مؤشر (برمجة)

المؤشر

(المؤشر)في علوم الحاسبالآلي :هو أحد أنماط المرجع. 

البيانات الأولية (أو الأولية فحسب) : هي أي وحدات بيانات يُمكن قراءتها أو كتابتها لذاكرة الحاسب الآلي باستخدام ولوج واحد للذاكرة (على سبيل المثال، كلاًّ من البايت والكلمة كلاهما من الأوليات). تجميع البيانات (أو التجميع فحسب) هي عبارة عن مجموعة من الأوليات التي نُسقت بشكل منطقي في الذاكرة والتي تُعرض مُجمَّعة كوحدة بيانات واحدة (على سبيل المثال، يُمكن أن يتكون التجميع من ثلاثة من وحدات البايت مُنسقة منطقيًّا، القيم التي توضح الثلاث إحداثيات للإشارة في المساحة)؛ عندما يتألف التجميع كلياً من نفس النوع من الأوليات، يُمكن تسمية التجميع بـالمصفوفة array؛ بمعنى أن الكلمة الأولية ذات وحدات البايت المتعددة تُعد مصفوفة من وحدات البايت، وتستخدم بعض البرامج الكلمات بهذه الطريقة. في سياق هذه التعريفات، يُعد البايت أصغر قيمة أولية؛ يُحدد كل عنوان ذاكرة بوحدة بايت مختلفة. يعتبر عنوان الذاكرة أول وحدة من وحدات البايت هو عنوان الذاكرة (أو عنوان الذاكرة الأساسي) لوحدات البايت بالكامل. مؤشر الذاكرة (أو المؤشر فحسب) هو أحد الأوليات، القيمة ما يُراد استخدامه كعنوان ذاكرة؛ يُقال أن المؤشر يُمثل عنوان الذاكرة. كما يُقال أن المؤشر يُشير إلى وحدات البايت [في الذاكرة] عندما تكون قيمة المؤشر هي وحدات البايت الخاصة بعنوان الذاكرة. يُعرف المؤشر بشكل عام على انه أحد أنواع المراجع، ويُقال أن مراجع المؤشر تُخزن وحدات البايت في مكان ما في الذاكرة؛ ويجب للحصول على وحدات البايت هذه إتباع عملية تتبع المؤشر. وتعتبر الصفة التي تُميز المؤشرات عن أنواع المراجع الأخرى هي أن قيمة المؤشر يُمكن تفسيرها كعنوان الذاكرة، ويعتبر ذلك مفهوم "مُتدني المستوى". تخدم المراجع كأحد مستويات الإجراءات غير المباشرة: تُحدد قيمة المؤشر أي من عناوين للذاكرة (أي من المعطيات) التي سوف تُستخدم في العمليات الحسابية. حيث تُمثل الإجراءات غير المباشرة جانباً جوهرياً من الخوارزميات، وغالباً ما يُعبر عن المؤشرات كأحد أنواع البيانات الأساسي في لغات البرمجة؛ في لغات البرمجة المُصنفة بشكلٍ ثابت (أو بشكلٍ قوي)، يُحدد نوع المؤشر نوع وحدات البايت إلى التي يُشير إليها المؤشر.

يجب توافر مؤشرات للمساعدة في إدارة كيفية تنفيذ التراكيب والتحكم بها عند إعداد تراكيب البيانات مثل القوائم، والصفوف، والأشجار. تُعد مؤشرات البداية ومؤشرات النهاية ومؤشرات التكدس من أمثلة المؤشرات النموذجية. يُمكن لهذه المؤشرات أن تكون إما مطلقة absolute (العنوان المادي الفعلي أو العنوان الواقعي في الذاكرة الواقعية) أو النسبية relative (إزاحة من عنوان البداية المطلق ("أساس") التي تستخدم فعلياً عدد أقل من وحدات البايت عنه من العنوان الكامل، ولكن عادة ما يتطلب ذلك عملية حسابية إضافية واحدة للوصول إلى الحل).

يُمكن استخدام معادلين من وحدات البايت، يحتوي على 16 بايت، أعداد صحيحة، لتقديم معالجة نسبية لأكثر من 64 كيلو بايت من تراكيب البيانات. يُمكن أن يمتد ذلك إلى 128 كيلو بايت، أو 256 كيلو بايت، أو 512 كيلو بايت فإذا كان العنوان المُشار إليه لابد وأن يكون عند حد نصف كلمة، أو كلمة أو كلمة مزدوجة (لكن تتطلب عملية "تحويل يسار shift left " إضافية عملية بتwise – من خلال 1 أو 2 أو 3 بايت – وذلك من أجل ضبط المُعادل من خلال العامل المكون من 2 أو 3 أو 4 بايت وذلك قبل إضافته إلى العنوان الأساسي). يُفضل بوجه عام، على الرغم من احتواء مثل هذه الأنظمة على الكثير من المشكلات، وكذلك من اجل التيسير على المُبرمج، توافر مساحة العنوان المحددة.

يُمكن استخدام معادل بايت واحد، مثل قيمة ASCII العشرية للرموز (مثل X"29") للإشارة إلى قيمة صحيحة بديلة (أو مؤشر) في مصفوفة (مثل X"01"). يُمكن بهذه الطريقة أن تترجم الرموز على نحو كاف من "البيانات الأولية" إلى مؤشر متسلسل قابل للاستخدام ومن ثم إلى عنوان مطلق من دون جدول البحث.

عادة ما تزيد جداول التحكم المُستخدمة في التحكم في تدفق البرنامج من استخدام المؤشرات. عادة ما تكون المؤشرات جزءاً لا يتجزأ من مدخل الجدول، كما انه يُمكن أن تُستخدم على سبيل المثال للإبقاء على نقاط الإدخال لإتمام عملية تنفيذ الروتين الفرعي، معتمدة في ذلك على عدة حالات محددة مُعرَّفة في مدخل الجدول ذاته. يُمكن فهرست المؤشرات ببساطة إلى أخرى منفصلة، لكن مرتبطة، تشكل الجداول مصفوفة من العناوين الفعلية أو العناوين نفسها (اعتماداً على بنيات وتراكيب لغة البرمجة المتوفرة). يُمكن كذلك استخدامها للإشارة (إلى الخلف) إلى مداخل الجدول السابقة (كما في حلقة المعالجة) أو إلى الإمام لتخطي بعض مداخل الجدول (كما في التحويل switch

أو الخروج "المبكر" من الحلقة). نظراً لهذا الغرض الأخير، يُمكن أن يُصبح "المؤشر" ببساطة رقم مدخل الجدول نفسه ويُمكن أن يتحول إلى عنوان فعلي من خلال عملية حسابية بسيطة.

المؤشرات هي عبارة عن فكرة تجريدية صغيرة جدا تحتل قمة إمكانيات المعالجة أو العنونة المُدعمة من قبل معظم المعماريات الحديثة. يُخصص أحد العناوين أو أحد المؤشرات الرقمية في أبسط المخططات لكل وحدة من وحدات الذاكرة في النظام، حيث تكون الوحدات إما البايت أو الكلمة، تُحول الذاكرة ككل بشكل فعال إلى مصفوفة كبيرة جداً. ومن ثم، إذا توفر لدينا العنوان، فسوف يُوفر النظام عملية لاستعادة القيمة المخزنة في وحدة الذاكرة في هذا العنوان (عادة ما تُستخدم أجهزة مسجلات الأغراض العامة).

عادة ما يكون المؤشر كبير بدرجة كافية لاحتواء المزيد من العناوين أكثر من وحدات الذاكرة الموجودة في النظام. يُقدم ذلك احتمالية محاولة البرنامج من الولوج إلى أحد العناوين الذي لا يتطابق مع أي من وحدات الذاكرة، ويرجع ذلك إما لعدم تثبيت مساحة كافية من الذاكرة (على سبيل المثال تخطي مدى الذاكرة المتوفرة) أو لعدم دعم المعمارية لمثل هذه العناوين. يُمكن أن يُطلق على الحالة الأولى، في بعض البرامج مثل معمارية أنتل x86، اسم خطأ التجزئة أو التخصيص segmentation fault (عادة ما تُختصر ب segfault). الحالة الثانية ممكنة في عمليات التنفيذ الحالية لـ AMD64، بحيث يصل طول المؤشرات إلى 64 بت ويصل امتداد العناوين إلى 48 بت فقط. هناك، يجب أن تتفق المؤشرات مع قواعد محددة (العناوين المُتعارف عليها canonical addresses)، لذا فانه في حالة تتبع المؤشر غير المُتعارف عليها، يظهر المعالج خطأ حماية عام.

على الصعيد الآخر، تحتوي بعض الأنظمة على المزيد من وحدات الذاكرة أكثر من ما تحتويه من عناوين. في هذه الحالة، يعمل نظام أكثر تعقيداً مثل أنظمة تخصيص أو تقطيع الذاكرة memory segmentation أو الصفحات المخزنة paging المُوظفة لاستخدام أجزاء مختلفة من الذاكرة في أوقات مختلفة. تدعم الأمثلة الأخيرة للمعمارية x86 إلى 36 بت من عناوين الذاكرة الفيزيائية، والتي نُظمت لمساحة العنوان الخطي 32 بت من خلال أجهزة الصفحات المخزنة أو التصفح PAE. لذا، يُمكن فقط الولوج إلى 1\16 من الذاكرة الكلية المتاحة في المرة الواحدة. ومثال آخر في نفس عائلة جهاز الحاسب الآلي كان وضع الحماية الـ 16 بايت من المعالج 80286، الذي يمكنه، على الرغم من دعم 16 ميجا بايت فقط من الذاكرة الفيزيائية، الولوج إلى 1جيجا بايت من الذاكرة التخيلية، ولكن مزيج من عنوان الـ 16 بيت والسجلات المجزأة جعلت ولوج أكثر من 64 كيلو بايت في ثقل بنية بيانات واحدة. قد تُصبح بعض قيود المؤشر الحسابي ANSI مناسبة لنماذج الذاكرة المجزأة لعائلة هذا المعالج.

دعمت بعض معماريات ذاكرة التخزين المُستخدمة في عمليات الإدخال والإخراج (memory-mapped I/O) والتي تُمكن بعض العناوين من الإشارة إلى وحدات من الذاكرة في حين تُشير أُخرى إلى مسجلات جهاز خاصة بأجهزة أخرى داخل الحاسب الآلي وذلك لتوفير واجهة متناسقة. تظهر بعض المفاهيم المشابهة مثل إزاحة الملف ومؤشرات المصفوفة ومراجع الكائن البعيد التي تخدم بعض من الأغراض المماثلة مثل العناوين لأنواع أخرى من الكائنات.

تُدعم المؤشرات بشكل مباشر بدون وجود قيود في لغات برمجة مثل PL/I وC وC++ وPascal وأغلبية لغات التجميع. كما أنها تُستخدم بشكل أساس لتراكيب المراجع، والتي بدورها خطوة أساسية لبناء كل تراكيب البيانات تقريباً، تماماً كما يحدث في عملية تمرير البيانات بين الأجزاء المختلفة من البرنامج.

في اللغات البرمجة الوظيفية التي كثيراً ما تعتمد على القوائم، يتم التحكم بالمؤشرات والمراجع بشكل نظري من خلال اللغة باستخدام التراكيب الداخلية مثل cons.

عند التعامل مع المصفوفات، عادة ما تنطوي عملية البحث الحيوي على مرحلة تُدعى "حساب العنوان address calculation " والتي تتضمن بناء مؤشر كائن البيانات المطلوبة في المصفوفة. إذا كانت عناصر البيانات في المصفوفة لها الأطوال المخصصة من خلال طاقات ثنائية، عادة ما تكون هذه العمليات الحسابية أكثر كفاءة. كثيراً ما تستخدم البطانة أو الحشو Padding كآلية لضمان أن هذه هي الحالة المطلوبة، على الرغم من زيادة متطلبات الذاكرة. في تراكيب البيانات الأخرى، مثل القوائم المرتبطة، تستخدم المؤشرات كمراجع لربط أحد أجزاء التراكيب بالآخر.

تستخدم المؤشرات لتمرير المعاملات باستخدام مراجع لها. ويكون هذا مفيداً إذا أراد المبرمج أن يكون تعديل الدالة للمعامل مرئيا للجزء الذي قام باستدعائها. ويُفيد ذلك أيضا في استرجاع العديد من القيم من الدالة. يُمكن استخدام المؤشرات أيضاً الذاكرة المخصصة وغير المخصصة للمتغيرات الديناميكية والمصفوفات داخل الذاكرة. في أغلب الأحيان ما يتحول المتغير إلى كائن زائد عن الحاجة بعد تحقيق الغرض منه، فإن الإبقاء عليه إهداراً للذاكرة، ولذا فمن الأفضل عدم تخصيصه أو توزيعه (مستخدماً مرجع المؤشر الأصلي) عندما انتهاء الحاجة إليه. قد يؤدي عدم القيام بهذه الخطوة إلى تسرب الذاكرة memory leak (حيث تقل مساحة الذاكرة الفارغة بشكل تدريجي، أو في الحالات الخطير بشكل سريعً، ويرجع ذلك إلى تراكم أعداد كبير من قوالب الذاكرة).

int *money;

int *money = NULL;

int a = 5;
int *money = NULL;

money = &a;

*money = 8;

int a = 5;
int *money = NULL;

 money = &a;

 *money = 8;

int array[5]; /* Declares 5 contiguous (per Plauger Standard C 1992) integers */
int *ptr = array; /* Arrays can be used as pointers */
ptr[0] = 1; /* Pointers can be indexed with array syntax */
*(array + 1) = 2; /* Arrays can be dereferenced with pointer syntax */
*(1 + array) = 3; /* Pointer addition is commutative */
2[array] = 4; /* Subscript operator is commutative */

int array[5] = {2,4,3,1,5};

/* القائمة المرتبطة الفارغة تمثل باستخدام NULL أو قيمة إشارة أخرى */
#تعريف القائمة المرتبطة الفارغة

struct link {
    void        *data;  /* بيانات هذا الكائن */
    الموقع التالي *next;  /* الكائن التالي؛ EMPTY_LIST قائمة فارغة إذا كان الأخير  */
};

/* a copy of the int n is changed */
void not_alter(int n) {
    n = 360;
}

/* the actual variable passed (by address) is changed */
void alter(int *n) {
    *n = 120;
}

void func(void) {
    int x = 24;

    /*pass x's address as the argument*/
    alter(&x);

    /* x now equal to 120 */

    not_alter(x);

    /* x still equal to 120 */
}

/* مادة مخزون الأجزاء */
struct Item {
    int         id;     /* رقم الجزء  */
    char *      name;   /* اسم الجزء   */
    float       cost;   /* التكلفة     */
};

/* تخصيص وتهيئة مادة جديدة */
struct Item * make_item(const char *name) {
    struct Item * item;

    /* تخصيص مادة كائن جديد وإعادة شكله */
    item = malloc(sizeof(struct Item));
    if (item == NULL)
        return NULL;

    /* تهيئة أعضاء البند الجديد */
    memset(item, 0, sizeof(struct Item));
    item->id =   -1;
    item->name = NULL;
    item->cost = 0.0;

    /* احفظ نسخة من الاسم في البند الجديد */
    item->name = malloc(strlen(name) + 1);
    if (item->name == NULL) {
        free(item);
        return NULL;
    }
    strcpy(item->name, name);

    /* إعادة مادة الكائن المُضاف حديثاً  */
    return item;
}

 if (item == NULL)
   return;

 if (item->name != NULL) {
   free(item->name);
   item->name = NULL;
 }

int *hardware_address = (int *)0x7FFF;

#define VID ((unsigned short (*)[80])0xB8000000)

void foo() {
    VID[4][1] = 0x1F00 | 'A';
}

في العديد من اللغات، يوجد في بعض المؤشرات قيد إضافي ألا وهو أن الكائن المُشار إليه كائن من نوع خاص. على سبيل المثال، ربما يُعلن عن المؤشر للإشارة إلى عدد صحيح؛ لذا ستحاول اللغة منع المبرمج من الإشارة إلى كائنات الأعداد بخلاف العدد الصحيح، مثل الأرقام العشرية، والتخلص من بعض الأخطاء. على سبيل المثال في لغة السي C

int *money;
char *bags;

سيكون money مؤشر لعدد صحيح و bags ستكون مؤشر char. سوف يُظهر الناتج التالي تحذير مترجم بان "مهمة من نوع مؤشر غير متجانس" وفقاً للغة GCC

bags = money;

نظراً لإعلان money و bags بأنواع مختلفة. يجب توضيح رغبتك الفعلية في عمل المهمة عن طريق typecasting وتعني " كيفية تغيير نوع البيانات من نوع إلي نوع أخر وقت البرمجة بدون التقييد بنوع معين وبدون التغيير في قيمتها إلا في حالات معينة فقط. للتوضيح " وذلك لمنع ظهور هذا التحذير للمترجم.

bags = (char *)money;

يُوضح ذلك تغيير أو تحويل مؤشر العدد الصحيح لـ money إلى مؤشر char والإشارة إلى bags. يجب أن تحتفظ مسودة 2005 للمتطلبات القياسية للغة السي C التي تقوم بتحويل مؤشر مستمد من أحد الأنواع إلى نوع آخر على الحيادية الصحيحة لكلا النوعين (مؤشرات 6.3.2.3، par.7)[3]

char *external_buffer = "abcdef";
int *internal_data;

internal_data = (int *)external_buffer; // UNDEFINED BEHAVIOUR if "the resulting pointer
                                         // is not correctly aligned"

تضع حسابات المؤشرات في الحسبان حجم النوع في اللغات التي تُمكن المؤشر الحسابي في اللغات التي تُمكن المؤشر الحسابي. على سبيل المثال، ينتج عن إضافة عدد صحيح إلى المؤشر إلى ظهور مؤشر جديد يُشير إلى عنوان أعلى بمقدار مضاعفة هذا الرقم لحجم هذا النوع. يُمكننا ذلك من حساب عنوان عناصر المصفوفة لهذا النوع المحدد بسهولة ويُسر كما وُضح سابقاً في مثال مصفوفات لغة السي C. يجب على المبرمج أن يتوقع أن المؤشر الحسابي سيتم حسابه بطريقة مختلفة وذلك عند تحويله لأحد مؤشرات أحد الأنواع إلى مؤشر من نوع أخر من حجم مختلف. على سبيل المثال إذا بدأت مصفوفة في لغة السي C بmoney عند 0x2000 وsizeof(int) 4 بايت حيث sizeof(char) 1 بايت ومن ثم (money+1) سوف يُشير إلى 0x2004 ولكن سوف بُشير (bags+1) إلى 0x2001. ويُعد فقدان البيانات عند كتابة البيانات "الكبيرة" في محل البيانات "الصغيرة" من مخاطر التحويل القسري (على سبيل المثال bags[0]=65537;)، تظهر نتائج غير متوقعة عند تحويل القيم bit-shifting، ومشكلات المقارنة، خاصة مع القيم في مقابل القيم الغير موقعة.

تقوم بعض اللغات بتخزين معلومات نوع التشغيل التي يُمكن استخدامها للتأكد من أن هذه الأشكال الهامة صالحة في عملية التشغيل على الرغم من استحالة تحديدها أي من هذه الأشكال آمنة في آن واحد وذلك بوجه عام، في حين ترفض اللغات الأخرى القيمة التقريبية الغير قابلة للتغير من الأشكال الآمنة، أو لا تقبل أي منها على الإطلاق.

تسمح المؤشرات بوقوع العديد من أخطار البرمجة ويرجع ذلك لسماحها لبرنامج بالولوج إلى الكائنات التي لم يُعلن عنها بوضوح من قبل. بيد أن السلطة التي توفرها كبيرة جداً لدرجة أنه يُمكن أن يكون من الصعب القيام ببعض مهام البرمجة في غيابها. لذا فقد اختلقت بعض اللغات كائنات لها بعض خصائص المؤشرات المفيدة في حين تجنب بعض ثغراتها pitfalls للمساعدة في التعامل مع مثل هذه المشكلات. تواجه المؤشرات مشكلة رئيسية ألا وهي أنه أثناء معالجتها بشكل مباشر كأرقام، يُمكن تشكيلها للإشارة إلى العناوين غير المستخدمة أو إلى البيانات التي تستخدم لأغراض أخرى. العديد من اللغات، بما في ذلك معظم لغات البرمجة الوظيفية functional programming languages واللغات الأمرية الحديثة imperative languages مثل لغة Java إلي تستبدل المؤشرات بنوع أكثر تعقيداً من المرجع والذي عادة ما يُشار إليه ببساطة كالمرجع والذي يمكن استخدامه فقط للإشارة إلى الكائنات ولا تُعالج كأرقام لمنع هذا النوع من الأخطاء. تُتناول فهرسة المصفوفة كحالة خاصة. يُطلق على المؤشر الذي لا يحتوي على أي عنوان محدد له اسم المؤشر البدائي wild pointer. يمكن لأي محاولة لاستخدام مثل هذه المؤشرات الغير مهيأة أن تؤدي إلى سلوك غير متوقع إما لأن القيمة المبدئية ليست عنوان صالح وإما لأن استخدامها يمكنه تدمير أجزاء أخرى من البرنامج. وغالباً ما تكون النتيجة ظهور خطأ التجزئة segmentation fault أو انتهاك قواعد التخزينstorage violation.

في الأنظمة تخصيص الذاكرة، من السهل بناء المؤشر التابع dangling pointer عن طريق عدم تخصيص منطقة الذاكرة التي تُشير إليها. يُعد هذا النوع من المؤشرات خطير ودقيق لأن منطقة الذاكرة الغير مخصصة يُمكنها أن تحتوي على نفس البيانات التي كانت بها قبل إلغاء تخصيصها ولكن يُمكن حينها إعادة تخصيصها والكتابة عليها من خلال استخدام كود غير متصل بها، غير معروف للكود السابق. يُزعم أن اللغات التي تحتوي على garbage collection تمنع هذا النوع من الأخطاء (حيث تتم عملية إلغاء التخصيص يتم بشكل تلقائي) ولكن لا تتم إزالة المؤشر نفسه بواسطة garbage collector ويمكن أن يشير إلى بيانات ذات صلة وغير متوقعة إذا أعيد استخدامها في أي وقت بعد إلغاء تخصيصها.

تُدعم بعض اللغات مثل لغة C++ المؤشرات الذكية smart pointers والتي تستخدم نموذج مبسط من حساب المرجع للمساعدة في تتبع تخصيص الذاكرة الديناميكية بالإضافة إلى العمل كمرجع. في غياب حلقات المرجع، حيث يشير الكائن إلى نفسه بصورة غير مباشرة من خلال سلسلة من المؤشرات الذكية smart pointers,، يلغي هذا على إمكانية المؤشرات التابعة dangling pointer وتسريبات الذاكرة. تدعم سلاسل Delphi حساب المرجع محلياً.

غالباً ما يحتوي مؤشر Nullعلى قيمة محددة، ولكنها ليست بالضرورة أن تكون القيمة صفر، توضح أنه لا يشير إلى أي كائن. تُستخدم مؤشرات Null روتينياً، خاصة في لغة C ولغة C++ حيث يستخدم compile-time constant (بالرغم من تفضيل الأعداد الصحيح للصفر في لغة C++ [4] إلا أن لغة C++0x أدخلت nullptr constant لاستخدامه كبديل)، لتوضيح ظروف مثل القصور في successor للكائن الأخير في القائمة المرتبطة linked list، مع الحفاظ على بنية متسقة لنقاط القائمة. هذا الاستخدام لمؤشرات Null يمكن مقارنتها مع أنواع nullable ومع قيم null في قواعد البيانات الارتباطية ومع قيم Nothing في option type. قد اخترعت مراجع Nullable من قبل C.A.R. Hoare في عام 1965 كجزء من لغة Algol W. وقد وصف Hoare اختراعه لاحقاً (2009) بأنه "خطأ بمليار دولار":[5][6]

لقد أطلقت عليه خطأ المليار دولار الخاص بي. كان اختراع مرجع null في عام 1965. في هذا الوقت، كنت أصمم أول نظام النوع الشامل للمراجع في اللغة غرضية التوجه (ALGOL W). كان هدفي من ذلك هو التأكيد على أن كل استخدامات المراجع لابد وأن تكون آمنة، مع التحقق من التنفيذ التلقائي عن طريق المجمع. ولكن لم أستطع مقاومة الإغراءات لوضع مرجع null ببساطة لأن تنفيذه كان سهل جداً. أدى هذا إلى عدد لا يحصى من الأخطاء ونقاط الضعف ووقوع أعطال في النظام والتي ربما تسببت في مليار دولار من الألم والضرر في الأربعين سنة الماضية.

نظراً لعدم إشارة مؤشر null إلى أي كائن ذات معنى، فإن محاولة تتبع مؤشر null عادة ما يتسبب في ظهور خطأ بالتشغيل. إذا لم يتم التعامل مع هذا الخطأ فإن البرنامج يتوقف عن العمل على الفورً. في حالة لغة C على كمبيوتر عام، يتوقف التنفيذ من خطأ التجزئة segmentation fault لأن عنوان null الحرفي لا يقسم أبداً لبرنامج قيد التشغيل (يُمكن حدوث العديد من الأشياء مع برنامج لغة C في الأنظمة المدمجة embedded system). في لغة Java يشغل الولوج إلى مرجع null NullPointerException التي يُمكن الحصول عليها من خلال كود معالجة الخطأ، ولكن التطبيق المفضل هو التأكد من عدم حدوث هذه الاستثناءات مطلقاً. في اللغات الآمنة يمكن استبدال مؤشر null المحتمل بوحدات مرتبطة tagged union التي تفرض معالجة واضحة للحالة الاستثنائية؛ في الحقيقة يمكن رؤية مؤشر null على أنه مؤشر tagged pointer بإضافة محسوبة. توفر اللغات الأخرى، مثل لغة Objective-C، عملية إرسال الرسائل إلى عنوان nil (قيمة المؤشر الذي لا يشير إلى كائن صالح) دون التسبب في توقف البرنامج عن العمل؛ وسيتم تجاهل الرسالة ببساطة والقيمة المعادة (إذا وجدت) تكون صفر أو 0، اعتماداً على النوع.[7]

يُضمن في برمجة لغة C ولغة C++، المقارنة العادلة بين مؤشرين null؛ تضمن لغة ANSI C أن أي مؤشر null يساوي 0 في مقارنة مع نوع العدد الصحيح؛ علاوة على ذلك يُعرَّف macro NULL على أنه مؤشر null ثابت، قيمته 0 (إما كأحد أنواع الأعداد الصحيح أو المحولة إلى مؤشر لـ void)، لذا سيقارن مؤشر null بالتساوي مع NULL.

وينبغي عدم الخلط بين مؤشر null والمؤشر الغير مهيأ: يُسمح لمؤشر null لمقارنة الغير متكافئ مع أي مؤشر صالح، بينما وفقاً للغة وتنفيذ المؤشر غير المهيأ قد تكون إما قيمة غير محددة (عشوائية أو قيمة بلا معنى) أو يمكن تهيئتها لثابت أولي (محتملة لكن ليس بالضرورة NULL).

تُعيد دالة malloc مؤشر null في معظم بيئات برمجة لغة السي C إذا لم يكن قادراً على تخصيص منطقة الذاكرة المطلوبة، والتي تنبه المتصل بعدم وجود ذاكرة كافية. بالرغم من ذلك بعض تطبيقات malloc(0) مع إعادة مؤشر null وبدلا من ذلك تحدد الفشل عن طريق إعادة مؤشر null وإدخال errno إلى قيمة مناسبة.

تقوم أنظمة الحاسب الآلي على tagged architecture القادرة على التفريق في الأجهزة بين تتبع Null والمحاولة المشروعة للولوج إلى كلمة أو بناء على العنوان صفر. في بعض بيئات لغة البرمجة (على الأقل تطبيق Lisp على سبيل المثال) القيمة المستخدمة على مؤشر null (يطلق عليها اسم nil في Lisp) ربما يكون مؤشر لقالب من البيانات الداخلية المفيدة للتطبيق (لكن لا يمكن الوصول إليها بشكل جلي من خلال برامج المستخدم)، لذا يُفيد السماح باستخدام نفس العدد الصحيح كثابت وكذلك الطريقة السريعة للولوج إلى تطبيقات التنفيذ. يُعرف هذا بأنه ناقل nil.

مؤشر autorelative (أو self-relative) هو المؤشر الذي تُفسر قيمته كإزاحة من عنوان المؤشر نفسه؛ لذا، إذا كان هيكل البيانات M له مؤشر autorelative فالكائن p الذي يُشير إلى جزء من M نفسه فإن M ربما يعيد تخصيصها في الذاكرة من دون الحاجة إلى تحديث قيمة p.[8]

مؤشر الارتكاز هو المؤشر الذي قيمته عبارة عن إزاحة من قيمة مؤشر آخر. يمكن استخدامه لتخزين وتحميل كتل من البيانات، محددة عنوان بداية الكتلة إلى مؤشر الارتكاز.[9]

في بعض اللغات يمكن أن يشير المؤشر إلى مؤشر آخر، يتطلب عمليتان للتتبع للوصول للقيمة الأصلية. بينما كل مستوى من المراوغة ربما يضيف تكلفة أداء، وأحياناً ضرورية لتقديم سلوك صحيح لهياكل البيانات المعقدة. على سبيل المثال، في لغة C تُعرَّف القائمة المرتبطة من حيث الكائن الذي يحتوي مؤشر للكائن التالي في القائمة:

struct element
{
    struct element * next;
    int              value;
};

struct element * head = NULL;

يستخدم هذا التطبيق مؤشر للكائن الأول في القائمة كبديل للقائمة ككل. إذا أضيفت قيمة جديدة إلى بداية القائمة يجب تغيير المقدمة للإشارة إلى الكائن الجديد. بما أن براهين C تمرر عادة بالقيمة، يتيح استخدام المراوغة المزدوجة بتنفيذ الإدخال بصورة صحيحة، وبه الآثار الجانبية المرغوبة للقضاء على كود الحالة الخاصة للتعامل مع المدخل في أول القائمة:

// Given a sorted list at *head, insert the element item at the first
// location where all earlier elements have lesser or equal value.
void insert(struct element **head, struct element *item)
{
    struct element ** p;  // p points to a pointer to an element

    for (p = head; *p != NULL; p = &(*p)->next)
    {
        if (item->value <= (*p)->value)
            break;
    }
    item->next = *p;
    *p = item;
}

// Caller does this:
insert(&head, item);

في هذه الحالة، إذا كانت قيمة البند أقل من head فإن مقدمة المتصل تُحدَّث بشكل صحيح في عنوان البند الجديد.

المؤشرات البدائية هي المؤشرات التي لم يتم تهيأتها بعد (لا يوجد عنوان محدد للمؤشر البدائي) ربما تتسبب مثل هذه المؤشرات في تعطيل البرنامج أو العمل بطريقة بدائية. تُشير المؤشرات التي لم يتم تهيأتها في لغات برمجة Pascal أو لغة السي C إلى عناوين غير متوقعة في الذاكرة.

يوضح مثال الكود التالي مؤشر بدائي:

int func(void)
{
    char *p1 = malloc(sizeof(char)); /* (undefined) value of some place on the heap */
    char *p2;       /* wild (uninitialized) pointer */
    *p1 = 'a';      /* This is OK, assuming malloc() has not returned NULL. */
    *p2 = 'b';      /* This invokes undefined behavior */
}

هنا، ربما تشير p2 إلى أي مكان في الذاكرة، لذا أداء المهمة *p2 = ‘b’ سيفسد منطقة غير معروفة من الذاكرة التي ربما تحتوي على بيانات حساسة.

حيث يستخدم المؤشر كعنوان لنقطة الدخول لبرنامج أو بداية لروتين كما أنه يكون إما غير مهيأ أو فاسد، إذا تم الاتصال أو القفز مع ذلك إلى هذا العنوان، فيقال أنه تفسد "الشعبة البدائية". والعواقب دائماً غير متوقعة وربما يظهر الخطأ نفسه بعدة طرق مختلفة اعتماداً على إذا كان المؤشر عنوان صالح أم لا وإذا كان هناك (من قبيل الصدفة) إرشاد صالح (شفرة تشغيل) على هذا العنوان. يمكن أن يوضح اكتشاف الشعبة البدائية أحد أصعب عمليات التصحيح وأكثرها إحباطاً حيث أنه ربما تم بالفعل تدمير كثير من الأدلة من قبل أو عن طريق تنفيذ واحد أو أكثر من التعليمات الغير مناسبة في موقع الشعبة. في حالة ما إذا كان متاحاً، يمكن ألا تكون محاكاة مجموعة التعليمات عادة تضبط فقط الشعبة البدائية قبل دخولها حيز التنفيذ، لكن تقدم أيضاً تتبع كامل أو جزئي لتاريخها.

من الممكن محاكاة سلوك المؤشر باستخدام فهرس المصفوفة (عادة بعد واحد). بدايةً للغات التي لا تدعم المؤشرات بوضوح ولكن تدعم المصفوفات، يمكن اعتبار المصفوفة ومعالجتها كما لو كانت نطاق الذاكرة بالكامل (في نطاق مصفوفة محددة) وأي فهرس يمكن اعتباره مكافئ لسجل الغرض العام في لغة التجميع (يشير هذا إلى البايت الفردي ولكن التي تناسب قيمته الفعلية لبداية المصفوفة، ليس عنوانه المطلق في الذاكرة). على افتراض أن المصفوفة هي هيكل بيانات 16 ميجا بايت مترابط، وحدات البايت الفردي (أو سلسلة من وحدات البايت المرتبطة في المصفوفة) يمكن عنونتها مباشرة ومعالجتها باستخدام اسم المصفوفة مع العدد الصحيح 31 بايت الغير موقع كمؤشر المحاكاة (يماثل هذا أمثلة مصفوفات اللغة C الموضحة سابقاً). يمكن محاكاة المؤشر الحسابي بالإضافة أو الطرح من الفهرس، مع الحد الأدنى من الإضافات العامة التي تُقارن بالمؤشر الحسابي الحقيقي. حتى انه من الممكن نظرياً، استخدام التقنية السابقة مع جهاز المحاكاة مجموعة الإرشادات لمحاكاة أي كود آلة أو الوسطية (كود البايت) لأي معالج/ لغة في لغة أخرى التي لا تدعم المؤشرات مطلقاً (على سبيل المثال، لغة Java / لغة JavaScript). لتحقيق هذا، يمكن تحميل الشفرة الثنائية بدايةً إلى وحدات بايت مرتبطة من المصفوفة لمحاكاة "القراءة"، التفسير والعمل كلياً مع الذاكرة المحتوية على نفس المصفوفة. إذا كان ضرورياً، لتجنب مشاكل تجاوز سعة المخزن كليةً يمكن للتدقيق الفائق العمل للمجمع (أو إذا لم يكن، كتابة الكود في جهاز المحاكاة)

• Pointers and Memory Introduction to pointers – Stanford Computer Science Education Library
• 0pointer.de A terse list of minimum length source codes that dereference a null pointer in several different programming languages
• "The C book" - containing pointer examples in ANSI C

• بوابة برمجة الحاسوب