NULL和nullptr

在Clang 6.0 的stddef.h文件中可以找到NULL和nullptr的聲明：

#undef NULL
#ifdef __cplusplus
#  if !defined(__MINGW32__) && !defined(_MSC_VER)
#    define NULL __null
#  else
#    define NULL 0
#  endif
#else
#  define NULL ((void*)0)
#endif
#ifdef __cplusplus
#if defined(_MSC_EXTENSIONS) && defined(_NATIVE_NULLPTR_SUPPORTED)
namespace std { typedef decltype(nullptr) nullptr_t; }
using ::std::nullptr_t;
#endif
#endif

早在1972年，C語言誕生的初期，常數0帶有常數及空指針的雙重身分。 C使用preprocessor macro NULL表示空指針，讓NULL及0分別代表空指針及常數0。 NULL可被定義為((void*)0)或是0。

C++並不采用C的規則，不允許將void*隱式轉換為其他類型的指針。為了使代碼char* c = NULL;能通過編譯，NULL只能定義為0。這樣的決定使得函數重載無法區分代碼的語義：

void foo(char *);
void foo(int);

C++建議NULL應當定義為0，所以foo(NULL);將會調用foo(int)，這並不是程序員想要的行為，也違反了代碼的直觀性。0的歧義在此處造成困擾。

C++11引入了新的關鍵字來代表空指針常數：nullptr，將空指針和整數0的概念拆開。 nullptr的類型為nullptr_t，能隱式轉換為任何指針或是成員指針的類型，也能和它們進行相等或不等的比較。而nullptr不能隱式轉換為整數，也不能和整數做比較。

為了向下兼容，0仍可代表空指針常數。

char* pc = nullptr;     // OK
int * pi = nullptr;     // OK
int    i = nullptr;     // error
 
foo(pc);           // 呼叫foo(char *)

PS：__MINGW32__是MinGW編譯器的預定義宏。_MSC_VER是微軟C/C++編譯器——cl.exe 編譯代碼時預定義的一個宏。_MSC_VER的值表示cl的版本。需要針對cl特定版本編寫代碼時，也可以使用該宏進行條件編譯。

nil和Nil

Objective-C

nil定義為實例對象的空值(a null instance)

Nil定義為類對象的空值(a null class)

nil和Nil在objc.h和MacTypes.h文件中均有等價的聲明：

#ifndef Nil
# if __has_feature(cxx_nullptr)
#   define Nil nullptr
# else
#   define Nil __DARWIN_NULL
# endif
#endif
#ifndef nil
# if __has_feature(cxx_nullptr)
#   define nil nullptr
# else
#   define nil __DARWIN_NULL
# endif
#endif

根據Clang 3.7 文檔對__has_feature的描述: “__has_feature evaluates to 1 if the feature is both supported by Clang and standardized in the current language standard or 0 if not”，__has_feature(cxx_nullptr)是用來判斷是否支持C++11中的nullptr特性的。在Objective-C中nil和Nil都是__DARWIN_NULL宏定義。按住CMD鼠標點擊進入_types.h:

#ifdef __cplusplus
#ifdef __GNUG__
#define __DARWIN_NULL __null
#else /* ! __GNUG__ */
#ifdef __LP64__
#define __DARWIN_NULL (0L)
#else /* !__LP64__ */
#define __DARWIN_NULL 0
#endif /* __LP64__ */
#endif /* __GNUG__ */
#else /* ! __cplusplus */
#define __DARWIN_NULL ((void *)0)
#endif /* __cplusplus */

因為Objective-C不是C++代碼，所以倒數第二行#define __DARWIN_NULL ((void *)0)此時高亮，意味著最終nil和Nil本質都為((void *)0)

PS：其實如果只看Objective-C中的nil和Nil定義不用這麼麻煩的，只需查看Objective-C Runtime Reference中的”Constants->Null Values”即可。

Swift

Swift 1.2 目前只有nil而沒有Nil。為了安全性Swift新增了Optional類型來作為一個容器。好比一個箱子裡面可能裝有某種類型的對象，也可能是空的(nil)。箱子也可以嵌套，也可以去掉，但這都基於安全的解析、綁定等。Swift 的nil和 Objective-C 中的nil並不一樣。在 Objective-C 中，nil是一個指向不存在對象的指針。在 Swift 中，nil不是指針——它是一個確定的值，用來表示值缺失。任何類型的可選值都可以被設置為nil，不只是對象（object）類型。

PS:有關Swift中的Optional類型的更多信息可以參考我的另一篇博文：Optionals and Optional Chaining in Swift

PS：曾幾何時，Swift的nil還不是字面量，而是NilType類型的唯一實例。但這一切都是歷史了。

NSNull

NSNull在NSNull.h中的定義：

@interface NSNull : NSObject 
+ (NSNull *)null;
@end

NSNull是個單例，只有一個方法null，也用來表示空值。但它出現在一些nil無法勝任的場景來替代nil來表示空值。比如NSArray和NSDictionary中nil代表數組或字典的末尾(即使nil不出現在末尾，也會將其切斷，nil後面的值會丟失)，此時只能用NSNull對象來表示空值：

NSNull *nullValue = [NSNull null];
NSArray *arrayWithNull = @[nullValue];
NSLog(@"arrayWithNull: %@", arrayWithNull);
// Output: "arrayWithNull: ()"

雖然NSNull語義上等同於nil，但卻並不完全等於nil：

id aValue = [arrayWithNull objectAtIndex:0];
if (aValue == nil) {
    NSLog(@"equals nil");
}
else if (aValue == [NSNull null]) {
    NSLog(@"equals NSNull instance");
    if ([aValue isEqual:nil]) {
        NSLog(@"isEqual:nil");
    }
}
// Output: "equals NSNull instance"

參考：

• 維基百科C++11

• Clang 3.7 documentation