C++11：longlong超長整型和nullptr初始化空指針

本文介紹 C++11 標準中新添加的 long long 超長整型和 nullptr 初始化空指針。

1. C++11：long long 超長整型

C++ 11 標準中，基於整數大小的考慮，共提供瞭如下表所示的這些數據類型。與此同時，標準中還明確限定了各個數據類型最少占用的位數。

C++11 標準規定，每種整數類型必須同時具備有符號（signed）和無符號（unsigned）兩種類型，且每種具體的有符號整形和無符號整形所占用的存儲空間（也就是位數）必須相同。不過需要註意的是，C++11 標準中只限定了每種類型最少占用多少存儲空間，不同的平臺可以占用不同的存儲空間。

在上表羅列的這些數據類型中，long long 超長整型是 C++ 11 標準新添加的。其實早在 1995 年，就有人提議將 long long 整形寫入 C++ 98 標準，但被委員會拒絕了。而後 long long 整形被 C99 標準（C語言標準之一）採納，並逐漸被很多編譯器支持，於是 C++ 標準委員會重新決定將 long long 整形寫入 C++ 11 標準中。

如同 long 類型整數需明確標註 "L" 或者 "l" 尾碼一樣，要使用 long long 類型的整數，也必須標註對應的尾碼：

• 對於有符號 long long 整形，尾碼用 "LL" 或者 "ll" 標識。例如，"10LL" 就表示有符號超長整數 10；
• 對於無符號 long long 整形，尾碼用 "ULL"、"ull"、"Ull" 或者 "uLL" 標識。例如，"10ULL" 就表示無符號超長整數 10。

如果不添加任何標識，則所有的整數都會預設為 int 類型。

對於 long long 類型來說，如果想瞭解當前平臺上 long long 整形的取值範圍，可以使用<climits>頭文件中與 long long 整形相關的 3 個巨集，分別為 LLONG_MIN、LLONG_MAX 和 ULLONG_MIN：
1）LLONG_MIN：代表當前平臺上最小的 long long 類型整數；
2）LLONG_MAX：代表當前平臺上最大的 long long 類型整數；
3）ULLONG_MIN：代表當前平臺上最大的 unsigned long long 類型整數（無符號超長整型的最小值為 0）。
舉個例子：

#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;
}

程式執行結果為（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

此程式中，輸出了各最大值和最小值對應的十六進位，顯然在當前平臺（Windows10 64位操作系統）上，long long 超長整型占用 64 位（也就是 16 個位元組）的存儲空間。

2. C++11：nullptr 初始化空指針

實際開發中，避免產生“野指針”最有效的方法，就是在定義指針的同時完成初始化操作，即便該指針的指向尚未明確，也要將其初始化為空指針。

所謂“野指針”，又稱“懸掛指針”，指的是沒有明確指向的指針。野指針往往指向的是那些不可用的記憶體區域，這就意味著像操作普通指針那樣使用野指針（例如 &p），極可能導致程式發生異常。

C++98/03 標準中，將一個指針初始化為空指針的方式有 2 種：

int *p = 0;
int *p = NULL; //推薦使用

可以看到，我們可以將指針明確指向 0（0x0000 0000）這個記憶體空間。一方面，明確指針的指向可以避免其成為野指針；另一方面，大多數操作系統都不允許用戶對地址為 0 的記憶體空間執行寫操作，若用戶在程式中嘗試修改其內容，則程式運行會直接報錯。
相比第一種方式，我們更習慣將指針初始化為 NULL。值得一提的是，NULL 並不是 C++ 的關鍵字，它是 C++ 為我們事先定義好的一個巨集，並且它的值往往就是字面量 0（#define NULL 0）。

C++ 中將 NULL 定義為字面常量 0，雖然能滿足大部分場景的需要，但個別情況下，它會導致程式的運行和我們的預期不符。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;
}

程式執行結果為：

int n
int n

對於 isnull(0) 來說，顯然它真正調用的是參數為整形的 isnull() 函數；而對於 isnull(NULL)，我們期望它實際調用的是參數為 void*c 的 isnull() 函數，但觀察程式的執行結果不難看出，並不符合我們的預期。
C++ 98/03 標準中，如果我們想令 isnull(NULL) 實際調用的是 isnull(void* c)，就需要對 NULL（或者 0）進行強制類型轉換：

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

如此，才會成功調用我們預期的函數。

由於 C++ 98 標準使用期間，NULL 已經得到了廣泛的應用，出於相容性的考慮，C++11 標準並沒有對 NULL 的巨集定義做任何修改。為了修正 C++ 存在的這一 BUG，C++ 標準委員會最終決定另其爐竈，在 C++11 標準中引入一個新關鍵字，即 nullptr。

在使用 nullptr 之前，需保證自己使用的編譯器支持該關鍵字。以 Visual Studio 和 codeblocks 為例，前者早在 2010 版本就對 C++ 11 標準中的部分特性提供了支持，其中就包括 nullptr；如果使用後者，則需將其 G++ 編譯器版本至少升級至 4.6.1（同時開啟 -std=c++0x 編譯選項）。

nullptr 是 nullptr_t 類型的右值常量，專用於初始化空類型指針。nullptr_t 是 C++11 新增加的數據類型，可稱為“指針空值類型”。也就是說，nullpter 僅是該類型的一個實例對象（已經定義好，可以直接使用），如果需要我們完全定義出多個同 nullptr 完全一樣的實例對象。

值得一提的是，nullptr 可以被隱式轉換成任意的指針類型。舉個例子：

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

顯然，不同類型的指針變數都可以使用 nullptr 來初始化，編譯器分別將 nullptr 隱式轉換成 int*、char* 以及 double* 指針類型。

另外，通過將指針初始化為 nullptr，可以很好地解決 NULL 遺留的問題，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;
}

程式執行結果為：

int n
void*c

藉助執行結果不難看出，由於 nullptr 無法隱式轉換為整形，而可以隱式匹配指針類型，因此執行結果和我們的預期相符。

總之在 C++11 標準下，相比 NULL 和 0，使用 nullptr 初始化空指針可以令我們編寫的程式更加健壯。