Краткий ответ:
Вычисление разности между двумя указателями, которые не ссылаются на элементы одного массива, приводит к неопределенному поведению.
Подробный ответ:
В соответствии со Стандартом C++ в п. 18.2/3 сказано:
The macro NULL is an implementation-defined C++ null pointer constant
in this International Standard (4.10).
При этом в сноске указаны возможные и однозначно невозможные варианты реализации:
Possible definitions include 0 and 0L, but not (void*)0.
п.4.10/1 говорит, что такое null pointer constant
(выделено мной):
A null pointer constant is an integer literal (2.14.2) with value zero or a prvalue of type std::nullptr_t
.
Т.о. NULL
развовачивается либо в целочисленный тип, но не ясно в какой (int, long и т.д.), либо в константу nullptr
(это единственно возможное значение для типа std::nullptr_t
). Более подробно тут.
И хотя на "бумаге" NULL
может быть определён как nullptr
, фактически все известные мне реализации определяют его именно как целое число. Исходя из этого строятся все дальнейшие рассуждения.
Возвращаясь к выражениям из вопроса, позволю себе немного модифицировать пример для большей самодостаточности кода:
int arr[] = {1, 2, 3};
int* p = arr;
int* o = NULL;
auto s1 = p - o;
auto s2 = o - p;
auto s3 = p - NULL;
auto s4 = o - NULL;
auto s5 = NULL - NULL;
auto s6 = o - o;
Выражения s1
и s2
имеют тип такой же как std::ptrdiff_t
из <cstddef>
и они приводят к неопределенному поведению (UB
) на основании того, что это вычитание двух указателей, не принадлежащих одному массиву (5.7/6) (ведь NULL
не может указывать ни на один существующий в программе объект):
Unless both pointers point to elements of the same array object, or
one past the last element of the array object, the behavior is undefined
Выражения s3
и s4
имеют тип такой же, как у p
и o
соответственно. В данном случае это int*
и они валидны, на основании того, что это вычитание целочисленного аргумента (см. что такое NULL
в начале ответа) из указателя (5.7/8):
If the value 0 is added to or subtracted from a pointer value, the
result compares equal to the original pointer value.
При этом значение s3
такое же как у p
, а значение s4
такое же как у o
.
Выражение s5
имеет целочисленный тип, зависимый от того, как определен NULL
на основании продвижения (promotions) целочисленных аргументов (4.5) и, разумеется, валидно, т.к. представляет собой разность двух целых значений.
Выражение s6
валидно и имеет тип std::ptrdiff_t
на основании п. 5.7/8 (выделено мной):
If two pointers point to the same object or both point one past the
end of the same array or both are null, and the two pointers are
subtracted, the result compares equal to the value 0 converted to the
type std::ptrdiff_t.
p == p - NULL
? И что такоеNULL - p
- на что он указывает и указатель ли это. Или в обоих случаях UB?