]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/doc/reference.md
Add netbsd amd64 support
[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 informally describe each language construct and their use.
9   - Chapters that informally describe the memory model, concurrency model,
10     runtime services, linkage model and debugging facilities.
11   - Appendix chapters providing rationale and references to languages that
12     influenced the design.
13
14 This document does not serve as an introduction to the language. Background
15 familiarity with the language is assumed. A separate [book] is available to
16 help acquire such background familiarity.
17
18 This document also does not serve as a reference to the [standard] library
19 included in the language distribution. Those libraries are documented
20 separately by extracting documentation attributes from their source code. Many
21 of the features that one might expect to be language features are library
22 features in Rust, so what you're looking for may be there, not here.
23
24 You may also be interested in the [grammar].
25
26 [book]: book/index.html
27 [standard]: std/index.html
28 [grammar]: grammar.html
29
30 # Notation
31
32 ## Unicode productions
33
34 A few productions in Rust's grammar permit Unicode code points outside the
35 ASCII range. We define these productions in terms of character properties
36 specified in the Unicode standard, rather than in terms of ASCII-range code
37 points. The grammar has a [Special Unicode Productions][unicodeproductions]
38 section that lists these productions.
39
40 [unicodeproductions]: grammar.html#special-unicode-productions
41
42 ## String table productions
43
44 Some rules in the grammar — notably [unary
45 operators](#unary-operator-expressions), [binary
46 operators](#binary-operator-expressions), and [keywords][keywords] — are
47 given in a simplified form: as a listing of a table of unquoted, printable
48 whitespace-separated strings. These cases form a subset of the rules regarding
49 the [token](#tokens) rule, and are assumed to be the result of a
50 lexical-analysis phase feeding the parser, driven by a DFA, operating over the
51 disjunction of all such string table entries.
52
53 [keywords]: grammar.html#keywords
54
55 When such a string enclosed in double-quotes (`"`) occurs inside the grammar,
56 it is an implicit reference to a single member of such a string table
57 production. See [tokens](#tokens) for more information.
58
59 # Lexical structure
60
61 ## Input format
62
63 Rust input is interpreted as a sequence of Unicode code points encoded in UTF-8.
64 Most Rust grammar rules are defined in terms of printable ASCII-range
65 code points, but a small number are defined in terms of Unicode properties or
66 explicit code point lists. [^inputformat]
67
68 [^inputformat]: Substitute definitions for the special Unicode productions are
69   provided to the grammar verifier, restricted to ASCII range, when verifying the
70   grammar in this document.
71
72 ## Identifiers
73
74 An identifier is any nonempty Unicode[^non_ascii_idents] string of the following form:
75
76 [^non_ascii_idents]: Non-ASCII characters in identifiers are currently feature
77   gated. This is expected to improve soon.
78
79 - The first character has property `XID_start`
80 - The remaining characters have property `XID_continue`
81
82 that does _not_ occur in the set of [keywords][keywords].
83
84 > **Note**: `XID_start` and `XID_continue` as character properties cover the
85 > character ranges used to form the more familiar C and Java language-family
86 > identifiers.
87
88 ## Comments
89
90 Comments in Rust code follow the general C++ style of line (`//`) and
91 block (`/* ... */`) comment forms. Nested block comments are supported.
92
93 Line comments beginning with exactly _three_ slashes (`///`), and block
94 comments beginning with exactly one repeated asterisk in the block-open
95 sequence (`/**`), are interpreted as a special syntax for `doc`
96 [attributes](#attributes). That is, they are equivalent to writing
97 `#[doc="..."]` around the body of the comment, i.e., `/// Foo` turns into
98 `#[doc="Foo"]`.
99
100 Line comments beginning with `//!` and block comments beginning with `/*!` are
101 doc comments that apply to the parent of the comment, rather than the item
102 that follows.  That is, they are equivalent to writing `#![doc="..."]` around
103 the body of the comment. `//!` comments are usually used to document
104 modules that occupy a source file.
105
106 Non-doc comments are interpreted as a form of whitespace.
107
108 ## Whitespace
109
110 Whitespace is any non-empty string containing only the following characters:
111
112 - `U+0020` (space, `' '`)
113 - `U+0009` (tab, `'\t'`)
114 - `U+000A` (LF, `'\n'`)
115 - `U+000D` (CR, `'\r'`)
116
117 Rust is a "free-form" language, meaning that all forms of whitespace serve only
118 to separate _tokens_ in the grammar, and have no semantic significance.
119
120 A Rust program has identical meaning if each whitespace element is replaced
121 with any other legal whitespace element, such as a single space character.
122
123 ## Tokens
124
125 Tokens are primitive productions in the grammar defined by regular
126 (non-recursive) languages. "Simple" tokens are given in [string table
127 production](#string-table-productions) form, and occur in the rest of the
128 grammar as double-quoted strings. Other tokens have exact rules given.
129
130 ### Literals
131
132 A literal is an expression consisting of a single token, rather than a sequence
133 of tokens, that immediately and directly denotes the value it evaluates to,
134 rather than referring to it by name or some other evaluation rule. A literal is
135 a form of constant expression, so is evaluated (primarily) at compile time.
136
137 #### Examples
138
139 ##### Characters and strings
140
141 |                                              | Example         | `#` sets   | Characters  | Escapes             |
142 |----------------------------------------------|-----------------|------------|-------------|---------------------|
143 | [Character](#character-literals)             | `'H'`           | `N/A`      | All Unicode | `\'` & [Byte](#byte-escapes) & [Unicode](#unicode-escapes) |
144 | [String](#string-literals)                   | `"hello"`       | `N/A`      | All Unicode | `\"` & [Byte](#byte-escapes) & [Unicode](#unicode-escapes) |
145 | [Raw](#raw-string-literals)                  | `r#"hello"#`    | `0...`     | All Unicode | `N/A`                                                      |
146 | [Byte](#byte-literals)                       | `b'H'`          | `N/A`      | All ASCII   | `\'` & [Byte](#byte-escapes)                               |
147 | [Byte string](#byte-string-literals)         | `b"hello"`      | `N/A`      | All ASCII   | `\"` & [Byte](#byte-escapes)                               |
148 | [Raw byte string](#raw-byte-string-literals) | `br#"hello"#`   | `0...`     | All ASCII   | `N/A`                                                      |
149
150 ##### Byte escapes
151
152 |   | Name |
153 |---|------|
154 | `\x7F` | 8-bit character code (exactly 2 digits) |
155 | `\n` | Newline |
156 | `\r` | Carriage return |
157 | `\t` | Tab |
158 | `\\` | Backslash |
159
160 ##### Unicode escapes
161 |   | Name |
162 |---|------|
163 | `\u{7FFF}` | 24-bit Unicode character code (up to 6 digits) |
164
165 ##### Numbers
166
167 | [Number literals](#number-literals)`*` | Example | Exponentiation | Suffixes |
168 |----------------------------------------|---------|----------------|----------|
169 | Decimal integer | `98_222` | `N/A` | Integer suffixes |
170 | Hex integer | `0xff` | `N/A` | Integer suffixes |
171 | Octal integer | `0o77` | `N/A` | Integer suffixes |
172 | Binary integer | `0b1111_0000` | `N/A` | Integer suffixes |
173 | Floating-point | `123.0E+77` | `Optional` | Floating-point suffixes |
174
175 `*` All number literals allow `_` as a visual separator: `1_234.0E+18f64`
176
177 ##### Suffixes
178 | Integer | Floating-point |
179 |---------|----------------|
180 | `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64`, `isize`, `usize` | `f32`, `f64` |
181
182 #### Character and string literals
183
184 ##### Character literals
185
186 A _character literal_ is a single Unicode character enclosed within two
187 `U+0027` (single-quote) characters, with the exception of `U+0027` itself,
188 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`).
189
190 ##### String literals
191
192 A _string literal_ is a sequence of any Unicode characters enclosed within two
193 `U+0022` (double-quote) characters, with the exception of `U+0022` itself,
194 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`).
195
196 Line-break characters are allowed in string literals. Normally they represent
197 themselves (i.e. no translation), but as a special exception, when a `U+005C`
198 character (`\`) occurs immediately before the newline, the `U+005C` character,
199 the newline, and all whitespace at the beginning of the next line are ignored.
200 Thus `a` and `b` are equal:
201
202 ```rust
203 let a = "foobar";
204 let b = "foo\
205          bar";
206
207 assert_eq!(a,b);
208 ```
209
210 ##### Character escapes
211
212 Some additional _escapes_ are available in either character or non-raw string
213 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
214 following forms:
215
216 * An _8-bit code point escape_ starts with `U+0078` (`x`) and is
217   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the Unicode code point
218   equal to the provided hex value.
219 * A _24-bit code point escape_ starts with `U+0075` (`u`) and is followed
220   by up to six _hex digits_ surrounded by braces `U+007B` (`{`) and `U+007D`
221   (`}`). It denotes the Unicode code point equal to the provided hex value.
222 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
223   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the Unicode values `U+000A` (LF),
224   `U+000D` (CR) or `U+0009` (HT) respectively.
225 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
226   escaped in order to denote *itself*.
227
228 ##### Raw string literals
229
230 Raw string literals do not process any escapes. They start with the character
231 `U+0072` (`r`), followed by zero or more of the character `U+0023` (`#`) and a
232 `U+0022` (double-quote) character. The _raw string body_ can contain any sequence
233 of Unicode characters and is terminated only by another `U+0022` (double-quote)
234 character, followed by the same number of `U+0023` (`#`) characters that preceded
235 the opening `U+0022` (double-quote) character.
236
237 All Unicode characters contained in the raw string body represent themselves,
238 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
239 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
240 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
241
242 Examples for string literals:
243
244 ```
245 "foo"; r"foo";                     // foo
246 "\"foo\""; r#""foo""#;             // "foo"
247
248 "foo #\"# bar";
249 r##"foo #"# bar"##;                // foo #"# bar
250
251 "\x52"; "R"; r"R";                 // R
252 "\\x52"; r"\x52";                  // \x52
253 ```
254
255 #### Byte and byte string literals
256
257 ##### Byte literals
258
259 A _byte literal_ is a single ASCII character (in the `U+0000` to `U+007F`
260 range) or a single _escape_ preceded by the characters `U+0062` (`b`) and
261 `U+0027` (single-quote), and followed by the character `U+0027`. If the character
262 `U+0027` is present within the literal, it must be _escaped_ by a preceding
263 `U+005C` (`\`) character. It is equivalent to a `u8` unsigned 8-bit integer
264 _number literal_.
265
266 ##### Byte string literals
267
268 A non-raw _byte string literal_ is a sequence of ASCII characters and _escapes_,
269 preceded by the characters `U+0062` (`b`) and `U+0022` (double-quote), and
270 followed by the character `U+0022`. If the character `U+0022` is present within
271 the literal, it must be _escaped_ by a preceding `U+005C` (`\`) character.
272 Alternatively, a byte string literal can be a _raw byte string literal_, defined
273 below. A byte string literal of length `n` is equivalent to a `&'static [u8; n]` borrowed fixed-sized array
274 of unsigned 8-bit integers.
275
276 Some additional _escapes_ are available in either byte or non-raw byte string
277 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
278 following forms:
279
280 * A _byte escape_ escape starts with `U+0078` (`x`) and is
281   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the byte
282   equal to the provided hex value.
283 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
284   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the bytes values `0x0A` (ASCII LF),
285   `0x0D` (ASCII CR) or `0x09` (ASCII HT) respectively.
286 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
287   escaped in order to denote its ASCII encoding `0x5C`.
288
289 ##### Raw byte string literals
290
291 Raw byte string literals do not process any escapes. They start with the
292 character `U+0062` (`b`), followed by `U+0072` (`r`), followed by zero or more
293 of the character `U+0023` (`#`), and a `U+0022` (double-quote) character. The
294 _raw string body_ can contain any sequence of ASCII characters and is terminated
295 only by another `U+0022` (double-quote) character, followed by the same number of
296 `U+0023` (`#`) characters that preceded the opening `U+0022` (double-quote)
297 character. A raw byte string literal can not contain any non-ASCII byte.
298
299 All characters contained in the raw string body represent their ASCII encoding,
300 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
301 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
302 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
303
304 Examples for byte string literals:
305
306 ```
307 b"foo"; br"foo";                     // foo
308 b"\"foo\""; br#""foo""#;             // "foo"
309
310 b"foo #\"# bar";
311 br##"foo #"# bar"##;                 // foo #"# bar
312
313 b"\x52"; b"R"; br"R";                // R
314 b"\\x52"; br"\x52";                  // \x52
315 ```
316
317 #### Number literals
318
319 A _number literal_ is either an _integer literal_ or a _floating-point
320 literal_. The grammar for recognizing the two kinds of literals is mixed.
321
322 ##### Integer literals
323
324 An _integer literal_ has one of four forms:
325
326 * A _decimal literal_ starts with a *decimal digit* and continues with any
327   mixture of *decimal digits* and _underscores_.
328 * A _hex literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0078`
329   (`0x`) and continues as any mixture of hex digits and underscores.
330 * An _octal literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+006F`
331   (`0o`) and continues as any mixture of octal digits and underscores.
332 * A _binary literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0062`
333   (`0b`) and continues as any mixture of binary digits and underscores.
334
335 Like any literal, an integer literal may be followed (immediately,
336 without any spaces) by an _integer suffix_, which forcibly sets the
337 type of the literal. The integer suffix must be the name of one of the
338 integral types: `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64`,
339 `isize`, or `usize`.
340
341 The type of an _unsuffixed_ integer literal is determined by type inference.
342 If an integer type can be _uniquely_ determined from the surrounding program
343 context, the unsuffixed integer literal has that type. If the program context
344 underconstrains the type, it defaults to the signed 32-bit integer `i32`; if
345 the program context overconstrains the type, it is considered a static type
346 error.
347
348 Examples of integer literals of various forms:
349
350 ```
351 123i32;                            // type i32
352 123u32;                            // type u32
353 123_u32;                           // type u32
354 0xff_u8;                           // type u8
355 0o70_i16;                          // type i16
356 0b1111_1111_1001_0000_i32;         // type i32
357 0usize;                            // type usize
358 ```
359
360 ##### Floating-point literals
361
362 A _floating-point literal_ has one of two forms:
363
364 * A _decimal literal_ followed by a period character `U+002E` (`.`). This is
365   optionally followed by another decimal literal, with an optional _exponent_.
366 * A single _decimal literal_ followed by an _exponent_.
367
368 Like integer literals, a floating-point literal may be followed by a
369 suffix, so long as the pre-suffix part does not end with `U+002E` (`.`).
370 The suffix forcibly sets the type of the literal. There are two valid
371 _floating-point suffixes_, `f32` and `f64` (the 32-bit and 64-bit floating point
372 types), which explicitly determine the type of the literal.
373
374 The type of an _unsuffixed_ floating-point literal is determined by type
375 inference. If a floating-point type can be _uniquely_ determined from the
376 surrounding program context, the unsuffixed floating-point literal has that type.
377 If the program context underconstrains the type, it defaults to double-precision `f64`;
378 if the program context overconstrains the type, it is considered a static type
379 error.
380
381 Examples of floating-point literals of various forms:
382
383 ```
384 123.0f64;        // type f64
385 0.1f64;          // type f64
386 0.1f32;          // type f32
387 12E+99_f64;      // type f64
388 let x: f64 = 2.; // type f64
389 ```
390
391 This last example is different because it is not possible to use the suffix
392 syntax with a floating point literal ending in a period. `2.f64` would attempt
393 to call a method named `f64` on `2`.
394
395 The representation semantics of floating-point numbers are described in
396 ["Machine Types"](#machine-types).
397
398 #### Boolean literals
399
400 The two values of the boolean type are written `true` and `false`.
401
402 ### Symbols
403
404 Symbols are a general class of printable [token](#tokens) that play structural
405 roles in a variety of grammar productions. They are catalogued here for
406 completeness as the set of remaining miscellaneous printable tokens that do not
407 otherwise appear as [unary operators](#unary-operator-expressions), [binary
408 operators](#binary-operator-expressions), or [keywords][keywords].
409
410
411 ## Paths
412
413 A _path_ is a sequence of one or more path components _logically_ separated by
414 a namespace qualifier (`::`). If a path consists of only one component, it may
415 refer to either an [item](#items) or a [variable](#variables) in a local control
416 scope. If a path has multiple components, it refers to an item.
417
418 Every item has a _canonical path_ within its crate, but the path naming an item
419 is only meaningful within a given crate. There is no global namespace across
420 crates; an item's canonical path merely identifies it within the crate.
421
422 Two examples of simple paths consisting of only identifier components:
423
424 ```{.ignore}
425 x;
426 x::y::z;
427 ```
428
429 Path components are usually [identifiers](#identifiers), but they may
430 also include angle-bracket-enclosed lists of type arguments. In
431 [expression](#expressions) context, the type argument list is given
432 after a `::` namespace qualifier in order to disambiguate it from a
433 relational expression involving the less-than symbol (`<`). In type
434 expression context, the final namespace qualifier is omitted.
435
436 Two examples of paths with type arguments:
437
438 ```
439 # struct HashMap<K, V>(K,V);
440 # fn f() {
441 # fn id<T>(t: T) -> T { t }
442 type T = HashMap<i32,String>; // Type arguments used in a type expression
443 let x  = id::<i32>(10);       // Type arguments used in a call expression
444 # }
445 ```
446
447 Paths can be denoted with various leading qualifiers to change the meaning of
448 how it is resolved:
449
450 * Paths starting with `::` are considered to be global paths where the
451   components of the path start being resolved from the crate root. Each
452   identifier in the path must resolve to an item.
453
454 ```rust
455 mod a {
456     pub fn foo() {}
457 }
458 mod b {
459     pub fn foo() {
460         ::a::foo(); // call a's foo function
461     }
462 }
463 # fn main() {}
464 ```
465
466 * Paths starting with the keyword `super` begin resolution relative to the
467   parent module. Each further identifier must resolve to an item.
468
469 ```rust
470 mod a {
471     pub fn foo() {}
472 }
473 mod b {
474     pub fn foo() {
475         super::a::foo(); // call a's foo function
476     }
477 }
478 # fn main() {}
479 ```
480
481 * Paths starting with the keyword `self` begin resolution relative to the
482   current module. Each further identifier must resolve to an item.
483
484 ```rust
485 fn foo() {}
486 fn bar() {
487     self::foo();
488 }
489 # fn main() {}
490 ```
491
492 # Syntax extensions
493
494 A number of minor features of Rust are not central enough to have their own
495 syntax, and yet are not implementable as functions. Instead, they are given
496 names, and invoked through a consistent syntax: `some_extension!(...)`.
497
498 Users of `rustc` can define new syntax extensions in two ways:
499
500 * [Compiler plugins][plugin] can include arbitrary Rust code that
501   manipulates syntax trees at compile time. Note that the interface
502   for compiler plugins is considered highly unstable.
503
504 * [Macros](book/macros.html) define new syntax in a higher-level,
505   declarative way.
506
507 ## Macros
508
509 `macro_rules` allows users to define syntax extension in a declarative way.  We
510 call such extensions "macros by example" or simply "macros" â€” to be distinguished
511 from the "procedural macros" defined in [compiler plugins][plugin].
512
513 Currently, macros can expand to expressions, statements, items, or patterns.
514
515 (A `sep_token` is any token other than `*` and `+`. A `non_special_token` is
516 any token other than a delimiter or `$`.)
517
518 The macro expander looks up macro invocations by name, and tries each macro
519 rule in turn. It transcribes the first successful match. Matching and
520 transcription are closely related to each other, and we will describe them
521 together.
522
523 ### Macro By Example
524
525 The macro expander matches and transcribes every token that does not begin with
526 a `$` literally, including delimiters. For parsing reasons, delimiters must be
527 balanced, but they are otherwise not special.
528
529 In the matcher, `$` _name_ `:` _designator_ matches the nonterminal in the Rust
530 syntax named by _designator_. Valid designators are `item`, `block`, `stmt`,
531 `pat`, `expr`, `ty` (type), `ident`, `path`, `tt` (either side of the `=>`
532 in macro rules). In the transcriber, the designator is already known, and so
533 only the name of a matched nonterminal comes after the dollar sign.
534
535 In both the matcher and transcriber, the Kleene star-like operator indicates
536 repetition. The Kleene star operator consists of `$` and parentheses, optionally
537 followed by a separator token, followed by `*` or `+`. `*` means zero or more
538 repetitions, `+` means at least one repetition. The parentheses are not matched or
539 transcribed. On the matcher side, a name is bound to _all_ of the names it
540 matches, in a structure that mimics the structure of the repetition encountered
541 on a successful match. The job of the transcriber is to sort that structure
542 out.
543
544 The rules for transcription of these repetitions are called "Macro By Example".
545 Essentially, one "layer" of repetition is discharged at a time, and all of them
546 must be discharged by the time a name is transcribed. Therefore, `( $( $i:ident
547 ),* ) => ( $i )` is an invalid macro, but `( $( $i:ident ),* ) => ( $( $i:ident
548 ),*  )` is acceptable (if trivial).
549
550 When Macro By Example encounters a repetition, it examines all of the `$`
551 _name_ s that occur in its body. At the "current layer", they all must repeat
552 the same number of times, so ` ( $( $i:ident ),* ; $( $j:ident ),* ) => ( $(
553 ($i,$j) ),* )` is valid if given the argument `(a,b,c ; d,e,f)`, but not
554 `(a,b,c ; d,e)`. The repetition walks through the choices at that layer in
555 lockstep, so the former input transcribes to `(a,d), (b,e), (c,f)`.
556
557 Nested repetitions are allowed.
558
559 ### Parsing limitations
560
561 The parser used by the macro system is reasonably powerful, but the parsing of
562 Rust syntax is restricted in two ways:
563
564 1. Macro definitions are required to include suitable separators after parsing
565    expressions and other bits of the Rust grammar. This implies that
566    a macro definition like `$i:expr [ , ]` is not legal, because `[` could be part
567    of an expression. A macro definition like `$i:expr,` or `$i:expr;` would be legal,
568    however, because `,` and `;` are legal separators. See [RFC 550] for more information.
569 2. The parser must have eliminated all ambiguity by the time it reaches a `$`
570    _name_ `:` _designator_. This requirement most often affects name-designator
571    pairs when they occur at the beginning of, or immediately after, a `$(...)*`;
572    requiring a distinctive token in front can solve the problem.
573
574 [RFC 550]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0550-macro-future-proofing.md
575
576 # Crates and source files
577
578 Although Rust, like any other language, can be implemented by an interpreter as
579 well as a compiler, the only existing implementation is a compiler &mdash;
580 from now on referred to as *the* Rust compiler &mdash; and the language has
581 always been designed to be compiled. For these reasons, this section assumes a
582 compiler.
583
584 Rust's semantics obey a *phase distinction* between compile-time and
585 run-time.[^phase-distinction] Those semantic rules that have a *static
586 interpretation* govern the success or failure of compilation. Those semantics
587 that have a *dynamic interpretation* govern the behavior of the program at
588 run-time.
589
590 [^phase-distinction]: This distinction would also exist in an interpreter.
591     Static checks like syntactic analysis, type checking, and lints should
592     happen before the program is executed regardless of when it is executed.
593
594 The compilation model centers on artifacts called _crates_. Each compilation
595 processes a single crate in source form, and if successful, produces a single
596 crate in binary form: either an executable or some sort of
597 library.[^cratesourcefile]
598
599 [^cratesourcefile]: A crate is somewhat analogous to an *assembly* in the
600     ECMA-335 CLI model, a *library* in the SML/NJ Compilation Manager, a *unit*
601     in the Owens and Flatt module system, or a *configuration* in Mesa.
602
603 A _crate_ is a unit of compilation and linking, as well as versioning,
604 distribution and runtime loading. A crate contains a _tree_ of nested
605 [module](#modules) scopes. The top level of this tree is a module that is
606 anonymous (from the point of view of paths within the module) and any item
607 within a crate has a canonical [module path](#paths) denoting its location
608 within the crate's module tree.
609
610 The Rust compiler is always invoked with a single source file as input, and
611 always produces a single output crate. The processing of that source file may
612 result in other source files being loaded as modules. Source files have the
613 extension `.rs`.
614
615 A Rust source file describes a module, the name and location of which &mdash;
616 in the module tree of the current crate &mdash; are defined from outside the
617 source file: either by an explicit `mod_item` in a referencing source file, or
618 by the name of the crate itself. Every source file is a module, but not every
619 module needs its own source file: [module definitions](#modules) can be nested
620 within one file.
621
622 Each source file contains a sequence of zero or more `item` definitions, and
623 may optionally begin with any number of [attributes](#items-and-attributes)
624 that apply to the containing module, most of which influence the behavior of
625 the compiler. The anonymous crate module can have additional attributes that
626 apply to the crate as a whole.
627
628 ```no_run
629 // Specify the crate name.
630 #![crate_name = "projx"]
631
632 // Specify the type of output artifact.
633 #![crate_type = "lib"]
634
635 // Turn on a warning.
636 // This can be done in any module, not just the anonymous crate module.
637 #![warn(non_camel_case_types)]
638 ```
639
640 A crate that contains a `main` function can be compiled to an executable. If a
641 `main` function is present, its return type must be [`unit`](#tuple-types)
642 and it must take no arguments.
643
644 # Items and attributes
645
646 Crates contain [items](#items), each of which may have some number of
647 [attributes](#attributes) attached to it.
648
649 ## Items
650
651 An _item_ is a component of a crate. Items are organized within a crate by a
652 nested set of [modules](#modules). Every crate has a single "outermost"
653 anonymous module; all further items within the crate have [paths](#paths)
654 within the module tree of the crate.
655
656 Items are entirely determined at compile-time, generally remain fixed during
657 execution, and may reside in read-only memory.
658
659 There are several kinds of item:
660
661 * [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations)
662 * [`use` declarations](#use-declarations)
663 * [modules](#modules)
664 * [functions](#functions)
665 * [type definitions](grammar.html#type-definitions)
666 * [structures](#structures)
667 * [enumerations](#enumerations)
668 * [constant items](#constant-items)
669 * [static items](#static-items)
670 * [traits](#traits)
671 * [implementations](#implementations)
672
673 Some items form an implicit scope for the declaration of sub-items. In other
674 words, within a function or module, declarations of items can (in many cases)
675 be mixed with the statements, control blocks, and similar artifacts that
676 otherwise compose the item body. The meaning of these scoped items is the same
677 as if the item was declared outside the scope &mdash; it is still a static item
678 &mdash; except that the item's *path name* within the module namespace is
679 qualified by the name of the enclosing item, or is private to the enclosing
680 item (in the case of functions). The grammar specifies the exact locations in
681 which sub-item declarations may appear.
682
683 ### Type Parameters
684
685 All items except modules, constants and statics may be *parameterized* by type.
686 Type parameters are given as a comma-separated list of identifiers enclosed in
687 angle brackets (`<...>`), after the name of the item and before its definition.
688 The type parameters of an item are considered "part of the name", not part of
689 the type of the item. A referencing [path](#paths) must (in principle) provide
690 type arguments as a list of comma-separated types enclosed within angle
691 brackets, in order to refer to the type-parameterized item. In practice, the
692 type-inference system can usually infer such argument types from context. There
693 are no general type-parametric types, only type-parametric items. That is, Rust
694 has no notion of type abstraction: there are no higher-ranked (or "forall") types
695 abstracted over other types, though higher-ranked types do exist for lifetimes.
696
697 ### Modules
698
699 A module is a container for zero or more [items](#items).
700
701 A _module item_ is a module, surrounded in braces, named, and prefixed with the
702 keyword `mod`. A module item introduces a new, named module into the tree of
703 modules making up a crate. Modules can nest arbitrarily.
704
705 An example of a module:
706
707 ```
708 mod math {
709     type Complex = (f64, f64);
710     fn sin(f: f64) -> f64 {
711         /* ... */
712 # panic!();
713     }
714     fn cos(f: f64) -> f64 {
715         /* ... */
716 # panic!();
717     }
718     fn tan(f: f64) -> f64 {
719         /* ... */
720 # panic!();
721     }
722 }
723 ```
724
725 Modules and types share the same namespace. Declaring a named type with
726 the same name as a module in scope is forbidden: that is, a type definition,
727 trait, struct, enumeration, or type parameter can't shadow the name of a module
728 in scope, or vice versa.
729
730 A module without a body is loaded from an external file, by default with the
731 same name as the module, plus the `.rs` extension. When a nested submodule is
732 loaded from an external file, it is loaded from a subdirectory path that
733 mirrors the module hierarchy.
734
735 ```{.ignore}
736 // Load the `vec` module from `vec.rs`
737 mod vec;
738
739 mod thread {
740     // Load the `local_data` module from `thread/local_data.rs`
741     // or `thread/local_data/mod.rs`.
742     mod local_data;
743 }
744 ```
745
746 The directories and files used for loading external file modules can be
747 influenced with the `path` attribute.
748
749 ```{.ignore}
750 #[path = "thread_files"]
751 mod thread {
752     // Load the `local_data` module from `thread_files/tls.rs`
753     #[path = "tls.rs"]
754     mod local_data;
755 }
756 ```
757
758 #### Extern crate declarations
759
760 An _`extern crate` declaration_ specifies a dependency on an external crate.
761 The external crate is then bound into the declaring scope as the `ident`
762 provided in the `extern_crate_decl`.
763
764 The external crate is resolved to a specific `soname` at compile time, and a
765 runtime linkage requirement to that `soname` is passed to the linker for
766 loading at runtime. The `soname` is resolved at compile time by scanning the
767 compiler's library path and matching the optional `crateid` provided against
768 the `crateid` attributes that were declared on the external crate when it was
769 compiled. If no `crateid` is provided, a default `name` attribute is assumed,
770 equal to the `ident` given in the `extern_crate_decl`.
771
772 Three examples of `extern crate` declarations:
773
774 ```{.ignore}
775 extern crate pcre;
776
777 extern crate std; // equivalent to: extern crate std as std;
778
779 extern crate std as ruststd; // linking to 'std' under another name
780 ```
781
782 #### Use declarations
783
784 A _use declaration_ creates one or more local name bindings synonymous with
785 some other [path](#paths). Usually a `use` declaration is used to shorten the
786 path required to refer to a module item. These declarations may appear at the
787 top of [modules](#modules) and [blocks](grammar.html#block-expressions).
788
789 > **Note**: Unlike in many languages,
790 > `use` declarations in Rust do *not* declare linkage dependency with external crates.
791 > Rather, [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations) declare linkage dependencies.
792
793 Use declarations support a number of convenient shortcuts:
794
795 * Rebinding the target name as a new local name, using the syntax `use p::q::r as x;`
796 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element,
797   using the glob-like brace syntax `use a::b::{c,d,e,f};`
798 * Binding all paths matching a given prefix, using the asterisk wildcard syntax
799   `use a::b::*;`
800 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element
801   and their immediate parent module, using the `self` keyword, such as
802   `use a::b::{self, c, d};`
803
804 An example of `use` declarations:
805
806 ```rust
807 use std::option::Option::{Some, None};
808 use std::collections::hash_map::{self, HashMap};
809
810 fn foo<T>(_: T){}
811 fn bar(map1: HashMap<String, usize>, map2: hash_map::HashMap<String, usize>){}
812
813 fn main() {
814     // Equivalent to 'foo(vec![std::option::Option::Some(1.0f64),
815     // std::option::Option::None]);'
816     foo(vec![Some(1.0f64), None]);
817
818     // Both `hash_map` and `HashMap` are in scope.
819     let map1 = HashMap::new();
820     let map2 = hash_map::HashMap::new();
821     bar(map1, map2);
822 }
823 ```
824
825 Like items, `use` declarations are private to the containing module, by
826 default. Also like items, a `use` declaration can be public, if qualified by
827 the `pub` keyword. Such a `use` declaration serves to _re-export_ a name. A
828 public `use` declaration can therefore _redirect_ some public name to a
829 different target definition: even a definition with a private canonical path,
830 inside a different module. If a sequence of such redirections form a cycle or
831 cannot be resolved unambiguously, they represent a compile-time error.
832
833 An example of re-exporting:
834
835 ```
836 # fn main() { }
837 mod quux {
838     pub use quux::foo::{bar, baz};
839
840     pub mod foo {
841         pub fn bar() { }
842         pub fn baz() { }
843     }
844 }
845 ```
846
847 In this example, the module `quux` re-exports two public names defined in
848 `foo`.
849
850 Also note that the paths contained in `use` items are relative to the crate
851 root. So, in the previous example, the `use` refers to `quux::foo::{bar,
852 baz}`, and not simply to `foo::{bar, baz}`. This also means that top-level
853 module declarations should be at the crate root if direct usage of the declared
854 modules within `use` items is desired. It is also possible to use `self` and
855 `super` at the beginning of a `use` item to refer to the current and direct
856 parent modules respectively. All rules regarding accessing declared modules in
857 `use` declarations apply to both module declarations and `extern crate`
858 declarations.
859
860 An example of what will and will not work for `use` items:
861
862 ```
863 # #![allow(unused_imports)]
864 use foo::baz::foobaz;    // good: foo is at the root of the crate
865
866 mod foo {
867
868     mod example {
869         pub mod iter {}
870     }
871
872     use foo::example::iter; // good: foo is at crate root
873 //  use example::iter;      // bad:  core is not at the crate root
874     use self::baz::foobaz;  // good: self refers to module 'foo'
875     use foo::bar::foobar;   // good: foo is at crate root
876
877     pub mod bar {
878         pub fn foobar() { }
879     }
880
881     pub mod baz {
882         use super::bar::foobar; // good: super refers to module 'foo'
883         pub fn foobaz() { }
884     }
885 }
886
887 fn main() {}
888 ```
889
890 ### Functions
891
892 A _function item_ defines a sequence of [statements](#statements) and an
893 optional final [expression](#expressions), along with a name and a set of
894 parameters. Functions are declared with the keyword `fn`. Functions declare a
895 set of *input* [*variables*](#variables) as parameters, through which the caller
896 passes arguments into the function, and the *output* [*type*](#types)
897 of the value the function will return to its caller on completion.
898
899 A function may also be copied into a first-class *value*, in which case the
900 value has the corresponding [*function type*](#function-types), and can be used
901 otherwise exactly as a function item (with a minor additional cost of calling
902 the function indirectly).
903
904 Every control path in a function logically ends with a `return` expression or a
905 diverging expression. If the outermost block of a function has a
906 value-producing expression in its final-expression position, that expression is
907 interpreted as an implicit `return` expression applied to the final-expression.
908
909 An example of a function:
910
911 ```
912 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
913     return x + y;
914 }
915 ```
916
917 As with `let` bindings, function arguments are irrefutable patterns, so any
918 pattern that is valid in a let binding is also valid as an argument.
919
920 ```
921 fn first((value, _): (i32, i32)) -> i32 { value }
922 ```
923
924
925 #### Generic functions
926
927 A _generic function_ allows one or more _parameterized types_ to appear in its
928 signature. Each type parameter must be explicitly declared, in an
929 angle-bracket-enclosed, comma-separated list following the function name.
930
931 ```rust,ignore
932 // foo is generic over A and B
933
934 fn foo<A, B>(x: A, y: B) {
935 ```
936
937 Inside the function signature and body, the name of the type parameter can be
938 used as a type name. [Trait](#traits) bounds can be specified for type parameters
939 to allow methods with that trait to be called on values of that type. This is
940 specified using the `where` syntax:
941
942 ```rust,ignore
943 fn foo<T>(x: T) where T: Debug {
944 ```
945
946 When a generic function is referenced, its type is instantiated based on the
947 context of the reference. For example, calling the `foo` function here:
948
949 ```
950 use std::fmt::Debug;
951
952 fn foo<T>(x: &[T]) where T: Debug {
953     // details elided
954     # ()
955 }
956
957 foo(&[1, 2]);
958 ```
959
960 will instantiate type parameter `T` with `i32`.
961
962 The type parameters can also be explicitly supplied in a trailing
963 [path](#paths) component after the function name. This might be necessary if
964 there is not sufficient context to determine the type parameters. For example,
965 `mem::size_of::<u32>() == 4`.
966
967 #### Unsafety
968
969 Unsafe operations are those that potentially violate the memory-safety
970 guarantees of Rust's static semantics.
971
972 The following language level features cannot be used in the safe subset of
973 Rust:
974
975 - Dereferencing a [raw pointer](#pointer-types).
976 - Reading or writing a [mutable static variable](#mutable-statics).
977 - Calling an unsafe function (including an intrinsic or foreign function).
978
979 ##### Unsafe functions
980
981 Unsafe functions are functions that are not safe in all contexts and/or for all
982 possible inputs. Such a function must be prefixed with the keyword `unsafe` and
983 can only be called from an `unsafe` block or another `unsafe` function.
984
985 ##### Unsafe blocks
986
987 A block of code can be prefixed with the `unsafe` keyword, to permit calling
988 `unsafe` functions or dereferencing raw pointers within a safe function.
989
990 When a programmer has sufficient conviction that a sequence of potentially
991 unsafe operations is actually safe, they can encapsulate that sequence (taken
992 as a whole) within an `unsafe` block. The compiler will consider uses of such
993 code safe, in the surrounding context.
994
995 Unsafe blocks are used to wrap foreign libraries, make direct use of hardware
996 or implement features not directly present in the language. For example, Rust
997 provides the language features necessary to implement memory-safe concurrency
998 in the language but the implementation of threads and message passing is in the
999 standard library.
1000
1001 Rust's type system is a conservative approximation of the dynamic safety
1002 requirements, so in some cases there is a performance cost to using safe code.
1003 For example, a doubly-linked list is not a tree structure and can only be
1004 represented with reference-counted pointers in safe code. By using `unsafe`
1005 blocks to represent the reverse links as raw pointers, it can be implemented
1006 with only boxes.
1007
1008 ##### Behavior considered undefined
1009
1010 The following is a list of behavior which is forbidden in all Rust code,
1011 including within `unsafe` blocks and `unsafe` functions. Type checking provides
1012 the guarantee that these issues are never caused by safe code.
1013
1014 * Data races
1015 * Dereferencing a null/dangling raw pointer
1016 * Reads of [undef](http://llvm.org/docs/LangRef.html#undefined-values)
1017   (uninitialized) memory
1018 * Breaking the [pointer aliasing
1019   rules](http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointer-aliasing-rules)
1020   with raw pointers (a subset of the rules used by C)
1021 * `&mut` and `&` follow LLVM’s scoped [noalias] model, except if the `&T`
1022   contains an `UnsafeCell<U>`. Unsafe code must not violate these aliasing
1023   guarantees.
1024 * Mutating non-mutable data (that is, data reached through a shared reference or
1025   data owned by a `let` binding), unless that data is contained within an `UnsafeCell<U>`.
1026 * Invoking undefined behavior via compiler intrinsics:
1027   * Indexing outside of the bounds of an object with `std::ptr::offset`
1028     (`offset` intrinsic), with
1029     the exception of one byte past the end which is permitted.
1030   * Using `std::ptr::copy_nonoverlapping_memory` (`memcpy32`/`memcpy64`
1031     intrinsics) on overlapping buffers
1032 * Invalid values in primitive types, even in private fields/locals:
1033   * Dangling/null references or boxes
1034   * A value other than `false` (0) or `true` (1) in a `bool`
1035   * A discriminant in an `enum` not included in the type definition
1036   * A value in a `char` which is a surrogate or above `char::MAX`
1037   * Non-UTF-8 byte sequences in a `str`
1038 * Unwinding into Rust from foreign code or unwinding from Rust into foreign
1039   code. Rust's failure system is not compatible with exception handling in
1040   other languages. Unwinding must be caught and handled at FFI boundaries.
1041
1042 [noalias]: http://llvm.org/docs/LangRef.html#noalias
1043
1044 ##### Behavior not considered unsafe
1045
1046 This is a list of behavior not considered *unsafe* in Rust terms, but that may
1047 be undesired.
1048
1049 * Deadlocks
1050 * Leaks of memory and other resources
1051 * Exiting without calling destructors
1052 * Integer overflow
1053   - Overflow is considered "unexpected" behavior and is always user-error,
1054     unless the `wrapping` primitives are used. In non-optimized builds, the compiler
1055     will insert debug checks that panic on overflow, but in optimized builds overflow
1056     instead results in wrapped values. See [RFC 560] for the rationale and more details.
1057
1058 [RFC 560]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0560-integer-overflow.md
1059
1060 #### Diverging functions
1061
1062 A special kind of function can be declared with a `!` character where the
1063 output type would normally be. For example:
1064
1065 ```
1066 fn my_err(s: &str) -> ! {
1067     println!("{}", s);
1068     panic!();
1069 }
1070 ```
1071
1072 We call such functions "diverging" because they never return a value to the
1073 caller. Every control path in a diverging function must end with a `panic!()` or
1074 a call to another diverging function on every control path. The `!` annotation
1075 does *not* denote a type.
1076
1077 It might be necessary to declare a diverging function because as mentioned
1078 previously, the typechecker checks that every control path in a function ends
1079 with a [`return`](#return-expressions) or diverging expression. So, if `my_err`
1080 were declared without the `!` annotation, the following code would not
1081 typecheck:
1082
1083 ```
1084 # fn my_err(s: &str) -> ! { panic!() }
1085
1086 fn f(i: i32) -> i32 {
1087    if i == 42 {
1088      return 42;
1089    }
1090    else {
1091      my_err("Bad number!");
1092    }
1093 }
1094 ```
1095
1096 This will not compile without the `!` annotation on `my_err`, since the `else`
1097 branch of the conditional in `f` does not return an `i32`, as required by the
1098 signature of `f`. Adding the `!` annotation to `my_err` informs the
1099 typechecker that, should control ever enter `my_err`, no further type judgments
1100 about `f` need to hold, since control will never resume in any context that
1101 relies on those judgments. Thus the return type on `f` only needs to reflect
1102 the `if` branch of the conditional.
1103
1104 #### Extern functions
1105
1106 Extern functions are part of Rust's foreign function interface, providing the
1107 opposite functionality to [external blocks](#external-blocks). Whereas
1108 external blocks allow Rust code to call foreign code, extern functions with
1109 bodies defined in Rust code _can be called by foreign code_. They are defined
1110 in the same way as any other Rust function, except that they have the `extern`
1111 modifier.
1112
1113 ```
1114 // Declares an extern fn, the ABI defaults to "C"
1115 extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1116
1117 // Declares an extern fn with "stdcall" ABI
1118 extern "stdcall" fn new_i32_stdcall() -> i32 { 0 }
1119 ```
1120
1121 Unlike normal functions, extern fns have type `extern "ABI" fn()`. This is the
1122 same type as the functions declared in an extern block.
1123
1124 ```
1125 # extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1126 let fptr: extern "C" fn() -> i32 = new_i32;
1127 ```
1128
1129 Extern functions may be called directly from Rust code as Rust uses large,
1130 contiguous stack segments like C.
1131
1132 ### Type aliases
1133
1134 A _type alias_ defines a new name for an existing [type](#types). Type
1135 aliases are declared with the keyword `type`. Every value has a single,
1136 specific type, but may implement several different traits, or be compatible with
1137 several different type constraints.
1138
1139 For example, the following defines the type `Point` as a synonym for the type
1140 `(u8, u8)`, the type of pairs of unsigned 8 bit integers:
1141
1142 ```
1143 type Point = (u8, u8);
1144 let p: Point = (41, 68);
1145 ```
1146
1147 ### Structures
1148
1149 A _structure_ is a nominal [structure type](#structure-types) defined with the
1150 keyword `struct`.
1151
1152 An example of a `struct` item and its use:
1153
1154 ```
1155 struct Point {x: i32, y: i32}
1156 let p = Point {x: 10, y: 11};
1157 let px: i32 = p.x;
1158 ```
1159
1160 A _tuple structure_ is a nominal [tuple type](#tuple-types), also defined with
1161 the keyword `struct`. For example:
1162
1163 ```
1164 struct Point(i32, i32);
1165 let p = Point(10, 11);
1166 let px: i32 = match p { Point(x, _) => x };
1167 ```
1168
1169 A _unit-like struct_ is a structure without any fields, defined by leaving off
1170 the list of fields entirely. Such types will have a single value. For example:
1171
1172 ```
1173 struct Cookie;
1174 let c = [Cookie, Cookie, Cookie, Cookie];
1175 ```
1176
1177 The precise memory layout of a structure is not specified. One can specify a
1178 particular layout using the [`repr` attribute](#ffi-attributes).
1179
1180 ### Enumerations
1181
1182 An _enumeration_ is a simultaneous definition of a nominal [enumerated
1183 type](#enumerated-types) as well as a set of *constructors*, that can be used
1184 to create or pattern-match values of the corresponding enumerated type.
1185
1186 Enumerations are declared with the keyword `enum`.
1187
1188 An example of an `enum` item and its use:
1189
1190 ```
1191 enum Animal {
1192   Dog,
1193   Cat
1194 }
1195
1196 let mut a: Animal = Animal::Dog;
1197 a = Animal::Cat;
1198 ```
1199
1200 Enumeration constructors can have either named or unnamed fields:
1201
1202 ```rust
1203 enum Animal {
1204     Dog (String, f64),
1205     Cat { name: String, weight: f64 }
1206 }
1207
1208 let mut a: Animal = Animal::Dog("Cocoa".to_string(), 37.2);
1209 a = Animal::Cat { name: "Spotty".to_string(), weight: 2.7 };
1210 ```
1211
1212 In this example, `Cat` is a _struct-like enum variant_,
1213 whereas `Dog` is simply called an enum variant.
1214
1215 Enums have a discriminant. You can assign them explicitly:
1216
1217 ```
1218 enum Foo {
1219     Bar = 123,
1220 }
1221 ```
1222
1223 If a discriminant isn't assigned, they start at zero, and add one for each
1224 variant, in order.
1225
1226 You can cast an enum to get this value:
1227
1228 ```
1229 # enum Foo { Bar = 123 }
1230 let x = Foo::Bar as u32; // x is now 123u32
1231 ```
1232
1233 This only works as long as none of the variants have data attached. If
1234 it were `Bar(i32)`, this is disallowed.
1235
1236 ### Constant items
1237
1238 A *constant item* is a named _constant value_ which is not associated with a
1239 specific memory location in the program. Constants are essentially inlined
1240 wherever they are used, meaning that they are copied directly into the relevant
1241 context when used. References to the same constant are not necessarily
1242 guaranteed to refer to the same memory address.
1243
1244 Constant values must not have destructors, and otherwise permit most forms of
1245 data. Constants may refer to the address of other constants, in which case the
1246 address will have the `static` lifetime. The compiler is, however, still at
1247 liberty to translate the constant many times, so the address referred to may not
1248 be stable.
1249
1250 Constants must be explicitly typed. The type may be `bool`, `char`, a number, or
1251 a type derived from those primitive types. The derived types are references with
1252 the `static` lifetime, fixed-size arrays, tuples, enum variants, and structs.
1253
1254 ```
1255 const BIT1: u32 = 1 << 0;
1256 const BIT2: u32 = 1 << 1;
1257
1258 const BITS: [u32; 2] = [BIT1, BIT2];
1259 const STRING: &'static str = "bitstring";
1260
1261 struct BitsNStrings<'a> {
1262     mybits: [u32; 2],
1263     mystring: &'a str
1264 }
1265
1266 const BITS_N_STRINGS: BitsNStrings<'static> = BitsNStrings {
1267     mybits: BITS,
1268     mystring: STRING
1269 };
1270 ```
1271
1272 ### Static items
1273
1274 A *static item* is similar to a *constant*, except that it represents a precise
1275 memory location in the program. A static is never "inlined" at the usage site,
1276 and all references to it refer to the same memory location. Static items have
1277 the `static` lifetime, which outlives all other lifetimes in a Rust program.
1278 Static items may be placed in read-only memory if they do not contain any
1279 interior mutability.
1280
1281 Statics may contain interior mutability through the `UnsafeCell` language item.
1282 All access to a static is safe, but there are a number of restrictions on
1283 statics:
1284
1285 * Statics may not contain any destructors.
1286 * The types of static values must ascribe to `Sync` to allow threadsafe access.
1287 * Statics may not refer to other statics by value, only by reference.
1288 * Constants cannot refer to statics.
1289
1290 Constants should in general be preferred over statics, unless large amounts of
1291 data are being stored, or single-address and mutability properties are required.
1292
1293 #### Mutable statics
1294
1295 If a static item is declared with the `mut` keyword, then it is allowed to
1296 be modified by the program. One of Rust's goals is to make concurrency bugs
1297 hard to run into, and this is obviously a very large source of race conditions
1298 or other bugs. For this reason, an `unsafe` block is required when either
1299 reading or writing a mutable static variable. Care should be taken to ensure
1300 that modifications to a mutable static are safe with respect to other threads
1301 running in the same process.
1302
1303 Mutable statics are still very useful, however. They can be used with C
1304 libraries and can also be bound from C libraries (in an `extern` block).
1305
1306 ```
1307 # fn atomic_add(_: &mut u32, _: u32) -> u32 { 2 }
1308
1309 static mut LEVELS: u32 = 0;
1310
1311 // This violates the idea of no shared state, and this doesn't internally
1312 // protect against races, so this function is `unsafe`
1313 unsafe fn bump_levels_unsafe1() -> u32 {
1314     let ret = LEVELS;
1315     LEVELS += 1;
1316     return ret;
1317 }
1318
1319 // Assuming that we have an atomic_add function which returns the old value,
1320 // this function is "safe" but the meaning of the return value may not be what
1321 // callers expect, so it's still marked as `unsafe`
1322 unsafe fn bump_levels_unsafe2() -> u32 {
1323     return atomic_add(&mut LEVELS, 1);
1324 }
1325 ```
1326
1327 Mutable statics have the same restrictions as normal statics, except that the
1328 type of the value is not required to ascribe to `Sync`.
1329
1330 ### Traits
1331
1332 A _trait_ describes an abstract interface that types can
1333 implement. This interface consists of associated items, which come in
1334 three varieties:
1335
1336 - functions
1337 - constants
1338 - types
1339
1340 Associated functions whose first parameter is named `self` are called
1341 methods and may be invoked using `.` notation (e.g., `x.foo()`).
1342
1343 All traits define an implicit type parameter `Self` that refers to
1344 "the type that is implementing this interface". Traits may also
1345 contain additional type parameters. These type parameters (including
1346 `Self`) may be constrained by other traits and so forth as usual.
1347
1348 Trait bounds on `Self` are considered "supertraits". These are
1349 required to be acyclic.  Supertraits are somewhat different from other
1350 constraints in that they affect what methods are available in the
1351 vtable when the trait is used as a [trait object](#trait-objects).
1352
1353 Traits are implemented for specific types through separate
1354 [implementations](#implementations).
1355
1356 Consider the following trait:
1357
1358 ```
1359 # type Surface = i32;
1360 # type BoundingBox = i32;
1361 trait Shape {
1362     fn draw(&self, Surface);
1363     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox;
1364 }
1365 ```
1366
1367 This defines a trait with two methods. All values that have
1368 [implementations](#implementations) of this trait in scope can have their
1369 `draw` and `bounding_box` methods called, using `value.bounding_box()`
1370 [syntax](#method-call-expressions).
1371
1372 Traits can include default implementations of methods, as in:
1373
1374 ```
1375 trait Foo {
1376     fn bar(&self);
1377     fn baz(&self) { println!("We called baz."); }
1378 }
1379 ```
1380
1381 Here the `baz` method has a default implementation, so types that implement
1382 `Foo` need only implement `bar`. It is also possible for implementing types
1383 to override a method that has a default implementation.
1384
1385 Type parameters can be specified for a trait to make it generic. These appear
1386 after the trait name, using the same syntax used in [generic
1387 functions](#generic-functions).
1388
1389 ```
1390 trait Seq<T> {
1391    fn len(&self) -> u32;
1392    fn elt_at(&self, n: u32) -> T;
1393    fn iter<F>(&self, F) where F: Fn(T);
1394 }
1395 ```
1396
1397 It is also possible to define associated types for a trait. Consider the
1398 following example of a `Container` trait. Notice how the type is available
1399 for use in the method signatures:
1400
1401 ```
1402 trait Container {
1403     type E;
1404     fn empty() -> Self;
1405     fn insert(&mut self, Self::E);
1406 }
1407 ```
1408
1409 In order for a type to implement this trait, it must not only provide
1410 implementations for every method, but it must specify the type `E`. Here's
1411 an implementation of `Container` for the standard library type `Vec`:
1412
1413 ```
1414 # trait Container {
1415 #     type E;
1416 #     fn empty() -> Self;
1417 #     fn insert(&mut self, Self::E);
1418 # }
1419 impl<T> Container for Vec<T> {
1420     type E = T;
1421     fn empty() -> Vec<T> { Vec::new() }
1422     fn insert(&mut self, x: T) { self.push(x); }
1423 }
1424 ```
1425
1426 Generic functions may use traits as _bounds_ on their type parameters. This
1427 will have two effects:
1428
1429 - Only types that have the trait may instantiate the parameter.
1430 - Within the generic function, the methods of the trait can be
1431   called on values that have the parameter's type.
1432
1433 For example:
1434
1435 ```
1436 # type Surface = i32;
1437 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); }
1438 fn draw_twice<T: Shape>(surface: Surface, sh: T) {
1439     sh.draw(surface);
1440     sh.draw(surface);
1441 }
1442 ```
1443
1444 Traits also define an [trait object](#trait-objects) with the same
1445 name as the trait. Values of this type are created by coercing from a
1446 pointer of some specific type to a pointer of trait type. For example,
1447 `&T` could be coerced to `&Shape` if `T: Shape` holds (and similarly
1448 for `Box<T>`). This coercion can either be implicit or
1449 [explicit](#type-cast-expressions). Here is an example of an explicit
1450 coercion:
1451
1452 ```
1453 trait Shape { }
1454 impl Shape for i32 { }
1455 let mycircle = 0i32;
1456 let myshape: Box<Shape> = Box::new(mycircle) as Box<Shape>;
1457 ```
1458
1459 The resulting value is a box containing the value that was cast, along with
1460 information that identifies the methods of the implementation that was used.
1461 Values with a trait type can have [methods called](#method-call-expressions) on
1462 them, for any method in the trait, and can be used to instantiate type
1463 parameters that are bounded by the trait.
1464
1465 Trait methods may be static, which means that they lack a `self` argument.
1466 This means that they can only be called with function call syntax (`f(x)`) and
1467 not method call syntax (`obj.f()`). The way to refer to the name of a static
1468 method is to qualify it with the trait name, treating the trait name like a
1469 module. For example:
1470
1471 ```
1472 trait Num {
1473     fn from_i32(n: i32) -> Self;
1474 }
1475 impl Num for f64 {
1476     fn from_i32(n: i32) -> f64 { n as f64 }
1477 }
1478 let x: f64 = Num::from_i32(42);
1479 ```
1480
1481 Traits may inherit from other traits. For example, in
1482
1483 ```
1484 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1485 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1486 ```
1487
1488 the syntax `Circle : Shape` means that types that implement `Circle` must also
1489 have an implementation for `Shape`. Multiple supertraits are separated by `+`,
1490 `trait Circle : Shape + PartialEq { }`. In an implementation of `Circle` for a
1491 given type `T`, methods can refer to `Shape` methods, since the typechecker
1492 checks that any type with an implementation of `Circle` also has an
1493 implementation of `Shape`.
1494
1495 In type-parameterized functions, methods of the supertrait may be called on
1496 values of subtrait-bound type parameters. Referring to the previous example of
1497 `trait Circle : Shape`:
1498
1499 ```
1500 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1501 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1502 fn radius_times_area<T: Circle>(c: T) -> f64 {
1503     // `c` is both a Circle and a Shape
1504     c.radius() * c.area()
1505 }
1506 ```
1507
1508 Likewise, supertrait methods may also be called on trait objects.
1509
1510 ```{.ignore}
1511 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1512 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1513 # impl Shape for i32 { fn area(&self) -> f64 { 0.0 } }
1514 # impl Circle for i32 { fn radius(&self) -> f64 { 0.0 } }
1515 # let mycircle = 0i32;
1516 let mycircle = Box::new(mycircle) as Box<Circle>;
1517 let nonsense = mycircle.radius() * mycircle.area();
1518 ```
1519
1520 ### Implementations
1521
1522 An _implementation_ is an item that implements a [trait](#traits) for a
1523 specific type.
1524
1525 Implementations are defined with the keyword `impl`.
1526
1527 ```
1528 # #[derive(Copy, Clone)]
1529 # struct Point {x: f64, y: f64};
1530 # type Surface = i32;
1531 # struct BoundingBox {x: f64, y: f64, width: f64, height: f64};
1532 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); fn bounding_box(&self) -> BoundingBox; }
1533 # fn do_draw_circle(s: Surface, c: Circle) { }
1534 struct Circle {
1535     radius: f64,
1536     center: Point,
1537 }
1538
1539 impl Copy for Circle {}
1540
1541 impl Clone for Circle {
1542     fn clone(&self) -> Circle { *self }
1543 }
1544
1545 impl Shape for Circle {
1546     fn draw(&self, s: Surface) { do_draw_circle(s, *self); }
1547     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox {
1548         let r = self.radius;
1549         BoundingBox{x: self.center.x - r, y: self.center.y - r,
1550          width: 2.0 * r, height: 2.0 * r}
1551     }
1552 }
1553 ```
1554
1555 It is possible to define an implementation without referring to a trait. The
1556 methods in such an implementation can only be used as direct calls on the
1557 values of the type that the implementation targets. In such an implementation,
1558 the trait type and `for` after `impl` are omitted. Such implementations are
1559 limited to nominal types (enums, structs), and the implementation must appear
1560 in the same crate as the `self` type:
1561
1562 ```
1563 struct Point {x: i32, y: i32}
1564
1565 impl Point {
1566     fn log(&self) {
1567         println!("Point is at ({}, {})", self.x, self.y);
1568     }
1569 }
1570
1571 let my_point = Point {x: 10, y:11};
1572 my_point.log();
1573 ```
1574
1575 When a trait _is_ specified in an `impl`, all methods declared as part of the
1576 trait must be implemented, with matching types and type parameter counts.
1577
1578 An implementation can take type parameters, which can be different from the
1579 type parameters taken by the trait it implements. Implementation parameters
1580 are written after the `impl` keyword.
1581
1582 ```
1583 # trait Seq<T> { fn dummy(&self, _: T) { } }
1584 impl<T> Seq<T> for Vec<T> {
1585    /* ... */
1586 }
1587 impl Seq<bool> for u32 {
1588    /* Treat the integer as a sequence of bits */
1589 }
1590 ```
1591
1592 ### External blocks
1593
1594 External blocks form the basis for Rust's foreign function interface.
1595 Declarations in an external block describe symbols in external, non-Rust
1596 libraries.
1597
1598 Functions within external blocks are declared in the same way as other Rust
1599 functions, with the exception that they may not have a body and are instead
1600 terminated by a semicolon.
1601
1602 Functions within external blocks may be called by Rust code, just like
1603 functions defined in Rust. The Rust compiler automatically translates between
1604 the Rust ABI and the foreign ABI.
1605
1606 A number of [attributes](#attributes) control the behavior of external blocks.
1607
1608 By default external blocks assume that the library they are calling uses the
1609 standard C "cdecl" ABI. Other ABIs may be specified using an `abi` string, as
1610 shown here:
1611
1612 ```ignore
1613 // Interface to the Windows API
1614 extern "stdcall" { }
1615 ```
1616
1617 The `link` attribute allows the name of the library to be specified. When
1618 specified the compiler will attempt to link against the native library of the
1619 specified name.
1620
1621 ```{.ignore}
1622 #[link(name = "crypto")]
1623 extern { }
1624 ```
1625
1626 The type of a function declared in an extern block is `extern "abi" fn(A1, ...,
1627 An) -> R`, where `A1...An` are the declared types of its arguments and `R` is
1628 the declared return type.
1629
1630 ## Visibility and Privacy
1631
1632 These two terms are often used interchangeably, and what they are attempting to
1633 convey is the answer to the question "Can this item be used at this location?"
1634
1635 Rust's name resolution operates on a global hierarchy of namespaces. Each level
1636 in the hierarchy can be thought of as some item. The items are one of those
1637 mentioned above, but also include external crates. Declaring or defining a new
1638 module can be thought of as inserting a new tree into the hierarchy at the
1639 location of the definition.
1640
1641 To control whether interfaces can be used across modules, Rust checks each use
1642 of an item to see whether it should be allowed or not. This is where privacy
1643 warnings are generated, or otherwise "you used a private item of another module
1644 and weren't allowed to."
1645
1646 By default, everything in Rust is *private*, with one exception. Enum variants
1647 in a `pub` enum are also public by default. When an item is declared as `pub`,
1648 it can be thought of as being accessible to the outside world. For example:
1649
1650 ```
1651 # fn main() {}
1652 // Declare a private struct
1653 struct Foo;
1654
1655 // Declare a public struct with a private field
1656 pub struct Bar {
1657     field: i32
1658 }
1659
1660 // Declare a public enum with two public variants
1661 pub enum State {
1662     PubliclyAccessibleState,
1663     PubliclyAccessibleState2,
1664 }
1665 ```
1666
1667 With the notion of an item being either public or private, Rust allows item
1668 accesses in two cases:
1669
1670 1. If an item is public, then it can be used externally through any of its
1671    public ancestors.
1672 2. If an item is private, it may be accessed by the current module and its
1673    descendants.
1674
1675 These two cases are surprisingly powerful for creating module hierarchies
1676 exposing public APIs while hiding internal implementation details. To help
1677 explain, here's a few use cases and what they would entail:
1678
1679 * A library developer needs to expose functionality to crates which link
1680   against their library. As a consequence of the first case, this means that
1681   anything which is usable externally must be `pub` from the root down to the
1682   destination item. Any private item in the chain will disallow external
1683   accesses.
1684
1685 * A crate needs a global available "helper module" to itself, but it doesn't
1686   want to expose the helper module as a public API. To accomplish this, the
1687   root of the crate's hierarchy would have a private module which then
1688   internally has a "public api". Because the entire crate is a descendant of
1689   the root, then the entire local crate can access this private module through
1690   the second case.
1691
1692 * When writing unit tests for a module, it's often a common idiom to have an
1693   immediate child of the module to-be-tested named `mod test`. This module
1694   could access any items of the parent module through the second case, meaning
1695   that internal implementation details could also be seamlessly tested from the
1696   child module.
1697
1698 In the second case, it mentions that a private item "can be accessed" by the
1699 current module and its descendants, but the exact meaning of accessing an item
1700 depends on what the item is. Accessing a module, for example, would mean
1701 looking inside of it (to import more items). On the other hand, accessing a
1702 function would mean that it is invoked. Additionally, path expressions and
1703 import statements are considered to access an item in the sense that the
1704 import/expression is only valid if the destination is in the current visibility
1705 scope.
1706
1707 Here's an example of a program which exemplifies the three cases outlined
1708 above:
1709
1710 ```
1711 // This module is private, meaning that no external crate can access this
1712 // module. Because it is private at the root of this current crate, however, any
1713 // module in the crate may access any publicly visible item in this module.
1714 mod crate_helper_module {
1715
1716     // This function can be used by anything in the current crate
1717     pub fn crate_helper() {}
1718
1719     // This function *cannot* be used by anything else in the crate. It is not
1720     // publicly visible outside of the `crate_helper_module`, so only this
1721     // current module and its descendants may access it.
1722     fn implementation_detail() {}
1723 }
1724
1725 // This function is "public to the root" meaning that it's available to external
1726 // crates linking against this one.
1727 pub fn public_api() {}
1728
1729 // Similarly to 'public_api', this module is public so external crates may look
1730 // inside of it.
1731 pub mod submodule {
1732     use crate_helper_module;
1733
1734     pub fn my_method() {
1735         // Any item in the local crate may invoke the helper module's public
1736         // interface through a combination of the two rules above.
1737         crate_helper_module::crate_helper();
1738     }
1739
1740     // This function is hidden to any module which is not a descendant of
1741     // `submodule`
1742     fn my_implementation() {}
1743
1744     #[cfg(test)]
1745     mod test {
1746
1747         #[test]
1748         fn test_my_implementation() {
1749             // Because this module is a descendant of `submodule`, it's allowed
1750             // to access private items inside of `submodule` without a privacy
1751             // violation.
1752             super::my_implementation();
1753         }
1754     }
1755 }
1756
1757 # fn main() {}
1758 ```
1759
1760 For a rust program to pass the privacy checking pass, all paths must be valid
1761 accesses given the two rules above. This includes all use statements,
1762 expressions, types, etc.
1763
1764 ### Re-exporting and Visibility
1765
1766 Rust allows publicly re-exporting items through a `pub use` directive. Because
1767 this is a public directive, this allows the item to be used in the current
1768 module through the rules above. It essentially allows public access into the
1769 re-exported item. For example, this program is valid:
1770
1771 ```
1772 pub use self::implementation::api;
1773
1774 mod implementation {
1775     pub mod api {
1776         pub fn f() {}
1777     }
1778 }
1779
1780 # fn main() {}
1781 ```
1782
1783 This means that any external crate referencing `implementation::api::f` would
1784 receive a privacy violation, while the path `api::f` would be allowed.
1785
1786 When re-exporting a private item, it can be thought of as allowing the "privacy
1787 chain" being short-circuited through the reexport instead of passing through
1788 the namespace hierarchy as it normally would.
1789
1790 ## Attributes
1791
1792 Any item declaration may have an _attribute_ applied to it. Attributes in Rust
1793 are modeled on Attributes in ECMA-335, with the syntax coming from ECMA-334
1794 (C#). An attribute is a general, free-form metadatum that is interpreted
1795 according to name, convention, and language and compiler version. Attributes
1796 may appear as any of:
1797
1798 * A single identifier, the attribute name
1799 * An identifier followed by the equals sign '=' and a literal, providing a
1800   key/value pair
1801 * An identifier followed by a parenthesized list of sub-attribute arguments
1802
1803 Attributes with a bang ("!") after the hash ("#") apply to the item that the
1804 attribute is declared within. Attributes that do not have a bang after the hash
1805 apply to the item that follows the attribute.
1806
1807 An example of attributes:
1808
1809 ```{.rust}
1810 // General metadata applied to the enclosing module or crate.
1811 #![crate_type = "lib"]
1812
1813 // A function marked as a unit test
1814 #[test]
1815 fn test_foo() {
1816   /* ... */
1817 }
1818
1819 // A conditionally-compiled module
1820 #[cfg(target_os="linux")]
1821 mod bar {
1822   /* ... */
1823 }
1824
1825 // A lint attribute used to suppress a warning/error
1826 #[allow(non_camel_case_types)]
1827 type int8_t = i8;
1828 ```
1829
1830 > **Note:** At some point in the future, the compiler will distinguish between
1831 > language-reserved and user-available attributes. Until then, there is
1832 > effectively no difference between an attribute handled by a loadable syntax
1833 > extension and the compiler.
1834
1835 ### Crate-only attributes
1836
1837 - `crate_name` - specify the crate's crate name.
1838 - `crate_type` - see [linkage](#linkage).
1839 - `feature` - see [compiler features](#compiler-features).
1840 - `no_builtins` - disable optimizing certain code patterns to invocations of
1841                   library functions that are assumed to exist
1842 - `no_main` - disable emitting the `main` symbol. Useful when some other
1843    object being linked to defines `main`.
1844 - `no_start` - disable linking to the `native` crate, which specifies the
1845   "start" language item.
1846 - `no_std` - disable linking to the `std` crate.
1847 - `plugin` â€” load a list of named crates as compiler plugins, e.g.
1848              `#![plugin(foo, bar)]`. Optional arguments for each plugin,
1849              i.e. `#![plugin(foo(... args ...))]`, are provided to the plugin's
1850              registrar function.  The `plugin` feature gate is required to use
1851              this attribute.
1852
1853 ### Module-only attributes
1854
1855 - `no_implicit_prelude` - disable injecting `use std::prelude::*` in this
1856   module.
1857 - `path` - specifies the file to load the module from. `#[path="foo.rs"] mod
1858   bar;` is equivalent to `mod bar { /* contents of foo.rs */ }`. The path is
1859   taken relative to the directory that the current module is in.
1860
1861 ### Function-only attributes
1862
1863 - `main` - indicates that this function should be passed to the entry point,
1864   rather than the function in the crate root named `main`.
1865 - `plugin_registrar` - mark this function as the registration point for
1866   [compiler plugins][plugin], such as loadable syntax extensions.
1867 - `start` - indicates that this function should be used as the entry point,
1868   overriding the "start" language item. See the "start" [language
1869   item](#language-items) for more details.
1870 - `test` - indicates that this function is a test function, to only be compiled
1871   in case of `--test`.
1872 - `should_panic` - indicates that this test function should panic, inverting the success condition.
1873 - `cold` - The function is unlikely to be executed, so optimize it (and calls
1874   to it) differently.
1875
1876 ### Static-only attributes
1877
1878 - `thread_local` - on a `static mut`, this signals that the value of this
1879   static may change depending on the current thread. The exact consequences of
1880   this are implementation-defined.
1881
1882 ### FFI attributes
1883
1884 On an `extern` block, the following attributes are interpreted:
1885
1886 - `link_args` - specify arguments to the linker, rather than just the library
1887   name and type. This is feature gated and the exact behavior is
1888   implementation-defined (due to variety of linker invocation syntax).
1889 - `link` - indicate that a native library should be linked to for the
1890   declarations in this block to be linked correctly. `link` supports an optional `kind`
1891   key with three possible values: `dylib`, `static`, and `framework`. See [external blocks](#external-blocks) for more about external blocks. Two
1892   examples: `#[link(name = "readline")]` and
1893   `#[link(name = "CoreFoundation", kind = "framework")]`.
1894
1895 On declarations inside an `extern` block, the following attributes are
1896 interpreted:
1897
1898 - `link_name` - the name of the symbol that this function or static should be
1899   imported as.
1900 - `linkage` - on a static, this specifies the [linkage
1901   type](http://llvm.org/docs/LangRef.html#linkage-types).
1902
1903 On `enum`s:
1904
1905 - `repr` - on C-like enums, this sets the underlying type used for
1906   representation. Takes one argument, which is the primitive
1907   type this enum should be represented for, or `C`, which specifies that it
1908   should be the default `enum` size of the C ABI for that platform. Note that
1909   enum representation in C is undefined, and this may be incorrect when the C
1910   code is compiled with certain flags.
1911
1912 On `struct`s:
1913
1914 - `repr` - specifies the representation to use for this struct. Takes a list
1915   of options. The currently accepted ones are `C` and `packed`, which may be
1916   combined. `C` will use a C ABI compatible struct layout, and `packed` will
1917   remove any padding between fields (note that this is very fragile and may
1918   break platforms which require aligned access).
1919
1920 ### Macro-related attributes
1921
1922 - `macro_use` on a `mod` â€” macros defined in this module will be visible in the
1923   module's parent, after this module has been included.
1924
1925 - `macro_use` on an `extern crate` â€” load macros from this crate.  An optional
1926   list of names `#[macro_use(foo, bar)]` restricts the import to just those
1927   macros named.  The `extern crate` must appear at the crate root, not inside
1928   `mod`, which ensures proper function of the [`$crate` macro
1929   variable](book/macros.html#the-variable-$crate).
1930
1931 - `macro_reexport` on an `extern crate` â€” re-export the named macros.
1932
1933 - `macro_export` - export a macro for cross-crate usage.
1934
1935 - `no_link` on an `extern crate` â€” even if we load this crate for macros, don't
1936   link it into the output.
1937
1938 See the [macros section of the
1939 book](book/macros.html#scoping-and-macro-import/export) for more information on
1940 macro scope.
1941
1942
1943 ### Miscellaneous attributes
1944
1945 - `export_name` - on statics and functions, this determines the name of the
1946   exported symbol.
1947 - `link_section` - on statics and functions, this specifies the section of the
1948   object file that this item's contents will be placed into.
1949 - `no_mangle` - on any item, do not apply the standard name mangling. Set the
1950   symbol for this item to its identifier.
1951 - `packed` - on structs or enums, eliminate any padding that would be used to
1952   align fields.
1953 - `simd` - on certain tuple structs, derive the arithmetic operators, which
1954   lower to the target's SIMD instructions, if any; the `simd` feature gate
1955   is necessary to use this attribute.
1956 - `unsafe_no_drop_flag` - on structs, remove the flag that prevents
1957   destructors from being run twice. Destructors might be run multiple times on
1958   the same object with this attribute. To use this, the `unsafe_no_drop_flag` feature
1959   gate must be enabled.
1960 - `doc` - Doc comments such as `/// foo` are equivalent to `#[doc = "foo"]`.
1961 - `rustc_on_unimplemented` - Write a custom note to be shown along with the error
1962    when the trait is found to be unimplemented on a type.
1963    You may use format arguments like `{T}`, `{A}` to correspond to the
1964    types at the point of use corresponding to the type parameters of the
1965    trait of the same name. `{Self}` will be replaced with the type that is supposed
1966    to implement the trait but doesn't. To use this, the `on_unimplemented` feature gate
1967    must be enabled.
1968
1969 ### Conditional compilation
1970
1971 Sometimes one wants to have different compiler outputs from the same code,
1972 depending on build target, such as targeted operating system, or to enable
1973 release builds.
1974
1975 There are two kinds of configuration options, one that is either defined or not
1976 (`#[cfg(foo)]`), and the other that contains a string that can be checked
1977 against (`#[cfg(bar = "baz")]`). Currently, only compiler-defined configuration
1978 options can have the latter form.
1979
1980 ```
1981 // The function is only included in the build when compiling for OSX
1982 #[cfg(target_os = "macos")]
1983 fn macos_only() {
1984   // ...
1985 }
1986
1987 // This function is only included when either foo or bar is defined
1988 #[cfg(any(foo, bar))]
1989 fn needs_foo_or_bar() {
1990   // ...
1991 }
1992
1993 // This function is only included when compiling for a unixish OS with a 32-bit
1994 // architecture
1995 #[cfg(all(unix, target_pointer_width = "32"))]
1996 fn on_32bit_unix() {
1997   // ...
1998 }
1999
2000 // This function is only included when foo is not defined
2001 #[cfg(not(foo))]
2002 fn needs_not_foo() {
2003   // ...
2004 }
2005 ```
2006
2007 This illustrates some conditional compilation can be achieved using the
2008 `#[cfg(...)]` attribute. `any`, `all` and `not` can be used to assemble
2009 arbitrarily complex configurations through nesting.
2010
2011 The following configurations must be defined by the implementation:
2012
2013 * `debug_assertions`. Enabled by default when compiling without optimizations.
2014   This can be used to enable extra debugging code in development but not in
2015   production.  For example, it controls the behavior of the standard library's
2016   `debug_assert!` macro.
2017 * `target_arch = "..."`. Target CPU architecture, such as `"x86"`, `"x86_64"`
2018   `"mips"`, `"powerpc"`, `"arm"`, or `"aarch64"`.
2019 * `target_endian = "..."`. Endianness of the target CPU, either `"little"` or
2020   `"big"`.
2021 * `target_family = "..."`. Operating system family of the target, e. g.
2022   `"unix"` or `"windows"`. The value of this configuration option is defined
2023   as a configuration itself, like `unix` or `windows`.
2024 * `target_os = "..."`. Operating system of the target, examples include
2025   `"windows"`, `"macos"`, `"ios"`, `"linux"`, `"android"`, `"freebsd"`, `"dragonfly"`,
2026   `"bitrig"` , `"openbsd"` or `"netbsd"`.
2027 * `target_pointer_width = "..."`. Target pointer width in bits. This is set
2028   to `"32"` for targets with 32-bit pointers, and likewise set to `"64"` for
2029   64-bit pointers.
2030 * `unix`. See `target_family`.
2031 * `windows`. See `target_family`.
2032
2033 You can also set another attribute based on a `cfg` variable with `cfg_attr`:
2034
2035 ```rust,ignore
2036 #[cfg_attr(a, b)]
2037 ```
2038
2039 Will be the same as `#[b]` if `a` is set by `cfg`, and nothing otherwise.
2040
2041 ### Lint check attributes
2042
2043 A lint check names a potentially undesirable coding pattern, such as
2044 unreachable code or omitted documentation, for the static entity to which the
2045 attribute applies.
2046
2047 For any lint check `C`:
2048
2049 * `allow(C)` overrides the check for `C` so that violations will go
2050    unreported,
2051 * `deny(C)` signals an error after encountering a violation of `C`,
2052 * `forbid(C)` is the same as `deny(C)`, but also forbids changing the lint
2053    level afterwards,
2054 * `warn(C)` warns about violations of `C` but continues compilation.
2055
2056 The lint checks supported by the compiler can be found via `rustc -W help`,
2057 along with their default settings.  [Compiler
2058 plugins](book/compiler-plugins.html#lint-plugins) can provide additional lint checks.
2059
2060 ```{.ignore}
2061 mod m1 {
2062     // Missing documentation is ignored here
2063     #[allow(missing_docs)]
2064     pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2065
2066     // Missing documentation signals a warning here
2067     #[warn(missing_docs)]
2068     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2069
2070     // Missing documentation signals an error here
2071     #[deny(missing_docs)]
2072     pub fn undocumented_end() -> i32 { 3 }
2073 }
2074 ```
2075
2076 This example shows how one can use `allow` and `warn` to toggle a particular
2077 check on and off:
2078
2079 ```{.ignore}
2080 #[warn(missing_docs)]
2081 mod m2{
2082     #[allow(missing_docs)]
2083     mod nested {
2084         // Missing documentation is ignored here
2085         pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2086
2087         // Missing documentation signals a warning here,
2088         // despite the allow above.
2089         #[warn(missing_docs)]
2090         pub fn undocumented_two() -> i32 { 2 }
2091     }
2092
2093     // Missing documentation signals a warning here
2094     pub fn undocumented_too() -> i32 { 3 }
2095 }
2096 ```
2097
2098 This example shows how one can use `forbid` to disallow uses of `allow` for
2099 that lint check:
2100
2101 ```{.ignore}
2102 #[forbid(missing_docs)]
2103 mod m3 {
2104     // Attempting to toggle warning signals an error here
2105     #[allow(missing_docs)]
2106     /// Returns 2.
2107     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2108 }
2109 ```
2110
2111 ### Language items
2112
2113 Some primitive Rust operations are defined in Rust code, rather than being
2114 implemented directly in C or assembly language. The definitions of these
2115 operations have to be easy for the compiler to find. The `lang` attribute
2116 makes it possible to declare these operations. For example, the `str` module
2117 in the Rust standard library defines the string equality function:
2118
2119 ```{.ignore}
2120 #[lang = "str_eq"]
2121 pub fn eq_slice(a: &str, b: &str) -> bool {
2122     // details elided
2123 }
2124 ```
2125
2126 The name `str_eq` has a special meaning to the Rust compiler, and the presence
2127 of this definition means that it will use this definition when generating calls
2128 to the string equality function.
2129
2130 The set of language items is currently considered unstable. A complete
2131 list of the built-in language items will be added in the future.
2132
2133 ### Inline attributes
2134
2135 The inline attribute suggests that the compiler should place a copy of
2136 the function or static in the caller, rather than generating code to
2137 call the function or access the static where it is defined.
2138
2139 The compiler automatically inlines functions based on internal heuristics.
2140 Incorrectly inlining functions can actually make the program slower, so it
2141 should be used with care.
2142
2143 `#[inline]` and `#[inline(always)]` always cause the function to be serialized
2144 into the crate metadata to allow cross-crate inlining.
2145
2146 There are three different types of inline attributes:
2147
2148 * `#[inline]` hints the compiler to perform an inline expansion.
2149 * `#[inline(always)]` asks the compiler to always perform an inline expansion.
2150 * `#[inline(never)]` asks the compiler to never perform an inline expansion.
2151
2152 ### `derive`
2153
2154 The `derive` attribute allows certain traits to be automatically implemented
2155 for data structures. For example, the following will create an `impl` for the
2156 `PartialEq` and `Clone` traits for `Foo`, the type parameter `T` will be given
2157 the `PartialEq` or `Clone` constraints for the appropriate `impl`:
2158
2159 ```
2160 #[derive(PartialEq, Clone)]
2161 struct Foo<T> {
2162     a: i32,
2163     b: T
2164 }
2165 ```
2166
2167 The generated `impl` for `PartialEq` is equivalent to
2168
2169 ```
2170 # struct Foo<T> { a: i32, b: T }
2171 impl<T: PartialEq> PartialEq for Foo<T> {
2172     fn eq(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2173         self.a == other.a && self.b == other.b
2174     }
2175
2176     fn ne(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2177         self.a != other.a || self.b != other.b
2178     }
2179 }
2180 ```
2181
2182 ### Compiler Features
2183
2184 Certain aspects of Rust may be implemented in the compiler, but they're not
2185 necessarily ready for every-day use. These features are often of "prototype
2186 quality" or "almost production ready", but may not be stable enough to be
2187 considered a full-fledged language feature.
2188
2189 For this reason, Rust recognizes a special crate-level attribute of the form:
2190
2191 ```{.ignore}
2192 #![feature(feature1, feature2, feature3)]
2193 ```
2194
2195 This directive informs the compiler that the feature list: `feature1`,
2196 `feature2`, and `feature3` should all be enabled. This is only recognized at a
2197 crate-level, not at a module-level. Without this directive, all features are
2198 considered off, and using the features will result in a compiler error.
2199
2200 The currently implemented features of the reference compiler are:
2201
2202 * `advanced_slice_patterns` - See the [match expressions](#match-expressions)
2203                               section for discussion; the exact semantics of
2204                               slice patterns are subject to change, so some types
2205                               are still unstable.
2206
2207 * `slice_patterns` - OK, actually, slice patterns are just scary and
2208                      completely unstable.
2209
2210 * `asm` - The `asm!` macro provides a means for inline assembly. This is often
2211           useful, but the exact syntax for this feature along with its
2212           semantics are likely to change, so this macro usage must be opted
2213           into.
2214
2215 * `associated_consts` - Allows constants to be defined in `impl` and `trait`
2216                         blocks, so that they can be associated with a type or
2217                         trait in a similar manner to methods and associated
2218                         types.
2219
2220 * `box_patterns` - Allows `box` patterns, the exact semantics of which
2221                    is subject to change.
2222
2223 * `box_syntax` - Allows use of `box` expressions, the exact semantics of which
2224                  is subject to change.
2225
2226 * `concat_idents` - Allows use of the `concat_idents` macro, which is in many
2227                     ways insufficient for concatenating identifiers, and may be
2228                     removed entirely for something more wholesome.
2229
2230 * `custom_attribute` - Allows the usage of attributes unknown to the compiler
2231                        so that new attributes can be added in a backwards compatible
2232                        manner (RFC 572).
2233
2234 * `custom_derive` - Allows the use of `#[derive(Foo,Bar)]` as sugar for
2235                     `#[derive_Foo] #[derive_Bar]`, which can be user-defined syntax
2236                     extensions.
2237
2238 * `intrinsics` - Allows use of the "rust-intrinsics" ABI. Compiler intrinsics
2239                  are inherently unstable and no promise about them is made.
2240
2241 * `lang_items` - Allows use of the `#[lang]` attribute. Like `intrinsics`,
2242                  lang items are inherently unstable and no promise about them
2243                  is made.
2244
2245 * `link_args` - This attribute is used to specify custom flags to the linker,
2246                 but usage is strongly discouraged. The compiler's usage of the
2247                 system linker is not guaranteed to continue in the future, and
2248                 if the system linker is not used then specifying custom flags
2249                 doesn't have much meaning.
2250
2251 * `link_llvm_intrinsics` â€“ Allows linking to LLVM intrinsics via
2252                            `#[link_name="llvm.*"]`.
2253
2254 * `linkage` - Allows use of the `linkage` attribute, which is not portable.
2255
2256 * `log_syntax` - Allows use of the `log_syntax` macro attribute, which is a
2257                  nasty hack that will certainly be removed.
2258
2259 * `main` - Allows use of the `#[main]` attribute, which changes the entry point
2260            into a Rust program. This capability is subject to change.
2261
2262 * `macro_reexport` - Allows macros to be re-exported from one crate after being imported
2263                      from another. This feature was originally designed with the sole
2264                      use case of the Rust standard library in mind, and is subject to
2265                      change.
2266
2267 * `non_ascii_idents` - The compiler supports the use of non-ascii identifiers,
2268                        but the implementation is a little rough around the
2269                        edges, so this can be seen as an experimental feature
2270                        for now until the specification of identifiers is fully
2271                        fleshed out.
2272
2273 * `no_std` - Allows the `#![no_std]` crate attribute, which disables the implicit
2274              `extern crate std`. This typically requires use of the unstable APIs
2275              behind the libstd "facade", such as libcore and libcollections. It
2276              may also cause problems when using syntax extensions, including
2277              `#[derive]`.
2278
2279 * `on_unimplemented` - Allows the `#[rustc_on_unimplemented]` attribute, which allows
2280                        trait definitions to add specialized notes to error messages
2281                        when an implementation was expected but not found.
2282
2283 * `optin_builtin_traits` - Allows the definition of default and negative trait
2284                            implementations. Experimental.
2285
2286 * `plugin` - Usage of [compiler plugins][plugin] for custom lints or syntax extensions.
2287              These depend on compiler internals and are subject to change.
2288
2289 * `plugin_registrar` - Indicates that a crate provides [compiler plugins][plugin].
2290
2291 * `quote` - Allows use of the `quote_*!` family of macros, which are
2292             implemented very poorly and will likely change significantly
2293             with a proper implementation.
2294
2295 * `rustc_attrs` - Gates internal `#[rustc_*]` attributes which may be
2296                   for internal use only or have meaning added to them in the future.
2297
2298 * `rustc_diagnostic_macros`- A mysterious feature, used in the implementation
2299                              of rustc, not meant for mortals.
2300
2301 * `simd` - Allows use of the `#[simd]` attribute, which is overly simple and
2302            not the SIMD interface we want to expose in the long term.
2303
2304 * `simd_ffi` - Allows use of SIMD vectors in signatures for foreign functions.
2305                The SIMD interface is subject to change.
2306
2307 * `staged_api` - Allows usage of stability markers and `#![staged_api]` in a
2308                  crate. Stability markers are also attributes: `#[stable]`,
2309                  `#[unstable]`, and `#[deprecated]` are the three levels.
2310
2311 * `start` - Allows use of the `#[start]` attribute, which changes the entry point
2312             into a Rust program. This capability, especially the signature for the
2313             annotated function, is subject to change.
2314
2315 * `struct_inherit` - Allows using struct inheritance, which is barely
2316                      implemented and will probably be removed. Don't use this.
2317
2318 * `struct_variant` - Structural enum variants (those with named fields). It is
2319                      currently unknown whether this style of enum variant is as
2320                      fully supported as the tuple-forms, and it's not certain
2321                      that this style of variant should remain in the language.
2322                      For now this style of variant is hidden behind a feature
2323                      flag.
2324
2325 * `thread_local` - The usage of the `#[thread_local]` attribute is experimental
2326                    and should be seen as unstable. This attribute is used to
2327                    declare a `static` as being unique per-thread leveraging
2328                    LLVM's implementation which works in concert with the kernel
2329                    loader and dynamic linker. This is not necessarily available
2330                    on all platforms, and usage of it is discouraged.
2331
2332 * `trace_macros` - Allows use of the `trace_macros` macro, which is a nasty
2333                    hack that will certainly be removed.
2334
2335 * `unboxed_closures` - Rust's new closure design, which is currently a work in
2336                        progress feature with many known bugs.
2337
2338 * `unsafe_no_drop_flag` - Allows use of the `#[unsafe_no_drop_flag]` attribute,
2339                           which removes hidden flag added to a type that
2340                           implements the `Drop` trait. The design for the
2341                           `Drop` flag is subject to change, and this feature
2342                           may be removed in the future.
2343
2344 * `unmarked_api` - Allows use of items within a `#![staged_api]` crate
2345                    which have not been marked with a stability marker.
2346                    Such items should not be allowed by the compiler to exist,
2347                    so if you need this there probably is a compiler bug.
2348
2349 * `visible_private_types` - Allows public APIs to expose otherwise private
2350                             types, e.g. as the return type of a public function.
2351                             This capability may be removed in the future.
2352
2353 * `allow_internal_unstable` - Allows `macro_rules!` macros to be tagged with the
2354                               `#[allow_internal_unstable]` attribute, designed
2355                               to allow `std` macros to call
2356                               `#[unstable]`/feature-gated functionality
2357                               internally without imposing on callers
2358                               (i.e. making them behave like function calls in
2359                               terms of encapsulation).
2360
2361 If a feature is promoted to a language feature, then all existing programs will
2362 start to receive compilation warnings about `#![feature]` directives which enabled
2363 the new feature (because the directive is no longer necessary). However, if a
2364 feature is decided to be removed from the language, errors will be issued (if
2365 there isn't a parser error first). The directive in this case is no longer
2366 necessary, and it's likely that existing code will break if the feature isn't
2367 removed.
2368
2369 If an unknown feature is found in a directive, it results in a compiler error.
2370 An unknown feature is one which has never been recognized by the compiler.
2371
2372 # Statements and expressions
2373
2374 Rust is _primarily_ an expression language. This means that most forms of
2375 value-producing or effect-causing evaluation are directed by the uniform syntax
2376 category of _expressions_. Each kind of expression can typically _nest_ within
2377 each other kind of expression, and rules for evaluation of expressions involve
2378 specifying both the value produced by the expression and the order in which its
2379 sub-expressions are themselves evaluated.
2380
2381 In contrast, statements in Rust serve _mostly_ to contain and explicitly
2382 sequence expression evaluation.
2383
2384 ## Statements
2385
2386 A _statement_ is a component of a block, which is in turn a component of an
2387 outer [expression](#expressions) or [function](#functions).
2388
2389 Rust has two kinds of statement: [declaration
2390 statements](#declaration-statements) and [expression
2391 statements](#expression-statements).
2392
2393 ### Declaration statements
2394
2395 A _declaration statement_ is one that introduces one or more *names* into the
2396 enclosing statement block. The declared names may denote new variables or new
2397 items.
2398
2399 #### Item declarations
2400
2401 An _item declaration statement_ has a syntactic form identical to an
2402 [item](#items) declaration within a module. Declaring an item &mdash; a
2403 function, enumeration, structure, type, static, trait, implementation or module
2404 &mdash; locally within a statement block is simply a way of restricting its
2405 scope to a narrow region containing all of its uses; it is otherwise identical
2406 in meaning to declaring the item outside the statement block.
2407
2408 > **Note**: there is no implicit capture of the function's dynamic environment when
2409 > declaring a function-local item.
2410
2411 #### Variable declarations
2412
2413 A _variable declaration_ introduces a new set of variable, given by a pattern. The
2414 pattern may be followed by a type annotation, and/or an initializer expression.
2415 When no type annotation is given, the compiler will infer the type, or signal
2416 an error if insufficient type information is available for definite inference.
2417 Any variables introduced by a variable declaration are visible from the point of
2418 declaration until the end of the enclosing block scope.
2419
2420 ### Expression statements
2421
2422 An _expression statement_ is one that evaluates an [expression](#expressions)
2423 and ignores its result. The type of an expression statement `e;` is always
2424 `()`, regardless of the type of `e`. As a rule, an expression statement's
2425 purpose is to trigger the effects of evaluating its expression.
2426
2427 ## Expressions
2428
2429 An expression may have two roles: it always produces a *value*, and it may have
2430 *effects* (otherwise known as "side effects"). An expression *evaluates to* a
2431 value, and has effects during *evaluation*. Many expressions contain
2432 sub-expressions (operands). The meaning of each kind of expression dictates
2433 several things:
2434
2435 * Whether or not to evaluate the sub-expressions when evaluating the expression
2436 * The order in which to evaluate the sub-expressions
2437 * How to combine the sub-expressions' values to obtain the value of the expression
2438
2439 In this way, the structure of expressions dictates the structure of execution.
2440 Blocks are just another kind of expression, so blocks, statements, expressions,
2441 and blocks again can recursively nest inside each other to an arbitrary depth.
2442
2443 #### Lvalues, rvalues and temporaries
2444
2445 Expressions are divided into two main categories: _lvalues_ and _rvalues_.
2446 Likewise within each expression, sub-expressions may occur in _lvalue context_
2447 or _rvalue context_. The evaluation of an expression depends both on its own
2448 category and the context it occurs within.
2449
2450 An lvalue is an expression that represents a memory location. These expressions
2451 are [paths](#path-expressions) (which refer to local variables, function and
2452 method arguments, or static variables), dereferences (`*expr`), [indexing
2453 expressions](#index-expressions) (`expr[expr]`), and [field
2454 references](#field-expressions) (`expr.f`). All other expressions are rvalues.
2455
2456 The left operand of an [assignment](#assignment-expressions) or
2457 [compound-assignment](#compound-assignment-expressions) expression is
2458 an lvalue context, as is the single operand of a unary
2459 [borrow](#unary-operator-expressions). The discriminant or subject of
2460 a [match expression](#match-expressions) may be an lvalue context, if
2461 ref bindings are made, but is otherwise an rvalue context. All other
2462 expression contexts are rvalue contexts.
2463
2464 When an lvalue is evaluated in an _lvalue context_, it denotes a memory
2465 location; when evaluated in an _rvalue context_, it denotes the value held _in_
2466 that memory location.
2467
2468 ##### Temporary lifetimes
2469
2470 When an rvalue is used in an lvalue context, a temporary un-named
2471 lvalue is created and used instead. The lifetime of temporary values
2472 is typically the innermost enclosing statement; the tail expression of
2473 a block is considered part of the statement that encloses the block.
2474
2475 When a temporary rvalue is being created that is assigned into a `let`
2476 declaration, however, the temporary is created with the lifetime of
2477 the enclosing block instead, as using the enclosing statement (the
2478 `let` declaration) would be a guaranteed error (since a pointer to the
2479 temporary would be stored into a variable, but the temporary would be
2480 freed before the variable could be used). The compiler uses simple
2481 syntactic rules to decide which values are being assigned into a `let`
2482 binding, and therefore deserve a longer temporary lifetime.
2483
2484 Here are some examples:
2485
2486 - `let x = foo(&temp())`. The expression `temp()` is an rvalue. As it
2487   is being borrowed, a temporary is created which will be freed after
2488   the innermost enclosing statement (the `let` declaration, in this case).
2489 - `let x = temp().foo()`. This is the same as the previous example,
2490   except that the value of `temp()` is being borrowed via autoref on a
2491   method-call. Here we are assuming that `foo()` is an `&self` method
2492   defined in some trait, say `Foo`. In other words, the expression
2493   `temp().foo()` is equivalent to `Foo::foo(&temp())`.
2494 - `let x = &temp()`. Here, the same temporary is being assigned into
2495   `x`, rather than being passed as a parameter, and hence the
2496   temporary's lifetime is considered to be the enclosing block.
2497 - `let x = SomeStruct { foo: &temp() }`. As in the previous case, the
2498   temporary is assigned into a struct which is then assigned into a
2499   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2500 - `let x = [ &temp() ]`. As in the previous case, the
2501   temporary is assigned into an array which is then assigned into a
2502   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2503 - `let ref x = temp()`. In this case, the temporary is created using a ref binding,
2504   but the result is the same: the lifetime is extended to the enclosing block.
2505
2506 #### Moved and copied types
2507
2508 When a [local variable](#variables) is used as an
2509 [rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) the variable will either be moved
2510 or copied, depending on its type. All values whose type implements `Copy` are
2511 copied, all others are moved.
2512
2513 ### Literal expressions
2514
2515 A _literal expression_ consists of one of the [literal](#literals) forms
2516 described earlier. It directly describes a number, character, string, boolean
2517 value, or the unit value.
2518
2519 ```{.literals}
2520 ();        // unit type
2521 "hello";   // string type
2522 '5';       // character type
2523 5;         // integer type
2524 ```
2525
2526 ### Path expressions
2527
2528 A [path](#paths) used as an expression context denotes either a local variable
2529 or an item. Path expressions are [lvalues](#lvalues,-rvalues-and-temporaries).
2530
2531 ### Tuple expressions
2532
2533 Tuples are written by enclosing zero or more comma-separated expressions in
2534 parentheses. They are used to create [tuple-typed](#tuple-types) values.
2535
2536 ```{.tuple}
2537 (0.0, 4.5);
2538 ("a", 4usize, true);
2539 ```
2540
2541 You can disambiguate a single-element tuple from a value in parentheses with a
2542 comma:
2543
2544 ```
2545 (0,); // single-element tuple
2546 (0); // zero in parentheses
2547 ```
2548
2549 ### Structure expressions
2550
2551 There are several forms of structure expressions. A _structure expression_
2552 consists of the [path](#paths) of a [structure item](#structures), followed by
2553 a brace-enclosed list of one or more comma-separated name-value pairs,
2554 providing the field values of a new instance of the structure. A field name
2555 can be any identifier, and is separated from its value expression by a colon.
2556 The location denoted by a structure field is mutable if and only if the
2557 enclosing structure is mutable.
2558
2559 A _tuple structure expression_ consists of the [path](#paths) of a [structure
2560 item](#structures), followed by a parenthesized list of one or more
2561 comma-separated expressions (in other words, the path of a structure item
2562 followed by a tuple expression). The structure item must be a tuple structure
2563 item.
2564
2565 A _unit-like structure expression_ consists only of the [path](#paths) of a
2566 [structure item](#structures).
2567
2568 The following are examples of structure expressions:
2569
2570 ```
2571 # struct Point { x: f64, y: f64 }
2572 # struct TuplePoint(f64, f64);
2573 # mod game { pub struct User<'a> { pub name: &'a str, pub age: u32, pub score: usize } }
2574 # struct Cookie; fn some_fn<T>(t: T) {}
2575 Point {x: 10.0, y: 20.0};
2576 TuplePoint(10.0, 20.0);
2577 let u = game::User {name: "Joe", age: 35, score: 100_000};
2578 some_fn::<Cookie>(Cookie);
2579 ```
2580
2581 A structure expression forms a new value of the named structure type. Note
2582 that for a given *unit-like* structure type, this will always be the same
2583 value.
2584
2585 A structure expression can terminate with the syntax `..` followed by an
2586 expression to denote a functional update. The expression following `..` (the
2587 base) must have the same structure type as the new structure type being formed.
2588 The entire expression denotes the result of constructing a new structure (with
2589 the same type as the base expression) with the given values for the fields that
2590 were explicitly specified and the values in the base expression for all other
2591 fields.
2592
2593 ```
2594 # struct Point3d { x: i32, y: i32, z: i32 }
2595 let base = Point3d {x: 1, y: 2, z: 3};
2596 Point3d {y: 0, z: 10, .. base};
2597 ```
2598
2599 ### Block expressions
2600
2601 A _block expression_ is similar to a module in terms of the declarations that
2602 are possible. Each block conceptually introduces a new namespace scope. Use
2603 items can bring new names into scopes and declared items are in scope for only
2604 the block itself.
2605
2606 A block will execute each statement sequentially, and then execute the
2607 expression (if given). If the block ends in a statement, its value is `()`:
2608
2609 ```
2610 let x: () = { println!("Hello."); };
2611 ```
2612
2613 If it ends in an expression, its value and type are that of the expression:
2614
2615 ```
2616 let x: i32 = { println!("Hello."); 5 };
2617
2618 assert_eq!(5, x);
2619 ```
2620
2621 ### Method-call expressions
2622
2623 A _method call_ consists of an expression followed by a single dot, an
2624 identifier, and a parenthesized expression-list. Method calls are resolved to
2625 methods on specific traits, either statically dispatching to a method if the
2626 exact `self`-type of the left-hand-side is known, or dynamically dispatching if
2627 the left-hand-side expression is an indirect [trait object](#trait-objects).
2628
2629 ### Field expressions
2630
2631 A _field expression_ consists of an expression followed by a single dot and an
2632 identifier, when not immediately followed by a parenthesized expression-list
2633 (the latter is a [method call expression](#method-call-expressions)). A field
2634 expression denotes a field of a [structure](#structure-types).
2635
2636 ```{.ignore .field}
2637 mystruct.myfield;
2638 foo().x;
2639 (Struct {a: 10, b: 20}).a;
2640 ```
2641
2642 A field access is an [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) referring to
2643 the value of that field. When the type providing the field inherits mutability,
2644 it can be [assigned](#assignment-expressions) to.
2645
2646 Also, if the type of the expression to the left of the dot is a
2647 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2648 to make the field access possible. In cases of ambiguity, we prefer
2649 fewer autoderefs to more.
2650
2651 ### Array expressions
2652
2653 An [array](#array,-and-slice-types) _expression_ is written by enclosing zero
2654 or more comma-separated expressions of uniform type in square brackets.
2655
2656 In the `[expr ';' expr]` form, the expression after the `';'` must be a
2657 constant expression that can be evaluated at compile time, such as a
2658 [literal](#literals) or a [static item](#static-items).
2659
2660 ```
2661 [1, 2, 3, 4];
2662 ["a", "b", "c", "d"];
2663 [0; 128];              // array with 128 zeros
2664 [0u8, 0u8, 0u8, 0u8];
2665 ```
2666
2667 ### Index expressions
2668
2669 [Array](#array,-and-slice-types)-typed expressions can be indexed by
2670 writing a square-bracket-enclosed expression (the index) after them. When the
2671 array is mutable, the resulting [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) can
2672 be assigned to.
2673
2674 Indices are zero-based, and may be of any integral type. Vector access is
2675 bounds-checked at compile-time for constant arrays being accessed with a constant index value.
2676 Otherwise a check will be performed at run-time that will put the thread in a _panicked state_ if it fails.
2677
2678 ```{should-fail}
2679 ([1, 2, 3, 4])[0];
2680
2681 let x = (["a", "b"])[10]; // compiler error: const index-expr is out of bounds
2682
2683 let n = 10;
2684 let y = (["a", "b"])[n]; // panics
2685
2686 let arr = ["a", "b"];
2687 arr[10]; // panics
2688 ```
2689
2690 Also, if the type of the expression to the left of the brackets is a
2691 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2692 to make the indexing possible. In cases of ambiguity, we prefer fewer
2693 autoderefs to more.
2694
2695 ### Range expressions
2696
2697 The `..` operator will construct an object of one of the `std::ops::Range` variants.
2698
2699 ```
2700 1..2;   // std::ops::Range
2701 3..;    // std::ops::RangeFrom
2702 ..4;    // std::ops::RangeTo
2703 ..;     // std::ops::RangeFull
2704 ```
2705
2706 The following expressions are equivalent.
2707
2708 ```
2709 let x = std::ops::Range {start: 0, end: 10};
2710 let y = 0..10;
2711
2712 assert_eq!(x,y);
2713 ```
2714
2715 ### Unary operator expressions
2716
2717 Rust defines the following unary operators. They are all written as prefix operators,
2718 before the expression they apply to.
2719
2720 * `-`
2721   : Negation. May only be applied to numeric types.
2722 * `*`
2723   : Dereference. When applied to a [pointer](#pointer-types) it denotes the
2724     pointed-to location. For pointers to mutable locations, the resulting
2725     [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) can be assigned to.
2726     On non-pointer types, it calls the `deref` method of the `std::ops::Deref`
2727     trait, or the `deref_mut` method of the `std::ops::DerefMut` trait (if
2728     implemented by the type and required for an outer expression that will or
2729     could mutate the dereference), and produces the result of dereferencing the
2730     `&` or `&mut` borrowed pointer returned from the overload method.
2731 * `!`
2732   : Logical negation. On the boolean type, this flips between `true` and
2733     `false`. On integer types, this inverts the individual bits in the
2734     two's complement representation of the value.
2735 * `&` and `&mut`
2736   : Borrowing. When applied to an lvalue, these operators produce a
2737     reference (pointer) to the lvalue. The lvalue is also placed into
2738     a borrowed state for the duration of the reference. For a shared
2739     borrow (`&`), this implies that the lvalue may not be mutated, but
2740     it may be read or shared again. For a mutable borrow (`&mut`), the
2741     lvalue may not be accessed in any way until the borrow expires.
2742     If the `&` or `&mut` operators are applied to an rvalue, a
2743     temporary value is created; the lifetime of this temporary value
2744     is defined by [syntactic rules](#temporary-lifetimes).
2745
2746 ### Binary operator expressions
2747
2748 Binary operators expressions are given in terms of [operator
2749 precedence](#operator-precedence).
2750
2751 #### Arithmetic operators
2752
2753 Binary arithmetic expressions are syntactic sugar for calls to built-in traits,
2754 defined in the `std::ops` module of the `std` library. This means that
2755 arithmetic operators can be overridden for user-defined types. The default
2756 meaning of the operators on standard types is given here.
2757
2758 * `+`
2759   : Addition and array/string concatenation.
2760     Calls the `add` method on the `std::ops::Add` trait.
2761 * `-`
2762   : Subtraction.
2763     Calls the `sub` method on the `std::ops::Sub` trait.
2764 * `*`
2765   : Multiplication.
2766     Calls the `mul` method on the `std::ops::Mul` trait.
2767 * `/`
2768   : Quotient.
2769     Calls the `div` method on the `std::ops::Div` trait.
2770 * `%`
2771   : Remainder.
2772     Calls the `rem` method on the `std::ops::Rem` trait.
2773
2774 #### Bitwise operators
2775
2776 Like the [arithmetic operators](#arithmetic-operators), bitwise operators are
2777 syntactic sugar for calls to methods of built-in traits. This means that
2778 bitwise operators can be overridden for user-defined types. The default
2779 meaning of the operators on standard types is given here. Bitwise `&`, `|` and
2780 `^` applied to boolean arguments are equivalent to logical `&&`, `||` and `!=`
2781 evaluated in non-lazy fashion.
2782
2783 * `&`
2784   : Bitwise AND.
2785     Calls the `bitand` method of the `std::ops::BitAnd` trait.
2786 * `|`
2787   : Bitwise inclusive OR.
2788     Calls the `bitor` method of the `std::ops::BitOr` trait.
2789 * `^`
2790   : Bitwise exclusive OR.
2791     Calls the `bitxor` method of the `std::ops::BitXor` trait.
2792 * `<<`
2793   : Left shift.
2794     Calls the `shl` method of the `std::ops::Shl` trait.
2795 * `>>`
2796   : Right shift (arithmetic).
2797     Calls the `shr` method of the `std::ops::Shr` trait.
2798
2799 #### Lazy boolean operators
2800
2801 The operators `||` and `&&` may be applied to operands of boolean type. The
2802 `||` operator denotes logical 'or', and the `&&` operator denotes logical
2803 'and'. They differ from `|` and `&` in that the right-hand operand is only
2804 evaluated when the left-hand operand does not already determine the result of
2805 the expression. That is, `||` only evaluates its right-hand operand when the
2806 left-hand operand evaluates to `false`, and `&&` only when it evaluates to
2807 `true`.
2808
2809 #### Comparison operators
2810
2811 Comparison operators are, like the [arithmetic
2812 operators](#arithmetic-operators), and [bitwise operators](#bitwise-operators),
2813 syntactic sugar for calls to built-in traits. This means that comparison
2814 operators can be overridden for user-defined types. The default meaning of the
2815 operators on standard types is given here.
2816
2817 * `==`
2818   : Equal to.
2819     Calls the `eq` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
2820 * `!=`
2821   : Unequal to.
2822     Calls the `ne` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
2823 * `<`
2824   : Less than.
2825     Calls the `lt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2826 * `>`
2827   : Greater than.
2828     Calls the `gt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2829 * `<=`
2830   : Less than or equal.
2831     Calls the `le` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2832 * `>=`
2833   : Greater than or equal.
2834     Calls the `ge` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2835
2836 #### Type cast expressions
2837
2838 A type cast expression is denoted with the binary operator `as`.
2839
2840 Executing an `as` expression casts the value on the left-hand side to the type
2841 on the right-hand side.
2842
2843 An example of an `as` expression:
2844
2845 ```
2846 # fn sum(values: &[f64]) -> f64 { 0.0 }
2847 # fn len(values: &[f64]) -> i32 { 0 }
2848
2849 fn average(values: &[f64]) -> f64 {
2850   let sum: f64 = sum(values);
2851   let size: f64 = len(values) as f64;
2852   sum / size
2853 }
2854 ```
2855
2856 Some of the conversions which can be done through the `as` operator
2857 can also be done implicitly at various points in the program, such as
2858 argument passing and assignment to a `let` binding with an explicit
2859 type. Implicit conversions are limited to "harmless" conversions that
2860 do not lose information and which have minimal or no risk of
2861 surprising side-effects on the dynamic execution semantics.
2862
2863 #### Assignment expressions
2864
2865 An _assignment expression_ consists of an
2866 [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) expression followed by an equals
2867 sign (`=`) and an [rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) expression.
2868
2869 Evaluating an assignment expression [either copies or
2870 moves](#moved-and-copied-types) its right-hand operand to its left-hand
2871 operand.
2872
2873 ```
2874 # let mut x = 0;
2875 # let y = 0;
2876
2877 x = y;
2878 ```
2879
2880 #### Compound assignment expressions
2881
2882 The `+`, `-`, `*`, `/`, `%`, `&`, `|`, `^`, `<<`, and `>>` operators may be
2883 composed with the `=` operator. The expression `lval OP= val` is equivalent to
2884 `lval = lval OP val`. For example, `x = x + 1` may be written as `x += 1`.
2885
2886 Any such expression always has the [`unit`](#tuple-types) type.
2887
2888 #### Operator precedence
2889
2890 The precedence of Rust binary operators is ordered as follows, going from
2891 strong to weak:
2892
2893 ```{.text .precedence}
2894 as
2895 * / %
2896 + -
2897 << >>
2898 &
2899 ^
2900 |
2901 == != < > <= >=
2902 &&
2903 ||
2904 = ..
2905 ```
2906
2907 Operators at the same precedence level are evaluated left-to-right. [Unary
2908 operators](#unary-operator-expressions) have the same precedence level and are
2909 stronger than any of the binary operators.
2910
2911 ### Grouped expressions
2912
2913 An expression enclosed in parentheses evaluates to the result of the enclosed
2914 expression. Parentheses can be used to explicitly specify evaluation order
2915 within an expression.
2916
2917 An example of a parenthesized expression:
2918
2919 ```
2920 let x: i32 = (2 + 3) * 4;
2921 ```
2922
2923
2924 ### Call expressions
2925
2926 A _call expression_ invokes a function, providing zero or more input variables
2927 and an optional location to move the function's output into. If the function
2928 eventually returns, then the expression completes.
2929
2930 Some examples of call expressions:
2931
2932 ```
2933 # fn add(x: i32, y: i32) -> i32 { 0 }
2934
2935 let x: i32 = add(1i32, 2i32);
2936 let pi: Result<f32, _> = "3.14".parse();
2937 ```
2938
2939 ### Lambda expressions
2940
2941 A _lambda expression_ (sometimes called an "anonymous function expression")
2942 defines a function and denotes it as a value, in a single expression. A lambda
2943 expression is a pipe-symbol-delimited (`|`) list of identifiers followed by an
2944 expression.
2945
2946 A lambda expression denotes a function that maps a list of parameters
2947 (`ident_list`) onto the expression that follows the `ident_list`. The
2948 identifiers in the `ident_list` are the parameters to the function. These
2949 parameters' types need not be specified, as the compiler infers them from
2950 context.
2951
2952 Lambda expressions are most useful when passing functions as arguments to other
2953 functions, as an abbreviation for defining and capturing a separate function.
2954
2955 Significantly, lambda expressions _capture their environment_, which regular
2956 [function definitions](#functions) do not. The exact type of capture depends
2957 on the [function type](#function-types) inferred for the lambda expression. In
2958 the simplest and least-expensive form (analogous to a ```|| { }``` expression),
2959 the lambda expression captures its environment by reference, effectively
2960 borrowing pointers to all outer variables mentioned inside the function.
2961 Alternately, the compiler may infer that a lambda expression should copy or
2962 move values (depending on their type) from the environment into the lambda
2963 expression's captured environment.
2964
2965 In this example, we define a function `ten_times` that takes a higher-order
2966 function argument, and call it with a lambda expression as an argument:
2967
2968 ```
2969 fn ten_times<F>(f: F) where F: Fn(i32) {
2970     let mut i = 0i32;
2971     while i < 10 {
2972         f(i);
2973         i += 1;
2974     }
2975 }
2976
2977 ten_times(|j| println!("hello, {}", j));
2978 ```
2979
2980 ### Infinite loops
2981
2982 A `loop` expression denotes an infinite loop.
2983
2984 A `loop` expression may optionally have a _label_. The label is written as
2985 a lifetime preceding the loop expression, as in `'foo: loop{ }`. If a
2986 label is present, then labeled `break` and `continue` expressions nested
2987 within this loop may exit out of this loop or return control to its head.
2988 See [Break expressions](#break-expressions) and [Continue
2989 expressions](#continue-expressions).
2990
2991 ### Break expressions
2992
2993 A `break` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
2994 executing a `break` expression immediately terminates the innermost loop
2995 enclosing it. It is only permitted in the body of a loop. If the label is
2996 present, then `break 'foo` terminates the loop with label `'foo`, which need not
2997 be the innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
2998
2999 ### Continue expressions
3000
3001 A `continue` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3002 executing a `continue` expression immediately terminates the current iteration
3003 of the innermost loop enclosing it, returning control to the loop *head*. In
3004 the case of a `while` loop, the head is the conditional expression controlling
3005 the loop. In the case of a `for` loop, the head is the call-expression
3006 controlling the loop. If the label is present, then `continue 'foo` returns
3007 control to the head of the loop with label `'foo`, which need not be the
3008 innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3009
3010 A `continue` expression is only permitted in the body of a loop.
3011
3012 ### While loops
3013
3014 A `while` loop begins by evaluating the boolean loop conditional expression.
3015 If the loop conditional expression evaluates to `true`, the loop body block
3016 executes and control returns to the loop conditional expression. If the loop
3017 conditional expression evaluates to `false`, the `while` expression completes.
3018
3019 An example:
3020
3021 ```
3022 let mut i = 0;
3023
3024 while i < 10 {
3025     println!("hello");
3026     i = i + 1;
3027 }
3028 ```
3029
3030 Like `loop` expressions, `while` loops can be controlled with `break` or
3031 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3032 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3033 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3034
3035 ### For expressions
3036
3037 A `for` expression is a syntactic construct for looping over elements provided
3038 by an implementation of `std::iter::IntoIterator`.
3039
3040 An example of a for loop over the contents of an array:
3041
3042 ```
3043 # type Foo = i32;
3044 # fn bar(f: &Foo) { }
3045 # let a = 0;
3046 # let b = 0;
3047 # let c = 0;
3048
3049 let v: &[Foo] = &[a, b, c];
3050
3051 for e in v {
3052     bar(e);
3053 }
3054 ```
3055
3056 An example of a for loop over a series of integers:
3057
3058 ```
3059 # fn bar(b:usize) { }
3060 for i in 0..256 {
3061     bar(i);
3062 }
3063 ```
3064
3065 Like `loop` expressions, `for` loops can be controlled with `break` or
3066 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3067 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3068 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3069
3070 ### If expressions
3071
3072 An `if` expression is a conditional branch in program control. The form of an
3073 `if` expression is a condition expression, followed by a consequent block, any
3074 number of `else if` conditions and blocks, and an optional trailing `else`
3075 block. The condition expressions must have type `bool`. If a condition
3076 expression evaluates to `true`, the consequent block is executed and any
3077 subsequent `else if` or `else` block is skipped. If a condition expression
3078 evaluates to `false`, the consequent block is skipped and any subsequent `else
3079 if` condition is evaluated. If all `if` and `else if` conditions evaluate to
3080 `false` then any `else` block is executed.
3081
3082 ### Match expressions
3083
3084 A `match` expression branches on a *pattern*. The exact form of matching that
3085 occurs depends on the pattern. Patterns consist of some combination of
3086 literals, destructured arrays or enum constructors, structures and tuples,
3087 variable binding specifications, wildcards (`..`), and placeholders (`_`). A
3088 `match` expression has a *head expression*, which is the value to compare to
3089 the patterns. The type of the patterns must equal the type of the head
3090 expression.
3091
3092 In a pattern whose head expression has an `enum` type, a placeholder (`_`)
3093 stands for a *single* data field, whereas a wildcard `..` stands for *all* the
3094 fields of a particular variant.
3095
3096 A `match` behaves differently depending on whether or not the head expression
3097 is an [lvalue or an rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries). If the head
3098 expression is an rvalue, it is first evaluated into a temporary location, and
3099 the resulting value is sequentially compared to the patterns in the arms until
3100 a match is found. The first arm with a matching pattern is chosen as the branch
3101 target of the `match`, any variables bound by the pattern are assigned to local
3102 variables in the arm's block, and control enters the block.
3103
3104 When the head expression is an lvalue, the match does not allocate a temporary
3105 location (however, a by-value binding may copy or move from the lvalue). When
3106 possible, it is preferable to match on lvalues, as the lifetime of these
3107 matches inherits the lifetime of the lvalue, rather than being restricted to
3108 the inside of the match.
3109
3110 An example of a `match` expression:
3111
3112 ```
3113 let x = 1;
3114
3115 match x {
3116     1 => println!("one"),
3117     2 => println!("two"),
3118     3 => println!("three"),
3119     4 => println!("four"),
3120     5 => println!("five"),
3121     _ => println!("something else"),
3122 }
3123 ```
3124
3125 Patterns that bind variables default to binding to a copy or move of the
3126 matched value (depending on the matched value's type). This can be changed to
3127 bind to a reference by using the `ref` keyword, or to a mutable reference using
3128 `ref mut`.
3129
3130 Subpatterns can also be bound to variables by the use of the syntax `variable @
3131 subpattern`. For example:
3132
3133 ```
3134 let x = 1;
3135
3136 match x {
3137     e @ 1 ... 5 => println!("got a range element {}", e),
3138     _ => println!("anything"),
3139 }
3140 ```
3141
3142 Patterns can also dereference pointers by using the `&`, `&mut` and `box`
3143 symbols, as appropriate. For example, these two matches on `x: &i32` are
3144 equivalent:
3145
3146 ```
3147 # let x = &3;
3148 let y = match *x { 0 => "zero", _ => "some" };
3149 let z = match x { &0 => "zero", _ => "some" };
3150
3151 assert_eq!(y, z);
3152 ```
3153
3154 A pattern that's just an identifier, like `Nil` in the previous example, could
3155 either refer to an enum variant that's in scope, or bind a new variable. The
3156 compiler resolves this ambiguity by forbidding variable bindings that occur in
3157 `match` patterns from shadowing names of variants that are in scope. For
3158 example, wherever `List` is in scope, a `match` pattern would not be able to
3159 bind `Nil` as a new name. The compiler interprets a variable pattern `x` as a
3160 binding _only_ if there is no variant named `x` in scope. A convention you can
3161 use to avoid conflicts is simply to name variants with upper-case letters, and
3162 local variables with lower-case letters.
3163
3164 Multiple match patterns may be joined with the `|` operator. A range of values
3165 may be specified with `...`. For example:
3166
3167 ```
3168 # let x = 2;
3169
3170 let message = match x {
3171   0 | 1  => "not many",
3172   2 ... 9 => "a few",
3173   _      => "lots"
3174 };
3175 ```
3176
3177 Range patterns only work on scalar types (like integers and characters; not
3178 like arrays and structs, which have sub-components). A range pattern may not
3179 be a sub-range of another range pattern inside the same `match`.
3180
3181 Finally, match patterns can accept *pattern guards* to further refine the
3182 criteria for matching a case. Pattern guards appear after the pattern and
3183 consist of a bool-typed expression following the `if` keyword. A pattern guard
3184 may refer to the variables bound within the pattern they follow.
3185
3186 ```
3187 # let maybe_digit = Some(0);
3188 # fn process_digit(i: i32) { }
3189 # fn process_other(i: i32) { }
3190
3191 let message = match maybe_digit {
3192   Some(x) if x < 10 => process_digit(x),
3193   Some(x) => process_other(x),
3194   None => panic!()
3195 };
3196 ```
3197
3198 ### If let expressions
3199
3200 An `if let` expression is semantically identical to an `if` expression but in place
3201 of a condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3202 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the corresponding
3203 block will execute, otherwise flow proceeds to the first `else` block that follows.
3204
3205 ```
3206 let dish = ("Ham", "Eggs");
3207
3208 // this body will be skipped because the pattern is refuted
3209 if let ("Bacon", b) = dish {
3210     println!("Bacon is served with {}", b);
3211 }
3212
3213 // this body will execute
3214 if let ("Ham", b) = dish {
3215     println!("Ham is served with {}", b);
3216 }
3217 ```
3218
3219 ### While let loops
3220
3221 A `while let` loop is semantically identical to a `while` loop but in place of a
3222 condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3223 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the
3224 loop body block executes and control returns to the pattern matching statement.
3225 Otherwise, the while expression completes.
3226
3227 ### Return expressions
3228
3229 Return expressions are denoted with the keyword `return`. Evaluating a `return`
3230 expression moves its argument into the designated output location for the
3231 current function call, destroys the current function activation frame, and
3232 transfers control to the caller frame.
3233
3234 An example of a `return` expression:
3235
3236 ```
3237 fn max(a: i32, b: i32) -> i32 {
3238    if a > b {
3239       return a;
3240    }
3241    return b;
3242 }
3243 ```
3244
3245 # Type system
3246
3247 ## Types
3248
3249 Every variable, item and value in a Rust program has a type. The _type_ of a
3250 *value* defines the interpretation of the memory holding it.
3251
3252 Built-in types and type-constructors are tightly integrated into the language,
3253 in nontrivial ways that are not possible to emulate in user-defined types.
3254 User-defined types have limited capabilities.
3255
3256 ### Primitive types
3257
3258 The primitive types are the following:
3259
3260 * The boolean type `bool` with values `true` and `false`.
3261 * The machine types (integer and floating-point).
3262 * The machine-dependent integer types.
3263
3264 #### Machine types
3265
3266 The machine types are the following:
3267
3268 * The unsigned word types `u8`, `u16`, `u32` and `u64`, with values drawn from
3269   the integer intervals [0, 2^8 - 1], [0, 2^16 - 1], [0, 2^32 - 1] and
3270   [0, 2^64 - 1] respectively.
3271
3272 * The signed two's complement word types `i8`, `i16`, `i32` and `i64`, with
3273   values drawn from the integer intervals [-(2^(7)), 2^7 - 1],
3274   [-(2^(15)), 2^15 - 1], [-(2^(31)), 2^31 - 1], [-(2^(63)), 2^63 - 1]
3275   respectively.
3276
3277 * The IEEE 754-2008 `binary32` and `binary64` floating-point types: `f32` and
3278   `f64`, respectively.
3279
3280 #### Machine-dependent integer types
3281
3282 The `usize` type is an unsigned integer type with the same number of bits as the
3283 platform's pointer type. It can represent every memory address in the process.
3284
3285 The `isize` type is a signed integer type with the same number of bits as the
3286 platform's pointer type. The theoretical upper bound on object and array size
3287 is the maximum `isize` value. This ensures that `isize` can be used to calculate
3288 differences between pointers into an object or array and can address every byte
3289 within an object along with one byte past the end.
3290
3291 ### Textual types
3292
3293 The types `char` and `str` hold textual data.
3294
3295 A value of type `char` is a [Unicode scalar value](
3296 http://www.unicode.org/glossary/#unicode_scalar_value) (i.e. a code point that
3297 is not a surrogate), represented as a 32-bit unsigned word in the 0x0000 to
3298 0xD7FF or 0xE000 to 0x10FFFF range. A `[char]` array is effectively an UCS-4 /
3299 UTF-32 string.
3300
3301 A value of type `str` is a Unicode string, represented as an array of 8-bit
3302 unsigned bytes holding a sequence of UTF-8 code points. Since `str` is of
3303 unknown size, it is not a _first-class_ type, but can only be instantiated
3304 through a pointer type, such as `&str`.
3305
3306 ### Tuple types
3307
3308 A tuple *type* is a heterogeneous product of other types, called the *elements*
3309 of the tuple. It has no nominal name and is instead structurally typed.
3310
3311 Tuple types and values are denoted by listing the types or values of their
3312 elements, respectively, in a parenthesized, comma-separated list.
3313
3314 Because tuple elements don't have a name, they can only be accessed by
3315 pattern-matching or by using `N` directly as a field to access the
3316 `N`th element.
3317
3318 An example of a tuple type and its use:
3319
3320 ```
3321 type Pair<'a> = (i32, &'a str);
3322 let p: Pair<'static> = (10, "hello");
3323 let (a, b) = p;
3324 assert!(b != "world");
3325 assert!(p.0 == 10);
3326 ```
3327
3328 For historical reasons and convenience, the tuple type with no elements (`()`)
3329 is often called â€˜unit’ or â€˜the unit type’.
3330
3331 ### Array, and Slice types
3332
3333 Rust has two different types for a list of items:
3334
3335 * `[T; N]`, an 'array'.
3336 * `&[T]`, a 'slice'.
3337
3338 An array has a fixed size, and can be allocated on either the stack or the
3339 heap.
3340
3341 A slice is a 'view' into an array. It doesn't own the data it points
3342 to, it borrows it.
3343
3344 An example of each kind:
3345
3346 ```{rust}
3347 let vec: Vec<i32> = vec![1, 2, 3];
3348 let arr: [i32; 3] = [1, 2, 3];
3349 let s: &[i32] = &vec[..];
3350 ```
3351
3352 As you can see, the `vec!` macro allows you to create a `Vec<T>` easily. The
3353 `vec!` macro is also part of the standard library, rather than the language.
3354
3355 All in-bounds elements of arrays, and slices are always initialized, and access
3356 to an array or slice is always bounds-checked.
3357
3358 ### Structure types
3359
3360 A `struct` *type* is a heterogeneous product of other types, called the
3361 *fields* of the type.[^structtype]
3362
3363 [^structtype]: `struct` types are analogous to `struct` types in C,
3364     the *record* types of the ML family,
3365     or the *structure* types of the Lisp family.
3366
3367 New instances of a `struct` can be constructed with a [struct
3368 expression](#structure-expressions).
3369
3370 The memory layout of a `struct` is undefined by default to allow for compiler
3371 optimizations like field reordering, but it can be fixed with the
3372 `#[repr(...)]` attribute. In either case, fields may be given in any order in
3373 a corresponding struct *expression*; the resulting `struct` value will always
3374 have the same memory layout.
3375
3376 The fields of a `struct` may be qualified by [visibility
3377 modifiers](#visibility-and-privacy), to allow access to data in a
3378 structure outside a module.
3379
3380 A _tuple struct_ type is just like a structure type, except that the fields are
3381 anonymous.
3382
3383 A _unit-like struct_ type is like a structure type, except that it has no
3384 fields. The one value constructed by the associated [structure
3385 expression](#structure-expressions) is the only value that inhabits such a
3386 type.
3387
3388 ### Enumerated types
3389
3390 An *enumerated type* is a nominal, heterogeneous disjoint union type, denoted
3391 by the name of an [`enum` item](#enumerations). [^enumtype]
3392
3393 [^enumtype]: The `enum` type is analogous to a `data` constructor declaration in
3394              ML, or a *pick ADT* in Limbo.
3395
3396 An [`enum` item](#enumerations) declares both the type and a number of *variant
3397 constructors*, each of which is independently named and takes an optional tuple
3398 of arguments.
3399
3400 New instances of an `enum` can be constructed by calling one of the variant
3401 constructors, in a [call expression](#call-expressions).
3402
3403 Any `enum` value consumes as much memory as the largest variant constructor for
3404 its corresponding `enum` type.
3405
3406 Enum types cannot be denoted *structurally* as types, but must be denoted by
3407 named reference to an [`enum` item](#enumerations).
3408
3409 ### Recursive types
3410
3411 Nominal types &mdash; [enumerations](#enumerated-types) and
3412 [structures](#structure-types) &mdash; may be recursive. That is, each `enum`
3413 constructor or `struct` field may refer, directly or indirectly, to the
3414 enclosing `enum` or `struct` type itself. Such recursion has restrictions:
3415
3416 * Recursive types must include a nominal type in the recursion
3417   (not mere [type definitions](grammar.html#type-definitions),
3418    or other structural types such as [arrays](#array,-and-slice-types) or [tuples](#tuple-types)).
3419 * A recursive `enum` item must have at least one non-recursive constructor
3420   (in order to give the recursion a basis case).
3421 * The size of a recursive type must be finite;
3422   in other words the recursive fields of the type must be [pointer types](#pointer-types).
3423 * Recursive type definitions can cross module boundaries, but not module *visibility* boundaries,
3424   or crate boundaries (in order to simplify the module system and type checker).
3425
3426 An example of a *recursive* type and its use:
3427
3428 ```
3429 enum List<T> {
3430     Nil,
3431     Cons(T, Box<List<T>>)
3432 }
3433
3434 let a: List<i32> = List::Cons(7, Box::new(List::Cons(13, Box::new(List::Nil))));
3435 ```
3436
3437 ### Pointer types
3438
3439 All pointers in Rust are explicit first-class values. They can be copied,
3440 stored into data structures, and returned from functions. There are two
3441 varieties of pointer in Rust:
3442
3443 * References (`&`)
3444   : These point to memory _owned by some other value_.
3445     A reference type is written `&type`,
3446     or `&'a type` when you need to specify an explicit lifetime.
3447     Copying a reference is a "shallow" operation:
3448     it involves only copying the pointer itself.
3449     Releasing a reference has no effect on the value it points to,
3450     but a reference of a temporary value will keep it alive during the scope
3451     of the reference itself.
3452
3453 * Raw pointers (`*`)
3454   : Raw pointers are pointers without safety or liveness guarantees.
3455     Raw pointers are written as `*const T` or `*mut T`,
3456     for example `*const i32` means a raw pointer to a 32-bit integer.
3457     Copying or dropping a raw pointer has no effect on the lifecycle of any
3458     other value. Dereferencing a raw pointer or converting it to any other
3459     pointer type is an [`unsafe` operation](#unsafe-functions).
3460     Raw pointers are generally discouraged in Rust code;
3461     they exist to support interoperability with foreign code,
3462     and writing performance-critical or low-level functions.
3463
3464 The standard library contains additional 'smart pointer' types beyond references
3465 and raw pointers.
3466
3467 ### Function types
3468
3469 The function type constructor `fn` forms new function types. A function type
3470 consists of a possibly-empty set of function-type modifiers (such as `unsafe`
3471 or `extern`), a sequence of input types and an output type.
3472
3473 An example of a `fn` type:
3474
3475 ```
3476 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
3477   return x + y;
3478 }
3479
3480 let mut x = add(5,7);
3481
3482 type Binop = fn(i32, i32) -> i32;
3483 let bo: Binop = add;
3484 x = bo(5,7);
3485 ```
3486
3487 #### Function types for specific items
3488
3489 Internally to the compiler, there are also function types that are specific to a particular
3490 function item. In the following snippet, for example, the internal types of the functions
3491 `foo` and `bar` are different, despite the fact that they have the same signature:
3492
3493 ```
3494 fn foo() { }
3495 fn bar() { }
3496 ```
3497
3498 The types of `foo` and `bar` can both be implicitly coerced to the fn
3499 pointer type `fn()`. There is currently no syntax for unique fn types,
3500 though the compiler will emit a type like `fn() {foo}` in error
3501 messages to indicate "the unique fn type for the function `foo`".
3502
3503 ### Closure types
3504
3505 A [lambda expression](#lambda-expressions) produces a closure value with
3506 a unique, anonymous type that cannot be written out.
3507
3508 Depending on the requirements of the closure, its type implements one or
3509 more of the closure traits:
3510
3511 * `FnOnce`
3512   : The closure can be called once. A closure called as `FnOnce`
3513     can move out values from its environment.
3514
3515 * `FnMut`
3516   : The closure can be called multiple times as mutable. A closure called as
3517     `FnMut` can mutate values from its environment. `FnMut` implies
3518     `FnOnce`.
3519
3520 * `Fn`
3521   : The closure can be called multiple times through a shared reference.
3522     A closure called as `Fn` can neither move out from nor mutate values
3523     from its environment. `Fn` implies `FnMut` and `FnOnce`.
3524
3525
3526 ### Trait objects
3527
3528 In Rust, a type like `&SomeTrait` or `Box<SomeTrait>` is called a _trait object_.
3529 Each instance of a trait object includes:
3530
3531  - a pointer to an instance of a type `T` that implements `SomeTrait`
3532  - a _virtual method table_, often just called a _vtable_, which contains, for
3533    each method of `SomeTrait` that `T` implements, a pointer to `T`'s
3534    implementation (i.e. a function pointer).
3535
3536 The purpose of trait objects is to permit "late binding" of methods. A call to
3537 a method on a trait object is only resolved to a vtable entry at compile time.
3538 The actual implementation for each vtable entry can vary on an object-by-object
3539 basis.
3540
3541 Note that for a trait object to be instantiated, the trait must be
3542 _object-safe_. Object safety rules are defined in [RFC 255].
3543
3544 [RFC 255]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0255-object-safety.md
3545
3546 Given a pointer-typed expression `E` of type `&T` or `Box<T>`, where `T`
3547 implements trait `R`, casting `E` to the corresponding pointer type `&R` or
3548 `Box<R>` results in a value of the _trait object_ `R`. This result is
3549 represented as a pair of pointers: the vtable pointer for the `T`
3550 implementation of `R`, and the pointer value of `E`.
3551
3552 An example of a trait object:
3553
3554 ```
3555 trait Printable {
3556   fn stringify(&self) -> String;
3557 }
3558
3559 impl Printable for i32 {
3560   fn stringify(&self) -> String { self.to_string() }
3561 }
3562
3563 fn print(a: Box<Printable>) {
3564    println!("{}", a.stringify());
3565 }
3566
3567 fn main() {
3568    print(Box::new(10) as Box<Printable>);
3569 }
3570 ```
3571
3572 In this example, the trait `Printable` occurs as a trait object in both the
3573 type signature of `print`, and the cast expression in `main`.
3574
3575 ### Type parameters
3576
3577 Within the body of an item that has type parameter declarations, the names of
3578 its type parameters are types:
3579
3580 ```ignore
3581 fn to_vec<A: Clone>(xs: &[A]) -> Vec<A> {
3582     if xs.is_empty() {
3583        return vec![];
3584     }
3585     let first: A = xs[0].clone();
3586     let mut rest: Vec<A> = to_vec(&xs[1..]);
3587     rest.insert(0, first);
3588     rest
3589 }
3590 ```
3591
3592 Here, `first` has type `A`, referring to `to_vec`'s `A` type parameter; and `rest`
3593 has type `Vec<A>`, a vector with element type `A`.
3594
3595 ### Self types
3596
3597 The special type `Self` has a meaning within traits and impls. In a trait definition, it refers
3598 to an implicit type parameter representing the "implementing" type. In an impl,
3599 it is an alias for the implementing type. For example, in:
3600
3601 ```
3602 trait Printable {
3603   fn make_string(&self) -> String;
3604 }
3605
3606 impl Printable for String {
3607     fn make_string(&self) -> String {
3608         (*self).clone()
3609     }
3610 }
3611 ```
3612
3613 The notation `&self` is a shorthand for `self: &Self`. In this case,
3614 in the impl, `Self` refers to the value of type `String` that is the
3615 receiver for a call to the method `make_string`.
3616
3617 ## Subtyping
3618
3619 Subtyping is implicit and can occur at any stage in type checking or
3620 inference. Subtyping in Rust is very restricted and occurs only due to
3621 variance with respect to lifetimes and between types with higher ranked
3622 lifetimes. If we were to erase lifetimes from types, then the only subtyping
3623 would be due to type equality.
3624
3625 Consider the following example: string literals always have `'static`
3626 lifetime. Nevertheless, we can assign `s` to `t`:
3627
3628 ```
3629 fn bar<'a>() {
3630     let s: &'static str = "hi";
3631     let t: &'a str = s;
3632 }
3633 ```
3634 Since `'static` "lives longer" than `'a`, `&'static str` is a subtype of
3635 `&'a str`.
3636
3637 ## Type coercions
3638
3639 Coercions are defined in [RFC401]. A coercion is implicit and has no syntax.
3640
3641 [RFC401]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0401-coercions.md
3642
3643 ### Coercion sites
3644
3645 A coercion can only occur at certain coercion sites in a program; these are
3646 typically places where the desired type is explicit or can be dervied by
3647 propagation from explicit types (without type inference). Possible coercion
3648 sites are:
3649
3650 * `let` statements where an explicit type is given.
3651
3652     In `let _: U = e;`, `e` is coerced to have type `U`.
3653
3654 * `static` and `const` statements (similar to `let` statements).
3655
3656 * arguments for function calls.
3657
3658     The value being coerced is the
3659     actual parameter and it is coerced to the type of the formal parameter. For
3660     example, let `foo` be defined as `fn foo(x: U) { ... }` and call it as
3661     `foo(e);`. Then `e` is coerced to have type `U`;
3662
3663 * instantiations of struct or variant fields.
3664
3665     Assume we have a `struct
3666     Foo { x: U }` and instantiate it as `Foo { x: e }`. Then `e` is coerced to
3667     have type `U`.
3668
3669 * function results (either the final line of a block if it is not semicolon
3670 terminated or any expression in a `return` statement).
3671
3672     In `fn foo() -> U { e }`, `e` is coerced to to have type `U`.
3673
3674 If the expression in one of these coercion sites is a coercion-propagating
3675 expression, then the relevant sub-expressions in that expression are also
3676 coercion sites. Propagation recurses from these new coercion sites.
3677 Propagating expressions and their relevant sub-expressions are:
3678
3679 * array literals, where the array has type `[U; n]`. Each sub-expression in
3680 the array literal is a coercion site for coercion to type `U`.
3681
3682 * array literals with repeating syntax, where the array has type `[U; n]`. The
3683 repeated sub-expression is a coercion site for coercion to type `U`.
3684
3685 * tuples, where a tuple is a coercion site to type `(U_0, U_1, ..., U_n)`.
3686 Each sub-expression is a coercion site to the respective type, e.g. the
3687 zeroth sub-expression is a coercion site to type `U_0`.
3688
3689 * parenthesised sub-expressions (`(e)`). If the expression has type `U`, then
3690 the sub-expression is a coercion site to `U`.
3691
3692 * blocks. If a block has type `U`, then the last expression in the block (if
3693 it is not semicolon-terminated) is a coercion site to `U`. This includes
3694 blocks which are part of control flow statements, such as `if`/`else`, if
3695 the block has a known type.
3696
3697 ### Coercion types
3698
3699 Coercion is allowed between the following types:
3700
3701 * `T` to `U` if `T` is a subtype of `U` (*reflexive case*).
3702
3703 * `T_1` to `T_3` where `T_1` coerces to `T_2` and `T_2` coerces to `T_3`
3704 (*transitive case*).
3705
3706     Note that this is not fully supported yet
3707
3708 * `&mut T` to `&T`.
3709
3710 * `*mut T` to `*const T`.
3711
3712 * `&T` to `*const T`.
3713
3714 * `&mut T` to `*mut T`.
3715
3716 * `&T` to `&U` if `T` implements `Deref<Target = U>`. For example:
3717
3718 ```rust
3719 use std::ops::Deref;
3720
3721 struct CharContainer {
3722     value: char
3723 }
3724
3725 impl Deref for CharContainer {
3726     type Target = char;
3727
3728     fn deref<'a>(&'a self) -> &'a char {
3729         &self.value
3730     }
3731 }
3732
3733 fn foo(arg: &char) {}
3734
3735 fn main() {
3736     let x = &mut CharContainer { value: 'y' };
3737     foo(x); //&mut CharContainer is coerced to &char.
3738 }
3739 ```
3740 * `&mut T` to `&mut U` if `T` implements `DerefMut<Target = U>`.
3741
3742 * TyCtor(`T`) to TyCtor(coerce_inner(`T`)), where TyCtor(`T`) is one of
3743     - `&T`
3744     - `&mut T`
3745     - `*const T`
3746     - `*mut T`
3747     - `Box<T>`
3748
3749     and where
3750     - coerce_inner(`[T, ..n]`) = `[T]`
3751     - coerce_inner(`T`) = `U` where `T` is a concrete type which implements the
3752     trait `U`.
3753
3754     In the future, coerce_inner will be recursively extended to tuples and
3755     structs. In addition, coercions from sub-traits to super-traits will be
3756     added. See [RFC401] for more details.
3757
3758 # Special traits
3759
3760 Several traits define special evaluation behavior.
3761
3762 ## The `Copy` trait
3763
3764 The `Copy` trait changes the semantics of a type implementing it. Values whose
3765 type implements `Copy` are copied rather than moved upon assignment.
3766
3767 ## The `Sized` trait
3768
3769 The `Sized` trait indicates that the size of this type is known at compile-time.
3770
3771 ## The `Drop` trait
3772
3773 The `Drop` trait provides a destructor, to be run whenever a value of this type
3774 is to be destroyed.
3775
3776 ## The `Deref` trait
3777
3778 The `Deref<Target = U>` trait allows a type to implicitly implement all the methods
3779 of the type `U`. When attempting to resolve a method call, the compiler will search
3780 the top-level type for the implementation of the called method. If no such method is
3781 found, `.deref()` is called and the compiler continues to search for the method
3782 implementation in the returned type `U`.
3783
3784 # Memory model
3785
3786 A Rust program's memory consists of a static set of *items* and a *heap*.
3787 Immutable portions of the heap may be safely shared between threads, mutable
3788 portions may not be safely shared, but several mechanisms for effectively-safe
3789 sharing of mutable values, built on unsafe code but enforcing a safe locking
3790 discipline, exist in the standard library.
3791
3792 Allocations in the stack consist of *variables*, and allocations in the heap
3793 consist of *boxes*.
3794
3795 ### Memory allocation and lifetime
3796
3797 The _items_ of a program are those functions, modules and types that have their
3798 value calculated at compile-time and stored uniquely in the memory image of the
3799 rust process. Items are neither dynamically allocated nor freed.
3800
3801 The _heap_ is a general term that describes boxes.  The lifetime of an
3802 allocation in the heap depends on the lifetime of the box values pointing to
3803 it. Since box values may themselves be passed in and out of frames, or stored
3804 in the heap, heap allocations may outlive the frame they are allocated within.
3805
3806 ### Memory ownership
3807
3808 When a stack frame is exited, its local allocations are all released, and its
3809 references to boxes are dropped.
3810
3811 ### Variables
3812
3813 A _variable_ is a component of a stack frame, either a named function parameter,
3814 an anonymous [temporary](#lvalues,-rvalues-and-temporaries), or a named local
3815 variable.
3816
3817 A _local variable_ (or *stack-local* allocation) holds a value directly,
3818 allocated within the stack's memory. The value is a part of the stack frame.
3819
3820 Local variables are immutable unless declared otherwise like: `let mut x = ...`.
3821
3822 Function parameters are immutable unless declared with `mut`. The `mut` keyword
3823 applies only to the following parameter (so `|mut x, y|` and `fn f(mut x:
3824 Box<i32>, y: Box<i32>)` declare one mutable variable `x` and one immutable
3825 variable `y`).
3826
3827 Methods that take either `self` or `Box<Self>` can optionally place them in a
3828 mutable variable by prefixing them with `mut` (similar to regular arguments):
3829
3830 ```
3831 trait Changer {
3832     fn change(mut self) -> Self;
3833     fn modify(mut self: Box<Self>) -> Box<Self>;
3834 }
3835 ```
3836
3837 Local variables are not initialized when allocated; the entire frame worth of
3838 local variables are allocated at once, on frame-entry, in an uninitialized
3839 state. Subsequent statements within a function may or may not initialize the
3840 local variables. Local variables can be used only after they have been
3841 initialized; this is enforced by the compiler.
3842
3843 # Linkage
3844
3845 The Rust compiler supports various methods to link crates together both
3846 statically and dynamically. This section will explore the various methods to
3847 link Rust crates together, and more information about native libraries can be
3848 found in the [ffi section of the book][ffi].
3849
3850 In one session of compilation, the compiler can generate multiple artifacts
3851 through the usage of either command line flags or the `crate_type` attribute.
3852 If one or more command line flag is specified, all `crate_type` attributes will
3853 be ignored in favor of only building the artifacts specified by command line.
3854
3855 * `--crate-type=bin`, `#[crate_type = "bin"]` - A runnable executable will be
3856   produced. This requires that there is a `main` function in the crate which
3857   will be run when the program begins executing. This will link in all Rust and
3858   native dependencies, producing a distributable binary.
3859
3860 * `--crate-type=lib`, `#[crate_type = "lib"]` - A Rust library will be produced.
3861   This is an ambiguous concept as to what exactly is produced because a library
3862   can manifest itself in several forms. The purpose of this generic `lib` option
3863   is to generate the "compiler recommended" style of library. The output library
3864   will always be usable by rustc, but the actual type of library may change from
3865   time-to-time. The remaining output types are all different flavors of
3866   libraries, and the `lib` type can be seen as an alias for one of them (but the
3867   actual one is compiler-defined).
3868
3869 * `--crate-type=dylib`, `#[crate_type = "dylib"]` - A dynamic Rust library will
3870   be produced. This is different from the `lib` output type in that this forces
3871   dynamic library generation. The resulting dynamic library can be used as a
3872   dependency for other libraries and/or executables. This output type will
3873   create `*.so` files on linux, `*.dylib` files on osx, and `*.dll` files on
3874   windows.
3875
3876 * `--crate-type=staticlib`, `#[crate_type = "staticlib"]` - A static system
3877   library will be produced. This is different from other library outputs in that
3878   the Rust compiler will never attempt to link to `staticlib` outputs. The
3879   purpose of this output type is to create a static library containing all of
3880   the local crate's code along with all upstream dependencies. The static
3881   library is actually a `*.a` archive on linux and osx and a `*.lib` file on
3882   windows. This format is recommended for use in situations such as linking
3883   Rust code into an existing non-Rust application because it will not have
3884   dynamic dependencies on other Rust code.
3885
3886 * `--crate-type=rlib`, `#[crate_type = "rlib"]` - A "Rust library" file will be
3887   produced. This is used as an intermediate artifact and can be thought of as a
3888   "static Rust library". These `rlib` files, unlike `staticlib` files, are
3889   interpreted by the Rust compiler in future linkage. This essentially means
3890   that `rustc` will look for metadata in `rlib` files like it looks for metadata
3891   in dynamic libraries. This form of output is used to produce statically linked
3892   executables as well as `staticlib` outputs.
3893
3894 Note that these outputs are stackable in the sense that if multiple are
3895 specified, then the compiler will produce each form of output at once without
3896 having to recompile. However, this only applies for outputs specified by the
3897 same method. If only `crate_type` attributes are specified, then they will all
3898 be built, but if one or more `--crate-type` command line flag is specified,
3899 then only those outputs will be built.
3900
3901 With all these different kinds of outputs, if crate A depends on crate B, then
3902 the compiler could find B in various different forms throughout the system. The
3903 only forms looked for by the compiler, however, are the `rlib` format and the
3904 dynamic library format. With these two options for a dependent library, the
3905 compiler must at some point make a choice between these two formats. With this
3906 in mind, the compiler follows these rules when determining what format of
3907 dependencies will be used:
3908
3909 1. If a static library is being produced, all upstream dependencies are
3910    required to be available in `rlib` formats. This requirement stems from the
3911    reason that a dynamic library cannot be converted into a static format.
3912
3913    Note that it is impossible to link in native dynamic dependencies to a static
3914    library, and in this case warnings will be printed about all unlinked native
3915    dynamic dependencies.
3916
3917 2. If an `rlib` file is being produced, then there are no restrictions on what
3918    format the upstream dependencies are available in. It is simply required that
3919    all upstream dependencies be available for reading metadata from.
3920
3921    The reason for this is that `rlib` files do not contain any of their upstream
3922    dependencies. It wouldn't be very efficient for all `rlib` files to contain a
3923    copy of `libstd.rlib`!
3924
3925 3. If an executable is being produced and the `-C prefer-dynamic` flag is not
3926    specified, then dependencies are first attempted to be found in the `rlib`
3927    format. If some dependencies are not available in an rlib format, then
3928    dynamic linking is attempted (see below).
3929
3930 4. If a dynamic library or an executable that is being dynamically linked is
3931    being produced, then the compiler will attempt to reconcile the available
3932    dependencies in either the rlib or dylib format to create a final product.
3933
3934    A major goal of the compiler is to ensure that a library never appears more
3935    than once in any artifact. For example, if dynamic libraries B and C were
3936    each statically linked to library A, then a crate could not link to B and C
3937    together because there would be two copies of A. The compiler allows mixing
3938    the rlib and dylib formats, but this restriction must be satisfied.
3939
3940    The compiler currently implements no method of hinting what format a library
3941    should be linked with. When dynamically linking, the compiler will attempt to
3942    maximize dynamic dependencies while still allowing some dependencies to be
3943    linked in via an rlib.
3944
3945    For most situations, having all libraries available as a dylib is recommended
3946    if dynamically linking. For other situations, the compiler will emit a
3947    warning if it is unable to determine which formats to link each library with.
3948
3949 In general, `--crate-type=bin` or `--crate-type=lib` should be sufficient for
3950 all compilation needs, and the other options are just available if more
3951 fine-grained control is desired over the output format of a Rust crate.
3952
3953 # Appendix: Rationales and design tradeoffs
3954
3955 *TODO*.
3956
3957 # Appendix: Influences
3958
3959 Rust is not a particularly original language, with design elements coming from
3960 a wide range of sources. Some of these are listed below (including elements
3961 that have since been removed):
3962
3963 * SML, OCaml: algebraic datatypes, pattern matching, type inference,
3964   semicolon statement separation
3965 * C++: references, RAII, smart pointers, move semantics, monomorphisation,
3966   memory model
3967 * ML Kit, Cyclone: region based memory management
3968 * Haskell (GHC): typeclasses, type families
3969 * Newsqueak, Alef, Limbo: channels, concurrency
3970 * Erlang: message passing, thread failure, ~~linked thread failure~~,
3971   ~~lightweight concurrency~~
3972 * Swift: optional bindings
3973 * Scheme: hygienic macros
3974 * C#: attributes
3975 * Ruby: ~~block syntax~~
3976 * NIL, Hermes: ~~typestate~~
3977 * [Unicode Annex #31](http://www.unicode.org/reports/tr31/): identifier and
3978   pattern syntax
3979
3980 [ffi]: book/ffi.html
3981 [plugin]: book/compiler-plugins.html