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空指针,段错误,这场面试我栽倒在这里了!

程序人生 2020-12-18

The following article is from 技术让梦想更伟大 Author 李肖遥

作者 | 李肖遥
来源 | 技术让梦想更伟大(ID:gh_f7effb2fbc1c

面试官:满头的汗的,来面试的路一定很远吧?


还好还好,骑车不到俩小时


面试官:来先喝杯水,咱们面试不急,边喝边聊


哇,谢谢您啦,咕隆咕隆喝下半杯


面试官:那咱们开始吧,看你项目做的还不少啊,不错不错,咱们随便聊聊。


哇,“这面试官还不错,感觉有戏”


面试官:说说空指针NULL是本质什么,与0一样吗


嗯嗯,这个,NULL不就是0吗?

 

面试官:你确定是吗,面带微笑,淡定的眼神......


嗯嗯,应该是吧,,,不是吧,汗又开始冒起了来了......



面试官:嗯嗯,了解了,不急慢慢喝水,我先上个厕所。


水的滋润与口水相互交织,骑车两小时,面试3分钟,这次我栽在这里了。

 

NULL 在 C/C++ 中的标准定义
NULL的标准定义

#if !defined(NULL) && defined(__NEEDS_NULL)
#ifdef _cplusplus      
#define NULL 0         // 这里对应C++的情况
#else
#define NULL (void *)0 // 这里对应C语言的情况
#endif
编译器预先定义了一个宏 _cplusplus,来判断当前的编译环境是 C++ 的还是 C 语言的,在 C++ 定义为 0,在 C 语言中定义为 (void *)0

在 C/C++ 中的区别

在 C 语言中,C 中的“标准”写法,NULL 被替换为一个 void* 类型的指针右值,值等于0;由于是 void*  类型,可以隐式转化为其它类型的指针。在 C++ 中,void* 无法自由隐式转换为其它类型的指针,而字面量 0 可以隐式转换为指针类型。


NULL 的本质是什么


我们从指针,空指针,空指针常量以及指向的内存说起。

从指针角度来看:

我们看以下定义,p 是一个函数内的局部变量,则 p 的值是随机的,也就是说 p 是一个野指针。
int func()
{
  int *p; 
  ...
}
再看以下函数,p 是一个局部变量,分配在栈上的地址,p 的值是 (void *)0,实际就是 0x00000000,意思就是指针 p 指向内存的 0x00000000 地址处。这时候p就不是野指针了。
int func()
{
  int *p = NULL; 
  ...
}

什么是空指针(null pointer)?

如果将空指针常量转换为指针类型,则保证生成的指针(称为空指针)将不相等的值与指向任何对象或函数的指针进行比较。定义 char *p=0 后,在之后 p 的任何一种赋值操作之后,p 都成为一个空指针,即 p 不指向任何实际的对象或者函数。反过来说,任何对象或者函数的地址都不可能是空指针。

什么是空指针常量(null pointer constant)?

值为 0 的整数常量表达式,或强制转换为 void * 类型的表达式,称为空指针常量。

空指针(null pointer)指向了哪里的内存?

这里标准没有定义,取决于系统的实现。我们常见的空指针一般指向 0x00000000 地址,即空指针的内部用全 0x00000000 来表示,也有一些系统用一些特殊的地址值或者特殊的方式表示空指针。在我们实际写代码时,关键点在于判断哪个是空指针。

NULL 有什么作用?

在大部分的 CPU 中,内存的 0x00000000 地址处都不是可以随便访问的,所以野指针指向了这个区域可以保证野指针有个安家之所,否则会发生段错误。当你尝试访问的时候会阻止你,但是有些地址不是只读的,如果一个指针指向了这个地址,你又在不经意间修改了它,可能会导致一些重要的文件被修改,所以指针初始化成 NULL 是有必要的。

注意不要混用 '\0'  和 '0' 和 0  和 NULL。

  • '\0' 是一个转义字符,他对应的 ASCII 编码值是 0,本质就是 0;常用于表示字符串的结尾标志,以判断字符串有没有到头。
  • '0' 是一个字符,他对应的 ASCII 编码值是48,本质是48。
  • 0 是一个 int 类型的数字,本质就是 0。
  • NULL 是一个表达式,是强制类型转换为 void * 类型的 0,一般用来比较指针是否是一个野指针。


NULL是不是0


NULL 就是 0?

我们先来看以下代码:
//https://tool.lu/coderunner/
#include<stdio.h>
int main()
{    
  int *p=NULL;    
  printf("%s",p); 
}
结果如下:
输出 (null),在执行 int *p=NULL,打印出来空白,实际上 p 的值为 0x00000000,在 C 语言中,NULL 的本质是 0,但是这个 0 不是当一个整形数据来解析,而是当一个内存地址来解析的,代表的是内存的 0 地址。(void *)0 这个整体表达式表示一个指针,地址在哪里取决于指针变量本身,这个指针变量指向 0 地址(实际是 0 地址开始的一段内存)。

NULL 不是 0?

如果一个指针被赋予 NULL,相当于这个指针执行了 0x00000000 这个逻辑地址,但是在 C 语言中 0x0000 这个逻辑地址用户是不能使用的,所以当你试图取一个指向了 NULL 的指针的内容时,就会提示段错误,测试一下代码如下:
//https://tool.lu/coderunner/
//来源:技术让梦想更伟大
//作者:李肖遥
#include<stdio.h>
int main()
{    

 int *node = NULL;
 int p = 0;
 p = *node;
 printf("%d\n",p);

 return 0;
}
编译结果如下:
由于指针 node 执行的是 NULL,也就是逻辑地址 0x00000000,而这个地址不能访问,所以编译器提示段错误。那么看到这里你觉得 NULL 还是 0 吗?根据宏定义我们知道:(void *)0 表示把数值 0 强制转换为 void * 类型,所以最后运行结果为 0。变量在定义时,系统会给他分配内存空间,指针变量也是一样,如果指针没有指向的话,那么地址就是随机值,如果不小心用的话就会导致数据错误,从而使程序退出。NULL 使指针 p 指向地址 0x00000000,在大多数系统中都将 0x00000000 作为不被使用的地址,所以运用 p 也不会毁坏数据。但也有系统会使用地址 0x00000000,而将 NULL 定义为其他值,所以不要把 NULL 和 0 等同起来。我们使用值传递的方式来看,在网上有一个面试题,这里我参考一下代码,能够帮助大家更好的理解,其代码如下:
//https://tool.lu/coderunner/
//来源:技术让梦想更伟大
//作者:李肖遥
#include <stdio.h>

void vPassByFun(int *node)
{
    static int N = 1024;
    node = &N;
}

int main()
{

    int *node = NULL;
    int p = 0;
    vPassByFun(node);
    p = *node;

    printf("%d\n",p);

    return 0;
}
输出结果如下:
vPassByFun 函数是值传递,node 指针变量的值并不受影响,所以这个程序的效果和上一个程序运行结果都是段错误。如果要让结果为 1024,应该怎样写代码呢?我们来这样写代码:
//https://tool.lu/coderunner/
//来源:技术让梦想更伟大
//作者:李肖遥
#include <stdio.h>

void vPassByFun(int ** node)
{
    static int N = 1024;
    *node=&N;
}

int main()
{

    int *node = NULL;
    int p = 0;

    vPassByFun(&node);
    p = *node;

    printf("%d\n",p);

    return 0;

}
运行结果如下:
传递一个二级指针也就是传递 node 指针变量的指针给 vPassByFun 函数,这样的话结果就对了。


最后


编码过程中,我们需要对自己的指针负责,往往导致 bug 出现或者找不到问题所在地的就是这种细节。最后,原创不易,希望能够改正文章的错误,多提意见留言,谢谢。

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