union

本集目標

認識 union——所有欄位共享同一塊記憶體。

概念說明

什麼是 union

struct 的每個欄位各佔一塊記憶體。union 不一樣——所有欄位共享同一塊記憶體：

union IntOrBool {
    i: i32,
    b: bool,
}

fn main() {}

IntOrBool 的大小是最大欄位的大小（4 bytes）。i 和 b 佔的是同一塊記憶體——寫入 i 會覆蓋 b 的內容。

寫入不需要 unsafe，讀取需要

union IntOrBool {
    i: i32,
    b: bool,
}

fn main() {
    let u = IntOrBool { i: 1 };
    let value = unsafe { u.i }; // 讀取需要 unsafe
}

為什麼讀取需要 unsafe？因為 Rust 不知道你上次寫入的是哪個欄位。bool 在記憶體中必須是 0 或 1。如果你用 i 寫入 42，再用 b 讀出來，那塊記憶體的內容是 42——對 bool 來說不是有效的值，這是未定義行為。讀取 union 欄位時，你必須自己保證記憶體裡的內容對你要讀的型別是有效的——編譯器檢查不了這件事，所以要 unsafe。

跟 enum 的差別

用途：FFI

union 在純 Rust 裡幾乎用不到——enum 更安全也更好用。union 存在的主要原因是跟 C 語言互動：C 有 union，你需要 Rust 版的 union 來對應它的記憶體佈局。

範例程式碼

union IntOrBool {
    i: i32,
    b: bool,
}

fn main() {
    // 寫入不需要 unsafe
    let u = IntOrBool { b: true };

    // 讀取需要 unsafe
    unsafe {
        // 寫 b 讀 b，沒問題
        println!("b = {}", u.b);
    }

    let v = IntOrBool { i: 42 };
    unsafe {
        println!("i = {}", v.i);
        // 千萬不要這樣做：
        // println!("b = {}", v.b);
        // bool 必須是 0 或 1，但這塊記憶體是 42 → 未定義行為！
    }

    // union 的大小 = 最大欄位的大小
    println!("size: {} bytes", std::mem::size_of::<IntOrBool>()); // 4
}

重點整理

• union 的所有欄位共享同一塊記憶體
• 寫入不需要 unsafe，讀取需要——因為 Rust 不知道裡面存的是哪個欄位
• 讀取時你必須保證記憶體內容對該型別有效——bool 必須是 0 或 1，寫入 42 後讀 b 是未定義行為
• 跟 enum 不同：union 沒有 discriminant，不追蹤目前是哪個 variant
• 主要用途是 FFI（跟 C 語言的 union 對應）