C++ 空指針 nullptr 與 void 指針：類型安全的現代最佳實踐

歷史包袱：0 和 NULL 的缺陷

C/C++ 早期用 0 或 NULL 表示空指針。但 NULL 定義不統一：

• 部分庫定義為 0 (int)
• 部分定義為 (void*)0

C 語言中 void* 隱式轉換為任意指針類型，故 (void*)0 無傷大雅。但 C++ 嚴禁隱式 void* 轉換，導致重載決議錯誤：

void f(int);    // #1
void f(int*);   // #2

f(NULL);  // 調用 #1 (NULL=0) 而非 #2！類型安全受損

C++11 解決方案：nullptr

nullptr_t nullptr;  // 關鍵字，類型為 std::nullptr_t
// 特性：
// 1. 隱式轉換為任意指針類型、指向成員指針
// 2. 不隱式轉換為整數類型（包括 bool 需顯式）
// 3. sizeof(nullptr) == sizeof(void*)

代碼示例

#include <iostream>
using namespace std;

void f(int) { cout << "f(int)\n"; }
void f(int*) { cout << "f(int*)\n"; }

int main() {
    f(0);        // f(int)
    f(nullptr);  // f(int*) ✅ 正確選擇指針重載
    f(NULL);     // 視 NULL 定義而定，不可靠

    int* p = nullptr;  // 類型安全初始化
    if (!p) cout << "空指針\n";  // 隱式轉 bool 允許

    // int x = nullptr; // ❌ 編譯錯誤：不能轉為 int
    return 0;
}

void 指針：通用指針類型

• 可存儲任意對象地址：void* pv = &i;
• 不能解引用：*pv ❌ 編譯錯誤（無類型信息）
• 不能算術運算：pv + 1 ❌（未知大小）
• 需顯式轉換後使用：static_cast(pv)

void* 經典用場景

// 1. 泛型容器/回調上下文
void callback(void* ctx) {
    MyData* data = static_cast(ctx);
    data->process();
}

// 2. C 風格 API 交互 (如 pthread_create)
void* thread_func(void* arg) { ... }

// 3. 內存分配器返回類型
void* malloc(size_t size);
void free(void* ptr);

nullptr vs void* 轉換對比

現代 C++ 核心準則

1. 只用 nullptr 表示空指針，禁用 NULL、0
2. 盡量避免 void*，改用模板、std::any、std::variant、基類指針
3. 不得不接觸 C API 時，邊界處 static_cast 封裝，內部不用 void*
4. 智能指針 (unique_ptr, shared_ptr) 默認構造即為空，無需手動置 nullptr

總結

nullptr 解決了 C++ 歷史遺留的類型安全漏洞，是現代 C++ 代碼的標準配置。void* 是 C 時代產物，現代 C++ 應將其限制在與 C 交互的薄薄邊界層。理解兩者區別，是寫出健壯、可維護 C++ 代碼的基礎。