Как работает реализация C ++ nullptr?

Question

Мне любопытно узнать, как работает nullptr. Стандарты N4659 и N4849 гласят:

1. он должен иметь тип std::nullptr_t;
2. вы не можете взять его адрес;
3. он может быть непосредственно преобразован в указатель и указатель на член;
4. sizeof(std::nullptr_t) == sizeof(void*);
5. его преобразование в bool равно false;
6. его значение может быть преобразовано в целочисленный тип идентично (void*)0, но не в обратном направлении;

Так что это в основном константа с тем же значением, что и (void*)0, но она имеет другой тип. Я обнаружил реализацию std::nullptr_t на своем устройстве, и она выглядит следующим образом.

#ifdef _LIBCPP_HAS_NO_NULLPTR

_LIBCPP_BEGIN_NAMESPACE_STD

struct _LIBCPP_TEMPLATE_VIS nullptr_t
{
    void* __lx;

    struct __nat {int __for_bool_;};

    _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY _LIBCPP_CONSTEXPR nullptr_t() : __lx(0) {}
    _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY _LIBCPP_CONSTEXPR nullptr_t(int __nat::*) : __lx(0) {}

    _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY _LIBCPP_CONSTEXPR operator int __nat::*() const {return 0;}

    template <class _Tp>
        _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY _LIBCPP_CONSTEXPR
        operator _Tp* () const {return 0;}

    template <class _Tp, class _Up>
        _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY
        operator _Tp _Up::* () const {return 0;}

    friend _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY _LIBCPP_CONSTEXPR bool operator==(nullptr_t, nullptr_t) {return true;}
    friend _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY _LIBCPP_CONSTEXPR bool operator!=(nullptr_t, nullptr_t) {return false;}
};

inline _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY _LIBCPP_CONSTEXPR nullptr_t __get_nullptr_t() {return nullptr_t(0);}

#define nullptr _VSTD::__get_nullptr_t()

_LIBCPP_END_NAMESPACE_STD

#else  // _LIBCPP_HAS_NO_NULLPTR

namespace std
{
    typedef decltype(nullptr) nullptr_t;
}

#endif  // _LIBCPP_HAS_NO_NULLPTR

Впрочем, меня больше интересует первая часть. Кажется, он удовлетворяет пунктам 1-5, но я понятия не имею, почему у него есть подкласс __nat и все, что с ним связано. Я также хотел бы знать, почему это терпит неудачу на интегральных преобразованиях.

struct nullptr_t2{
    void* __lx;
    struct __nat {int __for_bool_;};
     constexpr nullptr_t2() : __lx(0) {}
     constexpr nullptr_t2(int __nat::*) : __lx(0) {}
     constexpr operator int __nat::*() const {return 0;}
    template <class _Tp>
         constexpr
        operator _Tp* () const {return 0;}
    template <class _Tp, class _Up>
        operator _Tp _Up::* () const {return 0;}
    friend  constexpr bool operator==(nullptr_t2, nullptr_t2) {return true;}
    friend  constexpr bool operator!=(nullptr_t2, nullptr_t2) {return false;}
};
inline constexpr nullptr_t2 __get_nullptr_t2() {return nullptr_t2(0);}
#define nullptr2 __get_nullptr_t2()

int main(){
    long l  = reinterpret_cast<long>(nullptr);
    long l2 = reinterpret_cast<long>(nullptr2); // error: invalid type conversion
    bool b  = nullptr; // warning: implicit conversion
                       // edditor error: a value of type "std::nullptr_t" cannot be used to initialize an entity of type "bool"
    bool b2 = nullptr2;
    if (nullptr){}; // warning: implicit conversion
    if (nullptr2){};
};

Answer 1

Мне любопытно узнать, как работает nullptr.

Он работает самым простым способом: fiat . Это работает, потому что стандарт C ++ говорит, что работает, и работает так, как работает, потому что стандарт C ++ говорит, что реализации должны заставить его работать таким образом.

Важно признать, что невозможно реализовать std::nullptr_t с использованием правил языка C ++. Преобразование из константы нулевого указателя типа std::nullptr_t в указатель не является определяемым пользователем преобразованием. Это означает, что вы можете go из константы нулевого указателя в указатель, а затем с помощью пользовательского преобразования в какой-либо другой тип, все в одной неявной последовательности преобразования.

Это невозможно, если вы реализуете nullptr_t как класс. Операторы преобразования представляют пользовательские преобразования, а правила неявной последовательности преобразования C ++ не допускают более одного пользовательского преобразования в такой последовательности.

Таким образом, опубликованный вами код является хорошим приближением std::nullptr_t , но это не более того. Это не законная реализация типа. Вероятно, это было из более старой версии компилятора (оставленной в целях обратной совместимости) до того, как компилятор обеспечил надлежащую поддержку std::nullptr_t. Это можно увидеть по тому факту, что он #define s nullptr, в то время как C ++ 11 говорит, что nullptr является ключевым словом , а не макросом.

C ++ не может реализовать std::nullptr_t, так же как C ++ не может реализовать int или void*. Только реализация может реализовать эти вещи. Это то, что делает его «фундаментальным типом»; это часть языка .

---

, его значение может быть преобразовано в целочисленный тип идентично (void *) 0, но не в обратном направлении;

нет неявного преобразования из константы нулевого указателя в целочисленные типы. Существует преобразование из 0 в целочисленный тип, но это потому, что это целочисленный литеральный ноль, который является ... целым числом.

nullptr_t может быть приведением к целочисленный тип (через reinterpret_cast), но он может быть неявно преобразован только в указатели и в bool.