如何在Rust中创建泛型零大小类型（ZST）的实例？

问题背景 #

我需要在泛型代码中，当类型参数T是零大小类型（ZST）时创建其实例，同时要严格避免未定义行为（UB）：

• 排除《Rustonomicon》中ptr::read(NonNull::<T>::dangling().as_ptr())的方案，该代码存在UB风险
• 也不使用std::mem::MaybeUninit::<T>::uninit().assume_init()，同样存在UB风险

核心需求是适配所有ZST类型：

• 无论该类型是否实现Default trait
• 覆盖空结构体（struct Zst;、struct Zst{}）、空元组（()）、空或单值枚举（enum Zst;、enum Zst { TheOnlyValue }）、空数组（[u8; 0]）及各类组合类型

最终要在如下泛型迭代器实现中完成逻辑：

impl<T> Iterator for RawIter<T> {
    type Item = T;
    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
        if size_of::<T>() == 0 {
            // 这里需要返回T的实例
            Some(???);
        }
        // 非ZST的逻辑...
    }
}

解决方案：使用std::mem::zeroed #

优先选择std::mem::zeroed::<T>()，它写法简洁且对所有ZST安全。

为什么zeroed对ZST安全？ #

零大小类型不占用任何内存空间，zeroed不需要写入实际数据。Rust编译器会将ZST的zeroed调用优化为直接返回合法实例——因为ZST的所有可能实例语义等价（无状态差异），零初始化的结果完全符合类型的合法值要求，不存在UB风险。

最终实现代码 #

将迭代器中的占位符替换为zeroed即可：

use std::mem::{size_of, zeroed};

impl<T> Iterator for RawIter<T> {
    type Item = T;
    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
        if size_of::<T>() == 0 {
            // 安全创建ZST实例
            Some(unsafe { zeroed() })
        } else {
            // 非ZST类型的处理逻辑，示例返回None
            None
        }
    }
}

适配验证 #

这个实现可以处理所有目标ZST类型：

• 空元组()：zeroed()返回合法的()实例
• 空结构体struct Zst;：直接返回该结构体的唯一实例
• 单值枚举enum Zst { Only }：返回枚举的唯一有效变体
• 空数组[u8; 0]：返回合法的空数组实例

注意事项 #

zeroed需要包裹在unsafe块中，但对于ZST场景，这个unsafe是安全的——既不存在内存初始化问题，也不会违反任何类型的不变量。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Robin Kuzmin