为什么 NULL 不是有效的内存地址？

Question

这可能听起来像一个愚蠢的问题，但因为在 C 中，NULL字面定义为

#define NULL 0

为什么它不能是有效的内存地址？为什么我不能取消引用它，为什么任何数据都不可能位于内存地址 0 处？

我确信这个问题的答案是“前 n 个字节的内存总是由内核保留”，或者类似的东西，但我在互联网上找不到类似的东西。

我推理的另一部分是，这不是平台无关的吗？难道我不能发明一种新的架构，让进程可以访问内存地址 0 吗？

Answer 1

取消引用NULL是未定义的行为。任何事情都可能发生，而且大多数时候都会发生不好的事情。所以要害怕。

一些旧的架构（VAX ...）允许您解除引用NULL。

C11 标准规范（读为n1570）不要求NULL指针全部为零位（参见C FAQ Q5.17）；它可能是其他东西，但它应该是一个永远无效的地址，因此在 C11 意义上无法通过成功的malloc或地址运算符（一元）获得。&但这样做更方便，并且在实践中大多数（但不是全部）C 实现都是这样做的。

IIRC，在 Linux 上，您可以mmap(2)(void*)0包含的页面MAP_FIXED，但这样做并不明智（例如，因为允许符合标准的优化编译器优化 的取消引用NULL）。

so(void*)0在实践中不是一个有效的地址（在具有一些 MMU 和运行足够好的操作系统的虚拟内存的常见处理器上！），因为可以方便地确定它是NULL，并且可以方便地确保取消引用它给出分段过错。但这不是 C 标准所要求的（并且在当今廉价的微控制器上是错误的）。

AC 实现必须提供某种方式来表示NULL指针（并保证它永远不是某个有效位置的地址）。这甚至可以通过约定来完成：例如提供完整的 2 ³²字节地址空间，但承诺永远不会使用地址 0（或您分配的任何地址NULL，也许是 42！）

当NULL碰巧不可引用时，分段错误不会捕获微妙的错误（因此 C 程序更难调试）。

难道我不能发明一种新的架构，让进程可以访问内存地址 0 吗？

您可以，但您不想这样做（如果您关心提供任何符合标准的 C 实现）。您更喜欢将地址 0 设为NULL. 否则会使编写 C 编译器（和标准 C 库）变得更加困难。并使该地址无效，以至于在解除引用时出现分段错误，从而使调试（以及用户用 C 语言编码的生活）变得更容易。

如果您梦想着奇怪的架构，请阅读有关Lisp 机器（以及Rekursiv和iapx 432）的内容，并参阅Liam Proven 在 FOSDEM2018 上发表的电路较少旅行的演讲。这确实很有启发性，而且是一次很好的演讲。