前言
說到 NULL 指針大家都是談之色變，第一印象就是 NullPointerException, Segmentation fault 之類的錯誤。NULL 指針大部分情況下會導(dǎo)致程序被終止。但是其實嚴(yán)格來說，訪問空指針會產(chǎn)生不可預(yù)料的結(jié)果。只不過大部分情況是程序被終止。為什么呢？接下來讓我們來探討訪問 NULL 指針錯誤背后的原理。
NULL 在編譯器中的實現(xiàn)
首先，我們來看看 NULL 指針到底是什么？
Null 是一個特殊指針值（或是一種對象引用）表示這個指針并不指向任何的對象。
舉一些例子，C/C++ 中的 NULL，Python 中的 None 等等。大部分 NULL 實現(xiàn)是用 0 代表 NULL，例如說 C/C++ 。實際上，NULL 的值并不重要，重要的是它代表的含義。例如說，JVM 規(guī)范并沒有規(guī)定 NULL 的值，不同虛擬機實現(xiàn)可以自己定義 NULL 的值。
總之， NULL 的值取決編譯器實現(xiàn)。
訪問 NULL 指針的過程
C 語言中，NULL 的值是 0，即 NULL == 0 是成立的。我們前面說訪問 NULL 指針的行為會產(chǎn)生不可預(yù)料的后果。但是在 Linux 系統(tǒng)中后果是確定的：訪問空指針會產(chǎn)生 Segmentation fault 的錯誤。因此這里的“不可預(yù)料”指的是在不同系統(tǒng)產(chǎn)生的后果不一樣。
讓我們假設(shè)現(xiàn)在使用的是 C 語言，運行在 Linux 系統(tǒng)上，以此來分析訪問 NULL 指針的過程。
- Linux 中，每個進程空間的 0x0 虛擬地址開始的線性區(qū)(memory region)都會被映射到一個用戶態(tài)沒有訪問權(quán)限的頁上。通過這樣的映射，內(nèi)核可以保證沒有別的頁會映射到這個區(qū)域。
- 編譯器把空指針當(dāng)做
0對待，開心地讓你去訪問空指針。 - 缺頁異常處理程序被調(diào)用，因為在 0x0 的頁沒有在物理內(nèi)存里面。
- 缺頁異常處理程序發(fā)現(xiàn)你沒有訪問的權(quán)限。
- 內(nèi)核發(fā)送
SIGSEGV信號給進程，該信號默認(rèn)是讓進程自殺。
可以看到：不需要特定的編譯器實現(xiàn)或者內(nèi)核的支持，只需要讓一個頁映射到 0x0 的虛擬地址上，就完美的實現(xiàn)了檢測空指針的錯誤。
總結(jié)
為了研究這個問題，我查了很多資料?？罩羔樀膯栴}涉及 Linux 內(nèi)存管理的知識，主要參考了 Robert Love 大神對該 問題 的回答和《深入理解Linux內(nèi)核》。最大的感悟是帶著問題去看內(nèi)核的書，你會理解內(nèi)核為什么要這么做，同時可以加深理解和記憶。
總之，空指針的實現(xiàn)取決于編譯器的實現(xiàn)，訪問空指針的后果取決于操作系統(tǒng)的實現(xiàn)。大部分系統(tǒng)類似于 Linux，會產(chǎn)生 Segmentation fault 的錯誤，至于內(nèi)部實現(xiàn)就要看各個系統(tǒng)的代碼了。
參考資料
What actually happens when dereferencing a NULL pointer?
《深入理解Linux內(nèi)核》
