C言語のNULLポインタ完全入門｜意味・危険性・安全な使い方

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>  // NULLの定義を含むヘッダ

int main(void) {
    int *p = NULL;  // どのintオブジェクトも指していない

    if (p == NULL) {
        printf("pはNULLポインタです\n");
    }

    // ポインタにメモリを割り当てたあと
    int x = 10;
    p = &x;  // pはxを指す有効なポインタになる

    if (p != NULL) {
        printf("pは有効なアドレスを指しています: %d\n", *p);
    }

    return 0;
}

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int *p1 = 0;     // 動作としてはNULLポインタになるが、意図が分かりにくい
    int *p2 = NULL;  // 「NULLポインタにしたい」という意図が明確

    printf("p1 == NULL ? %s\n", (p1 == NULL) ? "true" : "false");
    printf("p2 == NULL ? %s\n", (p2 == NULL) ? "true" : "false");

    return 0;
}

#include <stdio.h>

int main(void) {
    char c = '\0';     // ヌル文字。文字列終端などで使用
    char *p = NULL;    // NULLポインタ。どこも指していない

    printf("cの数値としての値: %d\n", c);  // 0と表示されることが多い
    if (p == NULL) {
        printf("pはNULLポインタです\n");
    }

    // 間違い例(コンパイルは通るが、意味的に誤り)
    // if (p == '\0') { ... } のように書くのは避ける

    return 0;
}

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int *p = NULL;   // NULLポインタを用意

    printf("これからNULLポインタを参照します\n");

    // 未定義動作！通常はここでクラッシュする
    *p = 123;        // NULLポインタのデリファレンス

    printf("ここには通常到達しません\n");
    return 0;
}

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int *p;          // 初期化していない。中身は不定値(ランダムなアドレスのように見える)

    // これは「NULLポインタ」ではない
    // if (p == NULL) の結果も未定義動作の可能性がある(実装依存)

    // 誤った使い方の例
    // printf("%d\n", *p);   // 不定のアドレスを参照してしまい、危険

    return 0;
}

int *p = NULL;   // 安全な初期化。まだ何も指していないことが明確

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void) {
    int *p = malloc(sizeof(int));  // メモリ確保
    if (p == NULL) {
        return 1;  // メモリ確保失敗
    }

    *p = 10;
    printf("値: %d\n", *p);

    free(p);   // メモリを解放
    // ここでpはダングリングポインタになる(まだ古いアドレスを保持している)

    // printf("%d\n", *p);  // 未定義動作。絶対にやってはいけない

    // 対策: 解放後にNULLを代入する
    p = NULL;

    return 0;
}

#include <stdlib.h>

int main(void) {
    int *p = malloc(sizeof(int));
    if (p == NULL) {
        return 1;
    }

    // ここで別のメモリを確保してpに代入
    // 元のポインタpをfreeしないまま上書きしてしまうとリーク
    p = malloc(sizeof(int));  // 以前確保したメモリのアドレスを失う

    // 対策: 上書きする前に必ずfreeする
    // free(p);
    // p = malloc(sizeof(int));

    // またはpを使い終わった段階でfreeしてからNULL代入
    // free(p);
    // p = NULL;

    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void) {
    int *p = NULL;  // 1. 宣言と同時にNULLで初期化

    p = malloc(sizeof(int));  // 2. メモリ確保
    if (p == NULL) {          // 3. NULLチェック
        fprintf(stderr, "メモリ確保に失敗しました\n");
        return 1;
    }

    *p = 42;                  // 4. 安心して使用できる

    printf("値: %d\n", *p);

    free(p);                  // 5. メモリ解放
    p = NULL;                 // 6. ダングリングポインタ防止

    return 0;
}

#include <stdio.h>

void print_int(const int *p) {
    if (p == NULL) {
        printf("ポインタがNULLです。何も表示しません。\n");
        return;
    }

    // ここに到達した時点でpはNULLではない
    printf("値: %d\n", *p);
}

int main(void) {
    int x = 10;
    int *p1 = &x;
    int *p2 = NULL;

    print_int(p1);  // 有効なポインタ
    print_int(p2);  // NULLポインタ

    return 0;
}

if (!p) {
    // pがNULLのときの処理
}

#include <stdlib.h>

int main(void) {
    int *p = malloc(sizeof(int));
    if (p == NULL) {
        return 1;
    }

    *p = 123;

    free(p);   // メモリ解放
    p = NULL;  // ダングリングポインタを防ぐ

    // 以降、うっかり*pを参照しようとしても
    // 多くの場合はNULLチェックで気付くことができる

    return 0;
}

free(p);  // pがNULLでも安全
p = NULL;

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

// 文字列をコピーして新しいメモリに保存し、そのポインタを返す関数
// 失敗した場合はNULLを返す
char *duplicate_string(const char *src) {
    if (src == NULL) {
        return NULL;
    }

    size_t len = strlen(src) + 1;
    char *dst = malloc(len);
    if (dst == NULL) {
        return NULL;  // メモリ確保に失敗した場合もNULL
    }

    memcpy(dst, src, len);
    return dst;
}

int main(void) {
    const char *original = "Hello";
    char *copy = duplicate_string(original);

    if (copy == NULL) {  // NULLチェックが必須
        fprintf(stderr, "文字列のコピーに失敗しました\n");
        return 1;
    }

    printf("コピー結果: %s\n", copy);

    free(copy);
    copy = NULL;

    return 0;
}

#include <stdio.h>

void print_array(const int *arr, size_t len) {
    if (arr == NULL || len == 0) {
        printf("配列は空です\n");
        return;
    }

    for (size_t i = 0; i < len; ++i) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
}

int main(void) {
    int data[] = {1, 2, 3};
    print_array(data, 3);   // 有効な配列
    print_array(NULL, 0);   // 配列なし(空)を表現

    return 0;
}

#include <stdio.h>

typedef struct {
    int id;
    const char *name;
} User;

void print_user(const User *user) {
    if (user == NULL) {
        printf("ユーザー情報がありません\n");
        return;
    }

    printf("ID: %d, 名前: %s\n", user->id, user->name);
}

int main(void) {
    User u = {1, "Taro"};
    print_user(&u);     // 有効なユーザー
    print_user(NULL);   // ユーザーなし

    return 0;
}

#include <stdio.h>

void print_message(const char *msg) {
    if (msg == NULL) {
        printf("メッセージがありません\n");
        return;
    }

    if (msg[0] == '\0') {
        printf("メッセージは空文字です\n");
        return;
    }

    printf("メッセージ: %s\n", msg);
}

int main(void) {
    print_message("Hello");  // 通常の文字列
    print_message("");       // 空文字
    print_message(NULL);     // 文字列なし

    return 0;
}

#include <stdlib.h>

int main(void) {
    int *p = malloc(sizeof(int));
    // if (p == NULL) のチェックを忘れている例

    *p = 10;  // 一部の静的解析ツールは、ここでNULL参照の可能性を警告する

    free(p);
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <assert.h>

void process_data(int *p) {
    // デバッグビルドでは、pがNULLならここで異常終了させる
    assert(p != NULL);

    // ここに到達した時点でpは非NULLであることが保証される(前提)
    *p += 10;
    printf("値: %d\n", *p);
}

int main(void) {
    int x = 5;
    process_data(&x);   // OK

    int *q = NULL;
    // process_data(q); // 実行するとassertに引っかかる

    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct {
    int *data;
} IntBox;

// IntBoxを作成する関数
IntBox *intbox_create(int initial_value) {
    IntBox *box = malloc(sizeof(IntBox));
    if (box == NULL) {
        return NULL;
    }

    box->data = malloc(sizeof(int));
    if (box->data == NULL) {
        free(box);
        return NULL;
    }

    *(box->data) = initial_value;
    return box;
}

// IntBoxを破棄する関数(内部でNULL代入も行う)
void intbox_destroy(IntBox **box_ptr) {
    if (box_ptr == NULL || *box_ptr == NULL) {
        return;
    }

    IntBox *box = *box_ptr;
    free(box->data);
    box->data = NULL;

    free(box);
    *box_ptr = NULL;  // 呼び出し元のポインタもNULLにする
}

int main(void) {
    IntBox *box = intbox_create(10);
    if (box == NULL) {
        fprintf(stderr, "IntBoxの作成に失敗しました\n");
        return 1;
    }

    printf("値: %d\n", *(box->data));

    intbox_destroy(&box);  // boxはこの中でNULLにされる

    // ここでboxをうっかり使おうとしても、NULLチェックで検出できる
    if (box == NULL) {
        printf("boxは破棄済みです\n");
    }

    return 0;
}