result = f1(0);        //向f1传递0作为空指针
}                               //解锁 

{  
    MuxGuard g(f2m);            //为f2m上锁
    auto result = f2(NULL);     //向f2传递NULL作为空指针
}                               //解锁 

{
    MuxGuard g(f3m);            //为f3m上锁
    auto result = f3(nullptr);  //向f3传递nullptr作为空指针
}                               //解锁 

令人遗憾前两个调用没有使用nullptr,但是代码可以正常运行,这也许对一些东西有用。但是重复的调用代码——为互斥量上锁,调用函数,解锁互斥量——更令人遗憾。它让人很烦。模板就是被设计于减少重复代码,所以让我们模板化这个调用流程:

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

如果你对函数返回类型(auto ... -> decltype(func(ptr)))感到困惑不解,Item3可以帮助你。在C++14中代码的返回类型还可以被简化为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); 
}

可以写这样的代码调用lockAndCall模板(两个版本都可):

auto result1 = lockAndCall(f1, f1m, 0);         //错误!
...
auto result2 = lockAndCall(f2, f2m, NULL);      //错误!
...
auto result3 = lockAndCall(f3, f3m, nullptr);   //没问题

代码虽然可以这样写,但是就像注释中说的,前两个情况不能通过编译。在第一个调用中存在的问题是当0被传递给lockAndCall模板,模板类型推导会尝试去推导实参类型,0的类型总是int,所以这就是这次调用lockAndCall实例化出的ptr的类型。不幸的是,这意味着lockAndCallfunc会被int类型的实参调用,这与f1期待的std::shared_ptr<Widget>形参不符。传递0lockAndCall本来想表示空指针,结果f1得到的是和它相差十万八千里的int。把int类型看做std::shared_ptr<Widget>类型给f1自然是一个类型错误。在模板lockAndCall中使用0之所以失败是因为在模板中,传给的是int但实际上函数期待的是一个std::shared_ptr<Widget>

第二个使用NULL调用的分析也是一样的。当NULL被传递给lockAndCall,形参ptr被推导为整型(译注:由于依赖于具体实现所以不一定是整数类型,所以用整型泛指intlong等类型),然后当ptr——一个int或者类似int的类型——传递给f2的时候就会出现类型错误,f2期待的是std::unique_ptr<Widget>

然而,使用nullptr是调用没什么问题。当nullptr传给lockAndCall时,ptr被推导为std::nullptr_t。当ptr被传递给f3的时候,隐式转换使std::nullptr_t转换为Widget,因为std::nullptr_t可以隐式转换为任何指针类型。

模板类型推导将0NULL推导为一个错误的类型(即它们的实际类型,而不是作为空指针的隐含意义),这就导致在当你想要一个空指针时,它们的替代品nullptr很吸引人。使用nullptr,模板不会有什么特殊的转换。另外,使用nullptr不会让你受到同重载决议特殊对待0NULL一样的待遇。当你想用一个空指针,使用nullptr,不用0或者NULL

记住

  • 优先考虑nullptr而非0NULL
  • 避免重载指针和整型