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 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] 。
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
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 ,是一種執行階段錯誤(java.lang.RuntimeException)。
參見
參考文獻
^ 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).
^ 2.0 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).
^ 3.0 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).
^ ISO/IEC 9899 [ 3] , clause 6.3.2.3, paragraph 4.
^ ISO/IEC 9899 [ 3] , clause 7.17, paragraph 3: NULL... which expands to an implementation-defined null pointer constant...
^ NULL pointer in C . [2018-09-09 ] . (原始内容存档 于2018-09-09).
^ 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.
^ 8.0 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).
^ Elliot B. Koffman, Pascal 3rd Edition , Addison Wesley, Reading MA, ISBN 0-201-11834-3 , pp. 678-679
^ java.lang.NullPointerException . docs.oracle.com. [2018-09-08 ] . (原始内容存档 于2018-09-10).
^ 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).
^ 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).
^ System.NullReferenceException . msdn.microsoft.com. [2018-09-08 ] . (原始内容存档 于2018-09-09).