空指针的内存位置

Memory location of null pointer

本文关键字：位置 内存 空指针      更新时间：2023-10-16

在阅读了很多关于空指针的问题之后，我仍然对空指针的内存分配感到困惑。

如果我输入以下代码-

int a=22;
int *p=&a;//now p is pointing towards a
std::cout<<*p;//outputs 22
std::cout<<p;//outputs memory address of object a;
int *n=nullptr;// pointer n is initialized to null
std::cout<<n;

编译完这段代码后，指针n输出常量0，如果我尝试这样做，

std::cout<<*n;

这行代码是编译器编译的，但是无法执行，这段代码是怎么了，应该打印这个指针的内存位置

std::cout<<p;

输出指针在内存中的位置或对象在内存中的位置。因为许多或所有这些答案已经在前面的问题中得到了回答，但不知何故我无法理解，因为我是c++的初学者。

nullptr指针不指向任何东西。它不包含有效地址，而是包含"非地址"。它是概念性的，你不应该担心它的价值。

唯一重要的是你不能解引用一个nullptr指针，因为这会导致未定义的行为，这就是为什么你的程序在运行时失败(std::cout<<*n)

std::cout<<p;

在变量p的一般输出值中，该值的含义取决于p's类型。在你的例子中，type or p是指向int (int *)的指针，所以它的值是int的地址。因为指针本身是一个左值，你可以得到它的地址，所以如果你想看到你的指针n在内存中的位置，只要输出它的地址:

std::cout << &n << std::endl;

正如许多其他答案所述，不解引用空指针，因为它会导致UB。所以:

std::cout << n << std::endl; // value of pointer n, ie address, in your case 0
std::cout << &n << std::endl; // address of pointer n, will be not 0 
std::cout << *n << std::endl; // undefined behavior, you try to dereference nullptr

如果你想看到nullptr本身的地址，你不能——它是一个常量，不是左值，也没有地址:

std::cout << &nullptr << std::endl; // compile error, nullptr is not lvalue

编译时:

std::cout << *n;

编译器通常会生成如下代码:

mov    rax, qword ptr [rbp - 0x40]
mov    esi, dword ptr [rax]
call cout

第一行查找指针的地址(rdp - 0x40)并将其存储在CPU寄存器RAX中。在本例中，nullptr的地址为0。RAX现在包含0。

第二行尝试从RAX指定的位置(0)读取内存。在典型的计算机设置中，内存位置0是受保护的(它不是有效的数据内存位置)。这会导致无效的操作并导致崩溃*。

它永远不会到达第三行。

*然而，这并不是在所有情况下都是正确的:在没有操作系统的微控制器上，这可能成功地解引用并读取内存位置0的值。然而*nullptr并不是表达这种意图的好方法!请参阅http://c-faq.com/null/machexamp.html了解更多讨论。如果你想要nullptr的全部细节:http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2007/n2431.pdf

nullptr是一个特殊的值，没有一个有效的指针可以得到这个值。在许多系统中，该值等于数字0，但是不是将nullptr视为数字值是个好主意。

要理解nullptr的含义，首先应该考虑指针的含义:它是一个指向其他东西的变量，也可能根本不指向任何东西。你需要能够区分"我的指针指向某物"answers"我的指针什么都没有指向"的状态。这就是nullptr的由来:如果一个指针等于nullptr，你知道它引用了"什么都没有"。

注意:解引用nullptr(即对其应用一元星号操作符)是未定义的行为。它可能会崩溃，或者打印一些值，但这将是一个"垃圾值"。

解除空指针的引用是未定义的行为，所以任何事情都可能发生。但是，空指针仍然必须在内存中占有一席之地。所以你看到的就是这样。通常编译器实现一个空指针，因为它的值都是0。

仅仅因为这是一句黄金引语，以下是Scott Meyer在他的《Effective c++ 2nd edition》一书中对UD行为的看法。

"然而，这里有一些非常麻烦的事情。程序的行为是未定义的——你无法知道会发生什么发生……这意味着编译器可以生成代码来做它们想做的任何事情比如:重新格式化你的磁盘，给你的老板发有性暗示的电子邮件，传真源代码给你的竞争对手，等等。"

对空指针解引用是未定义的行为。编译器选择或无意中发生的任何行为都是有效的。

在其他地方更改程序也可能改变该代码行的行为。

我怀疑您的困惑是由于这里涉及到两个内存位置。

在此代码中:

int *n=nullptr;// pointer n is initialized to null

有一个变量n，该变量占用内存空间。你可以取n的地址并证明给自己看:

std::cout << &n << "n";

你会看到n的地址是合法的。如，不是NULL。

n恰好是指向- int的类型，它指向的东西是NULL。这意味着它根本不指向任何东西;它处于不能解引用的状态

但是"解引用它"正是你在这里所做的:

std::cout<<*n;

n是有效的，但它指向的东西是无效的。

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