iOS 全面理解 Nullability 即 nil, Nil, NULL, NSNull, kCFNulL 及空值修饰符

引言

日常开发过程中，我们经常会碰到空值、空指针、空对象、空的占位对象等。在一些情况下，如果判断不好或者处理方式不对，可能会引起程序运行异常，有些特殊情况甚至会导致 Crash ，因此，熟练了解掌握它们之间的区别，将有助于我们写出更高质量的代码，本文就详细介绍一下它们之间的差别与注意事项。

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Nullability 的由来

在 Swift 中，我们会使用 ? 和 ! 去显式声明一个对象或函数的的参数及函数的返回值是 optional 还是 non-optional ，而在 Objective-C 中则没有这一区分。当我们在 Swift 与 Objective-C 混编开发时，由于 Swift 编译器并不知道这个 Objective-C 对象或函数的参数或者函数的返回值是 optional 还是 non-optional ，这种情况下编译器会隐式地都当成是 non-optional 来处理，所以经常性的会因为把一个空值当做 non-optional 来处理而导致程序 Crash。

因此为了解决这个问题，苹果在 Xcode 6.3 为 C 及 Objective-C 引入了一个新特性： Nullability Annotations 。

Nullability annotations for C and Objective-C are available starting in Xcode 6.3

空值相关

• nil

#ifndef nil
# if __has_feature(cxx_nullptr)
#   define nil nullptr
# else
#   define nil __DARWIN_NULL
# endif
#endif
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宏： Objective-C 对象使用，表示对象为空 (id)0。常作为对象的空指针和数组的结束标志。

• Nil

#ifndef Nil
# if __has_feature(cxx_nullptr)
#   define Nil nullptr
# else
#   define Nil __DARWIN_NULL
# endif
#endif
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宏： Objective-C 类使用，表示类指向空 (Class)0，即类指针为空。

• NULL

#if !defined(NULL)
#if defined(__GNUG__)
    #define NULL __null
#elif defined(__cplusplus)
    #define NULL 0
#else
    #define NULL ((void *)0)
#endif
#endif
复制代码

宏： C 语言指针使用，表示空指针 (void *)0。常在用基本数据类型为空情况。

• NSNull

@interface NSNull : NSObject <NSCopying, NSSecureCoding>
// 返回单例对象
+ (NSNull *)null;

@end
复制代码

Objective-C 类： 是一个空值的单例对象 [NSNull null]，继承自 NSObject ，可用于表示不允许空值的集合对象中。

• kCFNull

const CFNullRef kCFNull;	// the singleton null instance
复制代码

单例 CFNull 对象，等于 NSNull 单例

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空值修饰符相关：

有些同学可能奇怪为什么会有这么多写法，其实他们都是两两成对出现的：

• nullable & nonnull

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• _Nullable & _Nonnull

• __nullable & __nonnull

其中 nonnull ， _Nonnull ， __nonnull 三个修饰的参数表示对象不可以是 NULL 或 nil ，如果向它们修饰的对象传 NULL 或 nil 的话，编译器会产生警告。

其中 nullable ， _Nullable ， __nullable 三个修饰的参数表示对象可以是 NULL 或 nil 。

功能上来说，它们没有什么区别，只是使用上位置有所区别：

// 不带下划线关键词 nonnull ， nullable 不同应用场景下的摆放位置
@property(nonnull, nonatomic, copy) NSString *name;
@property(nullable, nonatomic, copy) NSString *company;
- (nonnull NSString *)firstString:(nullable NSString *)str;

// 带下划线关键词 _Nonnull ，_Nullable 不同应用场景下的摆放位置
@property(nonatomic, copy) NSString * _Nonnull name;
@property(nonatomic, copy) NSString * _Nullable company;
- (NSString * _Nonnull)secondString:(NSString * _Nullable)str;

// 带下划线关键词 __nonnull ，__nullable 不同应用场景下的摆放位置
@property(nonatomic, copy) NSString * __nonnull name;
@property(nonatomic, copy) NSString * __nullable company;
- (NSString * __nonnull)thirdString:(NSString * __nullable)str;
复制代码

关于 Nullability Annotations 官方介绍：

This feature was first released in Xcode 6.3 with the keywords __nullable and __nonnull. Due to potential conflicts with third-party libraries, we’ve changed them in Xcode 7 to the _Nullable and _Nonnull you see here. However, for compatibility with Xcode 6.3 we’ve predefined macros __nullable and __nonnull to expand to the new names.

此功能首次在 Xcode 6.3 中使用关键字 __nullable 和 __nonnull 。由于与第三方库的潜在冲突，我们在 Xcode 7 中将它们更改为您在此处看到的 _Nullable 和 _Nonnull。但是，为了与 Xcode 6.3 兼容，我们预定义了宏 __nullable 和 __nonnull 以扩展新名称

苹果也支持使用没有下划线的写法 nonnull ，nullable ，于是就有了三种写法。

另外我们还会经常看到下面两个关键词：

• null_resettable

• null_unspecified & __null_unspecified & _Null_unspecified

其中 null_resettable ，getter 不能返回空，setter 可以为空(注意： 使用 null_resettable 必须重写 getter 方法和 setter 方法，处理值为空的情况)。

其中 null_unspecified ，__null_unspecified ， _Null_unspecified ， 表示不确定是否为空。

二者的具体使用：

// null_resettable 具体应用
@property (nonatomic, strong, null_resettable) NSString *name;

// 不带下划线关键词 null_unspecified 不同应用场景下的摆放位置
@property(null_unspecified, nonatomic, copy) NSString *name;
- (null_unspecified NSString *)firstString:(null_unspecified NSString *)str;

// 带下划线关键词 __null_unspecified 不同应用场景下的摆放位置
@property(nonatomic, copy) NSString * __null_unspecified name;
- (NSString * __null_unspecified)secondString:(NSString * __null_unspecified)str;

// 带下划线关键词 _Null_unspecified 不同应用场景下的摆放位置
@property(nonatomic, copy) NSString * _Null_unspecified name;
- (NSString * _Null_unspecified)thirdString:(NSString * _Null_unspecified)str;

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注意：

1. 可空性关键词 nonnull ，nullable 等只能修饰对象，不能修饰基本数据类型。
2. 在NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN 和 NS_ASSUME_NONNULL_END 之间，定义的所有对象属性和方法默认都是 nonnull 。

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拓展知识

• Sending Messages to nil

用过 Objective-C 开发的同学应该都非常熟悉这句话，正如官方描述的：

In Objective-C, it is valid to send a message to nil—it simply has no effect at runtime.

这说明 nil 本身可以足够安全地调用方法而不会崩溃。

在 Swift 中，我们有更多的安全性。我们可以给 nil 发“消息”（其实并没有），但前提是它们是链式可选项（chained optional）。只有当我们使用可选时，nil 才能成为一个有存在感的“something”。

• JSON 数据中带有 null 值情况

解析 JSON 数据时，如果接口返回数据中把 NSNull 传给我们，解析出来就是 null 空对象，如下：

{
  "title": "iOS Engineer",
  "age": 18,
  "name": null
}
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这时当我们给 null（ NSNull 对象）发送消息的话，很大可能会直接Crash（ null 是有内存的）。

如何解决这个问题呢，通常有一下几种方式：

1. 接口端调整，修改默认数据的方式，在创建表的时候，添加上 'not null default' ；
2. 对可能出现空的字段进行非空判断；

if (![object isKindOfClass:[NSNull class]]){
    // ...
}
复制代码

3. 对 JSON 进行字符串匹配, 替换 null 为空字符 ""（注意： 这个方法可能会有问题）；
4. 解析数据时对类型进行检查，并把 NSNull 类型的值替换成 nil；
5. 如果使用的是 AFNetworking 请求数据，可以使用其提供的 ((AFJSONResponseSerializer *)manager.responseSerializer).removesKeysWithNullValues = YES; 去掉空值；
6. 使用第三方库 NullSafe，它是 NSNull 上的一个简单的 category ，为无法识别的消息返回 nil ，其代码实现非常简单，具体可见源码： NullSafe

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总结

随着越来越多的项目使用 Objective-C 与 Swift 混编开发，Nullability 越来越需要大家引起重视，一旦使用不当，可能在代码的某个角落就会出现一个 bug 甚至导致 App Crash。以上就是本文对 iOS Nullability 相关知识点的介绍，希望这篇文章对你有所帮助，感谢阅读。

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参考资料：

• Nullability Attributes

• nil / Nil / NULL / NSNull

• Difference between nullable, __nullable and _Nullable in Objective-C

• [NSNull length]: unrecognized selector sent to JSON objects

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