C语言中的NULL实质

1 NULL的定义

NULL的具体定义在 GCC的/usr/inlcude/libio.h中，为

#ifndef NULL
# if defined __GNUG__ && \
    (__GNUC__ > 2 || (__GNUC__ == 2 && __GNUC_MINOR__ >= 8))
# define NULL (__null)
# else
# if !defined(__cplusplus)
# define NULL ((void*)0)
# else
# define NULL (0)
# endif
# endif
#endif

也即，在C++中NULL = 0，这里的0是ASCII编码中编码为0b00000000的0（不是编码为0b00110000的字符0）；而在C语言中NULL = (void *)0，是指向0地址的void *指针。
为什么NULL在c++定义为0，在c中定义为(void *)0？
参考：

2  0、 '0'、 '\0'、 "\0"和NULL的区别

0、 '0'、 '\0'、 "\0"和NULL的含义相近，容易混淆，这给出5者的区别。
（1）0 could be digit zero, that is, a numerical value，即数字0
（2）'0' could be the character zero. 即编码为0b00110000的字符0
（4）'\0' is the null character used to terminate strings in C/C++.即转义字符，标识字符串的结尾。
（5）"\0" is an empty string.即空字符串。

3 NULL的作用

NULL有2个作用
（1）’\0’作为转义字符，标识字符串的结尾，转义后的字符就是NULL。
（2）定义指针时将指针赋值NULL，防止产生野指针，即让指针指向内存地址0处，这样做的原因是，在大部分的CPU中，内存0地址处都是不可随便访问的（0地址是操作系统严密管控的区域，应用程序不能随便访问），所以指针指向这个区域可以保证不会产生野指针，也不会造成误伤，即如果程序无意识的解引用指向0地址处的指针，就会触发段错误提示，可以帮助我们找到程序中的错误。用法如下：

#include
int main ( void )
{
int *p = NULL;
int a = 33;
p = &a;
if (NULL != p)
{
     printf("p = %d .\n",*p);
}
p = NULL ;
}

 
注：通常比较一个指针和NULL是否相等时，不写成if (p == NULL)，而写成if (NULL == p)。原因是第一种写法中如果不小心把==写成了=，则编译器不会报错，但是程序的意思完全不一样了；而第二种写法如果不小心把==写成了=则编译器会发现并报错。

4 延伸阅读

在探究的过程中找到下面的一个帖子。很是不错，COPY如下。
转载自：http://blog.chinaunix.net/u/18517/showart_309917.html
本文转自：
帖子里讨论了C语言中的空指针、空指针常量、NULL、0等概念及相互关系及区别。这里摘录whyglinux兄的总结。做个标签，呵呵^_^
1.   什么是空指针常量（null pointer constant）?
[6.3.2.3-3] An integer constant expression with the value 0, or such an expression cast to type void *, is called a null pointer constant

2.   这里告诉我们：0、0L、'\0'、3 - 3、0 * 17 （它们都是“integer constant expression”）以及 (void*)0 （tyc： 我觉得(void*)0应该算是一个空指针吧，更恰当一点）等都是空指针常量（注意 (char*) 0 不叫空指针常量，只是一个空指针值）。至于系统选取哪种形式作为空指针常量使用，则是实现相关的。一般的 C 系统选择 (void*)0 或者 0 的居多（也有个别的选择 0L）；至于 C++ 系统，由于存在严格的类型转化的要求，void* 不能象 C 中那样自由转换为其它指针类型，所以通常选 0 作为空指针常量（tyc: C++标准推荐），而不选择 (void*)0。

3.   什么是空指针（null pointer）?
[6.3.2.3-3] If a null pointer constant is converted to a pointer type, the resulting pointer, called a null pointer, is guaranteed to compare unequal to a pointer to any object or function.
char *p=0；此时p就是一个空指针，不指向任何实际对象。
因此，如果 p 是一个指针变量，则 p = 0;、p = 0L;、p = '\0';、p = 3 - 3;、p = 0 * 17; 中的任何一种赋值操作之后（对于 C 来说还可以是 p = (void*)0;）， p 都成为一个空指针，由系统保证空指针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。（tyc: 比如这里的(void*)0就是一个空指针。把它理解为null pointer还是null pointer constant会有微秒的不同，当然也不是紧要了）


4.   什么是 NULL？
[6.3.2.3-Footnote] The macro NULL is defined in (and other headers) as a null pointer constant
即 NULL 是一个标准规定的宏定义，用来表示空指针常量。因此，除了上面的各种赋值方式之外，还可以用 p = NULL; 来使 p 成为一个空指针。（tyc：很多系统中的实现：#define NULL (void*)0，与这里的“a null pointer constant”并不是完全一致的）

5.   空指针（null pointer）指向了内存的什么地方（空指针的内部实现）？
标准并没有对空指针指向内存中的什么地方这一个问题作出规定，也就是说用哪个具体的地址值（0x0 地址还是某一特定地址）表示空指针取决于系统的实现。我们常见的空指针一般指向 0 地址，即空指针的内部用全 0 来表示（zero null pointer，零空指针）；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（nonzero null pointer，非零空指针），具体请参见C FAQ。
幸运的是，在实际编程中不需要了解在我们的系统上空指针到底是一个 zero null pointer 还是 nonzero null pointer，我们只需要了解一个指针是否是空指针就可以了——编译器会自动实现其中的转换，为我们屏蔽其中的实现细节。注意：不要把空指针的内部表示等同于整数 0 的对象表示——如上所述，有时它们是不同的。

6.   如何判断一个指针是否是一个空指针？
这可以通过与空指针常量或者其它的空指针的比较来实现（注意与空指针的内部表示无关）。例如，假设 p 是一个指针变量，q 是一个同类型的空指针，要检查 p 是否是一个空指针，可以采用下列任意形式之一——它们在实现的功能上都是等价的，所不同的只是风格的差别。

指针变量 p 是空指针的判断：
if ( p == 0 )
if ( p == '\0' )
if ( p == 3 - 3 )
if ( p == NULL )  /* 使用 NULL 必须包含相应的标准库的头文件 */
if ( NULL == p )
if ( !p )
if ( p == q )
...

指针变量 p 不是空指针的判断：
if ( p != 0 )
if ( p != '\0' )
if ( p != 3 - 3 )
if ( p != NULL )  /* 使用 NULL 必须包含相应的标准库的头文件 */
if ( NULL != p )
if ( p )
if ( p != q )
...

7.   可以用 memset 函数来得到一个空指针吗？
这个问题等同于：如果 p 是一个指针变量，那么memset( &p, 0, sizeof(p) ); 和 p = 0;是等价的吗？
答案是否定的，虽然在大多数系统上是等价的，但是因为有的系统存在着“非零空指针” （nonzero null pointer），所以这时两者不等价。由于这个原因，要注意当想将指针设置为空指针的时候不应该使用 memset，而应该用空指针常量或空指针对指针变量赋值或者初始化的方法。

8.   可以定义自己的 NULL 的实现吗？兼答"NULL 的值可以是 1、2、3 等值吗？"类似问题
[7.1.3-2] If the program declares or defines an identifier in a context in which it is reserved (other than as allowed by 7.1.4), or defines a reserved identifier as a macro name, the behavior is undefined.
NULL 是标准库中的一个符合上述条件的 reserved identifier （保留标识符）。所以，如果包含了相应的标准头文件而引入了 NULL 的话，则再在程序中重新定义 NULL 为不同的内容是非法的，其行为是未定义的。也就是说，如果是符合标准的程序，其 NULL 的值只能是 0，不可能是除 0 之外的其它值，比如 1、2、3 等。


9.   malloc 函数在分配内存失败时返回 0 还是 NULL？
malloc 函数是标准 C 规定的库函数。在标准中明确规定了在其内存分配失败时返回的是一个 “null pointer”（空指针）：
[7.20.3-1] If the space cannot be allocated, a null pointer is returned.
对于空指针值，一般的文档（比如 man）中倾向于用 NULL 表示，而没有直接说成 0。但是我们应该清楚：对于指针类型来说，返回 NULL 和 返回 0 是完全等价的，因为 NULL 和 0 都表示 “null pointer”（空指针）。（tyc：一般系统中手册中都返回NULL，那我们就用NULL吧）

另外，附C FAQ上关于null pointer的解释：C FAQ：null pointer