程式语言中,空指标[1](英语:Null Pointer)是一个已宣告但并未指向一个有效物件的指标,许多程式利用空指标来表示某些特定条件,例如未知长度阵列的结尾或某些无法执行的操作。在可选择型态(optional type)的程式语言中,空指标通常可以跟可为Null的型别(Nullable types)和空值(Nothing value)进行比较。

空指标与未初始化的英语Uninitialized_variable指标(uninitialized pointer)不同,空指标保证不会和有值的指标相等,而未初始化的指标则是要看所使用的程式语言或编译器而定,在部分程式语言环境下,未初始化的指标无法保证不与有值的指标相等,他可能因为存有记忆体残值而指向了某个有效物件。有许多实现上是以0 (全位为0) 代表空指标。

空参照

程式语言中,空参照(英语:Null Reference)是一个与空指标类似的概念,是一个已宣告但其并未参照到一个有效物件的变数。东尼·霍尔在1965年发明了空参照,并作为ALGOL W程式语言的一部分[2]

历史

查尔斯·安东尼·理察·霍尔(C. A. R. Hoare)在2009年表示他在1965年发明了空参照,并且将这项发明描述为“十亿美元的错误”[2]

程式语言中的空指标

C语言

在C语言中,任何2个空指标都保证是相等的[4],其是由预处理器的巨集提供,即NULL,其被定义为用来表示空指标的常数值,在C99是透过隐含转换或直接转换成void*的整数值0来使用[5]

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

C语言标准并没有规定记忆体位置0与空指标相同,随然实际上记忆体位置0与空指标在大部分的情况下会是相同的。对空指标解引用在C语言中是一个未定义行为,在实作上,解引用时必须确保所取的指标不为空。

C++语言

C++语言中,同样有继承自C语言的NULL巨集可供使用,但在传统上会优先使用整数零来表示空指标常数[7]。在C++11标准中已明确的引入一个常数(部分编译器视之为关键字,如Visual Studio)nullptr做为表示空指标的常数[8]

nullptr是C++11语言中的关键字,在C++11语言标准用来表示空指标的常数值。其型态为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]Visual Basic 使用 NothingFortran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

因为空指标没有指向有效的物件,所以若尝试解引用(Dereference,即,从该记忆体位置取出数值)的话,有机率导致程式执行时发生错误或立即崩溃。

  • 在C语言中,对空指标解引用是一个未定义行为。许多实作对空指标解引用的案例都会导致程式因为segmentation fault而当机或停止运作,因为空指标通常表示选择了一个不是由系统分配的储存空间,但是并非每次都会出现这种情况。
  • 在Java语言中,若尝试从空指标的物件中解引用则会触发NullPointerException(NPE)[10],由于会触发错误,因此可以使用例外处理的程式码来捕捉,但编程上仍要尽量确保永远不会发生此错误为佳。

NullPointerException

空指标错误是一种常见的程式错误,当尝试存取空指标所指向之物件时,就会发生NullPointerException[11],通常是因为物件未顺利初始化或者提前解构而造成。空指标错误常常出现在类别设计或管理上有缺陷的程式中,一旦出现了空指标错误经常会导致程式当机或崩溃[12]。而在部分程式语言中,则有NullReferenceException[13](空参照错误),例如.Net平台。

在Java中,NullPointerException被定义在java.lang.NullPointerException日语NullPointerException,是一种执行阶段错误(java.lang.RuntimeException)。

参见

参考文献

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