Julia中Union{Nothing,String}与Union{Nothing,Bool}矩阵初始化报错问题

核心原因：数组内存布局差异 #

Julia中数组的undef初始化行为完全由元素类型的内存布局决定：

• 当数组元素类型是全isbits类型的Union：Nothing和Bool都属于不可变、无需GC追踪的isbits值类型，因此Union{Nothing,Bool}属于isbits Union。这类数组的元素直接inline存储在数组的内存块中，使用undef初始化时，Julia会自动将类型标记设为Union的第一个成员的默认值，因此你得到的数组所有元素都是nothing，不存在未定义引用。
• 当数组元素类型的Union包含非isbits类型：String是引用类型，不属于isbits类型，因此Union{Nothing,String}和Union{Nothing,Bool,String}都不属于isbits Union。这类数组的元素是指向堆内存的指针，undef初始化只会分配指针数组的存储空间，不会给指针指向的内容赋值，因此所有未手动赋值的元素都是#undef（未定义引用）。

你可以单独给Union{Nothing,String}类型的矩阵的指定位置赋值字符串且正常生效，是因为直接赋值操作只会覆盖对应位置的指针，不需要读取该位置原本的#undef值，因此不会触发错误。只有当你需要读取#undef位置的值的时候才会报错，比如遍历数组、整体赋值、打印未赋值的元素等操作都会触发读取，从而抛出UndefRefError。

赋值报错的具体原因 #

你构造的三类型大矩阵Array{Union{Nothing, Bool, String}}(undef,10,5)属于引用存储类型，未手动赋值的位置都是#undef：

• 赋值给Union{Nothing,Bool}类型矩阵时操作正常，说明你操作的前5行元素都已经被手动赋值为Nothing或Bool类型，不存在未定义引用，读取这些元素不会触发错误。
• 赋值给Union{Nothing,String}类型矩阵时抛出UndefRefError，说明你读取的源矩阵对应位置存在未赋值的#undef元素，访问这些元素时直接触发了未定义引用错误，和类型转换无关。

解决方案 #

如果需要所有数组初始化后默认值为nothing，不要使用undef初始化，改用主动填充的方式：

# 初始化全nothing的Union{Nothing,String} 5×5矩阵
mat = fill(nothing, Union{Nothing,String}, 5, 5)
# 或者先生成undef数组再填充
mat = Array{Union{Nothing,String},2}(undef,5,5)
fill!(mat, nothing)

这样初始化的数组所有元素都是合法的nothing值，不会出现#undef，后续赋值和访问都不会触发未定义引用错误。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Pablo