Question

你记得在算法的本科讲座中，有一个Nil的概念是非常方便的，任何东西都可以分配或比较。（顺便说一下，我从未在计算机科学专业读过本科生。）在Python中，我们可以使用None;在Scala中有Nothing（如果我正确地理解它，这是所有事物的一个子对象）。但我的问题是，我们怎样才能在C ++中拥有Nil？以下是我的想法。

我们可以使用Singleton Design Pattern来定义单个对象，但我目前的印象是，大多数人会在想到这一点时畏缩。

或者我们可以定义全局或静态。

我的问题是，在这两种情况中，我都无法想到能够将任何类型的任何变量分配给Nil，或者能够比较任何类型的任何对象的方法与Nil。 Python的None很有用，因为Python是动态类型的; Scala的Nothing（不要与Scala Nil混淆，这意味着空列表）优雅地解决了这个问题，因为Nothing是一切的子对象。那么在C ++中有一种优雅的Nil方式吗？

Answer 1

不，C ++中没有通用的nil值。逐字，C ++类型是不相关的，不共享共同的值。

您可以使用继承来实现某种形式的可共享值，但您必须明确地这样做，并且只能对用户定义的类型执行此操作。

Answer 2

您描述为Nil的两个相关概念：unit type和option type。

单位类型

这是NoneType在Python中的含义，而nullptr_t在C ++中，它只是一种特殊类型，它具有传达此特定行为的单个值。由于Python是动态类型的，因此可以将任何对象与None进行比较，但在C ++中我们只能为指针执行此操作：

void foo(T* obj) {
    if (obj == nullptr) {
        // Nil
    }
}

这在语义上与python的相同：

def foo(obj):
    if foo is None:
        # Nil

选项类型

Python没有（或需要）这样的功能，但所有ML系列都有。这可以通过boost::optional在C ++中实现。这是类型安全封装的概念，即特定对象可能具有值或不具有值。这个想法在函数族中比在C ++中更具表现力：

def foo(obj: Option[T]) = obj match {
    case None => // "Nil" case
    case Some(v) => // Actual value case
}

虽然在C ++中也很容易理解，但是一旦你看到它：

void foo(boost::optional<T> const& obj) {
    if (obj) {
        T const& value = *obj;
        // etc.
    }
    else {
        // Nil
    }
}

这里的优点是选项类型是一种值类型，您可以很容易地表达任何“价值”（例如，您的optional<int*>可以将nullptr存储为值，与“零”）。此外，这可以适用于任何类型，而不仅仅是指针 - 只需要为增加的功能付费。 optional<T>将大于T并且使用起来更加昂贵（尽管只有一点点，尽管这一点很重要）。

A C ++ Nil

我们可以将这些想法结合起来，实际在C ++中创建Nil，至少有一个用于指针和选项。

struct Nil_t { };
constexpr Nil_t Nil;

// for pointers
template <typename T>
bool operator==(const T* t, Nil_t ) { return t == nullptr; }

template <typename T>
bool operator==(Nil_t, const T* t ) { return t == nullptr; }

// for optionals, rhs omitted for brevity
template <typename T>
bool operator==(const boost::optional<T>& t, Nil_t ) { return !t; }

（请注意，我们甚至可以将其概括为实现operator!

的任何内容

template <typename T>
bool operator==(const T& t, Nil_t ) { return !t; }

，但最好将自己局限于明确的案例，我喜欢指针和选项给你的明确性。

因此：

int* i = 0;
std::cout << (i == Nil); // true
i = new int(42);
std::cout << (i == Nil); // false

Answer 3

C ++遵循的原则是你不会为你不能使用的东西买单。例如，如果您希望32位整数存储全部范围的32位值和一个关于它是否为Nil的附加标志，则这将占用超过32位的存储空间。当然，你可以创建聪明的类来表示这种行为，但它不可用＆＃34;开箱即用＆＃34;。

Answer 4

如果不依赖于封装类型的容器（例如boost::optional），则不能在C ++中使用它。

确实，有一些原因，因为C ++是：

静态类型语言：一旦你定义了一个带有类型的变量，它就会粘在那个类型上（这意味着你不能分配一个值None，它不是每个类型可以代表的值，你可以做什么在其他动态类型的语言中，如Python）
具有内置[1]类型的语言，并且没有针对其类型的公共基础对象：在公共对象中，您不能具有None的语义加上“此类型可以表示的所有值”适用于所有类型。

[1] 与Java内置类型不同，它们都具有从java.lang.Object继承的相应类。

Answer 5

在大多数语言中，变量不是作为对象的名称实现的，而是作为对象的句柄实现的。

这样的句柄可以设置为＆＃34;什么也不保留＆＃34;只需很少的额外开销。这类似于C ++指针，其中nullptr状态对应于＆＃34;指向什么＆＃34;。

这些语言经常在垃圾收集方面做得很充分。垃圾收集和强制间接引用数据在实践中都有显着的性能提升，它们限制了您可以执行的操作。

当您在这些语言中使用变量时，您必须先按照指针＆＃39;得到真实物体。

在C ++中，变量名通常是指有问题的实际对象，而不是对它的引用。在C ++中使用变量时，可以直接访问它。一个额外的状态（对应于＆＃34;没有＆＃34;）将需要在每个变量中额外的开销，而C ++的一个原则是你不会为你使用的东西付出代价。

有一些方法可以制作一个可空的＆＃34; C ++中的数据类型。这些不同于使用原始指针，使用智能指针或使用std::experimantal::optional之类的东西。所有这些都有＆＃34;没有任何东西＆＃34;，通常可以通过获取对象并在bool上下文中进行评估来检测。要访问实际数据（假设它存在），您可以使用一元*或->。

Answer 6

在C ++ 11中，有一个值nullptr，可以分配给任何指针类型。

如果它不是指针类型，它必须在那里。对于特定的值，您可以定义特殊的＆＃34;我不存在＆＃34;价值观，但没有通用的解决方案。

如果可能不存在，您的选择是：

指向它并使用nullptr表示不存在的值，或
保留一个单独的标志来表示存在或不存在（这是boost::optional为你做的事），或
为此特定用法定义一个特殊值，以表示不存在的值（请注意，这并非总是可行。）

C ++中“Nil”的概念

6 个答案:

单位类型

选项类型

A C ++ Nil