C++11中longlong超长整型和nullptr初始化空指针

本文介绍 C++11 标准中新添加的 long long 超长整型和 nullptr 初始化空指针。

1. C++11：long long 超长整型

C++ 11 标准中，基于整数大小的考虑，共提供了如下表所示的这些数据类型。与此同时，标准中还明确限定了各个数据类型最少占用的位数。

C++11 标准规定，每种整数类型必须同时具备有符号（signed）和无符号（unsigned）两种类型，且每种具体的有符号整形和无符号整形所占用的存储空间（也就是位数）必须相同。不过需要注意的是，C++11 标准中只限定了每种类型最少占用多少存储空间，不同的平台可以占用不同的存储空间。

在上表罗列的这些数据类型中，long long 超长整型是 C++ 11 标准新添加的。其实早在 1995 年，就有人提议将 long long 整形写入 C++ 98 标准，但被委员会拒绝了。而后 long long 整形被 C99 标准（C语言标准之一）采纳，并逐渐被很多编译器支持，于是 C++ 标准委员会重新决定将 long long 整形写入 C++ 11 标准中。

如同 long 类型整数需明确标注 "L" 或者 "l" 后缀一样，要使用 long long 类型的整数，也必须标注对应的后缀：

• 对于有符号 long long 整形，后缀用 "LL" 或者 "ll" 标识。例如，"10LL" 就表示有符号超长整数 10；
• 对于无符号 long long 整形，后缀用 "ULL"、"ull"、"Ull" 或者 "uLL" 标识。例如，"10ULL" 就表示无符号超长整数 10。

如果不添加任何标识，则所有的整数都会默认为 int 类型。

对于 long long 类型来说，如果想了解当前平台上 long long 整形的取值范围，可以使用<climits>头文件中与 long long 整形相关的 3 个宏，分别为 LLONG_MIN、LLONG_MAX 和 ULLONG_MIN：
1）LLONG_MIN：代表当前平台上最小的 long long 类型整数；
2）LLONG_MAX：代表当前平台上最大的 long long 类型整数；
3）ULLONG_MIN：代表当前平台上最大的 unsigned long long 类型整数（无符号超长整型的最小值为 0）。
举个例子：

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <climits>
using namespace std;

int main()
{
    cout <<"long long最大值：" << LLONG_MIN <<" "<< hex << LLONG_MIN <<"\n";
    cout << dec <<"long long最小值：" << LLONG_MAX << " " << hex << LLONG_MAX << "\n";
    cout << dec << "unsigned long long最大值：" << ULLONG_MAX << " " << hex << ULLONG_MAX;
    return 0;
}

程序执行结果为（不唯一）：

long long最大值：-9223372036854775808 8000000000000000
long long最小值：9223372036854775807 7fffffffffffffff
unsigned long long最大值：18446744073709551615 ffffffffffffffff

此程序中，输出了各最大值和最小值对应的十六进制，显然在当前平台（Windows10 64位操作系统）上，long long 超长整型占用 64 位（也就是 16 个字节）的存储空间。

2. C++11：nullptr 初始化空指针

实际开发中，避免产生“野指针”最有效的方法，就是在定义指针的同时完成初始化操作，即便该指针的指向尚未明确，也要将其初始化为空指针。

所谓“野指针”，又称“悬挂指针”，指的是没有明确指向的指针。野指针往往指向的是那些不可用的内存区域，这就意味着像操作普通指针那样使用野指针（例如 &p），极可能导致程序发生异常。

C++98/03 标准中，将一个指针初始化为空指针的方式有 2 种：

int *p = 0;
int *p = NULL; //推荐使用

可以看到，我们可以将指针明确指向 0（0x0000 0000）这个内存空间。一方面，明确指针的指向可以避免其成为野指针；另一方面，大多数操作系统都不允许用户对地址为 0 的内存空间执行写操作，若用户在程序中尝试修改其内容，则程序运行会直接报错。
相比第一种方式，我们更习惯将指针初始化为 NULL。值得一提的是，NULL 并不是 C++ 的关键字，它是 C++ 为我们事先定义好的一个宏，并且它的值往往就是字面量 0（#define NULL 0）。

C++ 中将 NULL 定义为字面常量 0，虽然能满足大部分场景的需要，但个别情况下，它会导致程序的运行和我们的预期不符。例如：

#include <iostream>
using namespace std;

void isnull(void *c){
    cout << "void*c" << endl;
}
void isnull(int n){
    cout << "int n" << endl;
}

int main() {
    isnull(0);
    isnull(NULL);
    return 0;
}

程序执行结果为：

int n
int n

对于 isnull(0) 来说，显然它真正调用的是参数为整形的 isnull() 函数；而对于 isnull(NULL)，我们期望它实际调用的是参数为 void*c 的 isnull() 函数，但观察程序的执行结果不难看出，并不符合我们的预期。
C++ 98/03 标准中，如果我们想令 isnull(NULL) 实际调用的是 isnull(void* c)，就需要对 NULL（或者 0）进行强制类型转换：

isnull( (void*)NULL );
isnull( (void*)0 );

如此，才会成功调用我们预期的函数。

由于 C++ 98 标准使用期间，NULL 已经得到了广泛的应用，出于兼容性的考虑，C++11 标准并没有对 NULL 的宏定义做任何修改。为了修正 C++ 存在的这一 BUG，C++ 标准委员会最终决定另其炉灶，在 C++11 标准中引入一个新关键字，即 nullptr。

在使用 nullptr 之前，需保证自己使用的编译器支持该关键字。以 Visual Studio 和 codeblocks 为例，前者早在 2010 版本就对 C++ 11 标准中的部分特性提供了支持，其中就包括 nullptr；如果使用后者，则需将其 G++ 编译器版本至少升级至 4.6.1（同时开启 -std=c++0x 编译选项）。

nullptr 是 nullptr_t 类型的右值常量，专用于初始化空类型指针。nullptr_t 是 C++11 新增加的数据类型，可称为“指针空值类型”。也就是说，nullpter 仅是该类型的一个实例对象（已经定义好，可以直接使用），如果需要我们完全定义出多个同 nullptr 完全一样的实例对象。

值得一提的是，nullptr 可以被隐式转换成任意的指针类型。举个例子：

int * a1 = nullptr;
char * a2 = nullptr;
double * a3 = nullptr;

显然，不同类型的指针变量都可以使用 nullptr 来初始化，编译器分别将 nullptr 隐式转换成 int*、char* 以及 double* 指针类型。

另外，通过将指针初始化为 nullptr，可以很好地解决 NULL 遗留的问题，比如：

#include <iostream>
using namespace std;

void isnull(void *c){
    cout << "void*c" << endl;
}
void isnull(int n){
    cout << "int n" << endl;
}

int main() {
    isnull(NULL);
    isnull(nullptr);
    return 0;
}

程序执行结果为：

int n
void*c

借助执行结果不难看出，由于 nullptr 无法隐式转换为整形，而可以隐式匹配指针类型，因此执行结果和我们的预期相符。

总之在 C++11 标准下，相比 NULL 和 0，使用 nullptr 初始化空指针可以令我们编写的程序更加健壮。