]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/doc/reference.md
mk: The beta channel produces things called 'beta'
[rust.git] / src / doc / reference.md
1 % The Rust Reference
2
3 # Introduction
4
5 This document is the primary reference for the Rust programming language. It
6 provides three kinds of material:
7
8   - Chapters that formally define the language grammar and, for each
9     construct, informally describe its semantics and give examples of its
10     use.
11   - Chapters that informally describe the memory model, concurrency model,
12     runtime services, linkage model and debugging facilities.
13   - Appendix chapters providing rationale and references to languages that
14     influenced the design.
15
16 This document does not serve as an introduction to the language. Background
17 familiarity with the language is assumed. A separate [book] is available to
18 help acquire such background familiarity.
19
20 This document also does not serve as a reference to the [standard] library
21 included in the language distribution. Those libraries are documented
22 separately by extracting documentation attributes from their source code. Many
23 of the features that one might expect to be language features are library
24 features in Rust, so what you're looking for may be there, not here.
25
26 [book]: book/index.html
27 [standard]: std/index.html
28
29 # Notation
30
31 Rust's grammar is defined over Unicode codepoints, each conventionally denoted
32 `U+XXXX`, for 4 or more hexadecimal digits `X`. _Most_ of Rust's grammar is
33 confined to the ASCII range of Unicode, and is described in this document by a
34 dialect of Extended Backus-Naur Form (EBNF), specifically a dialect of EBNF
35 supported by common automated LL(k) parsing tools such as `llgen`, rather than
36 the dialect given in ISO 14977. The dialect can be defined self-referentially
37 as follows:
38
39 ```{.ebnf .notation}
40 grammar : rule + ;
41 rule    : nonterminal ':' productionrule ';' ;
42 productionrule : production [ '|' production ] * ;
43 production : term * ;
44 term : element repeats ;
45 element : LITERAL | IDENTIFIER | '[' productionrule ']' ;
46 repeats : [ '*' | '+' ] NUMBER ? | NUMBER ? | '?' ;
47 ```
48
49 Where:
50
51 - Whitespace in the grammar is ignored.
52 - Square brackets are used to group rules.
53 - `LITERAL` is a single printable ASCII character, or an escaped hexadecimal
54   ASCII code of the form `\xQQ`, in single quotes, denoting the corresponding
55   Unicode codepoint `U+00QQ`.
56 - `IDENTIFIER` is a nonempty string of ASCII letters and underscores.
57 - The `repeat` forms apply to the adjacent `element`, and are as follows:
58   - `?` means zero or one repetition
59   - `*` means zero or more repetitions
60   - `+` means one or more repetitions
61   - NUMBER trailing a repeat symbol gives a maximum repetition count
62   - NUMBER on its own gives an exact repetition count
63
64 This EBNF dialect should hopefully be familiar to many readers.
65
66 ## Unicode productions
67
68 A few productions in Rust's grammar permit Unicode codepoints outside the ASCII
69 range. We define these productions in terms of character properties specified
70 in the Unicode standard, rather than in terms of ASCII-range codepoints. The
71 section [Special Unicode Productions](#special-unicode-productions) lists these
72 productions.
73
74 ## String table productions
75
76 Some rules in the grammar — notably [unary
77 operators](#unary-operator-expressions), [binary
78 operators](#binary-operator-expressions), and [keywords](#keywords) — are
79 given in a simplified form: as a listing of a table of unquoted, printable
80 whitespace-separated strings. These cases form a subset of the rules regarding
81 the [token](#tokens) rule, and are assumed to be the result of a
82 lexical-analysis phase feeding the parser, driven by a DFA, operating over the
83 disjunction of all such string table entries.
84
85 When such a string enclosed in double-quotes (`"`) occurs inside the grammar,
86 it is an implicit reference to a single member of such a string table
87 production. See [tokens](#tokens) for more information.
88
89 # Lexical structure
90
91 ## Input format
92
93 Rust input is interpreted as a sequence of Unicode codepoints encoded in UTF-8.
94 Most Rust grammar rules are defined in terms of printable ASCII-range
95 codepoints, but a small number are defined in terms of Unicode properties or
96 explicit codepoint lists. [^inputformat]
97
98 [^inputformat]: Substitute definitions for the special Unicode productions are
99   provided to the grammar verifier, restricted to ASCII range, when verifying the
100   grammar in this document.
101
102 ## Special Unicode Productions
103
104 The following productions in the Rust grammar are defined in terms of Unicode
105 properties: `ident`, `non_null`, `non_star`, `non_eol`, `non_slash_or_star`,
106 `non_single_quote` and `non_double_quote`.
107
108 ### Identifiers
109
110 The `ident` production is any nonempty Unicode string of the following form:
111
112 - The first character has property `XID_start`
113 - The remaining characters have property `XID_continue`
114
115 that does _not_ occur in the set of [keywords](#keywords).
116
117 > **Note**: `XID_start` and `XID_continue` as character properties cover the
118 > character ranges used to form the more familiar C and Java language-family
119 > identifiers.
120
121 ### Delimiter-restricted productions
122
123 Some productions are defined by exclusion of particular Unicode characters:
124
125 - `non_null` is any single Unicode character aside from `U+0000` (null)
126 - `non_eol` is `non_null` restricted to exclude `U+000A` (`'\n'`)
127 - `non_star` is `non_null` restricted to exclude `U+002A` (`*`)
128 - `non_slash_or_star` is `non_null` restricted to exclude `U+002F` (`/`) and `U+002A` (`*`)
129 - `non_single_quote` is `non_null` restricted to exclude `U+0027`  (`'`)
130 - `non_double_quote` is `non_null` restricted to exclude `U+0022` (`"`)
131
132 ## Comments
133
134 ```{.ebnf .gram}
135 comment : block_comment | line_comment ;
136 block_comment : "/*" block_comment_body * "*/" ;
137 block_comment_body : [block_comment | character] * ;
138 line_comment : "//" non_eol * ;
139 ```
140
141 Comments in Rust code follow the general C++ style of line and block-comment
142 forms. Nested block comments are supported.
143
144 Line comments beginning with exactly _three_ slashes (`///`), and block
145 comments beginning with exactly one repeated asterisk in the block-open
146 sequence (`/**`), are interpreted as a special syntax for `doc`
147 [attributes](#attributes). That is, they are equivalent to writing
148 `#[doc="..."]` around the body of the comment (this includes the comment
149 characters themselves, ie `/// Foo` turns into `#[doc="/// Foo"]`).
150
151 `//!` comments apply to the parent of the comment, rather than the item that
152 follows. `//!` comments are usually used to display information on the crate
153 index page.
154
155 Non-doc comments are interpreted as a form of whitespace.
156
157 ## Whitespace
158
159 ```{.ebnf .gram}
160 whitespace_char : '\x20' | '\x09' | '\x0a' | '\x0d' ;
161 whitespace : [ whitespace_char | comment ] + ;
162 ```
163
164 The `whitespace_char` production is any nonempty Unicode string consisting of
165 any of the following Unicode characters: `U+0020` (space, `' '`), `U+0009`
166 (tab, `'\t'`), `U+000A` (LF, `'\n'`), `U+000D` (CR, `'\r'`).
167
168 Rust is a "free-form" language, meaning that all forms of whitespace serve only
169 to separate _tokens_ in the grammar, and have no semantic significance.
170
171 A Rust program has identical meaning if each whitespace element is replaced
172 with any other legal whitespace element, such as a single space character.
173
174 ## Tokens
175
176 ```{.ebnf .gram}
177 simple_token : keyword | unop | binop ;
178 token : simple_token | ident | literal | symbol | whitespace token ;
179 ```
180
181 Tokens are primitive productions in the grammar defined by regular
182 (non-recursive) languages. "Simple" tokens are given in [string table
183 production](#string-table-productions) form, and occur in the rest of the
184 grammar as double-quoted strings. Other tokens have exact rules given.
185
186 ### Keywords
187
188 <p id="keyword-table-marker"></p>
189
190 |          |          |          |          |         |
191 |----------|----------|----------|----------|---------|
192 | abstract | alignof  | as       | be       | box     |
193 | break    | const    | continue | crate    | do      |
194 | else     | enum     | extern   | false    | final   |
195 | fn       | for      | if       | impl     | in      |
196 | let      | loop     | macro    | match    | mod     |
197 | move     | mut      | offsetof | override | priv    |
198 | pub      | pure     | ref      | return   | sizeof  |
199 | static   | self     | struct   | super    | true    |
200 | trait    | type     | typeof   | unsafe   | unsized |
201 | use      | virtual  | where    | while    | yield   |
202
203
204 Each of these keywords has special meaning in its grammar, and all of them are
205 excluded from the `ident` rule.
206
207 Note that some of these keywords are reserved, and do not currently do
208 anything.
209
210 ### Literals
211
212 A literal is an expression consisting of a single token, rather than a sequence
213 of tokens, that immediately and directly denotes the value it evaluates to,
214 rather than referring to it by name or some other evaluation rule. A literal is
215 a form of constant expression, so is evaluated (primarily) at compile time.
216
217 ```{.ebnf .gram}
218 lit_suffix : ident;
219 literal : [ string_lit | char_lit | byte_string_lit | byte_lit | num_lit ] lit_suffix ?;
220 ```
221
222 The optional suffix is only used for certain numeric literals, but is
223 reserved for future extension, that is, the above gives the lexical
224 grammar, but a Rust parser will reject everything but the 12 special
225 cases mentioned in [Number literals](#number-literals) below.
226
227 #### Examples
228
229 ##### Characters and strings
230
231 |   | Example | Number of `#` pairs allowed | Available characters | Escapes | Equivalent to |
232 |---|---------|-----------------------------|----------------------|---------|---------------|
233 | [Character](#character-literals) | `'H'` | `N/A` | All unicode | `\'` & [Byte escapes](#byte-escapes) & [Unicode escapes](#unicode-escapes) | `N/A` |
234 | [String](#string-literals) | `"hello"` | `N/A` | All unicode | `\"` & [Byte escapes](#byte-escapes) & [Unicode escapes](#unicode-escapes) | `N/A` |
235 | [Raw](#raw-string-literals) | `r##"hello"##`  | `0...` | All unicode | `N/A` | `N/A` |
236 | [Byte](#byte-literals) | `b'H'` | `N/A` | All ASCII | `\'` & [Byte escapes](#byte-escapes) | `u8` |
237 | [Byte string](#byte-string-literals) | `b"hello"` | `N/A`  | All ASCII | `\"` & [Byte escapes](#byte-escapes) | `&'static [u8]` |
238 | [Raw byte string](#raw-byte-string-literals) | `br##"hello"##` | `0...` | All ASCII | `N/A` | `&'static [u8]` (unsure...not stated) |
239
240 ##### Byte escapes
241
242 |   | Name |
243 |---|------|
244 | `\x7F` | 8-bit character code (exactly 2 digits) |
245 | `\n` | Newline |
246 | `\r` | Carriage return |
247 | `\t` | Tab |
248 | `\\` | Backslash |
249
250 ##### Unicode escapes
251 |   | Name |
252 |---|------|
253 | `\u7FFF` | 16-bit character code (exactly 4 digits) |
254 | `\U7EEEFFFF` | 32-bit character code (exactly 8 digits) |
255
256 ##### Numbers
257
258 | [Number literals](#number-literals)`*` | Example | Exponentiation | Suffixes |
259 |----------------------------------------|---------|----------------|----------|
260 | Decimal integer | `98_222i` | `N/A` | Integer suffixes |
261 | Hex integer | `0xffi` | `N/A` | Integer suffixes |
262 | Octal integer | `0o77i` | `N/A` | Integer suffixes |
263 | Binary integer | `0b1111_0000i` | `N/A` | Integer suffixes |
264 | Floating-point | `123.0E+77f64` | `Optional` | Floating-point suffixes |
265
266 `*` All number literals allow `_` as a visual separator: `1_234.0E+18f64`
267
268 ##### Suffixes
269 | Integer | Floating-point |
270 |---------|----------------|
271 | `i` (`int`), `u` (`uint`), `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64` | `f32`, `f64` |
272
273 #### Character and string literals
274
275 ```{.ebnf .gram}
276 char_lit : '\x27' char_body '\x27' ;
277 string_lit : '"' string_body * '"' | 'r' raw_string ;
278
279 char_body : non_single_quote
280           | '\x5c' [ '\x27' | common_escape | unicode_escape ] ;
281
282 string_body : non_double_quote
283             | '\x5c' [ '\x22' | common_escape | unicode_escape ] ;
284 raw_string : '"' raw_string_body '"' | '#' raw_string '#' ;
285
286 common_escape : '\x5c'
287               | 'n' | 'r' | 't' | '0'
288               | 'x' hex_digit 2
289 unicode_escape : 'u' hex_digit 4
290                | 'U' hex_digit 8 ;
291
292 hex_digit : 'a' | 'b' | 'c' | 'd' | 'e' | 'f'
293           | 'A' | 'B' | 'C' | 'D' | 'E' | 'F'
294           | dec_digit ;
295 oct_digit : '0' | '1' | '2' | '3' | '4' | '5' | '6' | '7' ;
296 dec_digit : '0' | nonzero_dec ;
297 nonzero_dec: '1' | '2' | '3' | '4'
298            | '5' | '6' | '7' | '8' | '9' ;
299 ```
300
301 ##### Character literals
302
303 A _character literal_ is a single Unicode character enclosed within two
304 `U+0027` (single-quote) characters, with the exception of `U+0027` itself,
305 which must be _escaped_ by a preceding U+005C character (`\`).
306
307 ##### String literals
308
309 A _string literal_ is a sequence of any Unicode characters enclosed within two
310 `U+0022` (double-quote) characters, with the exception of `U+0022` itself,
311 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`), or a _raw
312 string literal_.
313
314 ##### Character escapes
315
316 Some additional _escapes_ are available in either character or non-raw string
317 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
318 following forms:
319
320 * An _8-bit codepoint escape_ escape starts with `U+0078` (`x`) and is
321   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the Unicode codepoint
322   equal to the provided hex value.
323 * A _16-bit codepoint escape_ starts with `U+0075` (`u`) and is followed
324   by exactly four _hex digits_. It denotes the Unicode codepoint equal to
325   the provided hex value.
326 * A _32-bit codepoint escape_ starts with `U+0055` (`U`) and is followed
327   by exactly eight _hex digits_. It denotes the Unicode codepoint equal to
328   the provided hex value.
329 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
330   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the unicode values `U+000A` (LF),
331   `U+000D` (CR) or `U+0009` (HT) respectively.
332 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
333   escaped in order to denote *itself*.
334
335 ##### Raw string literals
336
337 Raw string literals do not process any escapes. They start with the character
338 `U+0072` (`r`), followed by zero or more of the character `U+0023` (`#`) and a
339 `U+0022` (double-quote) character. The _raw string body_ is not defined in the
340 EBNF grammar above: it can contain any sequence of Unicode characters and is
341 terminated only by another `U+0022` (double-quote) character, followed by the
342 same number of `U+0023` (`#`) characters that preceded the opening `U+0022`
343 (double-quote) character.
344
345 All Unicode characters contained in the raw string body represent themselves,
346 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
347 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
348 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
349
350 Examples for string literals:
351
352 ```
353 "foo"; r"foo";                     // foo
354 "\"foo\""; r#""foo""#;             // "foo"
355
356 "foo #\"# bar";
357 r##"foo #"# bar"##;                // foo #"# bar
358
359 "\x52"; "R"; r"R";                 // R
360 "\\x52"; r"\x52";                  // \x52
361 ```
362
363 #### Byte and byte string literals
364
365 ```{.ebnf .gram}
366 byte_lit : "b\x27" byte_body '\x27' ;
367 byte_string_lit : "b\x22" string_body * '\x22' | "br" raw_byte_string ;
368
369 byte_body : ascii_non_single_quote
370           | '\x5c' [ '\x27' | common_escape ] ;
371
372 byte_string_body : ascii_non_double_quote
373             | '\x5c' [ '\x22' | common_escape ] ;
374 raw_byte_string : '"' raw_byte_string_body '"' | '#' raw_byte_string '#' ;
375
376 ```
377
378 ##### Byte literals
379
380 A _byte literal_ is a single ASCII character (in the `U+0000` to `U+007F`
381 range) enclosed within two `U+0027` (single-quote) characters, with the
382 exception of `U+0027` itself, which must be _escaped_ by a preceding U+005C
383 character (`\`), or a single _escape_. It is equivalent to a `u8` unsigned
384 8-bit integer _number literal_.
385
386 ##### Byte string literals
387
388 A _byte string literal_ is a sequence of ASCII characters and _escapes_
389 enclosed within two `U+0022` (double-quote) characters, with the exception of
390 `U+0022` itself, which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character
391 (`\`), or a _raw byte string literal_. It is equivalent to a `&'static [u8]`
392 borrowed array of unsigned 8-bit integers.
393
394 Some additional _escapes_ are available in either byte or non-raw byte string
395 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
396 following forms:
397
398 * An _byte escape_ escape starts with `U+0078` (`x`) and is
399   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the byte
400   equal to the provided hex value.
401 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
402   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the bytes values `0x0A` (ASCII LF),
403   `0x0D` (ASCII CR) or `0x09` (ASCII HT) respectively.
404 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
405   escaped in order to denote its ASCII encoding `0x5C`.
406
407 ##### Raw byte string literals
408
409 Raw byte string literals do not process any escapes. They start with the
410 character `U+0062` (`b`), followed by `U+0072` (`r`), followed by zero or more
411 of the character `U+0023` (`#`), and a `U+0022` (double-quote) character. The
412 _raw string body_ is not defined in the EBNF grammar above: it can contain any
413 sequence of ASCII characters and is terminated only by another `U+0022`
414 (double-quote) character, followed by the same number of `U+0023` (`#`)
415 characters that preceded the opening `U+0022` (double-quote) character. A raw
416 byte string literal can not contain any non-ASCII byte.
417
418 All characters contained in the raw string body represent their ASCII encoding,
419 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
420 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
421 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
422
423 Examples for byte string literals:
424
425 ```
426 b"foo"; br"foo";                     // foo
427 b"\"foo\""; br#""foo""#;             // "foo"
428
429 b"foo #\"# bar";
430 br##"foo #"# bar"##;                 // foo #"# bar
431
432 b"\x52"; b"R"; br"R";                // R
433 b"\\x52"; br"\x52";                  // \x52
434 ```
435
436 #### Number literals
437
438 ```{.ebnf .gram}
439 num_lit : nonzero_dec [ dec_digit | '_' ] * float_suffix ?
440         | '0' [       [ dec_digit | '_' ] * float_suffix ?
441               | 'b'   [ '1' | '0' | '_' ] +
442               | 'o'   [ oct_digit | '_' ] +
443               | 'x'   [ hex_digit | '_' ] +  ] ;
444
445 float_suffix : [ exponent | '.' dec_lit exponent ? ] ? ;
446
447 exponent : ['E' | 'e'] ['-' | '+' ] ? dec_lit ;
448 dec_lit : [ dec_digit | '_' ] + ;
449 ```
450
451 A _number literal_ is either an _integer literal_ or a _floating-point
452 literal_. The grammar for recognizing the two kinds of literals is mixed.
453
454 ##### Integer literals
455
456 An _integer literal_ has one of four forms:
457
458 * A _decimal literal_ starts with a *decimal digit* and continues with any
459   mixture of *decimal digits* and _underscores_.
460 * A _hex literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0078`
461   (`0x`) and continues as any mixture of hex digits and underscores.
462 * An _octal literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+006F`
463   (`0o`) and continues as any mixture of octal digits and underscores.
464 * A _binary literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0062`
465   (`0b`) and continues as any mixture of binary digits and underscores.
466
467 Like any literal, an integer literal may be followed (immediately,
468 without any spaces) by an _integer suffix_, which forcibly sets the
469 type of the literal. There are 10 valid values for an integer suffix:
470
471 * The `i` and `u` suffixes give the literal type `int` or `uint`,
472   respectively.
473 * Each of the signed and unsigned machine types `u8`, `i8`,
474   `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64` and `i64`
475   give the literal the corresponding machine type.
476
477 The type of an _unsuffixed_ integer literal is determined by type inference.
478 If an integer type can be _uniquely_ determined from the surrounding program
479 context, the unsuffixed integer literal has that type. If the program context
480 underconstrains the type, it is considered a static type error; if the program
481 context overconstrains the type, it is also considered a static type error.
482
483 Examples of integer literals of various forms:
484
485 ```
486 123i;                              // type int
487 123u;                              // type uint
488 123_u;                             // type uint
489 0xff_u8;                           // type u8
490 0o70_i16;                          // type i16
491 0b1111_1111_1001_0000_i32;         // type i32
492 ```
493
494 ##### Floating-point literals
495
496 A _floating-point literal_ has one of two forms:
497
498 * A _decimal literal_ followed by a period character `U+002E` (`.`). This is
499   optionally followed by another decimal literal, with an optional _exponent_.
500 * A single _decimal literal_ followed by an _exponent_.
501
502 By default, a floating-point literal has a generic type, and, like integer
503 literals, the type must be uniquely determined from the context. There are two valid
504 _floating-point suffixes_, `f32` and `f64` (the 32-bit and 64-bit floating point
505 types), which explicitly determine the type of the literal.
506
507 Examples of floating-point literals of various forms:
508
509 ```
510 123.0f64;        // type f64
511 0.1f64;          // type f64
512 0.1f32;          // type f32
513 12E+99_f64;      // type f64
514 let x: f64 = 2.; // type f64
515 ```
516
517 This last example is different because it is not possible to use the suffix
518 syntax with a floating point literal ending in a period. `2.f64` would attempt
519 to call a method named `f64` on `2`.
520
521 #### Boolean literals
522
523 The two values of the boolean type are written `true` and `false`.
524
525 ### Symbols
526
527 ```{.ebnf .gram}
528 symbol : "::" | "->"
529        | '#' | '[' | ']' | '(' | ')' | '{' | '}'
530        | ',' | ';' ;
531 ```
532
533 Symbols are a general class of printable [token](#tokens) that play structural
534 roles in a variety of grammar productions. They are catalogued here for
535 completeness as the set of remaining miscellaneous printable tokens that do not
536 otherwise appear as [unary operators](#unary-operator-expressions), [binary
537 operators](#binary-operator-expressions), or [keywords](#keywords).
538
539
540 ## Paths
541
542 ```{.ebnf .gram}
543 expr_path : [ "::" ] ident [ "::" expr_path_tail ] + ;
544 expr_path_tail : '<' type_expr [ ',' type_expr ] + '>'
545                | expr_path ;
546
547 type_path : ident [ type_path_tail ] + ;
548 type_path_tail : '<' type_expr [ ',' type_expr ] + '>'
549                | "::" type_path ;
550 ```
551
552 A _path_ is a sequence of one or more path components _logically_ separated by
553 a namespace qualifier (`::`). If a path consists of only one component, it may
554 refer to either an [item](#items) or a [slot](#memory-slots) in a local control
555 scope. If a path has multiple components, it refers to an item.
556
557 Every item has a _canonical path_ within its crate, but the path naming an item
558 is only meaningful within a given crate. There is no global namespace across
559 crates; an item's canonical path merely identifies it within the crate.
560
561 Two examples of simple paths consisting of only identifier components:
562
563 ```{.ignore}
564 x;
565 x::y::z;
566 ```
567
568 Path components are usually [identifiers](#identifiers), but the trailing
569 component of a path may be an angle-bracket-enclosed list of type arguments. In
570 [expression](#expressions) context, the type argument list is given after a
571 final (`::`) namespace qualifier in order to disambiguate it from a relational
572 expression involving the less-than symbol (`<`). In type expression context,
573 the final namespace qualifier is omitted.
574
575 Two examples of paths with type arguments:
576
577 ```
578 # struct HashMap<K, V>;
579 # fn f() {
580 # fn id<T>(t: T) -> T { t }
581 type T = HashMap<int,String>;  // Type arguments used in a type expression
582 let x = id::<int>(10);       // Type arguments used in a call expression
583 # }
584 ```
585
586 Paths can be denoted with various leading qualifiers to change the meaning of
587 how it is resolved:
588
589 * Paths starting with `::` are considered to be global paths where the
590   components of the path start being resolved from the crate root. Each
591   identifier in the path must resolve to an item.
592
593 ```rust
594 mod a {
595     pub fn foo() {}
596 }
597 mod b {
598     pub fn foo() {
599         ::a::foo(); // call a's foo function
600     }
601 }
602 # fn main() {}
603 ```
604
605 * Paths starting with the keyword `super` begin resolution relative to the
606   parent module. Each further identifier must resolve to an item.
607
608 ```rust
609 mod a {
610     pub fn foo() {}
611 }
612 mod b {
613     pub fn foo() {
614         super::a::foo(); // call a's foo function
615     }
616 }
617 # fn main() {}
618 ```
619
620 * Paths starting with the keyword `self` begin resolution relative to the
621   current module. Each further identifier must resolve to an item.
622
623 ```rust
624 fn foo() {}
625 fn bar() {
626     self::foo();
627 }
628 # fn main() {}
629 ```
630
631 # Syntax extensions
632
633 A number of minor features of Rust are not central enough to have their own
634 syntax, and yet are not implementable as functions. Instead, they are given
635 names, and invoked through a consistent syntax: `name!(...)`. Examples include:
636
637 * `format!` : format data into a string
638 * `env!` : look up an environment variable's value at compile time
639 * `file!`: return the path to the file being compiled
640 * `stringify!` : pretty-print the Rust expression given as an argument
641 * `include!` : include the Rust expression in the given file
642 * `include_str!` : include the contents of the given file as a string
643 * `include_bytes!` : include the contents of the given file as a binary blob
644 * `error!`, `warn!`, `info!`, `debug!` : provide diagnostic information.
645
646 All of the above extensions are expressions with values.
647
648 Users of `rustc` can define new syntax extensions in two ways:
649
650 * [Compiler plugins](book/syntax-extensions.html) can include arbitrary
651   Rust code that manipulates syntax trees at compile time.
652
653 * [Macros](book/macros.html) define new syntax in a higher-level,
654   declarative way.
655
656 ## Macros
657
658 ```{.ebnf .gram}
659 expr_macro_rules : "macro_rules" '!' ident '(' macro_rule * ')' ;
660 macro_rule : '(' matcher * ')' "=>" '(' transcriber * ')' ';' ;
661 matcher : '(' matcher * ')' | '[' matcher * ']'
662         | '{' matcher * '}' | '$' ident ':' ident
663         | '$' '(' matcher * ')' sep_token? [ '*' | '+' ]
664         | non_special_token ;
665 transcriber : '(' transcriber * ')' | '[' transcriber * ']'
666             | '{' transcriber * '}' | '$' ident
667             | '$' '(' transcriber * ')' sep_token? [ '*' | '+' ]
668             | non_special_token ;
669 ```
670
671 `macro_rules` allows users to define syntax extension in a declarative way.  We
672 call such extensions "macros by example" or simply "macros" â€” to be distinguished
673 from the "procedural macros" defined in [compiler plugins][plugin].
674
675 Currently, macros can expand to expressions, statements, items, or patterns.
676
677 (A `sep_token` is any token other than `*` and `+`. A `non_special_token` is
678 any token other than a delimiter or `$`.)
679
680 The macro expander looks up macro invocations by name, and tries each macro
681 rule in turn. It transcribes the first successful match. Matching and
682 transcription are closely related to each other, and we will describe them
683 together.
684
685 ### Macro By Example
686
687 The macro expander matches and transcribes every token that does not begin with
688 a `$` literally, including delimiters. For parsing reasons, delimiters must be
689 balanced, but they are otherwise not special.
690
691 In the matcher, `$` _name_ `:` _designator_ matches the nonterminal in the Rust
692 syntax named by _designator_. Valid designators are `item`, `block`, `stmt`,
693 `pat`, `expr`, `ty` (type), `ident`, `path`, `tt` (either side of the `=>`
694 in macro rules). In the transcriber, the designator is already known, and so
695 only the name of a matched nonterminal comes after the dollar sign.
696
697 In both the matcher and transcriber, the Kleene star-like operator indicates
698 repetition. The Kleene star operator consists of `$` and parens, optionally
699 followed by a separator token, followed by `*` or `+`. `*` means zero or more
700 repetitions, `+` means at least one repetition. The parens are not matched or
701 transcribed. On the matcher side, a name is bound to _all_ of the names it
702 matches, in a structure that mimics the structure of the repetition encountered
703 on a successful match. The job of the transcriber is to sort that structure
704 out.
705
706 The rules for transcription of these repetitions are called "Macro By Example".
707 Essentially, one "layer" of repetition is discharged at a time, and all of them
708 must be discharged by the time a name is transcribed. Therefore, `( $( $i:ident
709 ),* ) => ( $i )` is an invalid macro, but `( $( $i:ident ),* ) => ( $( $i:ident
710 ),*  )` is acceptable (if trivial).
711
712 When Macro By Example encounters a repetition, it examines all of the `$`
713 _name_ s that occur in its body. At the "current layer", they all must repeat
714 the same number of times, so ` ( $( $i:ident ),* ; $( $j:ident ),* ) => ( $(
715 ($i,$j) ),* )` is valid if given the argument `(a,b,c ; d,e,f)`, but not
716 `(a,b,c ; d,e)`. The repetition walks through the choices at that layer in
717 lockstep, so the former input transcribes to `( (a,d), (b,e), (c,f) )`.
718
719 Nested repetitions are allowed.
720
721 ### Parsing limitations
722
723 The parser used by the macro system is reasonably powerful, but the parsing of
724 Rust syntax is restricted in two ways:
725
726 1. The parser will always parse as much as possible. If it attempts to match
727    `$i:expr [ , ]` against `8 [ , ]`, it will attempt to parse `i` as an array
728    index operation and fail. Adding a separator can solve this problem.
729 2. The parser must have eliminated all ambiguity by the time it reaches a `$`
730    _name_ `:` _designator_. This requirement most often affects name-designator
731    pairs when they occur at the beginning of, or immediately after, a `$(...)*`;
732    requiring a distinctive token in front can solve the problem.
733
734 ## Syntax extensions useful for the macro author
735
736 * `log_syntax!` : print out the arguments at compile time
737 * `trace_macros!` : supply `true` or `false` to enable or disable macro expansion logging
738 * `stringify!` : turn the identifier argument into a string literal
739 * `concat!` : concatenates a comma-separated list of literals
740 * `concat_idents!` : create a new identifier by concatenating the arguments
741
742 # Crates and source files
743
744 Rust is a *compiled* language. Its semantics obey a *phase distinction*
745 between compile-time and run-time. Those semantic rules that have a *static
746 interpretation* govern the success or failure of compilation. We refer to
747 these rules as "static semantics". Semantic rules called "dynamic semantics"
748 govern the behavior of programs at run-time. A program that fails to compile
749 due to violation of a compile-time rule has no defined dynamic semantics; the
750 compiler should halt with an error report, and produce no executable artifact.
751
752 The compilation model centers on artifacts called _crates_. Each compilation
753 processes a single crate in source form, and if successful, produces a single
754 crate in binary form: either an executable or a library.[^cratesourcefile]
755
756 [^cratesourcefile]: A crate is somewhat analogous to an *assembly* in the
757     ECMA-335 CLI model, a *library* in the SML/NJ Compilation Manager, a *unit*
758     in the Owens and Flatt module system, or a *configuration* in Mesa.
759
760 A _crate_ is a unit of compilation and linking, as well as versioning,
761 distribution and runtime loading. A crate contains a _tree_ of nested
762 [module](#modules) scopes. The top level of this tree is a module that is
763 anonymous (from the point of view of paths within the module) and any item
764 within a crate has a canonical [module path](#paths) denoting its location
765 within the crate's module tree.
766
767 The Rust compiler is always invoked with a single source file as input, and
768 always produces a single output crate. The processing of that source file may
769 result in other source files being loaded as modules. Source files have the
770 extension `.rs`.
771
772 A Rust source file describes a module, the name and location of which &mdash;
773 in the module tree of the current crate &mdash; are defined from outside the
774 source file: either by an explicit `mod_item` in a referencing source file, or
775 by the name of the crate itself.
776
777 Each source file contains a sequence of zero or more `item` definitions, and
778 may optionally begin with any number of `attributes` that apply to the
779 containing module. Attributes on the anonymous crate module define important
780 metadata that influences the behavior of the compiler.
781
782 ```{.rust}
783 # #![allow(unused_attribute)]
784 // Crate name
785 #![crate_name = "projx"]
786
787 // Specify the output type
788 #![crate_type = "lib"]
789
790 // Turn on a warning
791 #![warn(non_camel_case_types)]
792 ```
793
794 A crate that contains a `main` function can be compiled to an executable. If a
795 `main` function is present, its return type must be [`unit`](#primitive-types)
796 and it must take no arguments.
797
798 # Items and attributes
799
800 Crates contain [items](#items), each of which may have some number of
801 [attributes](#attributes) attached to it.
802
803 ## Items
804
805 ```{.ebnf .gram}
806 item : mod_item | fn_item | type_item | struct_item | enum_item
807      | static_item | trait_item | impl_item | extern_block ;
808 ```
809
810 An _item_ is a component of a crate; some module items can be defined in crate
811 files, but most are defined in source files. Items are organized within a crate
812 by a nested set of [modules](#modules). Every crate has a single "outermost"
813 anonymous module; all further items within the crate have [paths](#paths)
814 within the module tree of the crate.
815
816 Items are entirely determined at compile-time, generally remain fixed during
817 execution, and may reside in read-only memory.
818
819 There are several kinds of item:
820
821 * [modules](#modules)
822 * [functions](#functions)
823 * [type definitions](#type-definitions)
824 * [structures](#structures)
825 * [enumerations](#enumerations)
826 * [static items](#static-items)
827 * [traits](#traits)
828 * [implementations](#implementations)
829
830 Some items form an implicit scope for the declaration of sub-items. In other
831 words, within a function or module, declarations of items can (in many cases)
832 be mixed with the statements, control blocks, and similar artifacts that
833 otherwise compose the item body. The meaning of these scoped items is the same
834 as if the item was declared outside the scope &mdash; it is still a static item
835 &mdash; except that the item's *path name* within the module namespace is
836 qualified by the name of the enclosing item, or is private to the enclosing
837 item (in the case of functions). The grammar specifies the exact locations in
838 which sub-item declarations may appear.
839
840 ### Type Parameters
841
842 All items except modules may be *parameterized* by type. Type parameters are
843 given as a comma-separated list of identifiers enclosed in angle brackets
844 (`<...>`), after the name of the item and before its definition. The type
845 parameters of an item are considered "part of the name", not part of the type
846 of the item. A referencing [path](#paths) must (in principle) provide type
847 arguments as a list of comma-separated types enclosed within angle brackets, in
848 order to refer to the type-parameterized item. In practice, the type-inference
849 system can usually infer such argument types from context. There are no
850 general type-parametric types, only type-parametric items. That is, Rust has
851 no notion of type abstraction: there are no first-class "forall" types.
852
853 ### Modules
854
855 ```{.ebnf .gram}
856 mod_item : "mod" ident ( ';' | '{' mod '}' );
857 mod : [ view_item | item ] * ;
858 ```
859
860 A module is a container for zero or more [view items](#view-items) and zero or
861 more [items](#items). The view items manage the visibility of the items defined
862 within the module, as well as the visibility of names from outside the module
863 when referenced from inside the module.
864
865 A _module item_ is a module, surrounded in braces, named, and prefixed with the
866 keyword `mod`. A module item introduces a new, named module into the tree of
867 modules making up a crate. Modules can nest arbitrarily.
868
869 An example of a module:
870
871 ```
872 mod math {
873     type Complex = (f64, f64);
874     fn sin(f: f64) -> f64 {
875         /* ... */
876 # panic!();
877     }
878     fn cos(f: f64) -> f64 {
879         /* ... */
880 # panic!();
881     }
882     fn tan(f: f64) -> f64 {
883         /* ... */
884 # panic!();
885     }
886 }
887 ```
888
889 Modules and types share the same namespace. Declaring a named type with
890 the same name as a module in scope is forbidden: that is, a type definition,
891 trait, struct, enumeration, or type parameter can't shadow the name of a module
892 in scope, or vice versa.
893
894 A module without a body is loaded from an external file, by default with the
895 same name as the module, plus the `.rs` extension. When a nested submodule is
896 loaded from an external file, it is loaded from a subdirectory path that
897 mirrors the module hierarchy.
898
899 ```{.ignore}
900 // Load the `vec` module from `vec.rs`
901 mod vec;
902
903 mod thread {
904     // Load the `local_data` module from `thread/local_data.rs`
905     mod local_data;
906 }
907 ```
908
909 The directories and files used for loading external file modules can be
910 influenced with the `path` attribute.
911
912 ```{.ignore}
913 #[path = "thread_files"]
914 mod thread {
915     // Load the `local_data` module from `thread_files/tls.rs`
916     #[path = "tls.rs"]
917     mod local_data;
918 }
919 ```
920
921 #### View items
922
923 ```{.ebnf .gram}
924 view_item : extern_crate_decl | use_decl ;
925 ```
926
927 A view item manages the namespace of a module. View items do not define new
928 items, but rather, simply change other items' visibility. There are two
929 kinds of view items:
930
931 * [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations)
932 * [`use` declarations](#use-declarations)
933
934 ##### Extern crate declarations
935
936 ```{.ebnf .gram}
937 extern_crate_decl : "extern" "crate" crate_name
938 crate_name: ident | ( string_lit "as" ident )
939 ```
940
941 An _`extern crate` declaration_ specifies a dependency on an external crate.
942 The external crate is then bound into the declaring scope as the `ident`
943 provided in the `extern_crate_decl`.
944
945 The external crate is resolved to a specific `soname` at compile time, and a
946 runtime linkage requirement to that `soname` is passed to the linker for
947 loading at runtime. The `soname` is resolved at compile time by scanning the
948 compiler's library path and matching the optional `crateid` provided as a
949 string literal against the `crateid` attributes that were declared on the
950 external crate when it was compiled. If no `crateid` is provided, a default
951 `name` attribute is assumed, equal to the `ident` given in the
952 `extern_crate_decl`.
953
954 Three examples of `extern crate` declarations:
955
956 ```{.ignore}
957 extern crate pcre;
958
959 extern crate std; // equivalent to: extern crate std as std;
960
961 extern crate "std" as ruststd; // linking to 'std' under another name
962 ```
963
964 ##### Use declarations
965
966 ```{.ebnf .gram}
967 use_decl : "pub" ? "use" [ path "as" ident
968                           | path_glob ] ;
969
970 path_glob : ident [ "::" [ path_glob
971                           | '*' ] ] ?
972           | '{' path_item [ ',' path_item ] * '}' ;
973
974 path_item : ident | "mod" ;
975 ```
976
977 A _use declaration_ creates one or more local name bindings synonymous with
978 some other [path](#paths). Usually a `use` declaration is used to shorten the
979 path required to refer to a module item. These declarations may appear at the
980 top of [modules](#modules) and [blocks](#blocks).
981
982 > **Note**: Unlike in many languages,
983 > `use` declarations in Rust do *not* declare linkage dependency with external crates.
984 > Rather, [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations) declare linkage dependencies.
985
986 Use declarations support a number of convenient shortcuts:
987
988 * Rebinding the target name as a new local name, using the syntax `use p::q::r as x;`
989 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element,
990   using the glob-like brace syntax `use a::b::{c,d,e,f};`
991 * Binding all paths matching a given prefix, using the asterisk wildcard syntax
992   `use a::b::*;`
993 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element
994   and their immediate parent module, using the `mod` keyword, such as
995   `use a::b::{mod, c, d};`
996
997 An example of `use` declarations:
998
999 ```
1000 use std::iter::range_step;
1001 use std::option::Option::{Some, None};
1002 use std::collections::hash_map::{mod, HashMap};
1003
1004 fn foo<T>(_: T){}
1005 fn bar(map1: HashMap<String, uint>, map2: hash_map::HashMap<String, uint>){}
1006
1007 fn main() {
1008     // Equivalent to 'std::iter::range_step(0u, 10u, 2u);'
1009     range_step(0u, 10u, 2u);
1010
1011     // Equivalent to 'foo(vec![std::option::Option::Some(1.0f64),
1012     // std::option::Option::None]);'
1013     foo(vec![Some(1.0f64), None]);
1014
1015     // Both `hash_map` and `HashMap` are in scope.
1016     let map1 = HashMap::new();
1017     let map2 = hash_map::HashMap::new();
1018     bar(map1, map2);
1019 }
1020 ```
1021
1022 Like items, `use` declarations are private to the containing module, by
1023 default. Also like items, a `use` declaration can be public, if qualified by
1024 the `pub` keyword. Such a `use` declaration serves to _re-export_ a name. A
1025 public `use` declaration can therefore _redirect_ some public name to a
1026 different target definition: even a definition with a private canonical path,
1027 inside a different module. If a sequence of such redirections form a cycle or
1028 cannot be resolved unambiguously, they represent a compile-time error.
1029
1030 An example of re-exporting:
1031
1032 ```
1033 # fn main() { }
1034 mod quux {
1035     pub use quux::foo::{bar, baz};
1036
1037     pub mod foo {
1038         pub fn bar() { }
1039         pub fn baz() { }
1040     }
1041 }
1042 ```
1043
1044 In this example, the module `quux` re-exports two public names defined in
1045 `foo`.
1046
1047 Also note that the paths contained in `use` items are relative to the crate
1048 root. So, in the previous example, the `use` refers to `quux::foo::{bar,
1049 baz}`, and not simply to `foo::{bar, baz}`. This also means that top-level
1050 module declarations should be at the crate root if direct usage of the declared
1051 modules within `use` items is desired. It is also possible to use `self` and
1052 `super` at the beginning of a `use` item to refer to the current and direct
1053 parent modules respectively. All rules regarding accessing declared modules in
1054 `use` declarations applies to both module declarations and `extern crate`
1055 declarations.
1056
1057 An example of what will and will not work for `use` items:
1058
1059 ```
1060 # #![allow(unused_imports)]
1061 use foo::core::iter;  // good: foo is at the root of the crate
1062 use foo::baz::foobaz;    // good: foo is at the root of the crate
1063
1064 mod foo {
1065     extern crate core;
1066
1067     use foo::core::iter; // good: foo is at crate root
1068 //  use core::iter;      // bad:  native is not at the crate root
1069     use self::baz::foobaz;  // good: self refers to module 'foo'
1070     use foo::bar::foobar;   // good: foo is at crate root
1071
1072     pub mod bar {
1073         pub fn foobar() { }
1074     }
1075
1076     pub mod baz {
1077         use super::bar::foobar; // good: super refers to module 'foo'
1078         pub fn foobaz() { }
1079     }
1080 }
1081
1082 fn main() {}
1083 ```
1084
1085 ### Functions
1086
1087 A _function item_ defines a sequence of [statements](#statements) and an
1088 optional final [expression](#expressions), along with a name and a set of
1089 parameters. Functions are declared with the keyword `fn`. Functions declare a
1090 set of *input* [*slots*](#memory-slots) as parameters, through which the caller
1091 passes arguments into the function, and an *output* [*slot*](#memory-slots)
1092 through which the function passes results back to the caller.
1093
1094 A function may also be copied into a first-class *value*, in which case the
1095 value has the corresponding [*function type*](#function-types), and can be used
1096 otherwise exactly as a function item (with a minor additional cost of calling
1097 the function indirectly).
1098
1099 Every control path in a function logically ends with a `return` expression or a
1100 diverging expression. If the outermost block of a function has a
1101 value-producing expression in its final-expression position, that expression is
1102 interpreted as an implicit `return` expression applied to the final-expression.
1103
1104 An example of a function:
1105
1106 ```
1107 fn add(x: int, y: int) -> int {
1108     return x + y;
1109 }
1110 ```
1111
1112 As with `let` bindings, function arguments are irrefutable patterns, so any
1113 pattern that is valid in a let binding is also valid as an argument.
1114
1115 ```
1116 fn first((value, _): (int, int)) -> int { value }
1117 ```
1118
1119
1120 #### Generic functions
1121
1122 A _generic function_ allows one or more _parameterized types_ to appear in its
1123 signature. Each type parameter must be explicitly declared, in an
1124 angle-bracket-enclosed, comma-separated list following the function name.
1125
1126 ```{.ignore}
1127 fn iter<T>(seq: &[T], f: |T|) {
1128     for elt in seq.iter() { f(elt); }
1129 }
1130 fn map<T, U>(seq: &[T], f: |T| -> U) -> Vec<U> {
1131     let mut acc = vec![];
1132     for elt in seq.iter() { acc.push(f(elt)); }
1133     acc
1134 }
1135 ```
1136
1137 Inside the function signature and body, the name of the type parameter can be
1138 used as a type name.
1139
1140 When a generic function is referenced, its type is instantiated based on the
1141 context of the reference. For example, calling the `iter` function defined
1142 above on `[1, 2]` will instantiate type parameter `T` with `int`, and require
1143 the closure parameter to have type `fn(int)`.
1144
1145 The type parameters can also be explicitly supplied in a trailing
1146 [path](#paths) component after the function name. This might be necessary if
1147 there is not sufficient context to determine the type parameters. For example,
1148 `mem::size_of::<u32>() == 4`.
1149
1150 Since a parameter type is opaque to the generic function, the set of operations
1151 that can be performed on it is limited. Values of parameter type can only be
1152 moved, not copied.
1153
1154 ```
1155 fn id<T>(x: T) -> T { x }
1156 ```
1157
1158 Similarly, [trait](#traits) bounds can be specified for type parameters to
1159 allow methods with that trait to be called on values of that type.
1160
1161 #### Unsafety
1162
1163 Unsafe operations are those that potentially violate the memory-safety
1164 guarantees of Rust's static semantics.
1165
1166 The following language level features cannot be used in the safe subset of
1167 Rust:
1168
1169 - Dereferencing a [raw pointer](#pointer-types).
1170 - Reading or writing a [mutable static variable](#mutable-statics).
1171 - Calling an unsafe function (including an intrinsic or foreign function).
1172
1173 ##### Unsafe functions
1174
1175 Unsafe functions are functions that are not safe in all contexts and/or for all
1176 possible inputs. Such a function must be prefixed with the keyword `unsafe` and
1177 can only be called from an `unsafe` block or another `unsafe` function.
1178
1179 ##### Unsafe blocks
1180
1181 A block of code can be prefixed with the `unsafe` keyword, to permit calling
1182 `unsafe` functions or dereferencing raw pointers within a safe function.
1183
1184 When a programmer has sufficient conviction that a sequence of potentially
1185 unsafe operations is actually safe, they can encapsulate that sequence (taken
1186 as a whole) within an `unsafe` block. The compiler will consider uses of such
1187 code safe, in the surrounding context.
1188
1189 Unsafe blocks are used to wrap foreign libraries, make direct use of hardware
1190 or implement features not directly present in the language. For example, Rust
1191 provides the language features necessary to implement memory-safe concurrency
1192 in the language but the implementation of threads and message passing is in the
1193 standard library.
1194
1195 Rust's type system is a conservative approximation of the dynamic safety
1196 requirements, so in some cases there is a performance cost to using safe code.
1197 For example, a doubly-linked list is not a tree structure and can only be
1198 represented with reference-counted pointers in safe code. By using `unsafe`
1199 blocks to represent the reverse links as raw pointers, it can be implemented
1200 with only boxes.
1201
1202 ##### Behavior considered undefined
1203
1204 The following is a list of behavior which is forbidden in all Rust code,
1205 including within `unsafe` blocks and `unsafe` functions. Type checking provides
1206 the guarantee that these issues are never caused by safe code.
1207
1208 * Data races
1209 * Dereferencing a null/dangling raw pointer
1210 * Mutating an immutable value/reference without `UnsafeCell`
1211 * Reads of [undef](http://llvm.org/docs/LangRef.html#undefined-values)
1212   (uninitialized) memory
1213 * Breaking the [pointer aliasing
1214   rules](http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointer-aliasing-rules)
1215   with raw pointers (a subset of the rules used by C)
1216 * Invoking undefined behavior via compiler intrinsics:
1217   * Indexing outside of the bounds of an object with `std::ptr::offset`
1218     (`offset` intrinsic), with
1219     the exception of one byte past the end which is permitted.
1220   * Using `std::ptr::copy_nonoverlapping_memory` (`memcpy32`/`memcpy64`
1221     intrinsics) on overlapping buffers
1222 * Invalid values in primitive types, even in private fields/locals:
1223   * Dangling/null references or boxes
1224   * A value other than `false` (0) or `true` (1) in a `bool`
1225   * A discriminant in an `enum` not included in the type definition
1226   * A value in a `char` which is a surrogate or above `char::MAX`
1227   * Non-UTF-8 byte sequences in a `str`
1228 * Unwinding into Rust from foreign code or unwinding from Rust into foreign
1229   code. Rust's failure system is not compatible with exception handling in
1230   other languages. Unwinding must be caught and handled at FFI boundaries.
1231
1232 ##### Behaviour not considered unsafe
1233
1234 This is a list of behaviour not considered *unsafe* in Rust terms, but that may
1235 be undesired.
1236
1237 * Deadlocks
1238 * Reading data from private fields (`std::repr`)
1239 * Leaks due to reference count cycles, even in the global heap
1240 * Exiting without calling destructors
1241 * Sending signals
1242 * Accessing/modifying the file system
1243 * Unsigned integer overflow (well-defined as wrapping)
1244 * Signed integer overflow (well-defined as two's complement representation
1245   wrapping)
1246
1247 #### Diverging functions
1248
1249 A special kind of function can be declared with a `!` character where the
1250 output slot type would normally be. For example:
1251
1252 ```
1253 fn my_err(s: &str) -> ! {
1254     println!("{}", s);
1255     panic!();
1256 }
1257 ```
1258
1259 We call such functions "diverging" because they never return a value to the
1260 caller. Every control path in a diverging function must end with a `panic!()` or
1261 a call to another diverging function on every control path. The `!` annotation
1262 does *not* denote a type. Rather, the result type of a diverging function is a
1263 special type called âŠ¥ ("bottom") that unifies with any type. Rust has no
1264 syntax for âŠ¥.
1265
1266 It might be necessary to declare a diverging function because as mentioned
1267 previously, the typechecker checks that every control path in a function ends
1268 with a [`return`](#return-expressions) or diverging expression. So, if `my_err`
1269 were declared without the `!` annotation, the following code would not
1270 typecheck:
1271
1272 ```
1273 # fn my_err(s: &str) -> ! { panic!() }
1274
1275 fn f(i: int) -> int {
1276    if i == 42 {
1277      return 42;
1278    }
1279    else {
1280      my_err("Bad number!");
1281    }
1282 }
1283 ```
1284
1285 This will not compile without the `!` annotation on `my_err`, since the `else`
1286 branch of the conditional in `f` does not return an `int`, as required by the
1287 signature of `f`. Adding the `!` annotation to `my_err` informs the
1288 typechecker that, should control ever enter `my_err`, no further type judgments
1289 about `f` need to hold, since control will never resume in any context that
1290 relies on those judgments. Thus the return type on `f` only needs to reflect
1291 the `if` branch of the conditional.
1292
1293 #### Extern functions
1294
1295 Extern functions are part of Rust's foreign function interface, providing the
1296 opposite functionality to [external blocks](#external-blocks). Whereas
1297 external blocks allow Rust code to call foreign code, extern functions with
1298 bodies defined in Rust code _can be called by foreign code_. They are defined
1299 in the same way as any other Rust function, except that they have the `extern`
1300 modifier.
1301
1302 ```
1303 // Declares an extern fn, the ABI defaults to "C"
1304 extern fn new_int() -> int { 0 }
1305
1306 // Declares an extern fn with "stdcall" ABI
1307 extern "stdcall" fn new_int_stdcall() -> int { 0 }
1308 ```
1309
1310 Unlike normal functions, extern fns have an `extern "ABI" fn()`. This is the
1311 same type as the functions declared in an extern block.
1312
1313 ```
1314 # extern fn new_int() -> int { 0 }
1315 let fptr: extern "C" fn() -> int = new_int;
1316 ```
1317
1318 Extern functions may be called directly from Rust code as Rust uses large,
1319 contiguous stack segments like C.
1320
1321 ### Type aliases
1322
1323 A _type alias_ defines a new name for an existing [type](#types). Type
1324 aliases are declared with the keyword `type`. Every value has a single,
1325 specific type; the type-specified aspects of a value include:
1326
1327 * Whether the value is composed of sub-values or is indivisible.
1328 * Whether the value represents textual or numerical information.
1329 * Whether the value represents integral or floating-point information.
1330 * The sequence of memory operations required to access the value.
1331 * The [kind](#type-kinds) of the type.
1332
1333 For example, the type `(u8, u8)` defines the set of immutable values that are
1334 composite pairs, each containing two unsigned 8-bit integers accessed by
1335 pattern-matching and laid out in memory with the `x` component preceding the
1336 `y` component:
1337
1338 ```
1339 type Point = (u8, u8);
1340 let p: Point = (41, 68);
1341 ```
1342
1343 ### Structures
1344
1345 A _structure_ is a nominal [structure type](#structure-types) defined with the
1346 keyword `struct`.
1347
1348 An example of a `struct` item and its use:
1349
1350 ```
1351 struct Point {x: int, y: int}
1352 let p = Point {x: 10, y: 11};
1353 let px: int = p.x;
1354 ```
1355
1356 A _tuple structure_ is a nominal [tuple type](#tuple-types), also defined with
1357 the keyword `struct`. For example:
1358
1359 ```
1360 struct Point(int, int);
1361 let p = Point(10, 11);
1362 let px: int = match p { Point(x, _) => x };
1363 ```
1364
1365 A _unit-like struct_ is a structure without any fields, defined by leaving off
1366 the list of fields entirely. Such types will have a single value, just like
1367 the [unit value `()`](#unit-and-boolean-literals) of the unit type. For
1368 example:
1369
1370 ```
1371 struct Cookie;
1372 let c = [Cookie, Cookie, Cookie, Cookie];
1373 ```
1374
1375 The precise memory layout of a structure is not specified. One can specify a
1376 particular layout using the [`repr` attribute](#ffi-attributes).
1377
1378 ### Enumerations
1379
1380 An _enumeration_ is a simultaneous definition of a nominal [enumerated
1381 type](#enumerated-types) as well as a set of *constructors*, that can be used
1382 to create or pattern-match values of the corresponding enumerated type.
1383
1384 Enumerations are declared with the keyword `enum`.
1385
1386 An example of an `enum` item and its use:
1387
1388 ```
1389 enum Animal {
1390   Dog,
1391   Cat
1392 }
1393
1394 let mut a: Animal = Animal::Dog;
1395 a = Animal::Cat;
1396 ```
1397
1398 Enumeration constructors can have either named or unnamed fields:
1399
1400 ```
1401 # #![feature(struct_variant)]
1402 # fn main() {
1403 enum Animal {
1404     Dog (String, f64),
1405     Cat { name: String, weight: f64 }
1406 }
1407
1408 let mut a: Animal = Animal::Dog("Cocoa".to_string(), 37.2);
1409 a = Animal::Cat { name: "Spotty".to_string(), weight: 2.7 };
1410 # }
1411 ```
1412
1413 In this example, `Cat` is a _struct-like enum variant_,
1414 whereas `Dog` is simply called an enum variant.
1415
1416 ### Constant items
1417
1418 ```{.ebnf .gram}
1419 const_item : "const" ident ':' type '=' expr ';' ;
1420 ```
1421
1422 A *constant item* is a named _constant value_ which is not associated with a
1423 specific memory location in the program. Constants are essentially inlined
1424 wherever they are used, meaning that they are copied directly into the relevant
1425 context when used. References to the same constant are not necessarily
1426 guaranteed to refer to the same memory address.
1427
1428 Constant values must not have destructors, and otherwise permit most forms of
1429 data. Constants may refer to the address of other constants, in which case the
1430 address will have the `static` lifetime. The compiler is, however, still at
1431 liberty to translate the constant many times, so the address referred to may not
1432 be stable.
1433
1434 Constants must be explicitly typed. The type may be `bool`, `char`, a number, or
1435 a type derived from those primitive types. The derived types are references with
1436 the `static` lifetime, fixed-size arrays, tuples, enum variants, and structs.
1437
1438 ```
1439 const BIT1: uint = 1 << 0;
1440 const BIT2: uint = 1 << 1;
1441
1442 const BITS: [uint; 2] = [BIT1, BIT2];
1443 const STRING: &'static str = "bitstring";
1444
1445 struct BitsNStrings<'a> {
1446     mybits: [uint; 2],
1447     mystring: &'a str
1448 }
1449
1450 const BITS_N_STRINGS: BitsNStrings<'static> = BitsNStrings {
1451     mybits: BITS,
1452     mystring: STRING
1453 };
1454 ```
1455
1456 ### Static items
1457
1458 ```{.ebnf .gram}
1459 static_item : "static" ident ':' type '=' expr ';' ;
1460 ```
1461
1462 A *static item* is similar to a *constant*, except that it represents a precise
1463 memory location in the program. A static is never "inlined" at the usage site,
1464 and all references to it refer to the same memory location. Static items have
1465 the `static` lifetime, which outlives all other lifetimes in a Rust program.
1466 Static items may be placed in read-only memory if they do not contain any
1467 interior mutability.
1468
1469 Statics may contain interior mutability through the `UnsafeCell` language item.
1470 All access to a static is safe, but there are a number of restrictions on
1471 statics:
1472
1473 * Statics may not contain any destructors.
1474 * The types of static values must ascribe to `Sync` to allow threadsafe access.
1475 * Statics may not refer to other statics by value, only by reference.
1476 * Constants cannot refer to statics.
1477
1478 Constants should in general be preferred over statics, unless large amounts of
1479 data are being stored, or single-address and mutability properties are required.
1480
1481 ```
1482 use std::sync::atomic::{AtomicUint, Ordering, ATOMIC_UINT_INIT};;
1483
1484 // Note that ATOMIC_UINT_INIT is a *const*, but it may be used to initialize a
1485 // static. This static can be modified, so it is not placed in read-only memory.
1486 static COUNTER: AtomicUint = ATOMIC_UINT_INIT;
1487
1488 // This table is a candidate to be placed in read-only memory.
1489 static TABLE: &'static [uint] = &[1, 2, 3, /* ... */];
1490
1491 for slot in TABLE.iter() {
1492     println!("{}", slot);
1493 }
1494 COUNTER.fetch_add(1, Ordering::SeqCst);
1495 ```
1496
1497 #### Mutable statics
1498
1499 If a static item is declared with the `mut` keyword, then it is allowed to
1500 be modified by the program. One of Rust's goals is to make concurrency bugs
1501 hard to run into, and this is obviously a very large source of race conditions
1502 or other bugs. For this reason, an `unsafe` block is required when either
1503 reading or writing a mutable static variable. Care should be taken to ensure
1504 that modifications to a mutable static are safe with respect to other threads
1505 running in the same process.
1506
1507 Mutable statics are still very useful, however. They can be used with C
1508 libraries and can also be bound from C libraries (in an `extern` block).
1509
1510 ```
1511 # fn atomic_add(_: &mut uint, _: uint) -> uint { 2 }
1512
1513 static mut LEVELS: uint = 0;
1514
1515 // This violates the idea of no shared state, and this doesn't internally
1516 // protect against races, so this function is `unsafe`
1517 unsafe fn bump_levels_unsafe1() -> uint {
1518     let ret = LEVELS;
1519     LEVELS += 1;
1520     return ret;
1521 }
1522
1523 // Assuming that we have an atomic_add function which returns the old value,
1524 // this function is "safe" but the meaning of the return value may not be what
1525 // callers expect, so it's still marked as `unsafe`
1526 unsafe fn bump_levels_unsafe2() -> uint {
1527     return atomic_add(&mut LEVELS, 1);
1528 }
1529 ```
1530
1531 Mutable statics have the same restrictions as normal statics, except that the
1532 type of the value is not required to ascribe to `Sync`.
1533
1534 ### Traits
1535
1536 A _trait_ describes a set of method types.
1537
1538 Traits can include default implementations of methods, written in terms of some
1539 unknown [`self` type](#self-types); the `self` type may either be completely
1540 unspecified, or constrained by some other trait.
1541
1542 Traits are implemented for specific types through separate
1543 [implementations](#implementations).
1544
1545 ```
1546 # type Surface = int;
1547 # type BoundingBox = int;
1548 trait Shape {
1549     fn draw(&self, Surface);
1550     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox;
1551 }
1552 ```
1553
1554 This defines a trait with two methods. All values that have
1555 [implementations](#implementations) of this trait in scope can have their
1556 `draw` and `bounding_box` methods called, using `value.bounding_box()`
1557 [syntax](#method-call-expressions).
1558
1559 Type parameters can be specified for a trait to make it generic. These appear
1560 after the trait name, using the same syntax used in [generic
1561 functions](#generic-functions).
1562
1563 ```
1564 trait Seq<T> {
1565    fn len(&self) -> uint;
1566    fn elt_at(&self, n: uint) -> T;
1567    fn iter<F>(&self, F) where F: Fn(T);
1568 }
1569 ```
1570
1571 Generic functions may use traits as _bounds_ on their type parameters. This
1572 will have two effects: only types that have the trait may instantiate the
1573 parameter, and within the generic function, the methods of the trait can be
1574 called on values that have the parameter's type. For example:
1575
1576 ```
1577 # type Surface = int;
1578 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); }
1579 fn draw_twice<T: Shape>(surface: Surface, sh: T) {
1580     sh.draw(surface);
1581     sh.draw(surface);
1582 }
1583 ```
1584
1585 Traits also define an [object type](#object-types) with the same name as the
1586 trait. Values of this type are created by [casting](#type-cast-expressions)
1587 pointer values (pointing to a type for which an implementation of the given
1588 trait is in scope) to pointers to the trait name, used as a type.
1589
1590 ```
1591 # use std::boxed::Box;
1592 # trait Shape { }
1593 # impl Shape for int { }
1594 # let mycircle = 0i;
1595 let myshape: Box<Shape> = Box::new(mycircle) as Box<Shape>;
1596 ```
1597
1598 The resulting value is a box containing the value that was cast, along with
1599 information that identifies the methods of the implementation that was used.
1600 Values with a trait type can have [methods called](#method-call-expressions) on
1601 them, for any method in the trait, and can be used to instantiate type
1602 parameters that are bounded by the trait.
1603
1604 Trait methods may be static, which means that they lack a `self` argument.
1605 This means that they can only be called with function call syntax (`f(x)`) and
1606 not method call syntax (`obj.f()`). The way to refer to the name of a static
1607 method is to qualify it with the trait name, treating the trait name like a
1608 module. For example:
1609
1610 ```
1611 trait Num {
1612     fn from_int(n: int) -> Self;
1613 }
1614 impl Num for f64 {
1615     fn from_int(n: int) -> f64 { n as f64 }
1616 }
1617 let x: f64 = Num::from_int(42);
1618 ```
1619
1620 Traits may inherit from other traits. For example, in
1621
1622 ```
1623 trait Shape { fn area() -> f64; }
1624 trait Circle : Shape { fn radius() -> f64; }
1625 ```
1626
1627 the syntax `Circle : Shape` means that types that implement `Circle` must also
1628 have an implementation for `Shape`. Multiple supertraits are separated by `+`,
1629 `trait Circle : Shape + PartialEq { }`. In an implementation of `Circle` for a
1630 given type `T`, methods can refer to `Shape` methods, since the typechecker
1631 checks that any type with an implementation of `Circle` also has an
1632 implementation of `Shape`.
1633
1634 In type-parameterized functions, methods of the supertrait may be called on
1635 values of subtrait-bound type parameters. Referring to the previous example of
1636 `trait Circle : Shape`:
1637
1638 ```
1639 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1640 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1641 fn radius_times_area<T: Circle>(c: T) -> f64 {
1642     // `c` is both a Circle and a Shape
1643     c.radius() * c.area()
1644 }
1645 ```
1646
1647 Likewise, supertrait methods may also be called on trait objects.
1648
1649 ```{.ignore}
1650 # use std::boxed::Box;
1651 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1652 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1653 # impl Shape for int { fn area(&self) -> f64 { 0.0 } }
1654 # impl Circle for int { fn radius(&self) -> f64 { 0.0 } }
1655 # let mycircle = 0;
1656 let mycircle = Box::new(mycircle) as Box<Circle>;
1657 let nonsense = mycircle.radius() * mycircle.area();
1658 ```
1659
1660 ### Implementations
1661
1662 An _implementation_ is an item that implements a [trait](#traits) for a
1663 specific type.
1664
1665 Implementations are defined with the keyword `impl`.
1666
1667 ```
1668 # struct Point {x: f64, y: f64};
1669 # impl Copy for Point {}
1670 # type Surface = int;
1671 # struct BoundingBox {x: f64, y: f64, width: f64, height: f64};
1672 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); fn bounding_box(&self) -> BoundingBox; }
1673 # fn do_draw_circle(s: Surface, c: Circle) { }
1674 struct Circle {
1675     radius: f64,
1676     center: Point,
1677 }
1678
1679 impl Copy for Circle {}
1680
1681 impl Shape for Circle {
1682     fn draw(&self, s: Surface) { do_draw_circle(s, *self); }
1683     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox {
1684         let r = self.radius;
1685         BoundingBox{x: self.center.x - r, y: self.center.y - r,
1686          width: 2.0 * r, height: 2.0 * r}
1687     }
1688 }
1689 ```
1690
1691 It is possible to define an implementation without referring to a trait. The
1692 methods in such an implementation can only be used as direct calls on the
1693 values of the type that the implementation targets. In such an implementation,
1694 the trait type and `for` after `impl` are omitted. Such implementations are
1695 limited to nominal types (enums, structs), and the implementation must appear
1696 in the same module or a sub-module as the `self` type:
1697
1698 ```
1699 struct Point {x: int, y: int}
1700
1701 impl Point {
1702     fn log(&self) {
1703         println!("Point is at ({}, {})", self.x, self.y);
1704     }
1705 }
1706
1707 let my_point = Point {x: 10, y:11};
1708 my_point.log();
1709 ```
1710
1711 When a trait _is_ specified in an `impl`, all methods declared as part of the
1712 trait must be implemented, with matching types and type parameter counts.
1713
1714 An implementation can take type parameters, which can be different from the
1715 type parameters taken by the trait it implements. Implementation parameters
1716 are written after the `impl` keyword.
1717
1718 ```
1719 # trait Seq<T> { }
1720 impl<T> Seq<T> for Vec<T> {
1721    /* ... */
1722 }
1723 impl Seq<bool> for u32 {
1724    /* Treat the integer as a sequence of bits */
1725 }
1726 ```
1727
1728 ### External blocks
1729
1730 ```{.ebnf .gram}
1731 extern_block_item : "extern" '{' extern_block '}' ;
1732 extern_block : [ foreign_fn ] * ;
1733 ```
1734
1735 External blocks form the basis for Rust's foreign function interface.
1736 Declarations in an external block describe symbols in external, non-Rust
1737 libraries.
1738
1739 Functions within external blocks are declared in the same way as other Rust
1740 functions, with the exception that they may not have a body and are instead
1741 terminated by a semicolon.
1742
1743 ```
1744 extern crate libc;
1745 use libc::{c_char, FILE};
1746
1747 extern {
1748     fn fopen(filename: *const c_char, mode: *const c_char) -> *mut FILE;
1749 }
1750 # fn main() {}
1751 ```
1752
1753 Functions within external blocks may be called by Rust code, just like
1754 functions defined in Rust. The Rust compiler automatically translates between
1755 the Rust ABI and the foreign ABI.
1756
1757 A number of [attributes](#attributes) control the behavior of external blocks.
1758
1759 By default external blocks assume that the library they are calling uses the
1760 standard C "cdecl" ABI. Other ABIs may be specified using an `abi` string, as
1761 shown here:
1762
1763 ```{.ignore}
1764 // Interface to the Windows API
1765 extern "stdcall" { }
1766 ```
1767
1768 The `link` attribute allows the name of the library to be specified. When
1769 specified the compiler will attempt to link against the native library of the
1770 specified name.
1771
1772 ```{.ignore}
1773 #[link(name = "crypto")]
1774 extern { }
1775 ```
1776
1777 The type of a function declared in an extern block is `extern "abi" fn(A1, ...,
1778 An) -> R`, where `A1...An` are the declared types of its arguments and `R` is
1779 the declared return type.
1780
1781 ## Visibility and Privacy
1782
1783 These two terms are often used interchangeably, and what they are attempting to
1784 convey is the answer to the question "Can this item be used at this location?"
1785
1786 Rust's name resolution operates on a global hierarchy of namespaces. Each level
1787 in the hierarchy can be thought of as some item. The items are one of those
1788 mentioned above, but also include external crates. Declaring or defining a new
1789 module can be thought of as inserting a new tree into the hierarchy at the
1790 location of the definition.
1791
1792 To control whether interfaces can be used across modules, Rust checks each use
1793 of an item to see whether it should be allowed or not. This is where privacy
1794 warnings are generated, or otherwise "you used a private item of another module
1795 and weren't allowed to."
1796
1797 By default, everything in Rust is *private*, with one exception. Enum variants
1798 in a `pub` enum are also public by default. You are allowed to alter this
1799 default visibility with the `priv` keyword. When an item is declared as `pub`,
1800 it can be thought of as being accessible to the outside world. For example:
1801
1802 ```
1803 # #![allow(missing_copy_implementations)]
1804 # fn main() {}
1805 // Declare a private struct
1806 struct Foo;
1807
1808 // Declare a public struct with a private field
1809 pub struct Bar {
1810     field: int
1811 }
1812
1813 // Declare a public enum with two public variants
1814 pub enum State {
1815     PubliclyAccessibleState,
1816     PubliclyAccessibleState2,
1817 }
1818 ```
1819
1820 With the notion of an item being either public or private, Rust allows item
1821 accesses in two cases:
1822
1823 1. If an item is public, then it can be used externally through any of its
1824    public ancestors.
1825 2. If an item is private, it may be accessed by the current module and its
1826    descendants.
1827
1828 These two cases are surprisingly powerful for creating module hierarchies
1829 exposing public APIs while hiding internal implementation details. To help
1830 explain, here's a few use cases and what they would entail:
1831
1832 * A library developer needs to expose functionality to crates which link
1833   against their library. As a consequence of the first case, this means that
1834   anything which is usable externally must be `pub` from the root down to the
1835   destination item. Any private item in the chain will disallow external
1836   accesses.
1837
1838 * A crate needs a global available "helper module" to itself, but it doesn't
1839   want to expose the helper module as a public API. To accomplish this, the
1840   root of the crate's hierarchy would have a private module which then
1841   internally has a "public api". Because the entire crate is a descendant of
1842   the root, then the entire local crate can access this private module through
1843   the second case.
1844
1845 * When writing unit tests for a module, it's often a common idiom to have an
1846   immediate child of the module to-be-tested named `mod test`. This module
1847   could access any items of the parent module through the second case, meaning
1848   that internal implementation details could also be seamlessly tested from the
1849   child module.
1850
1851 In the second case, it mentions that a private item "can be accessed" by the
1852 current module and its descendants, but the exact meaning of accessing an item
1853 depends on what the item is. Accessing a module, for example, would mean
1854 looking inside of it (to import more items). On the other hand, accessing a
1855 function would mean that it is invoked. Additionally, path expressions and
1856 import statements are considered to access an item in the sense that the
1857 import/expression is only valid if the destination is in the current visibility
1858 scope.
1859
1860 Here's an example of a program which exemplifies the three cases outlined
1861 above:
1862
1863 ```
1864 // This module is private, meaning that no external crate can access this
1865 // module. Because it is private at the root of this current crate, however, any
1866 // module in the crate may access any publicly visible item in this module.
1867 mod crate_helper_module {
1868
1869     // This function can be used by anything in the current crate
1870     pub fn crate_helper() {}
1871
1872     // This function *cannot* be used by anything else in the crate. It is not
1873     // publicly visible outside of the `crate_helper_module`, so only this
1874     // current module and its descendants may access it.
1875     fn implementation_detail() {}
1876 }
1877
1878 // This function is "public to the root" meaning that it's available to external
1879 // crates linking against this one.
1880 pub fn public_api() {}
1881
1882 // Similarly to 'public_api', this module is public so external crates may look
1883 // inside of it.
1884 pub mod submodule {
1885     use crate_helper_module;
1886
1887     pub fn my_method() {
1888         // Any item in the local crate may invoke the helper module's public
1889         // interface through a combination of the two rules above.
1890         crate_helper_module::crate_helper();
1891     }
1892
1893     // This function is hidden to any module which is not a descendant of
1894     // `submodule`
1895     fn my_implementation() {}
1896
1897     #[cfg(test)]
1898     mod test {
1899
1900         #[test]
1901         fn test_my_implementation() {
1902             // Because this module is a descendant of `submodule`, it's allowed
1903             // to access private items inside of `submodule` without a privacy
1904             // violation.
1905             super::my_implementation();
1906         }
1907     }
1908 }
1909
1910 # fn main() {}
1911 ```
1912
1913 For a rust program to pass the privacy checking pass, all paths must be valid
1914 accesses given the two rules above. This includes all use statements,
1915 expressions, types, etc.
1916
1917 ### Re-exporting and Visibility
1918
1919 Rust allows publicly re-exporting items through a `pub use` directive. Because
1920 this is a public directive, this allows the item to be used in the current
1921 module through the rules above. It essentially allows public access into the
1922 re-exported item. For example, this program is valid:
1923
1924 ```
1925 pub use self::implementation as api;
1926
1927 mod implementation {
1928     pub fn f() {}
1929 }
1930
1931 # fn main() {}
1932 ```
1933
1934 This means that any external crate referencing `implementation::f` would
1935 receive a privacy violation, while the path `api::f` would be allowed.
1936
1937 When re-exporting a private item, it can be thought of as allowing the "privacy
1938 chain" being short-circuited through the reexport instead of passing through
1939 the namespace hierarchy as it normally would.
1940
1941 ## Attributes
1942
1943 ```{.ebnf .gram}
1944 attribute : "#!" ? '[' meta_item ']' ;
1945 meta_item : ident [ '=' literal
1946                   | '(' meta_seq ')' ] ? ;
1947 meta_seq : meta_item [ ',' meta_seq ] ? ;
1948 ```
1949
1950 Any item declaration may have an _attribute_ applied to it. Attributes in Rust
1951 are modeled on Attributes in ECMA-335, with the syntax coming from ECMA-334
1952 (C#). An attribute is a general, free-form metadatum that is interpreted
1953 according to name, convention, and language and compiler version. Attributes
1954 may appear as any of:
1955
1956 * A single identifier, the attribute name
1957 * An identifier followed by the equals sign '=' and a literal, providing a
1958   key/value pair
1959 * An identifier followed by a parenthesized list of sub-attribute arguments
1960
1961 Attributes with a bang ("!") after the hash ("#") apply to the item that the
1962 attribute is declared within. Attributes that do not have a bang after the hash
1963 apply to the item that follows the attribute.
1964
1965 An example of attributes:
1966
1967 ```{.rust}
1968 // General metadata applied to the enclosing module or crate.
1969 #![crate_type = "lib"]
1970
1971 // A function marked as a unit test
1972 #[test]
1973 fn test_foo() {
1974   /* ... */
1975 }
1976
1977 // A conditionally-compiled module
1978 #[cfg(target_os="linux")]
1979 mod bar {
1980   /* ... */
1981 }
1982
1983 // A lint attribute used to suppress a warning/error
1984 #[allow(non_camel_case_types)]
1985 type int8_t = i8;
1986 ```
1987
1988 > **Note:** At some point in the future, the compiler will distinguish between
1989 > language-reserved and user-available attributes. Until then, there is
1990 > effectively no difference between an attribute handled by a loadable syntax
1991 > extension and the compiler.
1992
1993 ### Crate-only attributes
1994
1995 - `crate_name` - specify the this crate's crate name.
1996 - `crate_type` - see [linkage](#linkage).
1997 - `feature` - see [compiler features](#compiler-features).
1998 - `no_builtins` - disable optimizing certain code patterns to invocations of
1999                   library functions that are assumed to exist
2000 - `no_main` - disable emitting the `main` symbol. Useful when some other
2001    object being linked to defines `main`.
2002 - `no_start` - disable linking to the `native` crate, which specifies the
2003   "start" language item.
2004 - `no_std` - disable linking to the `std` crate.
2005
2006 ### Module-only attributes
2007
2008 - `no_implicit_prelude` - disable injecting `use std::prelude::*` in this
2009   module.
2010 - `path` - specifies the file to load the module from. `#[path="foo.rs"] mod
2011   bar;` is equivalent to `mod bar { /* contents of foo.rs */ }`. The path is
2012   taken relative to the directory that the current module is in.
2013
2014 ### Function-only attributes
2015
2016 - `main` - indicates that this function should be passed to the entry point,
2017   rather than the function in the crate root named `main`.
2018 - `plugin_registrar` - mark this function as the registration point for
2019   [compiler plugins][plugin], such as loadable syntax extensions.
2020 - `start` - indicates that this function should be used as the entry point,
2021   overriding the "start" language item. See the "start" [language
2022   item](#language-items) for more details.
2023 - `test` - indicates that this function is a test function, to only be compiled
2024   in case of `--test`.
2025
2026 ### Static-only attributes
2027
2028 - `thread_local` - on a `static mut`, this signals that the value of this
2029   static may change depending on the current thread. The exact consequences of
2030   this are implementation-defined.
2031
2032 ### FFI attributes
2033
2034 On an `extern` block, the following attributes are interpreted:
2035
2036 - `link_args` - specify arguments to the linker, rather than just the library
2037   name and type. This is feature gated and the exact behavior is
2038   implementation-defined (due to variety of linker invocation syntax).
2039 - `link` - indicate that a native library should be linked to for the
2040   declarations in this block to be linked correctly. `link` supports an optional `kind`
2041   key with three possible values: `dylib`, `static`, and `framework`. See [external blocks](#external-blocks) for more about external blocks. Two
2042   examples: `#[link(name = "readline")]` and
2043   `#[link(name = "CoreFoundation", kind = "framework")]`.
2044
2045 On declarations inside an `extern` block, the following attributes are
2046 interpreted:
2047
2048 - `link_name` - the name of the symbol that this function or static should be
2049   imported as.
2050 - `linkage` - on a static, this specifies the [linkage
2051   type](http://llvm.org/docs/LangRef.html#linkage-types).
2052
2053 On `enum`s:
2054
2055 - `repr` - on C-like enums, this sets the underlying type used for
2056   representation. Takes one argument, which is the primitive
2057   type this enum should be represented for, or `C`, which specifies that it
2058   should be the default `enum` size of the C ABI for that platform. Note that
2059   enum representation in C is undefined, and this may be incorrect when the C
2060   code is compiled with certain flags.
2061
2062 On `struct`s:
2063
2064 - `repr` - specifies the representation to use for this struct. Takes a list
2065   of options. The currently accepted ones are `C` and `packed`, which may be
2066   combined. `C` will use a C ABI compatible struct layout, and `packed` will
2067   remove any padding between fields (note that this is very fragile and may
2068   break platforms which require aligned access).
2069
2070 ### Macro- and plugin-related attributes
2071
2072 - `macro_use` on a `mod` â€” macros defined in this module will be visible in the
2073   module's parent, after this module has been included.
2074
2075 - `macro_use` on an `extern crate` â€” load macros from this crate.  An optional
2076   list of names `#[macro_use(foo, bar)]` restricts the import to just those
2077   macros named.  The `extern crate` must appear at the crate root, not inside
2078   `mod`, which ensures proper function of the [`$crate` macro
2079   variable](book/macros.html#the-variable-$crate).
2080
2081 - `macro_reexport` on an `extern crate` â€” re-export the named macros.
2082
2083 - `macro_export` - export a macro for cross-crate usage.
2084
2085 - `plugin` on an `extern crate` — load this crate as a [compiler
2086   plugin][plugin].  The `plugin` feature gate is required.  Any arguments to
2087   the attribute, e.g. `#[plugin=...]` or `#[plugin(...)]`, are provided to the
2088   plugin.
2089
2090 - `no_link` on an `extern crate` â€” even if we load this crate for macros or
2091   compiler plugins, don't link it into the output.
2092
2093 See the [macros section of the
2094 book](book/macros.html#scoping-and-macro-import/export) for more information on
2095 macro scope.
2096
2097
2098 ### Miscellaneous attributes
2099
2100 - `export_name` - on statics and functions, this determines the name of the
2101   exported symbol.
2102 - `link_section` - on statics and functions, this specifies the section of the
2103   object file that this item's contents will be placed into.
2104 - `no_mangle` - on any item, do not apply the standard name mangling. Set the
2105   symbol for this item to its identifier.
2106 - `packed` - on structs or enums, eliminate any padding that would be used to
2107   align fields.
2108 - `simd` - on certain tuple structs, derive the arithmetic operators, which
2109   lower to the target's SIMD instructions, if any; the `simd` feature gate
2110   is necessary to use this attribute.
2111 - `static_assert` - on statics whose type is `bool`, terminates compilation
2112   with an error if it is not initialized to `true`.
2113 - `unsafe_destructor` - allow implementations of the "drop" language item
2114   where the type it is implemented for does not implement the "send" language
2115   item; the `unsafe_destructor` feature gate is needed to use this attribute
2116 - `unsafe_no_drop_flag` - on structs, remove the flag that prevents
2117   destructors from being run twice. Destructors might be run multiple times on
2118   the same object with this attribute.
2119 - `doc` - Doc comments such as `/// foo` are equivalent to `#[doc = "foo"]`.
2120 - `rustc_on_unimplemented` - Write a custom note to be shown along with the error
2121    when the trait is found to be unimplemented on a type.
2122    You may use format arguments like `{T}`, `{A}` to correspond to the
2123    types at the point of use corresponding to the type parameters of the
2124    trait of the same name. `{Self}` will be replaced with the type that is supposed
2125    to implement the trait but doesn't. To use this, the `on_unimplemented` feature gate
2126    must be enabled.
2127
2128 ### Conditional compilation
2129
2130 Sometimes one wants to have different compiler outputs from the same code,
2131 depending on build target, such as targeted operating system, or to enable
2132 release builds.
2133
2134 There are two kinds of configuration options, one that is either defined or not
2135 (`#[cfg(foo)]`), and the other that contains a string that can be checked
2136 against (`#[cfg(bar = "baz")]` (currently only compiler-defined configuration
2137 options can have the latter form).
2138
2139 ```
2140 // The function is only included in the build when compiling for OSX
2141 #[cfg(target_os = "macos")]
2142 fn macos_only() {
2143   // ...
2144 }
2145
2146 // This function is only included when either foo or bar is defined
2147 #[cfg(any(foo, bar))]
2148 fn needs_foo_or_bar() {
2149   // ...
2150 }
2151
2152 // This function is only included when compiling for a unixish OS with a 32-bit
2153 // architecture
2154 #[cfg(all(unix, target_word_size = "32"))]
2155 fn on_32bit_unix() {
2156   // ...
2157 }
2158
2159 // This function is only included when foo is not defined
2160 #[cfg(not(foo))]
2161 fn needs_not_foo() {
2162   // ...
2163 }
2164 ```
2165
2166 This illustrates some conditional compilation can be achieved using the
2167 `#[cfg(...)]` attribute. `any`, `all` and `not` can be used to assemble
2168 arbitrarily complex configurations through nesting.
2169
2170 The following configurations must be defined by the implementation:
2171
2172 * `target_arch = "..."`. Target CPU architecture, such as `"x86"`, `"x86_64"`
2173   `"mips"`, `"arm"`, or `"aarch64"`.
2174 * `target_endian = "..."`. Endianness of the target CPU, either `"little"` or
2175   `"big"`.
2176 * `target_family = "..."`. Operating system family of the target, e. g.
2177   `"unix"` or `"windows"`. The value of this configuration option is defined
2178   as a configuration itself, like `unix` or `windows`.
2179 * `target_os = "..."`. Operating system of the target, examples include
2180   `"win32"`, `"macos"`, `"linux"`, `"android"`, `"freebsd"` or `"dragonfly"`.
2181 * `target_word_size = "..."`. Target word size in bits. This is set to `"32"`
2182   for targets with 32-bit pointers, and likewise set to `"64"` for 64-bit
2183   pointers.
2184 * `unix`. See `target_family`.
2185 * `windows`. See `target_family`.
2186
2187 ### Lint check attributes
2188
2189 A lint check names a potentially undesirable coding pattern, such as
2190 unreachable code or omitted documentation, for the static entity to which the
2191 attribute applies.
2192
2193 For any lint check `C`:
2194
2195 * `allow(C)` overrides the check for `C` so that violations will go
2196    unreported,
2197 * `deny(C)` signals an error after encountering a violation of `C`,
2198 * `forbid(C)` is the same as `deny(C)`, but also forbids changing the lint
2199    level afterwards,
2200 * `warn(C)` warns about violations of `C` but continues compilation.
2201
2202 The lint checks supported by the compiler can be found via `rustc -W help`,
2203 along with their default settings.  [Compiler
2204 plugins](book/plugin.html#lint-plugins) can provide additional lint checks.
2205
2206 ```{.ignore}
2207 mod m1 {
2208     // Missing documentation is ignored here
2209     #[allow(missing_docs)]
2210     pub fn undocumented_one() -> int { 1 }
2211
2212     // Missing documentation signals a warning here
2213     #[warn(missing_docs)]
2214     pub fn undocumented_too() -> int { 2 }
2215
2216     // Missing documentation signals an error here
2217     #[deny(missing_docs)]
2218     pub fn undocumented_end() -> int { 3 }
2219 }
2220 ```
2221
2222 This example shows how one can use `allow` and `warn` to toggle a particular
2223 check on and off:
2224
2225 ```{.ignore}
2226 #[warn(missing_docs)]
2227 mod m2{
2228     #[allow(missing_docs)]
2229     mod nested {
2230         // Missing documentation is ignored here
2231         pub fn undocumented_one() -> int { 1 }
2232
2233         // Missing documentation signals a warning here,
2234         // despite the allow above.
2235         #[warn(missing_docs)]
2236         pub fn undocumented_two() -> int { 2 }
2237     }
2238
2239     // Missing documentation signals a warning here
2240     pub fn undocumented_too() -> int { 3 }
2241 }
2242 ```
2243
2244 This example shows how one can use `forbid` to disallow uses of `allow` for
2245 that lint check:
2246
2247 ```{.ignore}
2248 #[forbid(missing_docs)]
2249 mod m3 {
2250     // Attempting to toggle warning signals an error here
2251     #[allow(missing_docs)]
2252     /// Returns 2.
2253     pub fn undocumented_too() -> int { 2 }
2254 }
2255 ```
2256
2257 ### Language items
2258
2259 Some primitive Rust operations are defined in Rust code, rather than being
2260 implemented directly in C or assembly language. The definitions of these
2261 operations have to be easy for the compiler to find. The `lang` attribute
2262 makes it possible to declare these operations. For example, the `str` module
2263 in the Rust standard library defines the string equality function:
2264
2265 ```{.ignore}
2266 #[lang="str_eq"]
2267 pub fn eq_slice(a: &str, b: &str) -> bool {
2268     // details elided
2269 }
2270 ```
2271
2272 The name `str_eq` has a special meaning to the Rust compiler, and the presence
2273 of this definition means that it will use this definition when generating calls
2274 to the string equality function.
2275
2276 A complete list of the built-in language items follows:
2277
2278 #### Built-in Traits
2279
2280 * `copy`
2281   : Types that do not move ownership when used by-value.
2282 * `drop`
2283   : Have destructors.
2284 * `send`
2285   : Able to be sent across thread boundaries.
2286 * `sized`
2287   : Has a size known at compile time.
2288 * `sync`
2289   : Able to be safely shared between threads when aliased.
2290
2291 #### Operators
2292
2293 These language items are traits:
2294
2295 * `add`
2296   : Elements can be added (for example, integers and floats).
2297 * `sub`
2298   : Elements can be subtracted.
2299 * `mul`
2300   : Elements can be multiplied.
2301 * `div`
2302   : Elements have a division operation.
2303 * `rem`
2304   : Elements have a remainder operation.
2305 * `neg`
2306   : Elements can be negated arithmetically.
2307 * `not`
2308   : Elements can be negated logically.
2309 * `bitxor`
2310   : Elements have an exclusive-or operation.
2311 * `bitand`
2312   : Elements have a bitwise `and` operation.
2313 * `bitor`
2314   : Elements have a bitwise `or` operation.
2315 * `shl`
2316   : Elements have a left shift operation.
2317 * `shr`
2318   : Elements have a right shift operation.
2319 * `index`
2320   : Elements can be indexed.
2321 * `index_mut`
2322   : ___Needs filling in___
2323 * `eq`
2324   : Elements can be compared for equality.
2325 * `ord`
2326   : Elements have a partial ordering.
2327 * `deref`
2328   : `*` can be applied, yielding a reference to another type.
2329 * `deref_mut`
2330   : `*` can be applied, yielding a mutable reference to another type.
2331
2332 These are functions:
2333
2334 * `fn`
2335   : ___Needs filling in___
2336 * `fn_mut`
2337   : ___Needs filling in___
2338 * `fn_once`
2339   : ___Needs filling in___
2340 * `str_eq`
2341   : Compare two strings (`&str`) for equality.
2342 * `strdup_uniq`
2343   : Return a new unique string
2344     containing a copy of the contents of a unique string.
2345
2346 #### Types
2347
2348 * `type_id`
2349   : The type returned by the `type_id` intrinsic.
2350 * `unsafe`
2351   : A type whose contents can be mutated through an immutable reference.
2352
2353 #### Marker types
2354
2355 These types help drive the compiler's analysis
2356
2357 * `begin_unwind`
2358   : ___Needs filling in___
2359 * `no_copy_bound`
2360   : This type does not implement "copy", even if eligible.
2361 * `no_send_bound`
2362   : This type does not implement "send", even if eligible.
2363 * `no_sync_bound`
2364   : This type does not implement "sync", even if eligible.
2365 * `eh_personality`
2366   : ___Needs filling in___
2367 * `exchange_free`
2368   : Free memory that was allocated on the exchange heap.
2369 * `exchange_malloc`
2370   : Allocate memory on the exchange heap.
2371 * `closure_exchange_malloc`
2372   : ___Needs filling in___
2373 * `panic`
2374   : Abort the program with an error.
2375 * `fail_bounds_check`
2376   : Abort the program with a bounds check error.
2377 * `free`
2378   : Free memory that was allocated on the managed heap.
2379 * `gc`
2380   : ___Needs filling in___
2381 * `exchange_heap`
2382   : ___Needs filling in___
2383 * `iterator`
2384   : ___Needs filling in___
2385 * `contravariant_lifetime`
2386   : The lifetime parameter should be considered contravariant.
2387 * `covariant_lifetime`
2388   : The lifetime parameter should be considered covariant.
2389 * `invariant_lifetime`
2390   : The lifetime parameter should be considered invariant.
2391 * `malloc`
2392   : Allocate memory on the managed heap.
2393 * `owned_box`
2394   : ___Needs filling in___
2395 * `stack_exhausted`
2396   : ___Needs filling in___
2397 * `start`
2398   : ___Needs filling in___
2399 * `contravariant_type`
2400   : The type parameter should be considered contravariant.
2401 * `covariant_type`
2402   : The type parameter should be considered covariant.
2403 * `invariant_type`
2404   : The type parameter should be considered invariant.
2405 * `ty_desc`
2406   : ___Needs filling in___
2407
2408 > **Note:** This list is likely to become out of date. We should auto-generate
2409 > it from `librustc/middle/lang_items.rs`.
2410
2411 ### Inline attributes
2412
2413 The inline attribute is used to suggest to the compiler to perform an inline
2414 expansion and place a copy of the function or static in the caller rather than
2415 generating code to call the function or access the static where it is defined.
2416
2417 The compiler automatically inlines functions based on internal heuristics.
2418 Incorrectly inlining functions can actually making the program slower, so it
2419 should be used with care.
2420
2421 Immutable statics are always considered inlineable unless marked with
2422 `#[inline(never)]`. It is undefined whether two different inlineable statics
2423 have the same memory address. In other words, the compiler is free to collapse
2424 duplicate inlineable statics together.
2425
2426 `#[inline]` and `#[inline(always)]` always causes the function to be serialized
2427 into crate metadata to allow cross-crate inlining.
2428
2429 There are three different types of inline attributes:
2430
2431 * `#[inline]` hints the compiler to perform an inline expansion.
2432 * `#[inline(always)]` asks the compiler to always perform an inline expansion.
2433 * `#[inline(never)]` asks the compiler to never perform an inline expansion.
2434
2435 ### Deriving
2436
2437 The `deriving` attribute allows certain traits to be automatically implemented
2438 for data structures. For example, the following will create an `impl` for the
2439 `PartialEq` and `Clone` traits for `Foo`, the type parameter `T` will be given
2440 the `PartialEq` or `Clone` constraints for the appropriate `impl`:
2441
2442 ```
2443 #[deriving(PartialEq, Clone)]
2444 struct Foo<T> {
2445     a: int,
2446     b: T
2447 }
2448 ```
2449
2450 The generated `impl` for `PartialEq` is equivalent to
2451
2452 ```
2453 # struct Foo<T> { a: int, b: T }
2454 impl<T: PartialEq> PartialEq for Foo<T> {
2455     fn eq(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2456         self.a == other.a && self.b == other.b
2457     }
2458
2459     fn ne(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2460         self.a != other.a || self.b != other.b
2461     }
2462 }
2463 ```
2464
2465 Supported traits for `deriving` are:
2466
2467 * Comparison traits: `PartialEq`, `Eq`, `PartialOrd`, `Ord`.
2468 * Serialization: `Encodable`, `Decodable`. These require `serialize`.
2469 * `Clone`, to create `T` from `&T` via a copy.
2470 * `Default`, to create an empty instance of a data type.
2471 * `FromPrimitive`, to create an instance from a numeric primitive.
2472 * `Hash`, to iterate over the bytes in a data type.
2473 * `Rand`, to create a random instance of a data type.
2474 * `Show`, to format a value using the `{}` formatter.
2475 * `Zero`, to create a zero instance of a numeric data type.
2476
2477 ### Stability
2478
2479 One can indicate the stability of an API using the following attributes:
2480
2481 * `deprecated`: This item should no longer be used, e.g. it has been
2482   replaced. No guarantee of backwards-compatibility.
2483 * `experimental`: This item was only recently introduced or is
2484   otherwise in a state of flux. It may change significantly, or even
2485   be removed. No guarantee of backwards-compatibility.
2486 * `unstable`: This item is still under development, but requires more
2487   testing to be considered stable. No guarantee of backwards-compatibility.
2488 * `stable`: This item is considered stable, and will not change
2489   significantly. Guarantee of backwards-compatibility.
2490 * `frozen`: This item is very stable, and is unlikely to
2491   change. Guarantee of backwards-compatibility.
2492 * `locked`: This item will never change unless a serious bug is
2493   found. Guarantee of backwards-compatibility.
2494
2495 These levels are directly inspired by
2496 [Node.js' "stability index"](http://nodejs.org/api/documentation.html).
2497
2498 Stability levels are inherited, so an item's stability attribute is the default
2499 stability for everything nested underneath it.
2500
2501 There are lints for disallowing items marked with certain levels: `deprecated`,
2502 `experimental` and `unstable`. For now, only `deprecated` warns by default, but
2503 this will change once the standard library has been stabilized. Stability
2504 levels are meant to be promises at the crate level, so these lints only apply
2505 when referencing items from an _external_ crate, not to items defined within
2506 the current crate. Items with no stability level are considered to be unstable
2507 for the purposes of the lint. One can give an optional string that will be
2508 displayed when the lint flags the use of an item.
2509
2510 For example, if we define one crate called `stability_levels`:
2511
2512 ```{.ignore}
2513 #[deprecated="replaced by `best`"]
2514 pub fn bad() {
2515     // delete everything
2516 }
2517
2518 pub fn better() {
2519     // delete fewer things
2520 }
2521
2522 #[stable]
2523 pub fn best() {
2524     // delete nothing
2525 }
2526 ```
2527
2528 then the lints will work as follows for a client crate:
2529
2530 ```{.ignore}
2531 #![warn(unstable)]
2532 extern crate stability_levels;
2533 use stability_levels::{bad, better, best};
2534
2535 fn main() {
2536     bad(); // "warning: use of deprecated item: replaced by `best`"
2537
2538     better(); // "warning: use of unmarked item"
2539
2540     best(); // no warning
2541 }
2542 ```
2543
2544 > **Note:** Currently these are only checked when applied to individual
2545 > functions, structs, methods and enum variants, *not* to entire modules,
2546 > traits, impls or enums themselves.
2547
2548 ### Compiler Features
2549
2550 Certain aspects of Rust may be implemented in the compiler, but they're not
2551 necessarily ready for every-day use. These features are often of "prototype
2552 quality" or "almost production ready", but may not be stable enough to be
2553 considered a full-fledged language feature.
2554
2555 For this reason, Rust recognizes a special crate-level attribute of the form:
2556
2557 ```{.ignore}
2558 #![feature(feature1, feature2, feature3)]
2559 ```
2560
2561 This directive informs the compiler that the feature list: `feature1`,
2562 `feature2`, and `feature3` should all be enabled. This is only recognized at a
2563 crate-level, not at a module-level. Without this directive, all features are
2564 considered off, and using the features will result in a compiler error.
2565
2566 The currently implemented features of the reference compiler are:
2567
2568 * `asm` - The `asm!` macro provides a means for inline assembly. This is often
2569           useful, but the exact syntax for this feature along with its
2570           semantics are likely to change, so this macro usage must be opted
2571           into.
2572
2573 * `concat_idents` - Allows use of the `concat_idents` macro, which is in many
2574                     ways insufficient for concatenating identifiers, and may be
2575                     removed entirely for something more wholesome.
2576
2577 * `default_type_params` - Allows use of default type parameters. The future of
2578                           this feature is uncertain.
2579
2580 * `intrinsics` - Allows use of the "rust-intrinsics" ABI. Compiler intrinsics
2581                  are inherently unstable and no promise about them is made.
2582
2583 * `lang_items` - Allows use of the `#[lang]` attribute. Like `intrinsics`,
2584                  lang items are inherently unstable and no promise about them
2585                  is made.
2586
2587 * `link_args` - This attribute is used to specify custom flags to the linker,
2588                 but usage is strongly discouraged. The compiler's usage of the
2589                 system linker is not guaranteed to continue in the future, and
2590                 if the system linker is not used then specifying custom flags
2591                 doesn't have much meaning.
2592
2593 * `link_llvm_intrinsics` â€“ Allows linking to LLVM intrinsics via
2594                            `#[link_name="llvm.*"]`.
2595
2596 * `linkage` - Allows use of the `linkage` attribute, which is not portable.
2597
2598 * `log_syntax` - Allows use of the `log_syntax` macro attribute, which is a
2599                  nasty hack that will certainly be removed.
2600
2601 * `non_ascii_idents` - The compiler supports the use of non-ascii identifiers,
2602                        but the implementation is a little rough around the
2603                        edges, so this can be seen as an experimental feature
2604                        for now until the specification of identifiers is fully
2605                        fleshed out.
2606
2607 * `once_fns` - Onceness guarantees a closure is only executed once. Defining a
2608                closure as `once` is unlikely to be supported going forward. So
2609                they are hidden behind this feature until they are to be removed.
2610
2611 * `plugin` - Usage of [compiler plugins][plugin] for custom lints or syntax extensions.
2612              These depend on compiler internals and are subject to change.
2613
2614 * `plugin_registrar` - Indicates that a crate provides [compiler plugins][plugin].
2615
2616 * `quote` - Allows use of the `quote_*!` family of macros, which are
2617             implemented very poorly and will likely change significantly
2618             with a proper implementation.
2619
2620 * `rustc_diagnostic_macros`- A mysterious feature, used in the implementation
2621                              of rustc, not meant for mortals.
2622
2623 * `simd` - Allows use of the `#[simd]` attribute, which is overly simple and
2624            not the SIMD interface we want to expose in the long term.
2625
2626 * `struct_inherit` - Allows using struct inheritance, which is barely
2627                      implemented and will probably be removed. Don't use this.
2628
2629 * `struct_variant` - Structural enum variants (those with named fields). It is
2630                      currently unknown whether this style of enum variant is as
2631                      fully supported as the tuple-forms, and it's not certain
2632                      that this style of variant should remain in the language.
2633                      For now this style of variant is hidden behind a feature
2634                      flag.
2635
2636 * `thread_local` - The usage of the `#[thread_local]` attribute is experimental
2637                    and should be seen as unstable. This attribute is used to
2638                    declare a `static` as being unique per-thread leveraging
2639                    LLVM's implementation which works in concert with the kernel
2640                    loader and dynamic linker. This is not necessarily available
2641                    on all platforms, and usage of it is discouraged (rust
2642                    focuses more on thread-local data instead of thread-local
2643                    data).
2644
2645 * `trace_macros` - Allows use of the `trace_macros` macro, which is a nasty
2646                    hack that will certainly be removed.
2647
2648 * `unboxed_closures` - Rust's new closure design, which is currently a work in
2649                        progress feature with many known bugs.
2650
2651 * `unsafe_destructor` - Allows use of the `#[unsafe_destructor]` attribute,
2652                         which is considered wildly unsafe and will be
2653                         obsoleted by language improvements.
2654
2655 * `associated_types` - Allows type aliases in traits. Experimental.
2656
2657 If a feature is promoted to a language feature, then all existing programs will
2658 start to receive compilation warnings about #[feature] directives which enabled
2659 the new feature (because the directive is no longer necessary). However, if a
2660 feature is decided to be removed from the language, errors will be issued (if
2661 there isn't a parser error first). The directive in this case is no longer
2662 necessary, and it's likely that existing code will break if the feature isn't
2663 removed.
2664
2665 If an unknown feature is found in a directive, it results in a compiler error.
2666 An unknown feature is one which has never been recognized by the compiler.
2667
2668 # Statements and expressions
2669
2670 Rust is _primarily_ an expression language. This means that most forms of
2671 value-producing or effect-causing evaluation are directed by the uniform syntax
2672 category of _expressions_. Each kind of expression can typically _nest_ within
2673 each other kind of expression, and rules for evaluation of expressions involve
2674 specifying both the value produced by the expression and the order in which its
2675 sub-expressions are themselves evaluated.
2676
2677 In contrast, statements in Rust serve _mostly_ to contain and explicitly
2678 sequence expression evaluation.
2679
2680 ## Statements
2681
2682 A _statement_ is a component of a block, which is in turn a component of an
2683 outer [expression](#expressions) or [function](#functions).
2684
2685 Rust has two kinds of statement: [declaration
2686 statements](#declaration-statements) and [expression
2687 statements](#expression-statements).
2688
2689 ### Declaration statements
2690
2691 A _declaration statement_ is one that introduces one or more *names* into the
2692 enclosing statement block. The declared names may denote new slots or new
2693 items.
2694
2695 #### Item declarations
2696
2697 An _item declaration statement_ has a syntactic form identical to an
2698 [item](#items) declaration within a module. Declaring an item &mdash; a
2699 function, enumeration, structure, type, static, trait, implementation or module
2700 &mdash; locally within a statement block is simply a way of restricting its
2701 scope to a narrow region containing all of its uses; it is otherwise identical
2702 in meaning to declaring the item outside the statement block.
2703
2704 > **Note**: there is no implicit capture of the function's dynamic environment when
2705 > declaring a function-local item.
2706
2707 #### Slot declarations
2708
2709 ```{.ebnf .gram}
2710 let_decl : "let" pat [':' type ] ? [ init ] ? ';' ;
2711 init : [ '=' ] expr ;
2712 ```
2713
2714 A _slot declaration_ introduces a new set of slots, given by a pattern. The
2715 pattern may be followed by a type annotation, and/or an initializer expression.
2716 When no type annotation is given, the compiler will infer the type, or signal
2717 an error if insufficient type information is available for definite inference.
2718 Any slots introduced by a slot declaration are visible from the point of
2719 declaration until the end of the enclosing block scope.
2720
2721 ### Expression statements
2722
2723 An _expression statement_ is one that evaluates an [expression](#expressions)
2724 and ignores its result. The type of an expression statement `e;` is always
2725 `()`, regardless of the type of `e`. As a rule, an expression statement's
2726 purpose is to trigger the effects of evaluating its expression.
2727
2728 ## Expressions
2729
2730 An expression may have two roles: it always produces a *value*, and it may have
2731 *effects* (otherwise known as "side effects"). An expression *evaluates to* a
2732 value, and has effects during *evaluation*. Many expressions contain
2733 sub-expressions (operands). The meaning of each kind of expression dictates
2734 several things:
2735
2736 * Whether or not to evaluate the sub-expressions when evaluating the expression
2737 * The order in which to evaluate the sub-expressions
2738 * How to combine the sub-expressions' values to obtain the value of the expression
2739
2740 In this way, the structure of expressions dictates the structure of execution.
2741 Blocks are just another kind of expression, so blocks, statements, expressions,
2742 and blocks again can recursively nest inside each other to an arbitrary depth.
2743
2744 #### Lvalues, rvalues and temporaries
2745
2746 Expressions are divided into two main categories: _lvalues_ and _rvalues_.
2747 Likewise within each expression, sub-expressions may occur in _lvalue context_
2748 or _rvalue context_. The evaluation of an expression depends both on its own
2749 category and the context it occurs within.
2750
2751 An lvalue is an expression that represents a memory location. These expressions
2752 are [paths](#path-expressions) (which refer to local variables, function and
2753 method arguments, or static variables), dereferences (`*expr`), [indexing
2754 expressions](#index-expressions) (`expr[expr]`), and [field
2755 references](#field-expressions) (`expr.f`). All other expressions are rvalues.
2756
2757 The left operand of an [assignment](#assignment-expressions) or
2758 [compound-assignment](#compound-assignment-expressions) expression is an lvalue
2759 context, as is the single operand of a unary
2760 [borrow](#unary-operator-expressions). All other expression contexts are
2761 rvalue contexts.
2762
2763 When an lvalue is evaluated in an _lvalue context_, it denotes a memory
2764 location; when evaluated in an _rvalue context_, it denotes the value held _in_
2765 that memory location.
2766
2767 When an rvalue is used in an lvalue context, a temporary un-named lvalue is
2768 created and used instead. A temporary's lifetime equals the largest lifetime
2769 of any reference that points to it.
2770
2771 #### Moved and copied types
2772
2773 When a [local variable](#memory-slots) is used as an
2774 [rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) the variable will either be moved
2775 or copied, depending on its type. For types that contain [owning
2776 pointers](#pointer-types) or values that implement the special trait `Drop`,
2777 the variable is moved. All other types are copied.
2778
2779 ### Literal expressions
2780
2781 A _literal expression_ consists of one of the [literal](#literals) forms
2782 described earlier. It directly describes a number, character, string, boolean
2783 value, or the unit value.
2784
2785 ```{.literals}
2786 ();        // unit type
2787 "hello";   // string type
2788 '5';       // character type
2789 5;         // integer type
2790 ```
2791
2792 ### Path expressions
2793
2794 A [path](#paths) used as an expression context denotes either a local variable
2795 or an item. Path expressions are [lvalues](#lvalues,-rvalues-and-temporaries).
2796
2797 ### Tuple expressions
2798
2799 Tuples are written by enclosing zero or more comma-separated expressions in
2800 parentheses. They are used to create [tuple-typed](#tuple-types) values.
2801
2802 ```{.tuple}
2803 (0,);
2804 (0.0, 4.5);
2805 ("a", 4u, true);
2806 ```
2807
2808 ### Unit expressions
2809
2810 The expression `()` denotes the _unit value_, the only value of the type with
2811 the same name.
2812
2813 ### Structure expressions
2814
2815 ```{.ebnf .gram}
2816 struct_expr : expr_path '{' ident ':' expr
2817                       [ ',' ident ':' expr ] *
2818                       [ ".." expr ] '}' |
2819               expr_path '(' expr
2820                       [ ',' expr ] * ')' |
2821               expr_path ;
2822 ```
2823
2824 There are several forms of structure expressions. A _structure expression_
2825 consists of the [path](#paths) of a [structure item](#structures), followed by
2826 a brace-enclosed list of one or more comma-separated name-value pairs,
2827 providing the field values of a new instance of the structure. A field name
2828 can be any identifier, and is separated from its value expression by a colon.
2829 The location denoted by a structure field is mutable if and only if the
2830 enclosing structure is mutable.
2831
2832 A _tuple structure expression_ consists of the [path](#paths) of a [structure
2833 item](#structures), followed by a parenthesized list of one or more
2834 comma-separated expressions (in other words, the path of a structure item
2835 followed by a tuple expression). The structure item must be a tuple structure
2836 item.
2837
2838 A _unit-like structure expression_ consists only of the [path](#paths) of a
2839 [structure item](#structures).
2840
2841 The following are examples of structure expressions:
2842
2843 ```
2844 # struct Point { x: f64, y: f64 }
2845 # struct TuplePoint(f64, f64);
2846 # mod game { pub struct User<'a> { pub name: &'a str, pub age: uint, pub score: uint } }
2847 # struct Cookie; fn some_fn<T>(t: T) {}
2848 Point {x: 10.0, y: 20.0};
2849 TuplePoint(10.0, 20.0);
2850 let u = game::User {name: "Joe", age: 35, score: 100_000};
2851 some_fn::<Cookie>(Cookie);
2852 ```
2853
2854 A structure expression forms a new value of the named structure type. Note
2855 that for a given *unit-like* structure type, this will always be the same
2856 value.
2857
2858 A structure expression can terminate with the syntax `..` followed by an
2859 expression to denote a functional update. The expression following `..` (the
2860 base) must have the same structure type as the new structure type being formed.
2861 The entire expression denotes the result of constructing a new structure (with
2862 the same type as the base expression) with the given values for the fields that
2863 were explicitly specified and the values in the base expression for all other
2864 fields.
2865
2866 ```
2867 # struct Point3d { x: int, y: int, z: int }
2868 let base = Point3d {x: 1, y: 2, z: 3};
2869 Point3d {y: 0, z: 10, .. base};
2870 ```
2871
2872 ### Block expressions
2873
2874 ```{.ebnf .gram}
2875 block_expr : '{' [ view_item ] *
2876                  [ stmt ';' | item ] *
2877                  [ expr ] '}' ;
2878 ```
2879
2880 A _block expression_ is similar to a module in terms of the declarations that
2881 are possible. Each block conceptually introduces a new namespace scope. View
2882 items can bring new names into scopes and declared items are in scope for only
2883 the block itself.
2884
2885 A block will execute each statement sequentially, and then execute the
2886 expression (if given). If the final expression is omitted, the type and return
2887 value of the block are `()`, but if it is provided, the type and return value
2888 of the block are that of the expression itself.
2889
2890 ### Method-call expressions
2891
2892 ```{.ebnf .gram}
2893 method_call_expr : expr '.' ident paren_expr_list ;
2894 ```
2895
2896 A _method call_ consists of an expression followed by a single dot, an
2897 identifier, and a parenthesized expression-list. Method calls are resolved to
2898 methods on specific traits, either statically dispatching to a method if the
2899 exact `self`-type of the left-hand-side is known, or dynamically dispatching if
2900 the left-hand-side expression is an indirect [object type](#object-types).
2901
2902 ### Field expressions
2903
2904 ```{.ebnf .gram}
2905 field_expr : expr '.' ident ;
2906 ```
2907
2908 A _field expression_ consists of an expression followed by a single dot and an
2909 identifier, when not immediately followed by a parenthesized expression-list
2910 (the latter is a [method call expression](#method-call-expressions)). A field
2911 expression denotes a field of a [structure](#structure-types).
2912
2913 ```{.ignore .field}
2914 mystruct.myfield;
2915 foo().x;
2916 (Struct {a: 10, b: 20}).a;
2917 ```
2918
2919 A field access is an [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) referring to
2920 the value of that field. When the type providing the field inherits mutability,
2921 it can be [assigned](#assignment-expressions) to.
2922
2923 Also, if the type of the expression to the left of the dot is a pointer, it is
2924 automatically dereferenced to make the field access possible.
2925
2926 ### Array expressions
2927
2928 ```{.ebnf .gram}
2929 array_expr : '[' "mut" ? vec_elems? ']' ;
2930
2931 array_elems : [expr [',' expr]*] | [expr ';' expr] ;
2932 ```
2933
2934 An [array](#array,-and-slice-types) _expression_ is written by enclosing zero
2935 or more comma-separated expressions of uniform type in square brackets.
2936
2937 In the `[expr ';' expr]` form, the expression after the `';'` must be a
2938 constant expression that can be evaluated at compile time, such as a
2939 [literal](#literals) or a [static item](#static-items).
2940
2941 ```
2942 [1i, 2, 3, 4];
2943 ["a", "b", "c", "d"];
2944 [0i; 128];             // array with 128 zeros
2945 [0u8, 0u8, 0u8, 0u8];
2946 ```
2947
2948 ### Index expressions
2949
2950 ```{.ebnf .gram}
2951 idx_expr : expr '[' expr ']' ;
2952 ```
2953
2954 [Array](#array,-and-slice-types)-typed expressions can be indexed by
2955 writing a square-bracket-enclosed expression (the index) after them. When the
2956 array is mutable, the resulting [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) can
2957 be assigned to.
2958
2959 Indices are zero-based, and may be of any integral type. Vector access is
2960 bounds-checked at run-time. When the check fails, it will put the thread in a
2961 _panicked state_.
2962
2963 ```{should-fail}
2964 ([1, 2, 3, 4])[0];
2965 (["a", "b"])[10]; // panics
2966 ```
2967
2968 ### Unary operator expressions
2969
2970 Rust defines six symbolic unary operators. They are all written as prefix
2971 operators, before the expression they apply to.
2972
2973 * `-`
2974   : Negation. May only be applied to numeric types.
2975 * `*`
2976   : Dereference. When applied to a [pointer](#pointer-types) it denotes the
2977     pointed-to location. For pointers to mutable locations, the resulting
2978     [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) can be assigned to.
2979     On non-pointer types, it calls the `deref` method of the `std::ops::Deref`
2980     trait, or the `deref_mut` method of the `std::ops::DerefMut` trait (if
2981     implemented by the type and required for an outer expression that will or
2982     could mutate the dereference), and produces the result of dereferencing the
2983     `&` or `&mut` borrowed pointer returned from the overload method.
2984
2985 * `!`
2986   : Logical negation. On the boolean type, this flips between `true` and
2987     `false`. On integer types, this inverts the individual bits in the
2988     two's complement representation of the value.
2989 * `box`
2990   : [Boxing](#pointer-types) operators. Allocate a box to hold the value they
2991     are applied to, and store the value in it. `box` creates a box.
2992 * `&`
2993   : Borrow operator. Returns a reference, pointing to its operand. The operand
2994     of a borrow is statically proven to outlive the resulting pointer. If the
2995     borrow-checker cannot prove this, it is a compilation error.
2996
2997 ### Binary operator expressions
2998
2999 ```{.ebnf .gram}
3000 binop_expr : expr binop expr ;
3001 ```
3002
3003 Binary operators expressions are given in terms of [operator
3004 precedence](#operator-precedence).
3005
3006 #### Arithmetic operators
3007
3008 Binary arithmetic expressions are syntactic sugar for calls to built-in traits,
3009 defined in the `std::ops` module of the `std` library. This means that
3010 arithmetic operators can be overridden for user-defined types. The default
3011 meaning of the operators on standard types is given here.
3012
3013 * `+`
3014   : Addition and array/string concatenation.
3015     Calls the `add` method on the `std::ops::Add` trait.
3016 * `-`
3017   : Subtraction.
3018     Calls the `sub` method on the `std::ops::Sub` trait.
3019 * `*`
3020   : Multiplication.
3021     Calls the `mul` method on the `std::ops::Mul` trait.
3022 * `/`
3023   : Quotient.
3024     Calls the `div` method on the `std::ops::Div` trait.
3025 * `%`
3026   : Remainder.
3027     Calls the `rem` method on the `std::ops::Rem` trait.
3028
3029 #### Bitwise operators
3030
3031 Like the [arithmetic operators](#arithmetic-operators), bitwise operators are
3032 syntactic sugar for calls to methods of built-in traits. This means that
3033 bitwise operators can be overridden for user-defined types. The default
3034 meaning of the operators on standard types is given here.
3035
3036 * `&`
3037   : And.
3038     Calls the `bitand` method of the `std::ops::BitAnd` trait.
3039 * `|`
3040   : Inclusive or.
3041     Calls the `bitor` method of the `std::ops::BitOr` trait.
3042 * `^`
3043   : Exclusive or.
3044     Calls the `bitxor` method of the `std::ops::BitXor` trait.
3045 * `<<`
3046   : Logical left shift.
3047     Calls the `shl` method of the `std::ops::Shl` trait.
3048 * `>>`
3049   : Logical right shift.
3050     Calls the `shr` method of the `std::ops::Shr` trait.
3051
3052 #### Lazy boolean operators
3053
3054 The operators `||` and `&&` may be applied to operands of boolean type. The
3055 `||` operator denotes logical 'or', and the `&&` operator denotes logical
3056 'and'. They differ from `|` and `&` in that the right-hand operand is only
3057 evaluated when the left-hand operand does not already determine the result of
3058 the expression. That is, `||` only evaluates its right-hand operand when the
3059 left-hand operand evaluates to `false`, and `&&` only when it evaluates to
3060 `true`.
3061
3062 #### Comparison operators
3063
3064 Comparison operators are, like the [arithmetic
3065 operators](#arithmetic-operators), and [bitwise operators](#bitwise-operators),
3066 syntactic sugar for calls to built-in traits. This means that comparison
3067 operators can be overridden for user-defined types. The default meaning of the
3068 operators on standard types is given here.
3069
3070 * `==`
3071   : Equal to.
3072     Calls the `eq` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
3073 * `!=`
3074   : Unequal to.
3075     Calls the `ne` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
3076 * `<`
3077   : Less than.
3078     Calls the `lt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3079 * `>`
3080   : Greater than.
3081     Calls the `gt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3082 * `<=`
3083   : Less than or equal.
3084     Calls the `le` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3085 * `>=`
3086   : Greater than or equal.
3087     Calls the `ge` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3088
3089 #### Type cast expressions
3090
3091 A type cast expression is denoted with the binary operator `as`.
3092
3093 Executing an `as` expression casts the value on the left-hand side to the type
3094 on the right-hand side.
3095
3096 A numeric value can be cast to any numeric type. A raw pointer value can be
3097 cast to or from any integral type or raw pointer type. Any other cast is
3098 unsupported and will fail to compile.
3099
3100 An example of an `as` expression:
3101
3102 ```
3103 # fn sum(v: &[f64]) -> f64 { 0.0 }
3104 # fn len(v: &[f64]) -> int { 0 }
3105
3106 fn avg(v: &[f64]) -> f64 {
3107   let sum: f64 = sum(v);
3108   let sz: f64 = len(v) as f64;
3109   return sum / sz;
3110 }
3111 ```
3112
3113 #### Assignment expressions
3114
3115 An _assignment expression_ consists of an
3116 [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) expression followed by an equals
3117 sign (`=`) and an [rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) expression.
3118
3119 Evaluating an assignment expression [either copies or
3120 moves](#moved-and-copied-types) its right-hand operand to its left-hand
3121 operand.
3122
3123 ```
3124 # let mut x = 0i;
3125 # let y = 0;
3126
3127 x = y;
3128 ```
3129
3130 #### Compound assignment expressions
3131
3132 The `+`, `-`, `*`, `/`, `%`, `&`, `|`, `^`, `<<`, and `>>` operators may be
3133 composed with the `=` operator. The expression `lval OP= val` is equivalent to
3134 `lval = lval OP val`. For example, `x = x + 1` may be written as `x += 1`.
3135
3136 Any such expression always has the [`unit`](#primitive-types) type.
3137
3138 #### Operator precedence
3139
3140 The precedence of Rust binary operators is ordered as follows, going from
3141 strong to weak:
3142
3143 ```{.text .precedence}
3144 * / %
3145 as
3146 + -
3147 << >>
3148 &
3149 ^
3150 |
3151 < > <= >=
3152 == !=
3153 &&
3154 ||
3155 =
3156 ```
3157
3158 Operators at the same precedence level are evaluated left-to-right. [Unary
3159 operators](#unary-operator-expressions) have the same precedence level and are
3160 stronger than any of the binary operators.
3161
3162 ### Grouped expressions
3163
3164 An expression enclosed in parentheses evaluates to the result of the enclosed
3165 expression. Parentheses can be used to explicitly specify evaluation order
3166 within an expression.
3167
3168 ```{.ebnf .gram}
3169 paren_expr : '(' expr ')' ;
3170 ```
3171
3172 An example of a parenthesized expression:
3173
3174 ```
3175 let x: int = (2 + 3) * 4;
3176 ```
3177
3178
3179 ### Call expressions
3180
3181 ```{.ebnf .gram}
3182 expr_list : [ expr [ ',' expr ]* ] ? ;
3183 paren_expr_list : '(' expr_list ')' ;
3184 call_expr : expr paren_expr_list ;
3185 ```
3186
3187 A _call expression_ invokes a function, providing zero or more input slots and
3188 an optional reference slot to serve as the function's output, bound to the
3189 `lval` on the right hand side of the call. If the function eventually returns,
3190 then the expression completes.
3191
3192 Some examples of call expressions:
3193
3194 ```
3195 # fn add(x: int, y: int) -> int { 0 }
3196
3197 let x: int = add(1, 2);
3198 let pi: Option<f32> = "3.14".parse();
3199 ```
3200
3201 ### Lambda expressions
3202
3203 ```{.ebnf .gram}
3204 ident_list : [ ident [ ',' ident ]* ] ? ;
3205 lambda_expr : '|' ident_list '|' expr ;
3206 ```
3207
3208 A _lambda expression_ (sometimes called an "anonymous function expression")
3209 defines a function and denotes it as a value, in a single expression. A lambda
3210 expression is a pipe-symbol-delimited (`|`) list of identifiers followed by an
3211 expression.
3212
3213 A lambda expression denotes a function that maps a list of parameters
3214 (`ident_list`) onto the expression that follows the `ident_list`. The
3215 identifiers in the `ident_list` are the parameters to the function. These
3216 parameters' types need not be specified, as the compiler infers them from
3217 context.
3218
3219 Lambda expressions are most useful when passing functions as arguments to other
3220 functions, as an abbreviation for defining and capturing a separate function.
3221
3222 Significantly, lambda expressions _capture their environment_, which regular
3223 [function definitions](#functions) do not. The exact type of capture depends
3224 on the [function type](#function-types) inferred for the lambda expression. In
3225 the simplest and least-expensive form (analogous to a ```|| { }``` expression),
3226 the lambda expression captures its environment by reference, effectively
3227 borrowing pointers to all outer variables mentioned inside the function.
3228 Alternately, the compiler may infer that a lambda expression should copy or
3229 move values (depending on their type) from the environment into the lambda
3230 expression's captured environment.
3231
3232 In this example, we define a function `ten_times` that takes a higher-order
3233 function argument, and call it with a lambda expression as an argument:
3234
3235 ```
3236 fn ten_times<F>(f: F) where F: Fn(int) {
3237     let mut i = 0;
3238     while i < 10 {
3239         f(i);
3240         i += 1;
3241     }
3242 }
3243
3244 ten_times(|j| println!("hello, {}", j));
3245 ```
3246
3247 ### While loops
3248
3249 ```{.ebnf .gram}
3250 while_expr : "while" no_struct_literal_expr '{' block '}' ;
3251 ```
3252
3253 A `while` loop begins by evaluating the boolean loop conditional expression.
3254 If the loop conditional expression evaluates to `true`, the loop body block
3255 executes and control returns to the loop conditional expression. If the loop
3256 conditional expression evaluates to `false`, the `while` expression completes.
3257
3258 An example:
3259
3260 ```
3261 let mut i = 0u;
3262
3263 while i < 10 {
3264     println!("hello");
3265     i = i + 1;
3266 }
3267 ```
3268
3269 ### Infinite loops
3270
3271 A `loop` expression denotes an infinite loop.
3272
3273 ```{.ebnf .gram}
3274 loop_expr : [ lifetime ':' ] "loop" '{' block '}';
3275 ```
3276
3277 A `loop` expression may optionally have a _label_. If a label is present, then
3278 labeled `break` and `continue` expressions nested within this loop may exit out
3279 of this loop or return control to its head. See [Break
3280 expressions](#break-expressions) and [Continue
3281 expressions](#continue-expressions).
3282
3283 ### Break expressions
3284
3285 ```{.ebnf .gram}
3286 break_expr : "break" [ lifetime ];
3287 ```
3288
3289 A `break` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3290 executing a `break` expression immediately terminates the innermost loop
3291 enclosing it. It is only permitted in the body of a loop. If the label is
3292 present, then `break foo` terminates the loop with label `foo`, which need not
3293 be the innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3294
3295 ### Continue expressions
3296
3297 ```{.ebnf .gram}
3298 continue_expr : "continue" [ lifetime ];
3299 ```
3300
3301 A `continue` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3302 executing a `continue` expression immediately terminates the current iteration
3303 of the innermost loop enclosing it, returning control to the loop *head*. In
3304 the case of a `while` loop, the head is the conditional expression controlling
3305 the loop. In the case of a `for` loop, the head is the call-expression
3306 controlling the loop. If the label is present, then `continue foo` returns
3307 control to the head of the loop with label `foo`, which need not be the
3308 innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3309
3310 A `continue` expression is only permitted in the body of a loop.
3311
3312 ### For expressions
3313
3314 ```{.ebnf .gram}
3315 for_expr : "for" pat "in" no_struct_literal_expr '{' block '}' ;
3316 ```
3317
3318 A `for` expression is a syntactic construct for looping over elements provided
3319 by an implementation of `std::iter::Iterator`.
3320
3321 An example of a for loop over the contents of an array:
3322
3323 ```
3324 # type Foo = int;
3325 # fn bar(f: Foo) { }
3326 # let a = 0;
3327 # let b = 0;
3328 # let c = 0;
3329
3330 let v: &[Foo] = &[a, b, c];
3331
3332 for e in v.iter() {
3333     bar(*e);
3334 }
3335 ```
3336
3337 An example of a for loop over a series of integers:
3338
3339 ```
3340 # fn bar(b:uint) { }
3341 for i in range(0u, 256) {
3342     bar(i);
3343 }
3344 ```
3345
3346 ### If expressions
3347
3348 ```{.ebnf .gram}
3349 if_expr : "if" no_struct_literal_expr '{' block '}'
3350           else_tail ? ;
3351
3352 else_tail : "else" [ if_expr | if_let_expr
3353                    | '{' block '}' ] ;
3354 ```
3355
3356 An `if` expression is a conditional branch in program control. The form of an
3357 `if` expression is a condition expression, followed by a consequent block, any
3358 number of `else if` conditions and blocks, and an optional trailing `else`
3359 block. The condition expressions must have type `bool`. If a condition
3360 expression evaluates to `true`, the consequent block is executed and any
3361 subsequent `else if` or `else` block is skipped. If a condition expression
3362 evaluates to `false`, the consequent block is skipped and any subsequent `else
3363 if` condition is evaluated. If all `if` and `else if` conditions evaluate to
3364 `false` then any `else` block is executed.
3365
3366 ### Match expressions
3367
3368 ```{.ebnf .gram}
3369 match_expr : "match" no_struct_literal_expr '{' match_arm * '}' ;
3370
3371 match_arm : attribute * match_pat "=>" [ expr "," | '{' block '}' ] ;
3372
3373 match_pat : pat [ '|' pat ] * [ "if" expr ] ? ;
3374 ```
3375
3376 A `match` expression branches on a *pattern*. The exact form of matching that
3377 occurs depends on the pattern. Patterns consist of some combination of
3378 literals, destructured arrays or enum constructors, structures and tuples,
3379 variable binding specifications, wildcards (`..`), and placeholders (`_`). A
3380 `match` expression has a *head expression*, which is the value to compare to
3381 the patterns. The type of the patterns must equal the type of the head
3382 expression.
3383
3384 In a pattern whose head expression has an `enum` type, a placeholder (`_`)
3385 stands for a *single* data field, whereas a wildcard `..` stands for *all* the
3386 fields of a particular variant. For example:
3387
3388 ```
3389 #![feature(box_syntax)]
3390 enum List<X> { Nil, Cons(X, Box<List<X>>) }
3391
3392 fn main() {
3393     let x: List<int> = List::Cons(10, box List::Cons(11, box List::Nil));
3394
3395     match x {
3396         List::Cons(_, box List::Nil) => panic!("singleton list"),
3397         List::Cons(..)               => return,
3398         List::Nil                    => panic!("empty list")
3399     }
3400 }
3401 ```
3402
3403 The first pattern matches lists constructed by applying `Cons` to any head
3404 value, and a tail value of `box Nil`. The second pattern matches _any_ list
3405 constructed with `Cons`, ignoring the values of its arguments. The difference
3406 between `_` and `..` is that the pattern `C(_)` is only type-correct if `C` has
3407 exactly one argument, while the pattern `C(..)` is type-correct for any enum
3408 variant `C`, regardless of how many arguments `C` has.
3409
3410 Used inside an array pattern, `..` stands for any number of elements, when the
3411 `advanced_slice_patterns` feature gate is turned on. This wildcard can be used
3412 at most once for a given array, which implies that it cannot be used to
3413 specifically match elements that are at an unknown distance from both ends of a
3414 array, like `[.., 42, ..]`. If followed by a variable name, it will bind the
3415 corresponding slice to the variable. Example:
3416
3417 ```
3418 # #![feature(advanced_slice_patterns)]
3419 fn is_symmetric(list: &[uint]) -> bool {
3420     match list {
3421         [] | [_]                   => true,
3422         [x, inside.., y] if x == y => is_symmetric(inside),
3423         _                          => false
3424     }
3425 }
3426
3427 fn main() {
3428     let sym     = &[0, 1, 4, 2, 4, 1, 0];
3429     let not_sym = &[0, 1, 7, 2, 4, 1, 0];
3430     assert!(is_symmetric(sym));
3431     assert!(!is_symmetric(not_sym));
3432 }
3433 ```
3434
3435 A `match` behaves differently depending on whether or not the head expression
3436 is an [lvalue or an rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries). If the head
3437 expression is an rvalue, it is first evaluated into a temporary location, and
3438 the resulting value is sequentially compared to the patterns in the arms until
3439 a match is found. The first arm with a matching pattern is chosen as the branch
3440 target of the `match`, any variables bound by the pattern are assigned to local
3441 variables in the arm's block, and control enters the block.
3442
3443 When the head expression is an lvalue, the match does not allocate a temporary
3444 location (however, a by-value binding may copy or move from the lvalue). When
3445 possible, it is preferable to match on lvalues, as the lifetime of these
3446 matches inherits the lifetime of the lvalue, rather than being restricted to
3447 the inside of the match.
3448
3449 An example of a `match` expression:
3450
3451 ```
3452 #![feature(box_syntax)]
3453 # fn process_pair(a: int, b: int) { }
3454 # fn process_ten() { }
3455
3456 enum List<X> { Nil, Cons(X, Box<List<X>>) }
3457
3458 fn main() {
3459     let x: List<int> = List::Cons(10, box List::Cons(11, box List::Nil));
3460
3461     match x {
3462         List::Cons(a, box List::Cons(b, _)) => {
3463             process_pair(a, b);
3464         }
3465         List::Cons(10, _) => {
3466             process_ten();
3467         }
3468         List::Nil => {
3469             return;
3470         }
3471         _ => {
3472             panic!();
3473         }
3474     }
3475 }
3476 ```
3477
3478 Patterns that bind variables default to binding to a copy or move of the
3479 matched value (depending on the matched value's type). This can be changed to
3480 bind to a reference by using the `ref` keyword, or to a mutable reference using
3481 `ref mut`.
3482
3483 Subpatterns can also be bound to variables by the use of the syntax `variable @
3484 subpattern`. For example:
3485
3486 ```
3487 #![feature(box_syntax)]
3488
3489 enum List { Nil, Cons(uint, Box<List>) }
3490
3491 fn is_sorted(list: &List) -> bool {
3492     match *list {
3493         List::Nil | List::Cons(_, box List::Nil) => true,
3494         List::Cons(x, ref r @ box List::Cons(_, _)) => {
3495             match *r {
3496                 box List::Cons(y, _) => (x <= y) && is_sorted(&**r),
3497                 _ => panic!()
3498             }
3499         }
3500     }
3501 }
3502
3503 fn main() {
3504     let a = List::Cons(6, box List::Cons(7, box List::Cons(42, box List::Nil)));
3505     assert!(is_sorted(&a));
3506 }
3507
3508 ```
3509
3510 Patterns can also dereference pointers by using the `&`, `&mut` and `box`
3511 symbols, as appropriate. For example, these two matches on `x: &int` are
3512 equivalent:
3513
3514 ```
3515 # let x = &3i;
3516 let y = match *x { 0 => "zero", _ => "some" };
3517 let z = match x { &0 => "zero", _ => "some" };
3518
3519 assert_eq!(y, z);
3520 ```
3521
3522 A pattern that's just an identifier, like `Nil` in the previous example, could
3523 either refer to an enum variant that's in scope, or bind a new variable. The
3524 compiler resolves this ambiguity by forbidding variable bindings that occur in
3525 `match` patterns from shadowing names of variants that are in scope. For
3526 example, wherever `List` is in scope, a `match` pattern would not be able to
3527 bind `Nil` as a new name. The compiler interprets a variable pattern `x` as a
3528 binding _only_ if there is no variant named `x` in scope. A convention you can
3529 use to avoid conflicts is simply to name variants with upper-case letters, and
3530 local variables with lower-case letters.
3531
3532 Multiple match patterns may be joined with the `|` operator. A range of values
3533 may be specified with `...`. For example:
3534
3535 ```
3536 # let x = 2i;
3537
3538 let message = match x {
3539   0 | 1  => "not many",
3540   2 ... 9 => "a few",
3541   _      => "lots"
3542 };
3543 ```
3544
3545 Range patterns only work on scalar types (like integers and characters; not
3546 like arrays and structs, which have sub-components). A range pattern may not
3547 be a sub-range of another range pattern inside the same `match`.
3548
3549 Finally, match patterns can accept *pattern guards* to further refine the
3550 criteria for matching a case. Pattern guards appear after the pattern and
3551 consist of a bool-typed expression following the `if` keyword. A pattern guard
3552 may refer to the variables bound within the pattern they follow.
3553
3554 ```
3555 # let maybe_digit = Some(0);
3556 # fn process_digit(i: int) { }
3557 # fn process_other(i: int) { }
3558
3559 let message = match maybe_digit {
3560   Some(x) if x < 10 => process_digit(x),
3561   Some(x) => process_other(x),
3562   None => panic!()
3563 };
3564 ```
3565
3566 ### If let expressions
3567
3568 ```{.ebnf .gram}
3569 if_let_expr : "if" "let" pat '=' expr '{' block '}'
3570                else_tail ? ;
3571 else_tail : "else" [ if_expr | if_let_expr | '{' block '}' ] ;
3572 ```
3573
3574 An `if let` expression is semantically identical to an `if` expression but in place
3575 of a condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3576 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the corresponding
3577 block will execute, otherwise flow proceeds to the first `else` block that follows.
3578
3579 ### While let loops
3580
3581 ```{.ebnf .gram}
3582 while_let_expr : "while" "let" pat '=' expr '{' block '}' ;
3583 ```
3584
3585 A `while let` loop is semantically identical to a `while` loop but in place of a
3586 condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3587 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the
3588 loop body block executes and control returns to the pattern matching statement.
3589 Otherwise, the while expression completes.
3590
3591 ### Return expressions
3592
3593 ```{.ebnf .gram}
3594 return_expr : "return" expr ? ;
3595 ```
3596
3597 Return expressions are denoted with the keyword `return`. Evaluating a `return`
3598 expression moves its argument into the output slot of the current function,
3599 destroys the current function activation frame, and transfers control to the
3600 caller frame.
3601
3602 An example of a `return` expression:
3603
3604 ```
3605 fn max(a: int, b: int) -> int {
3606    if a > b {
3607       return a;
3608    }
3609    return b;
3610 }
3611 ```
3612
3613 # Type system
3614
3615 ## Types
3616
3617 Every slot, item and value in a Rust program has a type. The _type_ of a
3618 *value* defines the interpretation of the memory holding it.
3619
3620 Built-in types and type-constructors are tightly integrated into the language,
3621 in nontrivial ways that are not possible to emulate in user-defined types.
3622 User-defined types have limited capabilities.
3623
3624 ### Primitive types
3625
3626 The primitive types are the following:
3627
3628 * The "unit" type `()`, having the single "unit" value `()` (occasionally called
3629   "nil"). [^unittype]
3630 * The boolean type `bool` with values `true` and `false`.
3631 * The machine types.
3632 * The machine-dependent integer and floating-point types.
3633
3634 [^unittype]: The "unit" value `()` is *not* a sentinel "null pointer" value for
3635     reference slots; the "unit" type is the implicit return type from functions
3636     otherwise lacking a return type, and can be used in other contexts (such as
3637     message-sending or type-parametric code) as a zero-size type.]
3638
3639 #### Machine types
3640
3641 The machine types are the following:
3642
3643 * The unsigned word types `u8`, `u16`, `u32` and `u64`, with values drawn from
3644   the integer intervals [0, 2^8 - 1], [0, 2^16 - 1], [0, 2^32 - 1] and
3645   [0, 2^64 - 1] respectively.
3646
3647 * The signed two's complement word types `i8`, `i16`, `i32` and `i64`, with
3648   values drawn from the integer intervals [-(2^(7)), 2^7 - 1],
3649   [-(2^(15)), 2^15 - 1], [-(2^(31)), 2^31 - 1], [-(2^(63)), 2^63 - 1]
3650   respectively.
3651
3652 * The IEEE 754-2008 `binary32` and `binary64` floating-point types: `f32` and
3653   `f64`, respectively.
3654
3655 #### Machine-dependent integer types
3656
3657 The `uint` type is an unsigned integer type with the same number of bits as the
3658 platform's pointer type. It can represent every memory address in the process.
3659
3660 The `int` type is a signed integer type with the same number of bits as the
3661 platform's pointer type. The theoretical upper bound on object and array size
3662 is the maximum `int` value. This ensures that `int` can be used to calculate
3663 differences between pointers into an object or array and can address every byte
3664 within an object along with one byte past the end.
3665
3666 ### Textual types
3667
3668 The types `char` and `str` hold textual data.
3669
3670 A value of type `char` is a [Unicode scalar value](
3671 http://www.unicode.org/glossary/#unicode_scalar_value) (i.e. a code point that
3672 is not a surrogate), represented as a 32-bit unsigned word in the 0x0000 to
3673 0xD7FF or 0xE000 to 0x10FFFF range. A `[char]` array is effectively an UCS-4 /
3674 UTF-32 string.
3675
3676 A value of type `str` is a Unicode string, represented as an array of 8-bit
3677 unsigned bytes holding a sequence of UTF-8 codepoints. Since `str` is of
3678 unknown size, it is not a _first-class_ type, but can only be instantiated
3679 through a pointer type, such as `&str` or `String`.
3680
3681 ### Tuple types
3682
3683 A tuple *type* is a heterogeneous product of other types, called the *elements*
3684 of the tuple. It has no nominal name and is instead structurally typed.
3685
3686 Tuple types and values are denoted by listing the types or values of their
3687 elements, respectively, in a parenthesized, comma-separated list.
3688
3689 Because tuple elements don't have a name, they can only be accessed by
3690 pattern-matching.
3691
3692 The members of a tuple are laid out in memory contiguously, in order specified
3693 by the tuple type.
3694
3695 An example of a tuple type and its use:
3696
3697 ```
3698 type Pair<'a> = (int, &'a str);
3699 let p: Pair<'static> = (10, "hello");
3700 let (a, b) = p;
3701 assert!(b != "world");
3702 ```
3703
3704 ### Array, and Slice types
3705
3706 Rust has two different types for a list of items:
3707
3708 * `[T; N]`, an 'array'.
3709 * `&[T]`, a 'slice'.
3710
3711 An array has a fixed size, and can be allocated on either the stack or the
3712 heap.
3713
3714 A slice is a 'view' into an array. It doesn't own the data it points
3715 to, it borrows it.
3716
3717 An example of each kind:
3718
3719 ```{rust}
3720 let vec: Vec<i32> = vec![1, 2, 3];
3721 let arr: [i32; 3] = [1, 2, 3];
3722 let s: &[i32] = vec.as_slice();
3723 ```
3724
3725 As you can see, the `vec!` macro allows you to create a `Vec<T>` easily. The
3726 `vec!` macro is also part of the standard library, rather than the language.
3727
3728 All in-bounds elements of arrays, and slices are always initialized, and access
3729 to an array or slice is always bounds-checked.
3730
3731 ### Structure types
3732
3733 A `struct` *type* is a heterogeneous product of other types, called the
3734 *fields* of the type.[^structtype]
3735
3736 [^structtype]: `struct` types are analogous `struct` types in C,
3737     the *record* types of the ML family,
3738     or the *structure* types of the Lisp family.
3739
3740 New instances of a `struct` can be constructed with a [struct
3741 expression](#structure-expressions).
3742
3743 The memory layout of a `struct` is undefined by default to allow for compiler
3744 optimizations like field reordering, but it can be fixed with the
3745 `#[repr(...)]` attribute. In either case, fields may be given in any order in
3746 a corresponding struct *expression*; the resulting `struct` value will always
3747 have the same memory layout.
3748
3749 The fields of a `struct` may be qualified by [visibility
3750 modifiers](#re-exporting-and-visibility), to allow access to data in a
3751 structure outside a module.
3752
3753 A _tuple struct_ type is just like a structure type, except that the fields are
3754 anonymous.
3755
3756 A _unit-like struct_ type is like a structure type, except that it has no
3757 fields. The one value constructed by the associated [structure
3758 expression](#structure-expressions) is the only value that inhabits such a
3759 type.
3760
3761 ### Enumerated types
3762
3763 An *enumerated type* is a nominal, heterogeneous disjoint union type, denoted
3764 by the name of an [`enum` item](#enumerations). [^enumtype]
3765
3766 [^enumtype]: The `enum` type is analogous to a `data` constructor declaration in
3767              ML, or a *pick ADT* in Limbo.
3768
3769 An [`enum` item](#enumerations) declares both the type and a number of *variant
3770 constructors*, each of which is independently named and takes an optional tuple
3771 of arguments.
3772
3773 New instances of an `enum` can be constructed by calling one of the variant
3774 constructors, in a [call expression](#call-expressions).
3775
3776 Any `enum` value consumes as much memory as the largest variant constructor for
3777 its corresponding `enum` type.
3778
3779 Enum types cannot be denoted *structurally* as types, but must be denoted by
3780 named reference to an [`enum` item](#enumerations).
3781
3782 ### Recursive types
3783
3784 Nominal types &mdash; [enumerations](#enumerated-types) and
3785 [structures](#structure-types) &mdash; may be recursive. That is, each `enum`
3786 constructor or `struct` field may refer, directly or indirectly, to the
3787 enclosing `enum` or `struct` type itself. Such recursion has restrictions:
3788
3789 * Recursive types must include a nominal type in the recursion
3790   (not mere [type definitions](#type-definitions),
3791    or other structural types such as [arrays](#array,-and-slice-types) or [tuples](#tuple-types)).
3792 * A recursive `enum` item must have at least one non-recursive constructor
3793   (in order to give the recursion a basis case).
3794 * The size of a recursive type must be finite;
3795   in other words the recursive fields of the type must be [pointer types](#pointer-types).
3796 * Recursive type definitions can cross module boundaries, but not module *visibility* boundaries,
3797   or crate boundaries (in order to simplify the module system and type checker).
3798
3799 An example of a *recursive* type and its use:
3800
3801 ```
3802 # use std::boxed::Box;
3803 enum List<T> {
3804     Nil,
3805     Cons(T, Box<List<T>>)
3806 }
3807
3808 let a: List<i32> = List::Cons(7, Box::new(List::Cons(13, Box::new(List::Nil))));
3809 ```
3810
3811 ### Pointer types
3812
3813 All pointers in Rust are explicit first-class values. They can be copied,
3814 stored into data structures, and returned from functions. There are two
3815 varieties of pointer in Rust:
3816
3817 * References (`&`)
3818   : These point to memory _owned by some other value_.
3819     A reference type is written `&type` for some lifetime-variable `f`,
3820     or just `&'a type` when you need an explicit lifetime.
3821     Copying a reference is a "shallow" operation:
3822     it involves only copying the pointer itself.
3823     Releasing a reference typically has no effect on the value it points to,
3824     with the exception of temporary values, which are released when the last
3825     reference to them is released.
3826
3827 * Raw pointers (`*`)
3828   : Raw pointers are pointers without safety or liveness guarantees.
3829     Raw pointers are written as `*const T` or `*mut T`,
3830     for example `*const int` means a raw pointer to an integer.
3831     Copying or dropping a raw pointer has no effect on the lifecycle of any
3832     other value. Dereferencing a raw pointer or converting it to any other
3833     pointer type is an [`unsafe` operation](#unsafe-functions).
3834     Raw pointers are generally discouraged in Rust code;
3835     they exist to support interoperability with foreign code,
3836     and writing performance-critical or low-level functions.
3837
3838 The standard library contains additional 'smart pointer' types beyond references
3839 and raw pointers.
3840
3841 ### Function types
3842
3843 The function type constructor `fn` forms new function types. A function type
3844 consists of a possibly-empty set of function-type modifiers (such as `unsafe`
3845 or `extern`), a sequence of input types and an output type.
3846
3847 An example of a `fn` type:
3848
3849 ```
3850 fn add(x: int, y: int) -> int {
3851   return x + y;
3852 }
3853
3854 let mut x = add(5,7);
3855
3856 type Binop = fn(int, int) -> int;
3857 let bo: Binop = add;
3858 x = bo(5,7);
3859 ```
3860
3861 ### Closure types
3862
3863 ```{.ebnf .notation}
3864 closure_type := [ 'unsafe' ] [ '<' lifetime-list '>' ] '|' arg-list '|'
3865                 [ ':' bound-list ] [ '->' type ]
3866 lifetime-list := lifetime | lifetime ',' lifetime-list
3867 arg-list := ident ':' type | ident ':' type ',' arg-list
3868 bound-list := bound | bound '+' bound-list
3869 bound := path | lifetime
3870 ```
3871
3872 The type of a closure mapping an input of type `A` to an output of type `B` is
3873 `|A| -> B`. A closure with no arguments or return values has type `||`.
3874
3875 An example of creating and calling a closure:
3876
3877 ```rust
3878 let captured_var = 10i;
3879
3880 let closure_no_args = |&:| println!("captured_var={}", captured_var);
3881
3882 let closure_args = |&: arg: int| -> int {
3883   println!("captured_var={}, arg={}", captured_var, arg);
3884   arg // Note lack of semicolon after 'arg'
3885 };
3886
3887 fn call_closure<F: Fn(), G: Fn(int) -> int>(c1: F, c2: G) {
3888   c1();
3889   c2(2);
3890 }
3891
3892 call_closure(closure_no_args, closure_args);
3893
3894 ```
3895
3896 ### Object types
3897
3898 Every trait item (see [traits](#traits)) defines a type with the same name as
3899 the trait. This type is called the _object type_ of the trait. Object types
3900 permit "late binding" of methods, dispatched using _virtual method tables_
3901 ("vtables"). Whereas most calls to trait methods are "early bound" (statically
3902 resolved) to specific implementations at compile time, a call to a method on an
3903 object type is only resolved to a vtable entry at compile time. The actual
3904 implementation for each vtable entry can vary on an object-by-object basis.
3905
3906 Given a pointer-typed expression `E` of type `&T` or `Box<T>`, where `T`
3907 implements trait `R`, casting `E` to the corresponding pointer type `&R` or
3908 `Box<R>` results in a value of the _object type_ `R`. This result is
3909 represented as a pair of pointers: the vtable pointer for the `T`
3910 implementation of `R`, and the pointer value of `E`.
3911
3912 An example of an object type:
3913
3914 ```
3915 # use std::boxed::Box;
3916 trait Printable {
3917   fn stringify(&self) -> String;
3918 }
3919
3920 impl Printable for int {
3921   fn stringify(&self) -> String { self.to_string() }
3922 }
3923
3924 fn print(a: Box<Printable>) {
3925    println!("{}", a.stringify());
3926 }
3927
3928 fn main() {
3929    print(Box::new(10i) as Box<Printable>);
3930 }
3931 ```
3932
3933 In this example, the trait `Printable` occurs as an object type in both the
3934 type signature of `print`, and the cast expression in `main`.
3935
3936 ### Type parameters
3937
3938 Within the body of an item that has type parameter declarations, the names of
3939 its type parameters are types:
3940
3941 ```ignore
3942 fn map<A: Clone, B: Clone>(f: |A| -> B, xs: &[A]) -> Vec<B> {
3943     if xs.len() == 0 {
3944        return vec![];
3945     }
3946     let first: B = f(xs[0].clone());
3947     let mut rest: Vec<B> = map(f, xs.slice(1, xs.len()));
3948     rest.insert(0, first);
3949     return rest;
3950 }
3951 ```
3952
3953 Here, `first` has type `B`, referring to `map`'s `B` type parameter; and `rest`
3954 has type `Vec<B>`, a vector type with element type `B`.
3955
3956 ### Self types
3957
3958 The special type `self` has a meaning within methods inside an impl item. It
3959 refers to the type of the implicit `self` argument. For example, in:
3960
3961 ```
3962 trait Printable {
3963   fn make_string(&self) -> String;
3964 }
3965
3966 impl Printable for String {
3967     fn make_string(&self) -> String {
3968         (*self).clone()
3969     }
3970 }
3971 ```
3972
3973 `self` refers to the value of type `String` that is the receiver for a call to
3974 the method `make_string`.
3975
3976 ## Type kinds
3977
3978 Types in Rust are categorized into kinds, based on various properties of the
3979 components of the type. The kinds are:
3980
3981 * `Send`
3982   : Types of this kind can be safely sent between threads.
3983     This kind includes scalars, boxes, procs, and
3984     structural types containing only other owned types.
3985     All `Send` types are `'static`.
3986 * `Copy`
3987   : Types of this kind consist of "Plain Old Data"
3988     which can be copied by simply moving bits.
3989     All values of this kind can be implicitly copied.
3990     This kind includes scalars and immutable references,
3991     as well as structural types containing other `Copy` types.
3992 * `'static`
3993   : Types of this kind do not contain any references (except for
3994     references with the `static` lifetime, which are allowed).
3995     This can be a useful guarantee for code
3996     that breaks borrowing assumptions
3997     using [`unsafe` operations](#unsafe-functions).
3998 * `Drop`
3999   : This is not strictly a kind,
4000     but its presence interacts with kinds:
4001     the `Drop` trait provides a single method `drop`
4002     that takes no parameters,
4003     and is run when values of the type are dropped.
4004     Such a method is called a "destructor",
4005     and are always executed in "top-down" order:
4006     a value is completely destroyed
4007     before any of the values it owns run their destructors.
4008     Only `Send` types can implement `Drop`.
4009
4010 * _Default_
4011   : Types with destructors, closure environments,
4012     and various other _non-first-class_ types,
4013     are not copyable at all.
4014     Such types can usually only be accessed through pointers,
4015     or in some cases, moved between mutable locations.
4016
4017 Kinds can be supplied as _bounds_ on type parameters, like traits, in which
4018 case the parameter is constrained to types satisfying that kind.
4019
4020 By default, type parameters do not carry any assumed kind-bounds at all. When
4021 instantiating a type parameter, the kind bounds on the parameter are checked to
4022 be the same or narrower than the kind of the type that it is instantiated with.
4023
4024 Sending operations are not part of the Rust language, but are implemented in
4025 the library. Generic functions that send values bound the kind of these values
4026 to sendable.
4027
4028 # Memory and concurrency models
4029
4030 Rust has a memory model centered around concurrently-executing _threads_. Thus
4031 its memory model and its concurrency model are best discussed simultaneously,
4032 as parts of each only make sense when considered from the perspective of the
4033 other.
4034
4035 When reading about the memory model, keep in mind that it is partitioned in
4036 order to support threads; and when reading about threads, keep in mind that their
4037 isolation and communication mechanisms are only possible due to the ownership
4038 and lifetime semantics of the memory model.
4039
4040 ## Memory model
4041
4042 A Rust program's memory consists of a static set of *items*, a set of
4043 [threads](#threads) each with its own *stack*, and a *heap*. Immutable portions of
4044 the heap may be shared between threads, mutable portions may not.
4045
4046 Allocations in the stack consist of *slots*, and allocations in the heap
4047 consist of *boxes*.
4048
4049 ### Memory allocation and lifetime
4050
4051 The _items_ of a program are those functions, modules and types that have their
4052 value calculated at compile-time and stored uniquely in the memory image of the
4053 rust process. Items are neither dynamically allocated nor freed.
4054
4055 A thread's _stack_ consists of activation frames automatically allocated on entry
4056 to each function as the thread executes. A stack allocation is reclaimed when
4057 control leaves the frame containing it.
4058
4059 The _heap_ is a general term that describes boxes.  The lifetime of an
4060 allocation in the heap depends on the lifetime of the box values pointing to
4061 it. Since box values may themselves be passed in and out of frames, or stored
4062 in the heap, heap allocations may outlive the frame they are allocated within.
4063
4064 ### Memory ownership
4065
4066 A thread owns all memory it can *safely* reach through local variables, as well
4067 as boxes and references.
4068
4069 When a thread sends a value that has the `Send` trait to another thread, it loses
4070 ownership of the value sent and can no longer refer to it. This is statically
4071 guaranteed by the combined use of "move semantics", and the compiler-checked
4072 _meaning_ of the `Send` trait: it is only instantiated for (transitively)
4073 sendable kinds of data constructor and pointers, never including references.
4074
4075 When a stack frame is exited, its local allocations are all released, and its
4076 references to boxes are dropped.
4077
4078 When a thread finishes, its stack is necessarily empty and it therefore has no
4079 references to any boxes; the remainder of its heap is immediately freed.
4080
4081 ### Memory slots
4082
4083 A thread's stack contains slots.
4084
4085 A _slot_ is a component of a stack frame, either a function parameter, a
4086 [temporary](#lvalues,-rvalues-and-temporaries), or a local variable.
4087
4088 A _local variable_ (or *stack-local* allocation) holds a value directly,
4089 allocated within the stack's memory. The value is a part of the stack frame.
4090
4091 Local variables are immutable unless declared otherwise like: `let mut x = ...`.
4092
4093 Function parameters are immutable unless declared with `mut`. The `mut` keyword
4094 applies only to the following parameter (so `|mut x, y|` and `fn f(mut x:
4095 Box<int>, y: Box<int>)` declare one mutable variable `x` and one immutable
4096 variable `y`).
4097
4098 Methods that take either `self` or `Box<Self>` can optionally place them in a
4099 mutable slot by prefixing them with `mut` (similar to regular arguments):
4100
4101 ```
4102 trait Changer {
4103     fn change(mut self) -> Self;
4104     fn modify(mut self: Box<Self>) -> Box<Self>;
4105 }
4106 ```
4107
4108 Local variables are not initialized when allocated; the entire frame worth of
4109 local variables are allocated at once, on frame-entry, in an uninitialized
4110 state. Subsequent statements within a function may or may not initialize the
4111 local variables. Local variables can be used only after they have been
4112 initialized; this is enforced by the compiler.
4113
4114 ### Boxes
4115
4116 A _box_ is a reference to a heap allocation holding another value, which is
4117 constructed by the prefix operator `box`. When the standard library is in use,
4118 the type of a box is `std::owned::Box<T>`.
4119
4120 An example of a box type and value:
4121
4122 ```
4123 # use std::boxed::Box;
4124 let x: Box<int> = Box::new(10);
4125 ```
4126
4127 Box values exist in 1:1 correspondence with their heap allocation, copying a
4128 box value makes a shallow copy of the pointer. Rust will consider a shallow
4129 copy of a box to move ownership of the value. After a value has been moved,
4130 the source location cannot be used unless it is reinitialized.
4131
4132 ```
4133 # use std::boxed::Box;
4134 let x: Box<int> = Box::new(10);
4135 let y = x;
4136 // attempting to use `x` will result in an error here
4137 ```
4138
4139 ## Threads
4140
4141 Rust's primary concurrency mechanism is called a **thread**.
4142
4143 ### Communication between threads
4144
4145 Rust threads are isolated and generally unable to interfere with one another's
4146 memory directly, except through [`unsafe` code](#unsafe-functions).  All
4147 contact between threads is mediated by safe forms of ownership transfer, and data
4148 races on memory are prohibited by the type system.
4149
4150 When you wish to send data between threads, the values are restricted to the
4151 [`Send` type-kind](#type-kinds). Restricting communication interfaces to this
4152 kind ensures that no references move between threads. Thus access to an entire
4153 data structure can be mediated through its owning "root" value; no further
4154 locking or copying is required to avoid data races within the substructure of
4155 such a value.
4156
4157 ### Thread
4158
4159 The _lifecycle_ of a threads consists of a finite set of states and events that
4160 cause transitions between the states. The lifecycle states of a thread are:
4161
4162 * running
4163 * blocked
4164 * panicked
4165 * dead
4166
4167 A thread begins its lifecycle &mdash; once it has been spawned &mdash; in the
4168 *running* state. In this state it executes the statements of its entry
4169 function, and any functions called by the entry function.
4170
4171 A thread may transition from the *running* state to the *blocked* state any time
4172 it makes a blocking communication call. When the call can be completed &mdash;
4173 when a message arrives at a sender, or a buffer opens to receive a message
4174 &mdash; then the blocked thread will unblock and transition back to *running*.
4175
4176 A thread may transition to the *panicked* state at any time, due being killed by
4177 some external event or internally, from the evaluation of a `panic!()` macro.
4178 Once *panicking*, a thread unwinds its stack and transitions to the *dead* state.
4179 Unwinding the stack of a thread is done by the thread itself, on its own control
4180 stack. If a value with a destructor is freed during unwinding, the code for the
4181 destructor is run, also on the thread's control stack. Running the destructor
4182 code causes a temporary transition to a *running* state, and allows the
4183 destructor code to cause any subsequent state transitions. The original thread
4184 of unwinding and panicking thereby may suspend temporarily, and may involve
4185 (recursive) unwinding of the stack of a failed destructor. Nonetheless, the
4186 outermost unwinding activity will continue until the stack is unwound and the
4187 thread transitions to the *dead* state. There is no way to "recover" from thread
4188 panics. Once a thread has temporarily suspended its unwinding in the *panicking*
4189 state, a panic occurring from within this destructor results in *hard* panic.
4190 A hard panic currently results in the process aborting.
4191
4192 A thread in the *dead* state cannot transition to other states; it exists only to
4193 have its termination status inspected by other threads, and/or to await
4194 reclamation when the last reference to it drops.
4195
4196 # Runtime services, linkage and debugging
4197
4198 The Rust _runtime_ is a relatively compact collection of Rust code that
4199 provides fundamental services and datatypes to all Rust threads at run-time. It
4200 is smaller and simpler than many modern language runtimes. It is tightly
4201 integrated into the language's execution model of memory, threads, communication
4202 and logging.
4203
4204 ### Memory allocation
4205
4206 The runtime memory-management system is based on a _service-provider
4207 interface_, through which the runtime requests blocks of memory from its
4208 environment and releases them back to its environment when they are no longer
4209 needed. The default implementation of the service-provider interface consists
4210 of the C runtime functions `malloc` and `free`.
4211
4212 The runtime memory-management system, in turn, supplies Rust threads with
4213 facilities for allocating releasing stacks, as well as allocating and freeing
4214 heap data.
4215
4216 ### Built in types
4217
4218 The runtime provides C and Rust code to assist with various built-in types,
4219 such as arrays, strings, and the low level communication system (ports,
4220 channels, threads).
4221
4222 Support for other built-in types such as simple types, tuples and enums is
4223 open-coded by the Rust compiler.
4224
4225 ### Thread scheduling and communication
4226
4227 The runtime provides code to manage inter-thread communication. This includes
4228 the system of thread-lifecycle state transitions depending on the contents of
4229 queues, as well as code to copy values between queues and their recipients and
4230 to serialize values for transmission over operating-system inter-process
4231 communication facilities.
4232
4233 ### Linkage
4234
4235 The Rust compiler supports various methods to link crates together both
4236 statically and dynamically. This section will explore the various methods to
4237 link Rust crates together, and more information about native libraries can be
4238 found in the [ffi section of the book][ffi].
4239
4240 In one session of compilation, the compiler can generate multiple artifacts
4241 through the usage of either command line flags or the `crate_type` attribute.
4242 If one or more command line flag is specified, all `crate_type` attributes will
4243 be ignored in favor of only building the artifacts specified by command line.
4244
4245 * `--crate-type=bin`, `#[crate_type = "bin"]` - A runnable executable will be
4246   produced. This requires that there is a `main` function in the crate which
4247   will be run when the program begins executing. This will link in all Rust and
4248   native dependencies, producing a distributable binary.
4249
4250 * `--crate-type=lib`, `#[crate_type = "lib"]` - A Rust library will be produced.
4251   This is an ambiguous concept as to what exactly is produced because a library
4252   can manifest itself in several forms. The purpose of this generic `lib` option
4253   is to generate the "compiler recommended" style of library. The output library
4254   will always be usable by rustc, but the actual type of library may change from
4255   time-to-time. The remaining output types are all different flavors of
4256   libraries, and the `lib` type can be seen as an alias for one of them (but the
4257   actual one is compiler-defined).
4258
4259 * `--crate-type=dylib`, `#[crate_type = "dylib"]` - A dynamic Rust library will
4260   be produced. This is different from the `lib` output type in that this forces
4261   dynamic library generation. The resulting dynamic library can be used as a
4262   dependency for other libraries and/or executables. This output type will
4263   create `*.so` files on linux, `*.dylib` files on osx, and `*.dll` files on
4264   windows.
4265
4266 * `--crate-type=staticlib`, `#[crate_type = "staticlib"]` - A static system
4267   library will be produced. This is different from other library outputs in that
4268   the Rust compiler will never attempt to link to `staticlib` outputs. The
4269   purpose of this output type is to create a static library containing all of
4270   the local crate's code along with all upstream dependencies. The static
4271   library is actually a `*.a` archive on linux and osx and a `*.lib` file on
4272   windows. This format is recommended for use in situations such as linking
4273   Rust code into an existing non-Rust application because it will not have
4274   dynamic dependencies on other Rust code.
4275
4276 * `--crate-type=rlib`, `#[crate_type = "rlib"]` - A "Rust library" file will be
4277   produced. This is used as an intermediate artifact and can be thought of as a
4278   "static Rust library". These `rlib` files, unlike `staticlib` files, are
4279   interpreted by the Rust compiler in future linkage. This essentially means
4280   that `rustc` will look for metadata in `rlib` files like it looks for metadata
4281   in dynamic libraries. This form of output is used to produce statically linked
4282   executables as well as `staticlib` outputs.
4283
4284 Note that these outputs are stackable in the sense that if multiple are
4285 specified, then the compiler will produce each form of output at once without
4286 having to recompile. However, this only applies for outputs specified by the
4287 same method. If only `crate_type` attributes are specified, then they will all
4288 be built, but if one or more `--crate-type` command line flag is specified,
4289 then only those outputs will be built.
4290
4291 With all these different kinds of outputs, if crate A depends on crate B, then
4292 the compiler could find B in various different forms throughout the system. The
4293 only forms looked for by the compiler, however, are the `rlib` format and the
4294 dynamic library format. With these two options for a dependent library, the
4295 compiler must at some point make a choice between these two formats. With this
4296 in mind, the compiler follows these rules when determining what format of
4297 dependencies will be used:
4298
4299 1. If a static library is being produced, all upstream dependencies are
4300    required to be available in `rlib` formats. This requirement stems from the
4301    reason that a dynamic library cannot be converted into a static format.
4302
4303    Note that it is impossible to link in native dynamic dependencies to a static
4304    library, and in this case warnings will be printed about all unlinked native
4305    dynamic dependencies.
4306
4307 2. If an `rlib` file is being produced, then there are no restrictions on what
4308    format the upstream dependencies are available in. It is simply required that
4309    all upstream dependencies be available for reading metadata from.
4310
4311    The reason for this is that `rlib` files do not contain any of their upstream
4312    dependencies. It wouldn't be very efficient for all `rlib` files to contain a
4313    copy of `libstd.rlib`!
4314
4315 3. If an executable is being produced and the `-C prefer-dynamic` flag is not
4316    specified, then dependencies are first attempted to be found in the `rlib`
4317    format. If some dependencies are not available in an rlib format, then
4318    dynamic linking is attempted (see below).
4319
4320 4. If a dynamic library or an executable that is being dynamically linked is
4321    being produced, then the compiler will attempt to reconcile the available
4322    dependencies in either the rlib or dylib format to create a final product.
4323
4324    A major goal of the compiler is to ensure that a library never appears more
4325    than once in any artifact. For example, if dynamic libraries B and C were
4326    each statically linked to library A, then a crate could not link to B and C
4327    together because there would be two copies of A. The compiler allows mixing
4328    the rlib and dylib formats, but this restriction must be satisfied.
4329
4330    The compiler currently implements no method of hinting what format a library
4331    should be linked with. When dynamically linking, the compiler will attempt to
4332    maximize dynamic dependencies while still allowing some dependencies to be
4333    linked in via an rlib.
4334
4335    For most situations, having all libraries available as a dylib is recommended
4336    if dynamically linking. For other situations, the compiler will emit a
4337    warning if it is unable to determine which formats to link each library with.
4338
4339 In general, `--crate-type=bin` or `--crate-type=lib` should be sufficient for
4340 all compilation needs, and the other options are just available if more
4341 fine-grained control is desired over the output format of a Rust crate.
4342
4343 # Appendix: Rationales and design tradeoffs
4344
4345 *TODO*.
4346
4347 # Appendix: Influences
4348
4349 Rust is not a particularly original language, with design elements coming from
4350 a wide range of sources. Some of these are listed below (including elements
4351 that have since been removed):
4352
4353 * SML, OCaml: algebraic datatypes, pattern matching, type inference,
4354   semicolon statement separation
4355 * C++: references, RAII, smart pointers, move semantics, monomorphisation,
4356   memory model
4357 * ML Kit, Cyclone: region based memory management
4358 * Haskell (GHC): typeclasses, type families
4359 * Newsqueak, Alef, Limbo: channels, concurrency
4360 * Erlang: message passing, task failure, ~~linked task failure~~,
4361   ~~lightweight concurrency~~
4362 * Swift: optional bindings
4363 * Scheme: hygienic macros
4364 * C#: attributes
4365 * Ruby: ~~block syntax~~
4366 * NIL, Hermes: ~~typestate~~
4367 * [Unicode Annex #31](http://www.unicode.org/reports/tr31/): identifier and
4368   pattern syntax
4369
4370 [ffi]: book/ffi.html
4371 [plugin]: book/plugin.html