19-5 空指针

空指针void pointer（也称为泛型指针）是一种特殊的指针类型，它可以指向任何数据类型的对象！空指针的声明方式与普通指针相同，只需将指针类型声明为 void 即可：

void* ptr {}; // ptr is a void pointer

空指针可以指向任何数据类型的对象：

int nValue {};
float fValue {};

struct Something
{
    int n;
    float f;
};

Something sValue {};

void* ptr {};
ptr = &nValue; // valid
ptr = &fValue; // valid
ptr = &sValue; // valid

然而，由于空指针无法识别其所指向对象的类型，直接解引用空指针是非法的。必须先将空指针强制转换为其他指针类型，才能进行解引用操作。

int value{ 5 };
void* voidPtr{ &value };

// std::cout << *voidPtr << '\n'; // illegal: dereference of void pointer

int* intPtr{ static_cast<int*>(voidPtr) }; // however, if we cast our void pointer to an int pointer...

std::cout << *intPtr << '\n'; // then we can dereference the result

这将输出：（上面代码需要放到main函数里面，并包含头文件）

接下来显而易见的问题是：既然空指针不知道它指向什么，我们又该如何确定将其转换为何种类型？归根结底，这需要你自行追踪管理。

以下是一个空指针的应用示例：

#include <cassert>
#include <iostream>

enum class Type
{
    tInt, // note: we can't use "int" here because it's a keyword, so we'll use "tInt" instead
    tFloat,
    tCString
};

void printValue(void* ptr, Type type)
{
    switch (type)
    {
    case Type::tInt:
        std::cout << *static_cast<int*>(ptr) << '\n'; // cast to int pointer and perform indirection
        break;
    case Type::tFloat:
        std::cout << *static_cast<float*>(ptr) << '\n'; // cast to float pointer and perform indirection
        break;
    case Type::tCString:
        std::cout << static_cast<char*>(ptr) << '\n'; // cast to char pointer (no indirection)
        // std::cout will treat char* as a C-style string
        // if we were to perform indirection through the result, then we'd just print the single char that ptr is pointing to
        break;
    default:
        std::cerr << "printValue(): invalid type provided\n";
        assert(false && "type not found");
        break;
    }
}

int main()
{
    int nValue{ 5 };
    float fValue{ 7.5f };
    char szValue[]{ "Mollie" };

    printValue(&nValue, Type::tInt);
    printValue(&fValue, Type::tFloat);
    printValue(szValue, Type::tCString);

    return 0;
}

该程序输出：

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空指针杂谈

空指针可被设置为空值：

void* ptr{ nullptr }; // ptr is a void pointer that is currently a null pointer

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由于空指针无法识别其指向的对象类型，删除空指针将导致未定义行为。若需删除空指针，请先使用static_cast将其转换回相应类型。

无法对 void 指针进行指针运算。这是因为指针运算要求指针知道其指向对象的大小，以便正确地递增或递减指针。

请注意，不存在 void 引用。这是因为 void 引用将属于 void & 类型，且无法确定其引用的值类型。

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结论

总的来说，除非绝对必要，否则最好避免使用空指针，因为它们实际上允许你绕过类型检查。这会让你无意中做出毫无意义的操作，而编译器不会对此提出警告。例如，以下代码是有效的：

int nValue{ 5 };
printValue(&nValue, Type::tCString);

但谁知道实际结果会如何！

虽然上述函数看似能让单个函数处理多种数据类型，但C++其实提供了更优方案（通过函数重载）来实现相同功能，同时保留类型检查以防止误用。许多曾经需要使用空指针处理多种数据类型的场景，如今更适合采用模板实现，后者同样能提供强类型检查。

不过，极少数情况下，空指针仍可能有合理用途。但请务必先确认是否存在更优（更安全）的替代方案！

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测验时间

问题 #1

void pointer与null pointer有何区别？

显示解答

`void pointer`是一种可以指向任意类型对象的指针，但它本身并不了解所指向对象的具体类型。要实现间接引用，必须将`void pointer`显式转换为其他类型的指针。`null pointer`则是不指向任何地址的指针。`void pointer`可以是`null pointer`。

因此，`void pointer`描述的是指针的类型，而`null pointer`描述的是指针的值（地址）。