]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/doc/reference.md
Rollup merge of #26834 - tshepang:space, r=brson
[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
343 * If an integer type can be _uniquely_ determined from the surrounding
344   program context, the unsuffixed integer literal has that type.
345
346 * If the program context underconstrains the type, it defaults to the
347   signed 32-bit integer `i32`.
348
349 * If the program context overconstrains the type, it is considered a
350   static type error.
351
352 Examples of integer literals of various forms:
353
354 ```
355 123i32;                            // type i32
356 123u32;                            // type u32
357 123_u32;                           // type u32
358 0xff_u8;                           // type u8
359 0o70_i16;                          // type i16
360 0b1111_1111_1001_0000_i32;         // type i32
361 0usize;                            // type usize
362 ```
363
364 ##### Floating-point literals
365
366 A _floating-point literal_ has one of two forms:
367
368 * A _decimal literal_ followed by a period character `U+002E` (`.`). This is
369   optionally followed by another decimal literal, with an optional _exponent_.
370 * A single _decimal literal_ followed by an _exponent_.
371
372 Like integer literals, a floating-point literal may be followed by a
373 suffix, so long as the pre-suffix part does not end with `U+002E` (`.`).
374 The suffix forcibly sets the type of the literal. There are two valid
375 _floating-point suffixes_, `f32` and `f64` (the 32-bit and 64-bit floating point
376 types), which explicitly determine the type of the literal.
377
378 The type of an _unsuffixed_ floating-point literal is determined by
379 type inference:
380
381 * If a floating-point type can be _uniquely_ determined from the
382   surrounding program context, the unsuffixed floating-point literal
383   has that type.
384
385 * If the program context underconstrains the type, it defaults to `f64`.
386
387 * If the program context overconstrains the type, it is considered a
388   static type error.
389
390 Examples of floating-point literals of various forms:
391
392 ```
393 123.0f64;        // type f64
394 0.1f64;          // type f64
395 0.1f32;          // type f32
396 12E+99_f64;      // type f64
397 let x: f64 = 2.; // type f64
398 ```
399
400 This last example is different because it is not possible to use the suffix
401 syntax with a floating point literal ending in a period. `2.f64` would attempt
402 to call a method named `f64` on `2`.
403
404 The representation semantics of floating-point numbers are described in
405 ["Machine Types"](#machine-types).
406
407 #### Boolean literals
408
409 The two values of the boolean type are written `true` and `false`.
410
411 ### Symbols
412
413 Symbols are a general class of printable [token](#tokens) that play structural
414 roles in a variety of grammar productions. They are catalogued here for
415 completeness as the set of remaining miscellaneous printable tokens that do not
416 otherwise appear as [unary operators](#unary-operator-expressions), [binary
417 operators](#binary-operator-expressions), or [keywords][keywords].
418
419
420 ## Paths
421
422 A _path_ is a sequence of one or more path components _logically_ separated by
423 a namespace qualifier (`::`). If a path consists of only one component, it may
424 refer to either an [item](#items) or a [variable](#variables) in a local control
425 scope. If a path has multiple components, it refers to an item.
426
427 Every item has a _canonical path_ within its crate, but the path naming an item
428 is only meaningful within a given crate. There is no global namespace across
429 crates; an item's canonical path merely identifies it within the crate.
430
431 Two examples of simple paths consisting of only identifier components:
432
433 ```{.ignore}
434 x;
435 x::y::z;
436 ```
437
438 Path components are usually [identifiers](#identifiers), but they may
439 also include angle-bracket-enclosed lists of type arguments. In
440 [expression](#expressions) context, the type argument list is given
441 after a `::` namespace qualifier in order to disambiguate it from a
442 relational expression involving the less-than symbol (`<`). In type
443 expression context, the final namespace qualifier is omitted.
444
445 Two examples of paths with type arguments:
446
447 ```
448 # struct HashMap<K, V>(K,V);
449 # fn f() {
450 # fn id<T>(t: T) -> T { t }
451 type T = HashMap<i32,String>; // Type arguments used in a type expression
452 let x  = id::<i32>(10);       // Type arguments used in a call expression
453 # }
454 ```
455
456 Paths can be denoted with various leading qualifiers to change the meaning of
457 how it is resolved:
458
459 * Paths starting with `::` are considered to be global paths where the
460   components of the path start being resolved from the crate root. Each
461   identifier in the path must resolve to an item.
462
463 ```rust
464 mod a {
465     pub fn foo() {}
466 }
467 mod b {
468     pub fn foo() {
469         ::a::foo(); // call a's foo function
470     }
471 }
472 # fn main() {}
473 ```
474
475 * Paths starting with the keyword `super` begin resolution relative to the
476   parent module. Each further identifier must resolve to an item.
477
478 ```rust
479 mod a {
480     pub fn foo() {}
481 }
482 mod b {
483     pub fn foo() {
484         super::a::foo(); // call a's foo function
485     }
486 }
487 # fn main() {}
488 ```
489
490 * Paths starting with the keyword `self` begin resolution relative to the
491   current module. Each further identifier must resolve to an item.
492
493 ```rust
494 fn foo() {}
495 fn bar() {
496     self::foo();
497 }
498 # fn main() {}
499 ```
500
501 # Syntax extensions
502
503 A number of minor features of Rust are not central enough to have their own
504 syntax, and yet are not implementable as functions. Instead, they are given
505 names, and invoked through a consistent syntax: `some_extension!(...)`.
506
507 Users of `rustc` can define new syntax extensions in two ways:
508
509 * [Compiler plugins][plugin] can include arbitrary Rust code that
510   manipulates syntax trees at compile time. Note that the interface
511   for compiler plugins is considered highly unstable.
512
513 * [Macros](book/macros.html) define new syntax in a higher-level,
514   declarative way.
515
516 ## Macros
517
518 `macro_rules` allows users to define syntax extension in a declarative way.  We
519 call such extensions "macros by example" or simply "macros" â€” to be distinguished
520 from the "procedural macros" defined in [compiler plugins][plugin].
521
522 Currently, macros can expand to expressions, statements, items, or patterns.
523
524 (A `sep_token` is any token other than `*` and `+`. A `non_special_token` is
525 any token other than a delimiter or `$`.)
526
527 The macro expander looks up macro invocations by name, and tries each macro
528 rule in turn. It transcribes the first successful match. Matching and
529 transcription are closely related to each other, and we will describe them
530 together.
531
532 ### Macro By Example
533
534 The macro expander matches and transcribes every token that does not begin with
535 a `$` literally, including delimiters. For parsing reasons, delimiters must be
536 balanced, but they are otherwise not special.
537
538 In the matcher, `$` _name_ `:` _designator_ matches the nonterminal in the Rust
539 syntax named by _designator_. Valid designators are `item`, `block`, `stmt`,
540 `pat`, `expr`, `ty` (type), `ident`, `path`, `tt` (either side of the `=>`
541 in macro rules). In the transcriber, the designator is already known, and so
542 only the name of a matched nonterminal comes after the dollar sign.
543
544 In both the matcher and transcriber, the Kleene star-like operator indicates
545 repetition. The Kleene star operator consists of `$` and parentheses, optionally
546 followed by a separator token, followed by `*` or `+`. `*` means zero or more
547 repetitions, `+` means at least one repetition. The parentheses are not matched or
548 transcribed. On the matcher side, a name is bound to _all_ of the names it
549 matches, in a structure that mimics the structure of the repetition encountered
550 on a successful match. The job of the transcriber is to sort that structure
551 out.
552
553 The rules for transcription of these repetitions are called "Macro By Example".
554 Essentially, one "layer" of repetition is discharged at a time, and all of them
555 must be discharged by the time a name is transcribed. Therefore, `( $( $i:ident
556 ),* ) => ( $i )` is an invalid macro, but `( $( $i:ident ),* ) => ( $( $i:ident
557 ),*  )` is acceptable (if trivial).
558
559 When Macro By Example encounters a repetition, it examines all of the `$`
560 _name_ s that occur in its body. At the "current layer", they all must repeat
561 the same number of times, so ` ( $( $i:ident ),* ; $( $j:ident ),* ) => ( $(
562 ($i,$j) ),* )` is valid if given the argument `(a,b,c ; d,e,f)`, but not
563 `(a,b,c ; d,e)`. The repetition walks through the choices at that layer in
564 lockstep, so the former input transcribes to `(a,d), (b,e), (c,f)`.
565
566 Nested repetitions are allowed.
567
568 ### Parsing limitations
569
570 The parser used by the macro system is reasonably powerful, but the parsing of
571 Rust syntax is restricted in two ways:
572
573 1. Macro definitions are required to include suitable separators after parsing
574    expressions and other bits of the Rust grammar. This implies that
575    a macro definition like `$i:expr [ , ]` is not legal, because `[` could be part
576    of an expression. A macro definition like `$i:expr,` or `$i:expr;` would be legal,
577    however, because `,` and `;` are legal separators. See [RFC 550] for more information.
578 2. The parser must have eliminated all ambiguity by the time it reaches a `$`
579    _name_ `:` _designator_. This requirement most often affects name-designator
580    pairs when they occur at the beginning of, or immediately after, a `$(...)*`;
581    requiring a distinctive token in front can solve the problem.
582
583 [RFC 550]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0550-macro-future-proofing.md
584
585 # Crates and source files
586
587 Although Rust, like any other language, can be implemented by an interpreter as
588 well as a compiler, the only existing implementation is a compiler &mdash;
589 from now on referred to as *the* Rust compiler &mdash; and the language has
590 always been designed to be compiled. For these reasons, this section assumes a
591 compiler.
592
593 Rust's semantics obey a *phase distinction* between compile-time and
594 run-time.[^phase-distinction] Those semantic rules that have a *static
595 interpretation* govern the success or failure of compilation. Those semantics
596 that have a *dynamic interpretation* govern the behavior of the program at
597 run-time.
598
599 [^phase-distinction]: This distinction would also exist in an interpreter.
600     Static checks like syntactic analysis, type checking, and lints should
601     happen before the program is executed regardless of when it is executed.
602
603 The compilation model centers on artifacts called _crates_. Each compilation
604 processes a single crate in source form, and if successful, produces a single
605 crate in binary form: either an executable or some sort of
606 library.[^cratesourcefile]
607
608 [^cratesourcefile]: A crate is somewhat analogous to an *assembly* in the
609     ECMA-335 CLI model, a *library* in the SML/NJ Compilation Manager, a *unit*
610     in the Owens and Flatt module system, or a *configuration* in Mesa.
611
612 A _crate_ is a unit of compilation and linking, as well as versioning,
613 distribution and runtime loading. A crate contains a _tree_ of nested
614 [module](#modules) scopes. The top level of this tree is a module that is
615 anonymous (from the point of view of paths within the module) and any item
616 within a crate has a canonical [module path](#paths) denoting its location
617 within the crate's module tree.
618
619 The Rust compiler is always invoked with a single source file as input, and
620 always produces a single output crate. The processing of that source file may
621 result in other source files being loaded as modules. Source files have the
622 extension `.rs`.
623
624 A Rust source file describes a module, the name and location of which &mdash;
625 in the module tree of the current crate &mdash; are defined from outside the
626 source file: either by an explicit `mod_item` in a referencing source file, or
627 by the name of the crate itself. Every source file is a module, but not every
628 module needs its own source file: [module definitions](#modules) can be nested
629 within one file.
630
631 Each source file contains a sequence of zero or more `item` definitions, and
632 may optionally begin with any number of [attributes](#items-and-attributes)
633 that apply to the containing module, most of which influence the behavior of
634 the compiler. The anonymous crate module can have additional attributes that
635 apply to the crate as a whole.
636
637 ```no_run
638 // Specify the crate name.
639 #![crate_name = "projx"]
640
641 // Specify the type of output artifact.
642 #![crate_type = "lib"]
643
644 // Turn on a warning.
645 // This can be done in any module, not just the anonymous crate module.
646 #![warn(non_camel_case_types)]
647 ```
648
649 A crate that contains a `main` function can be compiled to an executable. If a
650 `main` function is present, its return type must be [`unit`](#tuple-types)
651 and it must take no arguments.
652
653 # Items and attributes
654
655 Crates contain [items](#items), each of which may have some number of
656 [attributes](#attributes) attached to it.
657
658 ## Items
659
660 An _item_ is a component of a crate. Items are organized within a crate by a
661 nested set of [modules](#modules). Every crate has a single "outermost"
662 anonymous module; all further items within the crate have [paths](#paths)
663 within the module tree of the crate.
664
665 Items are entirely determined at compile-time, generally remain fixed during
666 execution, and may reside in read-only memory.
667
668 There are several kinds of item:
669
670 * [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations)
671 * [`use` declarations](#use-declarations)
672 * [modules](#modules)
673 * [functions](#functions)
674 * [type definitions](grammar.html#type-definitions)
675 * [structures](#structures)
676 * [enumerations](#enumerations)
677 * [constant items](#constant-items)
678 * [static items](#static-items)
679 * [traits](#traits)
680 * [implementations](#implementations)
681
682 Some items form an implicit scope for the declaration of sub-items. In other
683 words, within a function or module, declarations of items can (in many cases)
684 be mixed with the statements, control blocks, and similar artifacts that
685 otherwise compose the item body. The meaning of these scoped items is the same
686 as if the item was declared outside the scope &mdash; it is still a static item
687 &mdash; except that the item's *path name* within the module namespace is
688 qualified by the name of the enclosing item, or is private to the enclosing
689 item (in the case of functions). The grammar specifies the exact locations in
690 which sub-item declarations may appear.
691
692 ### Type Parameters
693
694 All items except modules, constants and statics may be *parameterized* by type.
695 Type parameters are given as a comma-separated list of identifiers enclosed in
696 angle brackets (`<...>`), after the name of the item and before its definition.
697 The type parameters of an item are considered "part of the name", not part of
698 the type of the item. A referencing [path](#paths) must (in principle) provide
699 type arguments as a list of comma-separated types enclosed within angle
700 brackets, in order to refer to the type-parameterized item. In practice, the
701 type-inference system can usually infer such argument types from context. There
702 are no general type-parametric types, only type-parametric items. That is, Rust
703 has no notion of type abstraction: there are no higher-ranked (or "forall") types
704 abstracted over other types, though higher-ranked types do exist for lifetimes.
705
706 ### Modules
707
708 A module is a container for zero or more [items](#items).
709
710 A _module item_ is a module, surrounded in braces, named, and prefixed with the
711 keyword `mod`. A module item introduces a new, named module into the tree of
712 modules making up a crate. Modules can nest arbitrarily.
713
714 An example of a module:
715
716 ```
717 mod math {
718     type Complex = (f64, f64);
719     fn sin(f: f64) -> f64 {
720         /* ... */
721 # panic!();
722     }
723     fn cos(f: f64) -> f64 {
724         /* ... */
725 # panic!();
726     }
727     fn tan(f: f64) -> f64 {
728         /* ... */
729 # panic!();
730     }
731 }
732 ```
733
734 Modules and types share the same namespace. Declaring a named type with
735 the same name as a module in scope is forbidden: that is, a type definition,
736 trait, struct, enumeration, or type parameter can't shadow the name of a module
737 in scope, or vice versa.
738
739 A module without a body is loaded from an external file, by default with the
740 same name as the module, plus the `.rs` extension. When a nested submodule is
741 loaded from an external file, it is loaded from a subdirectory path that
742 mirrors the module hierarchy.
743
744 ```{.ignore}
745 // Load the `vec` module from `vec.rs`
746 mod vec;
747
748 mod thread {
749     // Load the `local_data` module from `thread/local_data.rs`
750     // or `thread/local_data/mod.rs`.
751     mod local_data;
752 }
753 ```
754
755 The directories and files used for loading external file modules can be
756 influenced with the `path` attribute.
757
758 ```{.ignore}
759 #[path = "thread_files"]
760 mod thread {
761     // Load the `local_data` module from `thread_files/tls.rs`
762     #[path = "tls.rs"]
763     mod local_data;
764 }
765 ```
766
767 #### Extern crate declarations
768
769 An _`extern crate` declaration_ specifies a dependency on an external crate.
770 The external crate is then bound into the declaring scope as the `ident`
771 provided in the `extern_crate_decl`.
772
773 The external crate is resolved to a specific `soname` at compile time, and a
774 runtime linkage requirement to that `soname` is passed to the linker for
775 loading at runtime. The `soname` is resolved at compile time by scanning the
776 compiler's library path and matching the optional `crateid` provided against
777 the `crateid` attributes that were declared on the external crate when it was
778 compiled. If no `crateid` is provided, a default `name` attribute is assumed,
779 equal to the `ident` given in the `extern_crate_decl`.
780
781 Three examples of `extern crate` declarations:
782
783 ```{.ignore}
784 extern crate pcre;
785
786 extern crate std; // equivalent to: extern crate std as std;
787
788 extern crate std as ruststd; // linking to 'std' under another name
789 ```
790
791 #### Use declarations
792
793 A _use declaration_ creates one or more local name bindings synonymous with
794 some other [path](#paths). Usually a `use` declaration is used to shorten the
795 path required to refer to a module item. These declarations may appear at the
796 top of [modules](#modules) and [blocks](grammar.html#block-expressions).
797
798 > **Note**: Unlike in many languages,
799 > `use` declarations in Rust do *not* declare linkage dependency with external crates.
800 > Rather, [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations) declare linkage dependencies.
801
802 Use declarations support a number of convenient shortcuts:
803
804 * Rebinding the target name as a new local name, using the syntax `use p::q::r as x;`
805 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element,
806   using the glob-like brace syntax `use a::b::{c,d,e,f};`
807 * Binding all paths matching a given prefix, using the asterisk wildcard syntax
808   `use a::b::*;`
809 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element
810   and their immediate parent module, using the `self` keyword, such as
811   `use a::b::{self, c, d};`
812
813 An example of `use` declarations:
814
815 ```rust
816 use std::option::Option::{Some, None};
817 use std::collections::hash_map::{self, HashMap};
818
819 fn foo<T>(_: T){}
820 fn bar(map1: HashMap<String, usize>, map2: hash_map::HashMap<String, usize>){}
821
822 fn main() {
823     // Equivalent to 'foo(vec![std::option::Option::Some(1.0f64),
824     // std::option::Option::None]);'
825     foo(vec![Some(1.0f64), None]);
826
827     // Both `hash_map` and `HashMap` are in scope.
828     let map1 = HashMap::new();
829     let map2 = hash_map::HashMap::new();
830     bar(map1, map2);
831 }
832 ```
833
834 Like items, `use` declarations are private to the containing module, by
835 default. Also like items, a `use` declaration can be public, if qualified by
836 the `pub` keyword. Such a `use` declaration serves to _re-export_ a name. A
837 public `use` declaration can therefore _redirect_ some public name to a
838 different target definition: even a definition with a private canonical path,
839 inside a different module. If a sequence of such redirections form a cycle or
840 cannot be resolved unambiguously, they represent a compile-time error.
841
842 An example of re-exporting:
843
844 ```
845 # fn main() { }
846 mod quux {
847     pub use quux::foo::{bar, baz};
848
849     pub mod foo {
850         pub fn bar() { }
851         pub fn baz() { }
852     }
853 }
854 ```
855
856 In this example, the module `quux` re-exports two public names defined in
857 `foo`.
858
859 Also note that the paths contained in `use` items are relative to the crate
860 root. So, in the previous example, the `use` refers to `quux::foo::{bar,
861 baz}`, and not simply to `foo::{bar, baz}`. This also means that top-level
862 module declarations should be at the crate root if direct usage of the declared
863 modules within `use` items is desired. It is also possible to use `self` and
864 `super` at the beginning of a `use` item to refer to the current and direct
865 parent modules respectively. All rules regarding accessing declared modules in
866 `use` declarations apply to both module declarations and `extern crate`
867 declarations.
868
869 An example of what will and will not work for `use` items:
870
871 ```
872 # #![allow(unused_imports)]
873 use foo::baz::foobaz;    // good: foo is at the root of the crate
874
875 mod foo {
876
877     mod example {
878         pub mod iter {}
879     }
880
881     use foo::example::iter; // good: foo is at crate root
882 //  use example::iter;      // bad:  core is not at the crate root
883     use self::baz::foobaz;  // good: self refers to module 'foo'
884     use foo::bar::foobar;   // good: foo is at crate root
885
886     pub mod bar {
887         pub fn foobar() { }
888     }
889
890     pub mod baz {
891         use super::bar::foobar; // good: super refers to module 'foo'
892         pub fn foobaz() { }
893     }
894 }
895
896 fn main() {}
897 ```
898
899 ### Functions
900
901 A _function item_ defines a sequence of [statements](#statements) and an
902 optional final [expression](#expressions), along with a name and a set of
903 parameters. Functions are declared with the keyword `fn`. Functions declare a
904 set of *input* [*variables*](#variables) as parameters, through which the caller
905 passes arguments into the function, and the *output* [*type*](#types)
906 of the value the function will return to its caller on completion.
907
908 A function may also be copied into a first-class *value*, in which case the
909 value has the corresponding [*function type*](#function-types), and can be used
910 otherwise exactly as a function item (with a minor additional cost of calling
911 the function indirectly).
912
913 Every control path in a function logically ends with a `return` expression or a
914 diverging expression. If the outermost block of a function has a
915 value-producing expression in its final-expression position, that expression is
916 interpreted as an implicit `return` expression applied to the final-expression.
917
918 An example of a function:
919
920 ```
921 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
922     return x + y;
923 }
924 ```
925
926 As with `let` bindings, function arguments are irrefutable patterns, so any
927 pattern that is valid in a let binding is also valid as an argument.
928
929 ```
930 fn first((value, _): (i32, i32)) -> i32 { value }
931 ```
932
933
934 #### Generic functions
935
936 A _generic function_ allows one or more _parameterized types_ to appear in its
937 signature. Each type parameter must be explicitly declared, in an
938 angle-bracket-enclosed, comma-separated list following the function name.
939
940 ```rust,ignore
941 // foo is generic over A and B
942
943 fn foo<A, B>(x: A, y: B) {
944 ```
945
946 Inside the function signature and body, the name of the type parameter can be
947 used as a type name. [Trait](#traits) bounds can be specified for type parameters
948 to allow methods with that trait to be called on values of that type. This is
949 specified using the `where` syntax:
950
951 ```rust,ignore
952 fn foo<T>(x: T) where T: Debug {
953 ```
954
955 When a generic function is referenced, its type is instantiated based on the
956 context of the reference. For example, calling the `foo` function here:
957
958 ```
959 use std::fmt::Debug;
960
961 fn foo<T>(x: &[T]) where T: Debug {
962     // details elided
963     # ()
964 }
965
966 foo(&[1, 2]);
967 ```
968
969 will instantiate type parameter `T` with `i32`.
970
971 The type parameters can also be explicitly supplied in a trailing
972 [path](#paths) component after the function name. This might be necessary if
973 there is not sufficient context to determine the type parameters. For example,
974 `mem::size_of::<u32>() == 4`.
975
976 #### Unsafety
977
978 Unsafe operations are those that potentially violate the memory-safety
979 guarantees of Rust's static semantics.
980
981 The following language level features cannot be used in the safe subset of
982 Rust:
983
984 - Dereferencing a [raw pointer](#pointer-types).
985 - Reading or writing a [mutable static variable](#mutable-statics).
986 - Calling an unsafe function (including an intrinsic or foreign function).
987
988 ##### Unsafe functions
989
990 Unsafe functions are functions that are not safe in all contexts and/or for all
991 possible inputs. Such a function must be prefixed with the keyword `unsafe` and
992 can only be called from an `unsafe` block or another `unsafe` function.
993
994 ##### Unsafe blocks
995
996 A block of code can be prefixed with the `unsafe` keyword, to permit calling
997 `unsafe` functions or dereferencing raw pointers within a safe function.
998
999 When a programmer has sufficient conviction that a sequence of potentially
1000 unsafe operations is actually safe, they can encapsulate that sequence (taken
1001 as a whole) within an `unsafe` block. The compiler will consider uses of such
1002 code safe, in the surrounding context.
1003
1004 Unsafe blocks are used to wrap foreign libraries, make direct use of hardware
1005 or implement features not directly present in the language. For example, Rust
1006 provides the language features necessary to implement memory-safe concurrency
1007 in the language but the implementation of threads and message passing is in the
1008 standard library.
1009
1010 Rust's type system is a conservative approximation of the dynamic safety
1011 requirements, so in some cases there is a performance cost to using safe code.
1012 For example, a doubly-linked list is not a tree structure and can only be
1013 represented with reference-counted pointers in safe code. By using `unsafe`
1014 blocks to represent the reverse links as raw pointers, it can be implemented
1015 with only boxes.
1016
1017 ##### Behavior considered undefined
1018
1019 The following is a list of behavior which is forbidden in all Rust code,
1020 including within `unsafe` blocks and `unsafe` functions. Type checking provides
1021 the guarantee that these issues are never caused by safe code.
1022
1023 * Data races
1024 * Dereferencing a null/dangling raw pointer
1025 * Reads of [undef](http://llvm.org/docs/LangRef.html#undefined-values)
1026   (uninitialized) memory
1027 * Breaking the [pointer aliasing
1028   rules](http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointer-aliasing-rules)
1029   with raw pointers (a subset of the rules used by C)
1030 * `&mut` and `&` follow LLVM’s scoped [noalias] model, except if the `&T`
1031   contains an `UnsafeCell<U>`. Unsafe code must not violate these aliasing
1032   guarantees.
1033 * Mutating non-mutable data (that is, data reached through a shared reference or
1034   data owned by a `let` binding), unless that data is contained within an `UnsafeCell<U>`.
1035 * Invoking undefined behavior via compiler intrinsics:
1036   * Indexing outside of the bounds of an object with `std::ptr::offset`
1037     (`offset` intrinsic), with
1038     the exception of one byte past the end which is permitted.
1039   * Using `std::ptr::copy_nonoverlapping_memory` (`memcpy32`/`memcpy64`
1040     intrinsics) on overlapping buffers
1041 * Invalid values in primitive types, even in private fields/locals:
1042   * Dangling/null references or boxes
1043   * A value other than `false` (0) or `true` (1) in a `bool`
1044   * A discriminant in an `enum` not included in the type definition
1045   * A value in a `char` which is a surrogate or above `char::MAX`
1046   * Non-UTF-8 byte sequences in a `str`
1047 * Unwinding into Rust from foreign code or unwinding from Rust into foreign
1048   code. Rust's failure system is not compatible with exception handling in
1049   other languages. Unwinding must be caught and handled at FFI boundaries.
1050
1051 [noalias]: http://llvm.org/docs/LangRef.html#noalias
1052
1053 ##### Behavior not considered unsafe
1054
1055 This is a list of behavior not considered *unsafe* in Rust terms, but that may
1056 be undesired.
1057
1058 * Deadlocks
1059 * Leaks of memory and other resources
1060 * Exiting without calling destructors
1061 * Integer overflow
1062   - Overflow is considered "unexpected" behavior and is always user-error,
1063     unless the `wrapping` primitives are used. In non-optimized builds, the compiler
1064     will insert debug checks that panic on overflow, but in optimized builds overflow
1065     instead results in wrapped values. See [RFC 560] for the rationale and more details.
1066
1067 [RFC 560]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0560-integer-overflow.md
1068
1069 #### Diverging functions
1070
1071 A special kind of function can be declared with a `!` character where the
1072 output type would normally be. For example:
1073
1074 ```
1075 fn my_err(s: &str) -> ! {
1076     println!("{}", s);
1077     panic!();
1078 }
1079 ```
1080
1081 We call such functions "diverging" because they never return a value to the
1082 caller. Every control path in a diverging function must end with a `panic!()` or
1083 a call to another diverging function on every control path. The `!` annotation
1084 does *not* denote a type.
1085
1086 It might be necessary to declare a diverging function because as mentioned
1087 previously, the typechecker checks that every control path in a function ends
1088 with a [`return`](#return-expressions) or diverging expression. So, if `my_err`
1089 were declared without the `!` annotation, the following code would not
1090 typecheck:
1091
1092 ```
1093 # fn my_err(s: &str) -> ! { panic!() }
1094
1095 fn f(i: i32) -> i32 {
1096    if i == 42 {
1097      return 42;
1098    }
1099    else {
1100      my_err("Bad number!");
1101    }
1102 }
1103 ```
1104
1105 This will not compile without the `!` annotation on `my_err`, since the `else`
1106 branch of the conditional in `f` does not return an `i32`, as required by the
1107 signature of `f`. Adding the `!` annotation to `my_err` informs the
1108 typechecker that, should control ever enter `my_err`, no further type judgments
1109 about `f` need to hold, since control will never resume in any context that
1110 relies on those judgments. Thus the return type on `f` only needs to reflect
1111 the `if` branch of the conditional.
1112
1113 #### Extern functions
1114
1115 Extern functions are part of Rust's foreign function interface, providing the
1116 opposite functionality to [external blocks](#external-blocks). Whereas
1117 external blocks allow Rust code to call foreign code, extern functions with
1118 bodies defined in Rust code _can be called by foreign code_. They are defined
1119 in the same way as any other Rust function, except that they have the `extern`
1120 modifier.
1121
1122 ```
1123 // Declares an extern fn, the ABI defaults to "C"
1124 extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1125
1126 // Declares an extern fn with "stdcall" ABI
1127 extern "stdcall" fn new_i32_stdcall() -> i32 { 0 }
1128 ```
1129
1130 Unlike normal functions, extern fns have type `extern "ABI" fn()`. This is the
1131 same type as the functions declared in an extern block.
1132
1133 ```
1134 # extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1135 let fptr: extern "C" fn() -> i32 = new_i32;
1136 ```
1137
1138 Extern functions may be called directly from Rust code as Rust uses large,
1139 contiguous stack segments like C.
1140
1141 ### Type aliases
1142
1143 A _type alias_ defines a new name for an existing [type](#types). Type
1144 aliases are declared with the keyword `type`. Every value has a single,
1145 specific type, but may implement several different traits, or be compatible with
1146 several different type constraints.
1147
1148 For example, the following defines the type `Point` as a synonym for the type
1149 `(u8, u8)`, the type of pairs of unsigned 8 bit integers:
1150
1151 ```
1152 type Point = (u8, u8);
1153 let p: Point = (41, 68);
1154 ```
1155
1156 ### Structures
1157
1158 A _structure_ is a nominal [structure type](#structure-types) defined with the
1159 keyword `struct`.
1160
1161 An example of a `struct` item and its use:
1162
1163 ```
1164 struct Point {x: i32, y: i32}
1165 let p = Point {x: 10, y: 11};
1166 let px: i32 = p.x;
1167 ```
1168
1169 A _tuple structure_ is a nominal [tuple type](#tuple-types), also defined with
1170 the keyword `struct`. For example:
1171
1172 ```
1173 struct Point(i32, i32);
1174 let p = Point(10, 11);
1175 let px: i32 = match p { Point(x, _) => x };
1176 ```
1177
1178 A _unit-like struct_ is a structure without any fields, defined by leaving off
1179 the list of fields entirely. Such types will have a single value. For example:
1180
1181 ```
1182 struct Cookie;
1183 let c = [Cookie, Cookie, Cookie, Cookie];
1184 ```
1185
1186 The precise memory layout of a structure is not specified. One can specify a
1187 particular layout using the [`repr` attribute](#ffi-attributes).
1188
1189 ### Enumerations
1190
1191 An _enumeration_ is a simultaneous definition of a nominal [enumerated
1192 type](#enumerated-types) as well as a set of *constructors*, that can be used
1193 to create or pattern-match values of the corresponding enumerated type.
1194
1195 Enumerations are declared with the keyword `enum`.
1196
1197 An example of an `enum` item and its use:
1198
1199 ```
1200 enum Animal {
1201   Dog,
1202   Cat
1203 }
1204
1205 let mut a: Animal = Animal::Dog;
1206 a = Animal::Cat;
1207 ```
1208
1209 Enumeration constructors can have either named or unnamed fields:
1210
1211 ```rust
1212 enum Animal {
1213     Dog (String, f64),
1214     Cat { name: String, weight: f64 }
1215 }
1216
1217 let mut a: Animal = Animal::Dog("Cocoa".to_string(), 37.2);
1218 a = Animal::Cat { name: "Spotty".to_string(), weight: 2.7 };
1219 ```
1220
1221 In this example, `Cat` is a _struct-like enum variant_,
1222 whereas `Dog` is simply called an enum variant.
1223
1224 Enums have a discriminant. You can assign them explicitly:
1225
1226 ```
1227 enum Foo {
1228     Bar = 123,
1229 }
1230 ```
1231
1232 If a discriminant isn't assigned, they start at zero, and add one for each
1233 variant, in order.
1234
1235 You can cast an enum to get this value:
1236
1237 ```
1238 # enum Foo { Bar = 123 }
1239 let x = Foo::Bar as u32; // x is now 123u32
1240 ```
1241
1242 This only works as long as none of the variants have data attached. If
1243 it were `Bar(i32)`, this is disallowed.
1244
1245 ### Constant items
1246
1247 A *constant item* is a named _constant value_ which is not associated with a
1248 specific memory location in the program. Constants are essentially inlined
1249 wherever they are used, meaning that they are copied directly into the relevant
1250 context when used. References to the same constant are not necessarily
1251 guaranteed to refer to the same memory address.
1252
1253 Constant values must not have destructors, and otherwise permit most forms of
1254 data. Constants may refer to the address of other constants, in which case the
1255 address will have the `static` lifetime. The compiler is, however, still at
1256 liberty to translate the constant many times, so the address referred to may not
1257 be stable.
1258
1259 Constants must be explicitly typed. The type may be `bool`, `char`, a number, or
1260 a type derived from those primitive types. The derived types are references with
1261 the `static` lifetime, fixed-size arrays, tuples, enum variants, and structs.
1262
1263 ```
1264 const BIT1: u32 = 1 << 0;
1265 const BIT2: u32 = 1 << 1;
1266
1267 const BITS: [u32; 2] = [BIT1, BIT2];
1268 const STRING: &'static str = "bitstring";
1269
1270 struct BitsNStrings<'a> {
1271     mybits: [u32; 2],
1272     mystring: &'a str
1273 }
1274
1275 const BITS_N_STRINGS: BitsNStrings<'static> = BitsNStrings {
1276     mybits: BITS,
1277     mystring: STRING
1278 };
1279 ```
1280
1281 ### Static items
1282
1283 A *static item* is similar to a *constant*, except that it represents a precise
1284 memory location in the program. A static is never "inlined" at the usage site,
1285 and all references to it refer to the same memory location. Static items have
1286 the `static` lifetime, which outlives all other lifetimes in a Rust program.
1287 Static items may be placed in read-only memory if they do not contain any
1288 interior mutability.
1289
1290 Statics may contain interior mutability through the `UnsafeCell` language item.
1291 All access to a static is safe, but there are a number of restrictions on
1292 statics:
1293
1294 * Statics may not contain any destructors.
1295 * The types of static values must ascribe to `Sync` to allow threadsafe access.
1296 * Statics may not refer to other statics by value, only by reference.
1297 * Constants cannot refer to statics.
1298
1299 Constants should in general be preferred over statics, unless large amounts of
1300 data are being stored, or single-address and mutability properties are required.
1301
1302 #### Mutable statics
1303
1304 If a static item is declared with the `mut` keyword, then it is allowed to
1305 be modified by the program. One of Rust's goals is to make concurrency bugs
1306 hard to run into, and this is obviously a very large source of race conditions
1307 or other bugs. For this reason, an `unsafe` block is required when either
1308 reading or writing a mutable static variable. Care should be taken to ensure
1309 that modifications to a mutable static are safe with respect to other threads
1310 running in the same process.
1311
1312 Mutable statics are still very useful, however. They can be used with C
1313 libraries and can also be bound from C libraries (in an `extern` block).
1314
1315 ```
1316 # fn atomic_add(_: &mut u32, _: u32) -> u32 { 2 }
1317
1318 static mut LEVELS: u32 = 0;
1319
1320 // This violates the idea of no shared state, and this doesn't internally
1321 // protect against races, so this function is `unsafe`
1322 unsafe fn bump_levels_unsafe1() -> u32 {
1323     let ret = LEVELS;
1324     LEVELS += 1;
1325     return ret;
1326 }
1327
1328 // Assuming that we have an atomic_add function which returns the old value,
1329 // this function is "safe" but the meaning of the return value may not be what
1330 // callers expect, so it's still marked as `unsafe`
1331 unsafe fn bump_levels_unsafe2() -> u32 {
1332     return atomic_add(&mut LEVELS, 1);
1333 }
1334 ```
1335
1336 Mutable statics have the same restrictions as normal statics, except that the
1337 type of the value is not required to ascribe to `Sync`.
1338
1339 ### Traits
1340
1341 A _trait_ describes an abstract interface that types can
1342 implement. This interface consists of associated items, which come in
1343 three varieties:
1344
1345 - functions
1346 - constants
1347 - types
1348
1349 Associated functions whose first parameter is named `self` are called
1350 methods and may be invoked using `.` notation (e.g., `x.foo()`).
1351
1352 All traits define an implicit type parameter `Self` that refers to
1353 "the type that is implementing this interface". Traits may also
1354 contain additional type parameters. These type parameters (including
1355 `Self`) may be constrained by other traits and so forth as usual.
1356
1357 Trait bounds on `Self` are considered "supertraits". These are
1358 required to be acyclic.  Supertraits are somewhat different from other
1359 constraints in that they affect what methods are available in the
1360 vtable when the trait is used as a [trait object](#trait-objects).
1361
1362 Traits are implemented for specific types through separate
1363 [implementations](#implementations).
1364
1365 Consider the following trait:
1366
1367 ```
1368 # type Surface = i32;
1369 # type BoundingBox = i32;
1370 trait Shape {
1371     fn draw(&self, Surface);
1372     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox;
1373 }
1374 ```
1375
1376 This defines a trait with two methods. All values that have
1377 [implementations](#implementations) of this trait in scope can have their
1378 `draw` and `bounding_box` methods called, using `value.bounding_box()`
1379 [syntax](#method-call-expressions).
1380
1381 Traits can include default implementations of methods, as in:
1382
1383 ```
1384 trait Foo {
1385     fn bar(&self);
1386     fn baz(&self) { println!("We called baz."); }
1387 }
1388 ```
1389
1390 Here the `baz` method has a default implementation, so types that implement
1391 `Foo` need only implement `bar`. It is also possible for implementing types
1392 to override a method that has a default implementation.
1393
1394 Type parameters can be specified for a trait to make it generic. These appear
1395 after the trait name, using the same syntax used in [generic
1396 functions](#generic-functions).
1397
1398 ```
1399 trait Seq<T> {
1400    fn len(&self) -> u32;
1401    fn elt_at(&self, n: u32) -> T;
1402    fn iter<F>(&self, F) where F: Fn(T);
1403 }
1404 ```
1405
1406 It is also possible to define associated types for a trait. Consider the
1407 following example of a `Container` trait. Notice how the type is available
1408 for use in the method signatures:
1409
1410 ```
1411 trait Container {
1412     type E;
1413     fn empty() -> Self;
1414     fn insert(&mut self, Self::E);
1415 }
1416 ```
1417
1418 In order for a type to implement this trait, it must not only provide
1419 implementations for every method, but it must specify the type `E`. Here's
1420 an implementation of `Container` for the standard library type `Vec`:
1421
1422 ```
1423 # trait Container {
1424 #     type E;
1425 #     fn empty() -> Self;
1426 #     fn insert(&mut self, Self::E);
1427 # }
1428 impl<T> Container for Vec<T> {
1429     type E = T;
1430     fn empty() -> Vec<T> { Vec::new() }
1431     fn insert(&mut self, x: T) { self.push(x); }
1432 }
1433 ```
1434
1435 Generic functions may use traits as _bounds_ on their type parameters. This
1436 will have two effects:
1437
1438 - Only types that have the trait may instantiate the parameter.
1439 - Within the generic function, the methods of the trait can be
1440   called on values that have the parameter's type.
1441
1442 For example:
1443
1444 ```
1445 # type Surface = i32;
1446 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); }
1447 fn draw_twice<T: Shape>(surface: Surface, sh: T) {
1448     sh.draw(surface);
1449     sh.draw(surface);
1450 }
1451 ```
1452
1453 Traits also define an [trait object](#trait-objects) with the same
1454 name as the trait. Values of this type are created by coercing from a
1455 pointer of some specific type to a pointer of trait type. For example,
1456 `&T` could be coerced to `&Shape` if `T: Shape` holds (and similarly
1457 for `Box<T>`). This coercion can either be implicit or
1458 [explicit](#type-cast-expressions). Here is an example of an explicit
1459 coercion:
1460
1461 ```
1462 trait Shape { }
1463 impl Shape for i32 { }
1464 let mycircle = 0i32;
1465 let myshape: Box<Shape> = Box::new(mycircle) as Box<Shape>;
1466 ```
1467
1468 The resulting value is a box containing the value that was cast, along with
1469 information that identifies the methods of the implementation that was used.
1470 Values with a trait type can have [methods called](#method-call-expressions) on
1471 them, for any method in the trait, and can be used to instantiate type
1472 parameters that are bounded by the trait.
1473
1474 Trait methods may be static, which means that they lack a `self` argument.
1475 This means that they can only be called with function call syntax (`f(x)`) and
1476 not method call syntax (`obj.f()`). The way to refer to the name of a static
1477 method is to qualify it with the trait name, treating the trait name like a
1478 module. For example:
1479
1480 ```
1481 trait Num {
1482     fn from_i32(n: i32) -> Self;
1483 }
1484 impl Num for f64 {
1485     fn from_i32(n: i32) -> f64 { n as f64 }
1486 }
1487 let x: f64 = Num::from_i32(42);
1488 ```
1489
1490 Traits may inherit from other traits. For example, in
1491
1492 ```
1493 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1494 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1495 ```
1496
1497 the syntax `Circle : Shape` means that types that implement `Circle` must also
1498 have an implementation for `Shape`. Multiple supertraits are separated by `+`,
1499 `trait Circle : Shape + PartialEq { }`. In an implementation of `Circle` for a
1500 given type `T`, methods can refer to `Shape` methods, since the typechecker
1501 checks that any type with an implementation of `Circle` also has an
1502 implementation of `Shape`.
1503
1504 In type-parameterized functions, methods of the supertrait may be called on
1505 values of subtrait-bound type parameters. Referring to the previous example of
1506 `trait Circle : Shape`:
1507
1508 ```
1509 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1510 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1511 fn radius_times_area<T: Circle>(c: T) -> f64 {
1512     // `c` is both a Circle and a Shape
1513     c.radius() * c.area()
1514 }
1515 ```
1516
1517 Likewise, supertrait methods may also be called on trait objects.
1518
1519 ```{.ignore}
1520 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1521 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1522 # impl Shape for i32 { fn area(&self) -> f64 { 0.0 } }
1523 # impl Circle for i32 { fn radius(&self) -> f64 { 0.0 } }
1524 # let mycircle = 0i32;
1525 let mycircle = Box::new(mycircle) as Box<Circle>;
1526 let nonsense = mycircle.radius() * mycircle.area();
1527 ```
1528
1529 ### Implementations
1530
1531 An _implementation_ is an item that implements a [trait](#traits) for a
1532 specific type.
1533
1534 Implementations are defined with the keyword `impl`.
1535
1536 ```
1537 # #[derive(Copy, Clone)]
1538 # struct Point {x: f64, y: f64};
1539 # type Surface = i32;
1540 # struct BoundingBox {x: f64, y: f64, width: f64, height: f64};
1541 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); fn bounding_box(&self) -> BoundingBox; }
1542 # fn do_draw_circle(s: Surface, c: Circle) { }
1543 struct Circle {
1544     radius: f64,
1545     center: Point,
1546 }
1547
1548 impl Copy for Circle {}
1549
1550 impl Clone for Circle {
1551     fn clone(&self) -> Circle { *self }
1552 }
1553
1554 impl Shape for Circle {
1555     fn draw(&self, s: Surface) { do_draw_circle(s, *self); }
1556     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox {
1557         let r = self.radius;
1558         BoundingBox{x: self.center.x - r, y: self.center.y - r,
1559          width: 2.0 * r, height: 2.0 * r}
1560     }
1561 }
1562 ```
1563
1564 It is possible to define an implementation without referring to a trait. The
1565 methods in such an implementation can only be used as direct calls on the
1566 values of the type that the implementation targets. In such an implementation,
1567 the trait type and `for` after `impl` are omitted. Such implementations are
1568 limited to nominal types (enums, structs), and the implementation must appear
1569 in the same crate as the `self` type:
1570
1571 ```
1572 struct Point {x: i32, y: i32}
1573
1574 impl Point {
1575     fn log(&self) {
1576         println!("Point is at ({}, {})", self.x, self.y);
1577     }
1578 }
1579
1580 let my_point = Point {x: 10, y:11};
1581 my_point.log();
1582 ```
1583
1584 When a trait _is_ specified in an `impl`, all methods declared as part of the
1585 trait must be implemented, with matching types and type parameter counts.
1586
1587 An implementation can take type parameters, which can be different from the
1588 type parameters taken by the trait it implements. Implementation parameters
1589 are written after the `impl` keyword.
1590
1591 ```
1592 # trait Seq<T> { fn dummy(&self, _: T) { } }
1593 impl<T> Seq<T> for Vec<T> {
1594    /* ... */
1595 }
1596 impl Seq<bool> for u32 {
1597    /* Treat the integer as a sequence of bits */
1598 }
1599 ```
1600
1601 ### External blocks
1602
1603 External blocks form the basis for Rust's foreign function interface.
1604 Declarations in an external block describe symbols in external, non-Rust
1605 libraries.
1606
1607 Functions within external blocks are declared in the same way as other Rust
1608 functions, with the exception that they may not have a body and are instead
1609 terminated by a semicolon.
1610
1611 Functions within external blocks may be called by Rust code, just like
1612 functions defined in Rust. The Rust compiler automatically translates between
1613 the Rust ABI and the foreign ABI.
1614
1615 A number of [attributes](#attributes) control the behavior of external blocks.
1616
1617 By default external blocks assume that the library they are calling uses the
1618 standard C "cdecl" ABI. Other ABIs may be specified using an `abi` string, as
1619 shown here:
1620
1621 ```ignore
1622 // Interface to the Windows API
1623 extern "stdcall" { }
1624 ```
1625
1626 The `link` attribute allows the name of the library to be specified. When
1627 specified the compiler will attempt to link against the native library of the
1628 specified name.
1629
1630 ```{.ignore}
1631 #[link(name = "crypto")]
1632 extern { }
1633 ```
1634
1635 The type of a function declared in an extern block is `extern "abi" fn(A1, ...,
1636 An) -> R`, where `A1...An` are the declared types of its arguments and `R` is
1637 the declared return type.
1638
1639 ## Visibility and Privacy
1640
1641 These two terms are often used interchangeably, and what they are attempting to
1642 convey is the answer to the question "Can this item be used at this location?"
1643
1644 Rust's name resolution operates on a global hierarchy of namespaces. Each level
1645 in the hierarchy can be thought of as some item. The items are one of those
1646 mentioned above, but also include external crates. Declaring or defining a new
1647 module can be thought of as inserting a new tree into the hierarchy at the
1648 location of the definition.
1649
1650 To control whether interfaces can be used across modules, Rust checks each use
1651 of an item to see whether it should be allowed or not. This is where privacy
1652 warnings are generated, or otherwise "you used a private item of another module
1653 and weren't allowed to."
1654
1655 By default, everything in Rust is *private*, with one exception. Enum variants
1656 in a `pub` enum are also public by default. When an item is declared as `pub`,
1657 it can be thought of as being accessible to the outside world. For example:
1658
1659 ```
1660 # fn main() {}
1661 // Declare a private struct
1662 struct Foo;
1663
1664 // Declare a public struct with a private field
1665 pub struct Bar {
1666     field: i32
1667 }
1668
1669 // Declare a public enum with two public variants
1670 pub enum State {
1671     PubliclyAccessibleState,
1672     PubliclyAccessibleState2,
1673 }
1674 ```
1675
1676 With the notion of an item being either public or private, Rust allows item
1677 accesses in two cases:
1678
1679 1. If an item is public, then it can be used externally through any of its
1680    public ancestors.
1681 2. If an item is private, it may be accessed by the current module and its
1682    descendants.
1683
1684 These two cases are surprisingly powerful for creating module hierarchies
1685 exposing public APIs while hiding internal implementation details. To help
1686 explain, here's a few use cases and what they would entail:
1687
1688 * A library developer needs to expose functionality to crates which link
1689   against their library. As a consequence of the first case, this means that
1690   anything which is usable externally must be `pub` from the root down to the
1691   destination item. Any private item in the chain will disallow external
1692   accesses.
1693
1694 * A crate needs a global available "helper module" to itself, but it doesn't
1695   want to expose the helper module as a public API. To accomplish this, the
1696   root of the crate's hierarchy would have a private module which then
1697   internally has a "public api". Because the entire crate is a descendant of
1698   the root, then the entire local crate can access this private module through
1699   the second case.
1700
1701 * When writing unit tests for a module, it's often a common idiom to have an
1702   immediate child of the module to-be-tested named `mod test`. This module
1703   could access any items of the parent module through the second case, meaning
1704   that internal implementation details could also be seamlessly tested from the
1705   child module.
1706
1707 In the second case, it mentions that a private item "can be accessed" by the
1708 current module and its descendants, but the exact meaning of accessing an item
1709 depends on what the item is. Accessing a module, for example, would mean
1710 looking inside of it (to import more items). On the other hand, accessing a
1711 function would mean that it is invoked. Additionally, path expressions and
1712 import statements are considered to access an item in the sense that the
1713 import/expression is only valid if the destination is in the current visibility
1714 scope.
1715
1716 Here's an example of a program which exemplifies the three cases outlined
1717 above:
1718
1719 ```
1720 // This module is private, meaning that no external crate can access this
1721 // module. Because it is private at the root of this current crate, however, any
1722 // module in the crate may access any publicly visible item in this module.
1723 mod crate_helper_module {
1724
1725     // This function can be used by anything in the current crate
1726     pub fn crate_helper() {}
1727
1728     // This function *cannot* be used by anything else in the crate. It is not
1729     // publicly visible outside of the `crate_helper_module`, so only this
1730     // current module and its descendants may access it.
1731     fn implementation_detail() {}
1732 }
1733
1734 // This function is "public to the root" meaning that it's available to external
1735 // crates linking against this one.
1736 pub fn public_api() {}
1737
1738 // Similarly to 'public_api', this module is public so external crates may look
1739 // inside of it.
1740 pub mod submodule {
1741     use crate_helper_module;
1742
1743     pub fn my_method() {
1744         // Any item in the local crate may invoke the helper module's public
1745         // interface through a combination of the two rules above.
1746         crate_helper_module::crate_helper();
1747     }
1748
1749     // This function is hidden to any module which is not a descendant of
1750     // `submodule`
1751     fn my_implementation() {}
1752
1753     #[cfg(test)]
1754     mod test {
1755
1756         #[test]
1757         fn test_my_implementation() {
1758             // Because this module is a descendant of `submodule`, it's allowed
1759             // to access private items inside of `submodule` without a privacy
1760             // violation.
1761             super::my_implementation();
1762         }
1763     }
1764 }
1765
1766 # fn main() {}
1767 ```
1768
1769 For a rust program to pass the privacy checking pass, all paths must be valid
1770 accesses given the two rules above. This includes all use statements,
1771 expressions, types, etc.
1772
1773 ### Re-exporting and Visibility
1774
1775 Rust allows publicly re-exporting items through a `pub use` directive. Because
1776 this is a public directive, this allows the item to be used in the current
1777 module through the rules above. It essentially allows public access into the
1778 re-exported item. For example, this program is valid:
1779
1780 ```
1781 pub use self::implementation::api;
1782
1783 mod implementation {
1784     pub mod api {
1785         pub fn f() {}
1786     }
1787 }
1788
1789 # fn main() {}
1790 ```
1791
1792 This means that any external crate referencing `implementation::api::f` would
1793 receive a privacy violation, while the path `api::f` would be allowed.
1794
1795 When re-exporting a private item, it can be thought of as allowing the "privacy
1796 chain" being short-circuited through the reexport instead of passing through
1797 the namespace hierarchy as it normally would.
1798
1799 ## Attributes
1800
1801 Any item declaration may have an _attribute_ applied to it. Attributes in Rust
1802 are modeled on Attributes in ECMA-335, with the syntax coming from ECMA-334
1803 (C#). An attribute is a general, free-form metadatum that is interpreted
1804 according to name, convention, and language and compiler version. Attributes
1805 may appear as any of:
1806
1807 * A single identifier, the attribute name
1808 * An identifier followed by the equals sign '=' and a literal, providing a
1809   key/value pair
1810 * An identifier followed by a parenthesized list of sub-attribute arguments
1811
1812 Attributes with a bang ("!") after the hash ("#") apply to the item that the
1813 attribute is declared within. Attributes that do not have a bang after the hash
1814 apply to the item that follows the attribute.
1815
1816 An example of attributes:
1817
1818 ```{.rust}
1819 // General metadata applied to the enclosing module or crate.
1820 #![crate_type = "lib"]
1821
1822 // A function marked as a unit test
1823 #[test]
1824 fn test_foo() {
1825   /* ... */
1826 }
1827
1828 // A conditionally-compiled module
1829 #[cfg(target_os="linux")]
1830 mod bar {
1831   /* ... */
1832 }
1833
1834 // A lint attribute used to suppress a warning/error
1835 #[allow(non_camel_case_types)]
1836 type int8_t = i8;
1837 ```
1838
1839 > **Note:** At some point in the future, the compiler will distinguish between
1840 > language-reserved and user-available attributes. Until then, there is
1841 > effectively no difference between an attribute handled by a loadable syntax
1842 > extension and the compiler.
1843
1844 ### Crate-only attributes
1845
1846 - `crate_name` - specify the crate's crate name.
1847 - `crate_type` - see [linkage](#linkage).
1848 - `feature` - see [compiler features](#compiler-features).
1849 - `no_builtins` - disable optimizing certain code patterns to invocations of
1850                   library functions that are assumed to exist
1851 - `no_main` - disable emitting the `main` symbol. Useful when some other
1852    object being linked to defines `main`.
1853 - `no_start` - disable linking to the `native` crate, which specifies the
1854   "start" language item.
1855 - `no_std` - disable linking to the `std` crate.
1856 - `plugin` â€” load a list of named crates as compiler plugins, e.g.
1857              `#![plugin(foo, bar)]`. Optional arguments for each plugin,
1858              i.e. `#![plugin(foo(... args ...))]`, are provided to the plugin's
1859              registrar function.  The `plugin` feature gate is required to use
1860              this attribute.
1861
1862 ### Module-only attributes
1863
1864 - `no_implicit_prelude` - disable injecting `use std::prelude::*` in this
1865   module.
1866 - `path` - specifies the file to load the module from. `#[path="foo.rs"] mod
1867   bar;` is equivalent to `mod bar { /* contents of foo.rs */ }`. The path is
1868   taken relative to the directory that the current module is in.
1869
1870 ### Function-only attributes
1871
1872 - `main` - indicates that this function should be passed to the entry point,
1873   rather than the function in the crate root named `main`.
1874 - `plugin_registrar` - mark this function as the registration point for
1875   [compiler plugins][plugin], such as loadable syntax extensions.
1876 - `start` - indicates that this function should be used as the entry point,
1877   overriding the "start" language item. See the "start" [language
1878   item](#language-items) for more details.
1879 - `test` - indicates that this function is a test function, to only be compiled
1880   in case of `--test`.
1881 - `should_panic` - indicates that this test function should panic, inverting the success condition.
1882 - `cold` - The function is unlikely to be executed, so optimize it (and calls
1883   to it) differently.
1884
1885 ### Static-only attributes
1886
1887 - `thread_local` - on a `static mut`, this signals that the value of this
1888   static may change depending on the current thread. The exact consequences of
1889   this are implementation-defined.
1890
1891 ### FFI attributes
1892
1893 On an `extern` block, the following attributes are interpreted:
1894
1895 - `link_args` - specify arguments to the linker, rather than just the library
1896   name and type. This is feature gated and the exact behavior is
1897   implementation-defined (due to variety of linker invocation syntax).
1898 - `link` - indicate that a native library should be linked to for the
1899   declarations in this block to be linked correctly. `link` supports an optional `kind`
1900   key with three possible values: `dylib`, `static`, and `framework`. See [external blocks](#external-blocks) for more about external blocks. Two
1901   examples: `#[link(name = "readline")]` and
1902   `#[link(name = "CoreFoundation", kind = "framework")]`.
1903
1904 On declarations inside an `extern` block, the following attributes are
1905 interpreted:
1906
1907 - `link_name` - the name of the symbol that this function or static should be
1908   imported as.
1909 - `linkage` - on a static, this specifies the [linkage
1910   type](http://llvm.org/docs/LangRef.html#linkage-types).
1911
1912 On `enum`s:
1913
1914 - `repr` - on C-like enums, this sets the underlying type used for
1915   representation. Takes one argument, which is the primitive
1916   type this enum should be represented for, or `C`, which specifies that it
1917   should be the default `enum` size of the C ABI for that platform. Note that
1918   enum representation in C is undefined, and this may be incorrect when the C
1919   code is compiled with certain flags.
1920
1921 On `struct`s:
1922
1923 - `repr` - specifies the representation to use for this struct. Takes a list
1924   of options. The currently accepted ones are `C` and `packed`, which may be
1925   combined. `C` will use a C ABI compatible struct layout, and `packed` will
1926   remove any padding between fields (note that this is very fragile and may
1927   break platforms which require aligned access).
1928
1929 ### Macro-related attributes
1930
1931 - `macro_use` on a `mod` â€” macros defined in this module will be visible in the
1932   module's parent, after this module has been included.
1933
1934 - `macro_use` on an `extern crate` â€” load macros from this crate.  An optional
1935   list of names `#[macro_use(foo, bar)]` restricts the import to just those
1936   macros named.  The `extern crate` must appear at the crate root, not inside
1937   `mod`, which ensures proper function of the [`$crate` macro
1938   variable](book/macros.html#the-variable-$crate).
1939
1940 - `macro_reexport` on an `extern crate` â€” re-export the named macros.
1941
1942 - `macro_export` - export a macro for cross-crate usage.
1943
1944 - `no_link` on an `extern crate` â€” even if we load this crate for macros, don't
1945   link it into the output.
1946
1947 See the [macros section of the
1948 book](book/macros.html#scoping-and-macro-import/export) for more information on
1949 macro scope.
1950
1951
1952 ### Miscellaneous attributes
1953
1954 - `export_name` - on statics and functions, this determines the name of the
1955   exported symbol.
1956 - `link_section` - on statics and functions, this specifies the section of the
1957   object file that this item's contents will be placed into.
1958 - `no_mangle` - on any item, do not apply the standard name mangling. Set the
1959   symbol for this item to its identifier.
1960 - `packed` - on structs or enums, eliminate any padding that would be used to
1961   align fields.
1962 - `simd` - on certain tuple structs, derive the arithmetic operators, which
1963   lower to the target's SIMD instructions, if any; the `simd` feature gate
1964   is necessary to use this attribute.
1965 - `unsafe_no_drop_flag` - on structs, remove the flag that prevents
1966   destructors from being run twice. Destructors might be run multiple times on
1967   the same object with this attribute. To use this, the `unsafe_no_drop_flag` feature
1968   gate must be enabled.
1969 - `doc` - Doc comments such as `/// foo` are equivalent to `#[doc = "foo"]`.
1970 - `rustc_on_unimplemented` - Write a custom note to be shown along with the error
1971    when the trait is found to be unimplemented on a type.
1972    You may use format arguments like `{T}`, `{A}` to correspond to the
1973    types at the point of use corresponding to the type parameters of the
1974    trait of the same name. `{Self}` will be replaced with the type that is supposed
1975    to implement the trait but doesn't. To use this, the `on_unimplemented` feature gate
1976    must be enabled.
1977
1978 ### Conditional compilation
1979
1980 Sometimes one wants to have different compiler outputs from the same code,
1981 depending on build target, such as targeted operating system, or to enable
1982 release builds.
1983
1984 There are two kinds of configuration options, one that is either defined or not
1985 (`#[cfg(foo)]`), and the other that contains a string that can be checked
1986 against (`#[cfg(bar = "baz")]`). Currently, only compiler-defined configuration
1987 options can have the latter form.
1988
1989 ```
1990 // The function is only included in the build when compiling for OSX
1991 #[cfg(target_os = "macos")]
1992 fn macos_only() {
1993   // ...
1994 }
1995
1996 // This function is only included when either foo or bar is defined
1997 #[cfg(any(foo, bar))]
1998 fn needs_foo_or_bar() {
1999   // ...
2000 }
2001
2002 // This function is only included when compiling for a unixish OS with a 32-bit
2003 // architecture
2004 #[cfg(all(unix, target_pointer_width = "32"))]
2005 fn on_32bit_unix() {
2006   // ...
2007 }
2008
2009 // This function is only included when foo is not defined
2010 #[cfg(not(foo))]
2011 fn needs_not_foo() {
2012   // ...
2013 }
2014 ```
2015
2016 This illustrates some conditional compilation can be achieved using the
2017 `#[cfg(...)]` attribute. `any`, `all` and `not` can be used to assemble
2018 arbitrarily complex configurations through nesting.
2019
2020 The following configurations must be defined by the implementation:
2021
2022 * `debug_assertions`. Enabled by default when compiling without optimizations.
2023   This can be used to enable extra debugging code in development but not in
2024   production.  For example, it controls the behavior of the standard library's
2025   `debug_assert!` macro.
2026 * `target_arch = "..."`. Target CPU architecture, such as `"x86"`, `"x86_64"`
2027   `"mips"`, `"powerpc"`, `"arm"`, or `"aarch64"`.
2028 * `target_endian = "..."`. Endianness of the target CPU, either `"little"` or
2029   `"big"`.
2030 * `target_family = "..."`. Operating system family of the target, e. g.
2031   `"unix"` or `"windows"`. The value of this configuration option is defined
2032   as a configuration itself, like `unix` or `windows`.
2033 * `target_os = "..."`. Operating system of the target, examples include
2034   `"windows"`, `"macos"`, `"ios"`, `"linux"`, `"android"`, `"freebsd"`, `"dragonfly"`,
2035   `"bitrig"` , `"openbsd"` or `"netbsd"`.
2036 * `target_pointer_width = "..."`. Target pointer width in bits. This is set
2037   to `"32"` for targets with 32-bit pointers, and likewise set to `"64"` for
2038   64-bit pointers.
2039 * `unix`. See `target_family`.
2040 * `windows`. See `target_family`.
2041
2042 You can also set another attribute based on a `cfg` variable with `cfg_attr`:
2043
2044 ```rust,ignore
2045 #[cfg_attr(a, b)]
2046 ```
2047
2048 Will be the same as `#[b]` if `a` is set by `cfg`, and nothing otherwise.
2049
2050 ### Lint check attributes
2051
2052 A lint check names a potentially undesirable coding pattern, such as
2053 unreachable code or omitted documentation, for the static entity to which the
2054 attribute applies.
2055
2056 For any lint check `C`:
2057
2058 * `allow(C)` overrides the check for `C` so that violations will go
2059    unreported,
2060 * `deny(C)` signals an error after encountering a violation of `C`,
2061 * `forbid(C)` is the same as `deny(C)`, but also forbids changing the lint
2062    level afterwards,
2063 * `warn(C)` warns about violations of `C` but continues compilation.
2064
2065 The lint checks supported by the compiler can be found via `rustc -W help`,
2066 along with their default settings.  [Compiler
2067 plugins](book/compiler-plugins.html#lint-plugins) can provide additional lint checks.
2068
2069 ```{.ignore}
2070 mod m1 {
2071     // Missing documentation is ignored here
2072     #[allow(missing_docs)]
2073     pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2074
2075     // Missing documentation signals a warning here
2076     #[warn(missing_docs)]
2077     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2078
2079     // Missing documentation signals an error here
2080     #[deny(missing_docs)]
2081     pub fn undocumented_end() -> i32 { 3 }
2082 }
2083 ```
2084
2085 This example shows how one can use `allow` and `warn` to toggle a particular
2086 check on and off:
2087
2088 ```{.ignore}
2089 #[warn(missing_docs)]
2090 mod m2{
2091     #[allow(missing_docs)]
2092     mod nested {
2093         // Missing documentation is ignored here
2094         pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2095
2096         // Missing documentation signals a warning here,
2097         // despite the allow above.
2098         #[warn(missing_docs)]
2099         pub fn undocumented_two() -> i32 { 2 }
2100     }
2101
2102     // Missing documentation signals a warning here
2103     pub fn undocumented_too() -> i32 { 3 }
2104 }
2105 ```
2106
2107 This example shows how one can use `forbid` to disallow uses of `allow` for
2108 that lint check:
2109
2110 ```{.ignore}
2111 #[forbid(missing_docs)]
2112 mod m3 {
2113     // Attempting to toggle warning signals an error here
2114     #[allow(missing_docs)]
2115     /// Returns 2.
2116     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2117 }
2118 ```
2119
2120 ### Language items
2121
2122 Some primitive Rust operations are defined in Rust code, rather than being
2123 implemented directly in C or assembly language. The definitions of these
2124 operations have to be easy for the compiler to find. The `lang` attribute
2125 makes it possible to declare these operations. For example, the `str` module
2126 in the Rust standard library defines the string equality function:
2127
2128 ```{.ignore}
2129 #[lang = "str_eq"]
2130 pub fn eq_slice(a: &str, b: &str) -> bool {
2131     // details elided
2132 }
2133 ```
2134
2135 The name `str_eq` has a special meaning to the Rust compiler, and the presence
2136 of this definition means that it will use this definition when generating calls
2137 to the string equality function.
2138
2139 The set of language items is currently considered unstable. A complete
2140 list of the built-in language items will be added in the future.
2141
2142 ### Inline attributes
2143
2144 The inline attribute suggests that the compiler should place a copy of
2145 the function or static in the caller, rather than generating code to
2146 call the function or access the static where it is defined.
2147
2148 The compiler automatically inlines functions based on internal heuristics.
2149 Incorrectly inlining functions can actually make the program slower, so it
2150 should be used with care.
2151
2152 `#[inline]` and `#[inline(always)]` always cause the function to be serialized
2153 into the crate metadata to allow cross-crate inlining.
2154
2155 There are three different types of inline attributes:
2156
2157 * `#[inline]` hints the compiler to perform an inline expansion.
2158 * `#[inline(always)]` asks the compiler to always perform an inline expansion.
2159 * `#[inline(never)]` asks the compiler to never perform an inline expansion.
2160
2161 ### `derive`
2162
2163 The `derive` attribute allows certain traits to be automatically implemented
2164 for data structures. For example, the following will create an `impl` for the
2165 `PartialEq` and `Clone` traits for `Foo`, the type parameter `T` will be given
2166 the `PartialEq` or `Clone` constraints for the appropriate `impl`:
2167
2168 ```
2169 #[derive(PartialEq, Clone)]
2170 struct Foo<T> {
2171     a: i32,
2172     b: T
2173 }
2174 ```
2175
2176 The generated `impl` for `PartialEq` is equivalent to
2177
2178 ```
2179 # struct Foo<T> { a: i32, b: T }
2180 impl<T: PartialEq> PartialEq for Foo<T> {
2181     fn eq(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2182         self.a == other.a && self.b == other.b
2183     }
2184
2185     fn ne(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2186         self.a != other.a || self.b != other.b
2187     }
2188 }
2189 ```
2190
2191 ### Compiler Features
2192
2193 Certain aspects of Rust may be implemented in the compiler, but they're not
2194 necessarily ready for every-day use. These features are often of "prototype
2195 quality" or "almost production ready", but may not be stable enough to be
2196 considered a full-fledged language feature.
2197
2198 For this reason, Rust recognizes a special crate-level attribute of the form:
2199
2200 ```{.ignore}
2201 #![feature(feature1, feature2, feature3)]
2202 ```
2203
2204 This directive informs the compiler that the feature list: `feature1`,
2205 `feature2`, and `feature3` should all be enabled. This is only recognized at a
2206 crate-level, not at a module-level. Without this directive, all features are
2207 considered off, and using the features will result in a compiler error.
2208
2209 The currently implemented features of the reference compiler are:
2210
2211 * `advanced_slice_patterns` - See the [match expressions](#match-expressions)
2212                               section for discussion; the exact semantics of
2213                               slice patterns are subject to change, so some types
2214                               are still unstable.
2215
2216 * `slice_patterns` - OK, actually, slice patterns are just scary and
2217                      completely unstable.
2218
2219 * `asm` - The `asm!` macro provides a means for inline assembly. This is often
2220           useful, but the exact syntax for this feature along with its
2221           semantics are likely to change, so this macro usage must be opted
2222           into.
2223
2224 * `associated_consts` - Allows constants to be defined in `impl` and `trait`
2225                         blocks, so that they can be associated with a type or
2226                         trait in a similar manner to methods and associated
2227                         types.
2228
2229 * `box_patterns` - Allows `box` patterns, the exact semantics of which
2230                    is subject to change.
2231
2232 * `box_syntax` - Allows use of `box` expressions, the exact semantics of which
2233                  is subject to change.
2234
2235 * `concat_idents` - Allows use of the `concat_idents` macro, which is in many
2236                     ways insufficient for concatenating identifiers, and may be
2237                     removed entirely for something more wholesome.
2238
2239 * `custom_attribute` - Allows the usage of attributes unknown to the compiler
2240                        so that new attributes can be added in a backwards compatible
2241                        manner (RFC 572).
2242
2243 * `custom_derive` - Allows the use of `#[derive(Foo,Bar)]` as sugar for
2244                     `#[derive_Foo] #[derive_Bar]`, which can be user-defined syntax
2245                     extensions.
2246
2247 * `intrinsics` - Allows use of the "rust-intrinsics" ABI. Compiler intrinsics
2248                  are inherently unstable and no promise about them is made.
2249
2250 * `lang_items` - Allows use of the `#[lang]` attribute. Like `intrinsics`,
2251                  lang items are inherently unstable and no promise about them
2252                  is made.
2253
2254 * `link_args` - This attribute is used to specify custom flags to the linker,
2255                 but usage is strongly discouraged. The compiler's usage of the
2256                 system linker is not guaranteed to continue in the future, and
2257                 if the system linker is not used then specifying custom flags
2258                 doesn't have much meaning.
2259
2260 * `link_llvm_intrinsics` â€“ Allows linking to LLVM intrinsics via
2261                            `#[link_name="llvm.*"]`.
2262
2263 * `linkage` - Allows use of the `linkage` attribute, which is not portable.
2264
2265 * `log_syntax` - Allows use of the `log_syntax` macro attribute, which is a
2266                  nasty hack that will certainly be removed.
2267
2268 * `main` - Allows use of the `#[main]` attribute, which changes the entry point
2269            into a Rust program. This capability is subject to change.
2270
2271 * `macro_reexport` - Allows macros to be re-exported from one crate after being imported
2272                      from another. This feature was originally designed with the sole
2273                      use case of the Rust standard library in mind, and is subject to
2274                      change.
2275
2276 * `non_ascii_idents` - The compiler supports the use of non-ascii identifiers,
2277                        but the implementation is a little rough around the
2278                        edges, so this can be seen as an experimental feature
2279                        for now until the specification of identifiers is fully
2280                        fleshed out.
2281
2282 * `no_std` - Allows the `#![no_std]` crate attribute, which disables the implicit
2283              `extern crate std`. This typically requires use of the unstable APIs
2284              behind the libstd "facade", such as libcore and libcollections. It
2285              may also cause problems when using syntax extensions, including
2286              `#[derive]`.
2287
2288 * `on_unimplemented` - Allows the `#[rustc_on_unimplemented]` attribute, which allows
2289                        trait definitions to add specialized notes to error messages
2290                        when an implementation was expected but not found.
2291
2292 * `optin_builtin_traits` - Allows the definition of default and negative trait
2293                            implementations. Experimental.
2294
2295 * `plugin` - Usage of [compiler plugins][plugin] for custom lints or syntax extensions.
2296              These depend on compiler internals and are subject to change.
2297
2298 * `plugin_registrar` - Indicates that a crate provides [compiler plugins][plugin].
2299
2300 * `quote` - Allows use of the `quote_*!` family of macros, which are
2301             implemented very poorly and will likely change significantly
2302             with a proper implementation.
2303
2304 * `rustc_attrs` - Gates internal `#[rustc_*]` attributes which may be
2305                   for internal use only or have meaning added to them in the future.
2306
2307 * `rustc_diagnostic_macros`- A mysterious feature, used in the implementation
2308                              of rustc, not meant for mortals.
2309
2310 * `simd` - Allows use of the `#[simd]` attribute, which is overly simple and
2311            not the SIMD interface we want to expose in the long term.
2312
2313 * `simd_ffi` - Allows use of SIMD vectors in signatures for foreign functions.
2314                The SIMD interface is subject to change.
2315
2316 * `staged_api` - Allows usage of stability markers and `#![staged_api]` in a
2317                  crate. Stability markers are also attributes: `#[stable]`,
2318                  `#[unstable]`, and `#[deprecated]` are the three levels.
2319
2320 * `start` - Allows use of the `#[start]` attribute, which changes the entry point
2321             into a Rust program. This capability, especially the signature for the
2322             annotated function, is subject to change.
2323
2324 * `struct_inherit` - Allows using struct inheritance, which is barely
2325                      implemented and will probably be removed. Don't use this.
2326
2327 * `struct_variant` - Structural enum variants (those with named fields). It is
2328                      currently unknown whether this style of enum variant is as
2329                      fully supported as the tuple-forms, and it's not certain
2330                      that this style of variant should remain in the language.
2331                      For now this style of variant is hidden behind a feature
2332                      flag.
2333
2334 * `thread_local` - The usage of the `#[thread_local]` attribute is experimental
2335                    and should be seen as unstable. This attribute is used to
2336                    declare a `static` as being unique per-thread leveraging
2337                    LLVM's implementation which works in concert with the kernel
2338                    loader and dynamic linker. This is not necessarily available
2339                    on all platforms, and usage of it is discouraged.
2340
2341 * `trace_macros` - Allows use of the `trace_macros` macro, which is a nasty
2342                    hack that will certainly be removed.
2343
2344 * `unboxed_closures` - Rust's new closure design, which is currently a work in
2345                        progress feature with many known bugs.
2346
2347 * `unsafe_no_drop_flag` - Allows use of the `#[unsafe_no_drop_flag]` attribute,
2348                           which removes hidden flag added to a type that
2349                           implements the `Drop` trait. The design for the
2350                           `Drop` flag is subject to change, and this feature
2351                           may be removed in the future.
2352
2353 * `unmarked_api` - Allows use of items within a `#![staged_api]` crate
2354                    which have not been marked with a stability marker.
2355                    Such items should not be allowed by the compiler to exist,
2356                    so if you need this there probably is a compiler bug.
2357
2358 * `visible_private_types` - Allows public APIs to expose otherwise private
2359                             types, e.g. as the return type of a public function.
2360                             This capability may be removed in the future.
2361
2362 * `allow_internal_unstable` - Allows `macro_rules!` macros to be tagged with the
2363                               `#[allow_internal_unstable]` attribute, designed
2364                               to allow `std` macros to call
2365                               `#[unstable]`/feature-gated functionality
2366                               internally without imposing on callers
2367                               (i.e. making them behave like function calls in
2368                               terms of encapsulation).
2369
2370 If a feature is promoted to a language feature, then all existing programs will
2371 start to receive compilation warnings about `#![feature]` directives which enabled
2372 the new feature (because the directive is no longer necessary). However, if a
2373 feature is decided to be removed from the language, errors will be issued (if
2374 there isn't a parser error first). The directive in this case is no longer
2375 necessary, and it's likely that existing code will break if the feature isn't
2376 removed.
2377
2378 If an unknown feature is found in a directive, it results in a compiler error.
2379 An unknown feature is one which has never been recognized by the compiler.
2380
2381 # Statements and expressions
2382
2383 Rust is _primarily_ an expression language. This means that most forms of
2384 value-producing or effect-causing evaluation are directed by the uniform syntax
2385 category of _expressions_. Each kind of expression can typically _nest_ within
2386 each other kind of expression, and rules for evaluation of expressions involve
2387 specifying both the value produced by the expression and the order in which its
2388 sub-expressions are themselves evaluated.
2389
2390 In contrast, statements in Rust serve _mostly_ to contain and explicitly
2391 sequence expression evaluation.
2392
2393 ## Statements
2394
2395 A _statement_ is a component of a block, which is in turn a component of an
2396 outer [expression](#expressions) or [function](#functions).
2397
2398 Rust has two kinds of statement: [declaration
2399 statements](#declaration-statements) and [expression
2400 statements](#expression-statements).
2401
2402 ### Declaration statements
2403
2404 A _declaration statement_ is one that introduces one or more *names* into the
2405 enclosing statement block. The declared names may denote new variables or new
2406 items.
2407
2408 #### Item declarations
2409
2410 An _item declaration statement_ has a syntactic form identical to an
2411 [item](#items) declaration within a module. Declaring an item &mdash; a
2412 function, enumeration, structure, type, static, trait, implementation or module
2413 &mdash; locally within a statement block is simply a way of restricting its
2414 scope to a narrow region containing all of its uses; it is otherwise identical
2415 in meaning to declaring the item outside the statement block.
2416
2417 > **Note**: there is no implicit capture of the function's dynamic environment when
2418 > declaring a function-local item.
2419
2420 #### Variable declarations
2421
2422 A _variable declaration_ introduces a new set of variable, given by a pattern. The
2423 pattern may be followed by a type annotation, and/or an initializer expression.
2424 When no type annotation is given, the compiler will infer the type, or signal
2425 an error if insufficient type information is available for definite inference.
2426 Any variables introduced by a variable declaration are visible from the point of
2427 declaration until the end of the enclosing block scope.
2428
2429 ### Expression statements
2430
2431 An _expression statement_ is one that evaluates an [expression](#expressions)
2432 and ignores its result. The type of an expression statement `e;` is always
2433 `()`, regardless of the type of `e`. As a rule, an expression statement's
2434 purpose is to trigger the effects of evaluating its expression.
2435
2436 ## Expressions
2437
2438 An expression may have two roles: it always produces a *value*, and it may have
2439 *effects* (otherwise known as "side effects"). An expression *evaluates to* a
2440 value, and has effects during *evaluation*. Many expressions contain
2441 sub-expressions (operands). The meaning of each kind of expression dictates
2442 several things:
2443
2444 * Whether or not to evaluate the sub-expressions when evaluating the expression
2445 * The order in which to evaluate the sub-expressions
2446 * How to combine the sub-expressions' values to obtain the value of the expression
2447
2448 In this way, the structure of expressions dictates the structure of execution.
2449 Blocks are just another kind of expression, so blocks, statements, expressions,
2450 and blocks again can recursively nest inside each other to an arbitrary depth.
2451
2452 #### Lvalues, rvalues and temporaries
2453
2454 Expressions are divided into two main categories: _lvalues_ and _rvalues_.
2455 Likewise within each expression, sub-expressions may occur in _lvalue context_
2456 or _rvalue context_. The evaluation of an expression depends both on its own
2457 category and the context it occurs within.
2458
2459 An lvalue is an expression that represents a memory location. These expressions
2460 are [paths](#path-expressions) (which refer to local variables, function and
2461 method arguments, or static variables), dereferences (`*expr`), [indexing
2462 expressions](#index-expressions) (`expr[expr]`), and [field
2463 references](#field-expressions) (`expr.f`). All other expressions are rvalues.
2464
2465 The left operand of an [assignment](#assignment-expressions) or
2466 [compound-assignment](#compound-assignment-expressions) expression is
2467 an lvalue context, as is the single operand of a unary
2468 [borrow](#unary-operator-expressions). The discriminant or subject of
2469 a [match expression](#match-expressions) may be an lvalue context, if
2470 ref bindings are made, but is otherwise an rvalue context. All other
2471 expression contexts are rvalue contexts.
2472
2473 When an lvalue is evaluated in an _lvalue context_, it denotes a memory
2474 location; when evaluated in an _rvalue context_, it denotes the value held _in_
2475 that memory location.
2476
2477 ##### Temporary lifetimes
2478
2479 When an rvalue is used in an lvalue context, a temporary un-named
2480 lvalue is created and used instead. The lifetime of temporary values
2481 is typically the innermost enclosing statement; the tail expression of
2482 a block is considered part of the statement that encloses the block.
2483
2484 When a temporary rvalue is being created that is assigned into a `let`
2485 declaration, however, the temporary is created with the lifetime of
2486 the enclosing block instead, as using the enclosing statement (the
2487 `let` declaration) would be a guaranteed error (since a pointer to the
2488 temporary would be stored into a variable, but the temporary would be
2489 freed before the variable could be used). The compiler uses simple
2490 syntactic rules to decide which values are being assigned into a `let`
2491 binding, and therefore deserve a longer temporary lifetime.
2492
2493 Here are some examples:
2494
2495 - `let x = foo(&temp())`. The expression `temp()` is an rvalue. As it
2496   is being borrowed, a temporary is created which will be freed after
2497   the innermost enclosing statement (the `let` declaration, in this case).
2498 - `let x = temp().foo()`. This is the same as the previous example,
2499   except that the value of `temp()` is being borrowed via autoref on a
2500   method-call. Here we are assuming that `foo()` is an `&self` method
2501   defined in some trait, say `Foo`. In other words, the expression
2502   `temp().foo()` is equivalent to `Foo::foo(&temp())`.
2503 - `let x = &temp()`. Here, the same temporary is being assigned into
2504   `x`, rather than being passed as a parameter, and hence the
2505   temporary's lifetime is considered to be the enclosing block.
2506 - `let x = SomeStruct { foo: &temp() }`. As in the previous case, the
2507   temporary is assigned into a struct which is then assigned into a
2508   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2509 - `let x = [ &temp() ]`. As in the previous case, the
2510   temporary is assigned into an array which is then assigned into a
2511   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2512 - `let ref x = temp()`. In this case, the temporary is created using a ref binding,
2513   but the result is the same: the lifetime is extended to the enclosing block.
2514
2515 #### Moved and copied types
2516
2517 When a [local variable](#variables) is used as an
2518 [rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) the variable will either be moved
2519 or copied, depending on its type. All values whose type implements `Copy` are
2520 copied, all others are moved.
2521
2522 ### Literal expressions
2523
2524 A _literal expression_ consists of one of the [literal](#literals) forms
2525 described earlier. It directly describes a number, character, string, boolean
2526 value, or the unit value.
2527
2528 ```{.literals}
2529 ();        // unit type
2530 "hello";   // string type
2531 '5';       // character type
2532 5;         // integer type
2533 ```
2534
2535 ### Path expressions
2536
2537 A [path](#paths) used as an expression context denotes either a local variable
2538 or an item. Path expressions are [lvalues](#lvalues,-rvalues-and-temporaries).
2539
2540 ### Tuple expressions
2541
2542 Tuples are written by enclosing zero or more comma-separated expressions in
2543 parentheses. They are used to create [tuple-typed](#tuple-types) values.
2544
2545 ```{.tuple}
2546 (0.0, 4.5);
2547 ("a", 4usize, true);
2548 ```
2549
2550 You can disambiguate a single-element tuple from a value in parentheses with a
2551 comma:
2552
2553 ```
2554 (0,); // single-element tuple
2555 (0); // zero in parentheses
2556 ```
2557
2558 ### Structure expressions
2559
2560 There are several forms of structure expressions. A _structure expression_
2561 consists of the [path](#paths) of a [structure item](#structures), followed by
2562 a brace-enclosed list of one or more comma-separated name-value pairs,
2563 providing the field values of a new instance of the structure. A field name
2564 can be any identifier, and is separated from its value expression by a colon.
2565 The location denoted by a structure field is mutable if and only if the
2566 enclosing structure is mutable.
2567
2568 A _tuple structure expression_ consists of the [path](#paths) of a [structure
2569 item](#structures), followed by a parenthesized list of one or more
2570 comma-separated expressions (in other words, the path of a structure item
2571 followed by a tuple expression). The structure item must be a tuple structure
2572 item.
2573
2574 A _unit-like structure expression_ consists only of the [path](#paths) of a
2575 [structure item](#structures).
2576
2577 The following are examples of structure expressions:
2578
2579 ```
2580 # struct Point { x: f64, y: f64 }
2581 # struct TuplePoint(f64, f64);
2582 # mod game { pub struct User<'a> { pub name: &'a str, pub age: u32, pub score: usize } }
2583 # struct Cookie; fn some_fn<T>(t: T) {}
2584 Point {x: 10.0, y: 20.0};
2585 TuplePoint(10.0, 20.0);
2586 let u = game::User {name: "Joe", age: 35, score: 100_000};
2587 some_fn::<Cookie>(Cookie);
2588 ```
2589
2590 A structure expression forms a new value of the named structure type. Note
2591 that for a given *unit-like* structure type, this will always be the same
2592 value.
2593
2594 A structure expression can terminate with the syntax `..` followed by an
2595 expression to denote a functional update. The expression following `..` (the
2596 base) must have the same structure type as the new structure type being formed.
2597 The entire expression denotes the result of constructing a new structure (with
2598 the same type as the base expression) with the given values for the fields that
2599 were explicitly specified and the values in the base expression for all other
2600 fields.
2601
2602 ```
2603 # struct Point3d { x: i32, y: i32, z: i32 }
2604 let base = Point3d {x: 1, y: 2, z: 3};
2605 Point3d {y: 0, z: 10, .. base};
2606 ```
2607
2608 ### Block expressions
2609
2610 A _block expression_ is similar to a module in terms of the declarations that
2611 are possible. Each block conceptually introduces a new namespace scope. Use
2612 items can bring new names into scopes and declared items are in scope for only
2613 the block itself.
2614
2615 A block will execute each statement sequentially, and then execute the
2616 expression (if given). If the block ends in a statement, its value is `()`:
2617
2618 ```
2619 let x: () = { println!("Hello."); };
2620 ```
2621
2622 If it ends in an expression, its value and type are that of the expression:
2623
2624 ```
2625 let x: i32 = { println!("Hello."); 5 };
2626
2627 assert_eq!(5, x);
2628 ```
2629
2630 ### Method-call expressions
2631
2632 A _method call_ consists of an expression followed by a single dot, an
2633 identifier, and a parenthesized expression-list. Method calls are resolved to
2634 methods on specific traits, either statically dispatching to a method if the
2635 exact `self`-type of the left-hand-side is known, or dynamically dispatching if
2636 the left-hand-side expression is an indirect [trait object](#trait-objects).
2637
2638 ### Field expressions
2639
2640 A _field expression_ consists of an expression followed by a single dot and an
2641 identifier, when not immediately followed by a parenthesized expression-list
2642 (the latter is a [method call expression](#method-call-expressions)). A field
2643 expression denotes a field of a [structure](#structure-types).
2644
2645 ```{.ignore .field}
2646 mystruct.myfield;
2647 foo().x;
2648 (Struct {a: 10, b: 20}).a;
2649 ```
2650
2651 A field access is an [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) referring to
2652 the value of that field. When the type providing the field inherits mutability,
2653 it can be [assigned](#assignment-expressions) to.
2654
2655 Also, if the type of the expression to the left of the dot is a
2656 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2657 to make the field access possible. In cases of ambiguity, we prefer
2658 fewer autoderefs to more.
2659
2660 ### Array expressions
2661
2662 An [array](#array,-and-slice-types) _expression_ is written by enclosing zero
2663 or more comma-separated expressions of uniform type in square brackets.
2664
2665 In the `[expr ';' expr]` form, the expression after the `';'` must be a
2666 constant expression that can be evaluated at compile time, such as a
2667 [literal](#literals) or a [static item](#static-items).
2668
2669 ```
2670 [1, 2, 3, 4];
2671 ["a", "b", "c", "d"];
2672 [0; 128];              // array with 128 zeros
2673 [0u8, 0u8, 0u8, 0u8];
2674 ```
2675
2676 ### Index expressions
2677
2678 [Array](#array,-and-slice-types)-typed expressions can be indexed by
2679 writing a square-bracket-enclosed expression (the index) after them. When the
2680 array is mutable, the resulting [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) can
2681 be assigned to.
2682
2683 Indices are zero-based, and may be of any integral type. Vector access is
2684 bounds-checked at compile-time for constant arrays being accessed with a constant index value.
2685 Otherwise a check will be performed at run-time that will put the thread in a _panicked state_ if it fails.
2686
2687 ```{should-fail}
2688 ([1, 2, 3, 4])[0];
2689
2690 let x = (["a", "b"])[10]; // compiler error: const index-expr is out of bounds
2691
2692 let n = 10;
2693 let y = (["a", "b"])[n]; // panics
2694
2695 let arr = ["a", "b"];
2696 arr[10]; // panics
2697 ```
2698
2699 Also, if the type of the expression to the left of the brackets is a
2700 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2701 to make the indexing possible. In cases of ambiguity, we prefer fewer
2702 autoderefs to more.
2703
2704 ### Range expressions
2705
2706 The `..` operator will construct an object of one of the `std::ops::Range` variants.
2707
2708 ```
2709 1..2;   // std::ops::Range
2710 3..;    // std::ops::RangeFrom
2711 ..4;    // std::ops::RangeTo
2712 ..;     // std::ops::RangeFull
2713 ```
2714
2715 The following expressions are equivalent.
2716
2717 ```
2718 let x = std::ops::Range {start: 0, end: 10};
2719 let y = 0..10;
2720
2721 assert_eq!(x,y);
2722 ```
2723
2724 ### Unary operator expressions
2725
2726 Rust defines the following unary operators. They are all written as prefix operators,
2727 before the expression they apply to.
2728
2729 * `-`
2730   : Negation. May only be applied to numeric types.
2731 * `*`
2732   : Dereference. When applied to a [pointer](#pointer-types) it denotes the
2733     pointed-to location. For pointers to mutable locations, the resulting
2734     [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) can be assigned to.
2735     On non-pointer types, it calls the `deref` method of the `std::ops::Deref`
2736     trait, or the `deref_mut` method of the `std::ops::DerefMut` trait (if
2737     implemented by the type and required for an outer expression that will or
2738     could mutate the dereference), and produces the result of dereferencing the
2739     `&` or `&mut` borrowed pointer returned from the overload method.
2740 * `!`
2741   : Logical negation. On the boolean type, this flips between `true` and
2742     `false`. On integer types, this inverts the individual bits in the
2743     two's complement representation of the value.
2744 * `&` and `&mut`
2745   : Borrowing. When applied to an lvalue, these operators produce a
2746     reference (pointer) to the lvalue. The lvalue is also placed into
2747     a borrowed state for the duration of the reference. For a shared
2748     borrow (`&`), this implies that the lvalue may not be mutated, but
2749     it may be read or shared again. For a mutable borrow (`&mut`), the
2750     lvalue may not be accessed in any way until the borrow expires.
2751     If the `&` or `&mut` operators are applied to an rvalue, a
2752     temporary value is created; the lifetime of this temporary value
2753     is defined by [syntactic rules](#temporary-lifetimes).
2754
2755 ### Binary operator expressions
2756
2757 Binary operators expressions are given in terms of [operator
2758 precedence](#operator-precedence).
2759
2760 #### Arithmetic operators
2761
2762 Binary arithmetic expressions are syntactic sugar for calls to built-in traits,
2763 defined in the `std::ops` module of the `std` library. This means that
2764 arithmetic operators can be overridden for user-defined types. The default
2765 meaning of the operators on standard types is given here.
2766
2767 * `+`
2768   : Addition and array/string concatenation.
2769     Calls the `add` method on the `std::ops::Add` trait.
2770 * `-`
2771   : Subtraction.
2772     Calls the `sub` method on the `std::ops::Sub` trait.
2773 * `*`
2774   : Multiplication.
2775     Calls the `mul` method on the `std::ops::Mul` trait.
2776 * `/`
2777   : Quotient.
2778     Calls the `div` method on the `std::ops::Div` trait.
2779 * `%`
2780   : Remainder.
2781     Calls the `rem` method on the `std::ops::Rem` trait.
2782
2783 #### Bitwise operators
2784
2785 Like the [arithmetic operators](#arithmetic-operators), bitwise operators are
2786 syntactic sugar for calls to methods of built-in traits. This means that
2787 bitwise operators can be overridden for user-defined types. The default
2788 meaning of the operators on standard types is given here. Bitwise `&`, `|` and
2789 `^` applied to boolean arguments are equivalent to logical `&&`, `||` and `!=`
2790 evaluated in non-lazy fashion.
2791
2792 * `&`
2793   : Bitwise AND.
2794     Calls the `bitand` method of the `std::ops::BitAnd` trait.
2795 * `|`
2796   : Bitwise inclusive OR.
2797     Calls the `bitor` method of the `std::ops::BitOr` trait.
2798 * `^`
2799   : Bitwise exclusive OR.
2800     Calls the `bitxor` method of the `std::ops::BitXor` trait.
2801 * `<<`
2802   : Left shift.
2803     Calls the `shl` method of the `std::ops::Shl` trait.
2804 * `>>`
2805   : Right shift (arithmetic).
2806     Calls the `shr` method of the `std::ops::Shr` trait.
2807
2808 #### Lazy boolean operators
2809
2810 The operators `||` and `&&` may be applied to operands of boolean type. The
2811 `||` operator denotes logical 'or', and the `&&` operator denotes logical
2812 'and'. They differ from `|` and `&` in that the right-hand operand is only
2813 evaluated when the left-hand operand does not already determine the result of
2814 the expression. That is, `||` only evaluates its right-hand operand when the
2815 left-hand operand evaluates to `false`, and `&&` only when it evaluates to
2816 `true`.
2817
2818 #### Comparison operators
2819
2820 Comparison operators are, like the [arithmetic
2821 operators](#arithmetic-operators), and [bitwise operators](#bitwise-operators),
2822 syntactic sugar for calls to built-in traits. This means that comparison
2823 operators can be overridden for user-defined types. The default meaning of the
2824 operators on standard types is given here.
2825
2826 * `==`
2827   : Equal to.
2828     Calls the `eq` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
2829 * `!=`
2830   : Unequal to.
2831     Calls the `ne` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
2832 * `<`
2833   : Less than.
2834     Calls the `lt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2835 * `>`
2836   : Greater than.
2837     Calls the `gt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2838 * `<=`
2839   : Less than or equal.
2840     Calls the `le` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2841 * `>=`
2842   : Greater than or equal.
2843     Calls the `ge` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2844
2845 #### Type cast expressions
2846
2847 A type cast expression is denoted with the binary operator `as`.
2848
2849 Executing an `as` expression casts the value on the left-hand side to the type
2850 on the right-hand side.
2851
2852 An example of an `as` expression:
2853
2854 ```
2855 # fn sum(values: &[f64]) -> f64 { 0.0 }
2856 # fn len(values: &[f64]) -> i32 { 0 }
2857
2858 fn average(values: &[f64]) -> f64 {
2859   let sum: f64 = sum(values);
2860   let size: f64 = len(values) as f64;
2861   sum / size
2862 }
2863 ```
2864
2865 Some of the conversions which can be done through the `as` operator
2866 can also be done implicitly at various points in the program, such as
2867 argument passing and assignment to a `let` binding with an explicit
2868 type. Implicit conversions are limited to "harmless" conversions that
2869 do not lose information and which have minimal or no risk of
2870 surprising side-effects on the dynamic execution semantics.
2871
2872 #### Assignment expressions
2873
2874 An _assignment expression_ consists of an
2875 [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) expression followed by an equals
2876 sign (`=`) and an [rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) expression.
2877
2878 Evaluating an assignment expression [either copies or
2879 moves](#moved-and-copied-types) its right-hand operand to its left-hand
2880 operand.
2881
2882 ```
2883 # let mut x = 0;
2884 # let y = 0;
2885 x = y;
2886 ```
2887
2888 #### Compound assignment expressions
2889
2890 The `+`, `-`, `*`, `/`, `%`, `&`, `|`, `^`, `<<`, and `>>` operators may be
2891 composed with the `=` operator. The expression `lval OP= val` is equivalent to
2892 `lval = lval OP val`. For example, `x = x + 1` may be written as `x += 1`.
2893
2894 Any such expression always has the [`unit`](#tuple-types) type.
2895
2896 #### Operator precedence
2897
2898 The precedence of Rust binary operators is ordered as follows, going from
2899 strong to weak:
2900
2901 ```{.text .precedence}
2902 as
2903 * / %
2904 + -
2905 << >>
2906 &
2907 ^
2908 |
2909 == != < > <= >=
2910 &&
2911 ||
2912 = ..
2913 ```
2914
2915 Operators at the same precedence level are evaluated left-to-right. [Unary
2916 operators](#unary-operator-expressions) have the same precedence level and are
2917 stronger than any of the binary operators.
2918
2919 ### Grouped expressions
2920
2921 An expression enclosed in parentheses evaluates to the result of the enclosed
2922 expression. Parentheses can be used to explicitly specify evaluation order
2923 within an expression.
2924
2925 An example of a parenthesized expression:
2926
2927 ```
2928 let x: i32 = (2 + 3) * 4;
2929 ```
2930
2931
2932 ### Call expressions
2933
2934 A _call expression_ invokes a function, providing zero or more input variables
2935 and an optional location to move the function's output into. If the function
2936 eventually returns, then the expression completes.
2937
2938 Some examples of call expressions:
2939
2940 ```
2941 # fn add(x: i32, y: i32) -> i32 { 0 }
2942
2943 let x: i32 = add(1i32, 2i32);
2944 let pi: Result<f32, _> = "3.14".parse();
2945 ```
2946
2947 ### Lambda expressions
2948
2949 A _lambda expression_ (sometimes called an "anonymous function expression")
2950 defines a function and denotes it as a value, in a single expression. A lambda
2951 expression is a pipe-symbol-delimited (`|`) list of identifiers followed by an
2952 expression.
2953
2954 A lambda expression denotes a function that maps a list of parameters
2955 (`ident_list`) onto the expression that follows the `ident_list`. The
2956 identifiers in the `ident_list` are the parameters to the function. These
2957 parameters' types need not be specified, as the compiler infers them from
2958 context.
2959
2960 Lambda expressions are most useful when passing functions as arguments to other
2961 functions, as an abbreviation for defining and capturing a separate function.
2962
2963 Significantly, lambda expressions _capture their environment_, which regular
2964 [function definitions](#functions) do not. The exact type of capture depends
2965 on the [function type](#function-types) inferred for the lambda expression. In
2966 the simplest and least-expensive form (analogous to a ```|| { }``` expression),
2967 the lambda expression captures its environment by reference, effectively
2968 borrowing pointers to all outer variables mentioned inside the function.
2969 Alternately, the compiler may infer that a lambda expression should copy or
2970 move values (depending on their type) from the environment into the lambda
2971 expression's captured environment.
2972
2973 In this example, we define a function `ten_times` that takes a higher-order
2974 function argument, and we then call it with a lambda expression as an argument:
2975
2976 ```
2977 fn ten_times<F>(f: F) where F: Fn(i32) {
2978     for index in 0..10 {
2979         f(index);
2980     }
2981 }
2982
2983 ten_times(|j| println!("hello, {}", j));
2984 ```
2985
2986 ### Infinite loops
2987
2988 A `loop` expression denotes an infinite loop.
2989
2990 A `loop` expression may optionally have a _label_. The label is written as
2991 a lifetime preceding the loop expression, as in `'foo: loop{ }`. If a
2992 label is present, then labeled `break` and `continue` expressions nested
2993 within this loop may exit out of this loop or return control to its head.
2994 See [Break expressions](#break-expressions) and [Continue
2995 expressions](#continue-expressions).
2996
2997 ### Break expressions
2998
2999 A `break` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3000 executing a `break` expression immediately terminates the innermost loop
3001 enclosing it. It is only permitted in the body of a loop. If the label is
3002 present, then `break 'foo` terminates the loop with label `'foo`, which need not
3003 be the innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3004
3005 ### Continue expressions
3006
3007 A `continue` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3008 executing a `continue` expression immediately terminates the current iteration
3009 of the innermost loop enclosing it, returning control to the loop *head*. In
3010 the case of a `while` loop, the head is the conditional expression controlling
3011 the loop. In the case of a `for` loop, the head is the call-expression
3012 controlling the loop. If the label is present, then `continue 'foo` returns
3013 control to the head of the loop with label `'foo`, which need not be the
3014 innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3015
3016 A `continue` expression is only permitted in the body of a loop.
3017
3018 ### While loops
3019
3020 A `while` loop begins by evaluating the boolean loop conditional expression.
3021 If the loop conditional expression evaluates to `true`, the loop body block
3022 executes and control returns to the loop conditional expression. If the loop
3023 conditional expression evaluates to `false`, the `while` expression completes.
3024
3025 An example:
3026
3027 ```
3028 let mut i = 0;
3029
3030 while i < 10 {
3031     println!("hello");
3032     i = i + 1;
3033 }
3034 ```
3035
3036 Like `loop` expressions, `while` loops can be controlled with `break` or
3037 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3038 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3039 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3040
3041 ### For expressions
3042
3043 A `for` expression is a syntactic construct for looping over elements provided
3044 by an implementation of `std::iter::IntoIterator`.
3045
3046 An example of a for loop over the contents of an array:
3047
3048 ```
3049 # type Foo = i32;
3050 # fn bar(f: &Foo) { }
3051 # let a = 0;
3052 # let b = 0;
3053 # let c = 0;
3054
3055 let v: &[Foo] = &[a, b, c];
3056
3057 for e in v {
3058     bar(e);
3059 }
3060 ```
3061
3062 An example of a for loop over a series of integers:
3063
3064 ```
3065 # fn bar(b:usize) { }
3066 for i in 0..256 {
3067     bar(i);
3068 }
3069 ```
3070
3071 Like `loop` expressions, `for` loops can be controlled with `break` or
3072 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3073 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3074 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3075
3076 ### If expressions
3077
3078 An `if` expression is a conditional branch in program control. The form of an
3079 `if` expression is a condition expression, followed by a consequent block, any
3080 number of `else if` conditions and blocks, and an optional trailing `else`
3081 block. The condition expressions must have type `bool`. If a condition
3082 expression evaluates to `true`, the consequent block is executed and any
3083 subsequent `else if` or `else` block is skipped. If a condition expression
3084 evaluates to `false`, the consequent block is skipped and any subsequent `else
3085 if` condition is evaluated. If all `if` and `else if` conditions evaluate to
3086 `false` then any `else` block is executed.
3087
3088 ### Match expressions
3089
3090 A `match` expression branches on a *pattern*. The exact form of matching that
3091 occurs depends on the pattern. Patterns consist of some combination of
3092 literals, destructured arrays or enum constructors, structures and tuples,
3093 variable binding specifications, wildcards (`..`), and placeholders (`_`). A
3094 `match` expression has a *head expression*, which is the value to compare to
3095 the patterns. The type of the patterns must equal the type of the head
3096 expression.
3097
3098 In a pattern whose head expression has an `enum` type, a placeholder (`_`)
3099 stands for a *single* data field, whereas a wildcard `..` stands for *all* the
3100 fields of a particular variant.
3101
3102 A `match` behaves differently depending on whether or not the head expression
3103 is an [lvalue or an rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries). If the head
3104 expression is an rvalue, it is first evaluated into a temporary location, and
3105 the resulting value is sequentially compared to the patterns in the arms until
3106 a match is found. The first arm with a matching pattern is chosen as the branch
3107 target of the `match`, any variables bound by the pattern are assigned to local
3108 variables in the arm's block, and control enters the block.
3109
3110 When the head expression is an lvalue, the match does not allocate a temporary
3111 location (however, a by-value binding may copy or move from the lvalue). When
3112 possible, it is preferable to match on lvalues, as the lifetime of these
3113 matches inherits the lifetime of the lvalue, rather than being restricted to
3114 the inside of the match.
3115
3116 An example of a `match` expression:
3117
3118 ```
3119 let x = 1;
3120
3121 match x {
3122     1 => println!("one"),
3123     2 => println!("two"),
3124     3 => println!("three"),
3125     4 => println!("four"),
3126     5 => println!("five"),
3127     _ => println!("something else"),
3128 }
3129 ```
3130
3131 Patterns that bind variables default to binding to a copy or move of the
3132 matched value (depending on the matched value's type). This can be changed to
3133 bind to a reference by using the `ref` keyword, or to a mutable reference using
3134 `ref mut`.
3135
3136 Subpatterns can also be bound to variables by the use of the syntax `variable @
3137 subpattern`. For example:
3138
3139 ```
3140 let x = 1;
3141
3142 match x {
3143     e @ 1 ... 5 => println!("got a range element {}", e),
3144     _ => println!("anything"),
3145 }
3146 ```
3147
3148 Patterns can also dereference pointers by using the `&`, `&mut` and `box`
3149 symbols, as appropriate. For example, these two matches on `x: &i32` are
3150 equivalent:
3151
3152 ```
3153 # let x = &3;
3154 let y = match *x { 0 => "zero", _ => "some" };
3155 let z = match x { &0 => "zero", _ => "some" };
3156
3157 assert_eq!(y, z);
3158 ```
3159
3160 A pattern that's just an identifier, like `Nil` in the previous example, could
3161 either refer to an enum variant that's in scope, or bind a new variable. The
3162 compiler resolves this ambiguity by forbidding variable bindings that occur in
3163 `match` patterns from shadowing names of variants that are in scope. For
3164 example, wherever `List` is in scope, a `match` pattern would not be able to
3165 bind `Nil` as a new name. The compiler interprets a variable pattern `x` as a
3166 binding _only_ if there is no variant named `x` in scope. A convention you can
3167 use to avoid conflicts is simply to name variants with upper-case letters, and
3168 local variables with lower-case letters.
3169
3170 Multiple match patterns may be joined with the `|` operator. A range of values
3171 may be specified with `...`. For example:
3172
3173 ```
3174 # let x = 2;
3175
3176 let message = match x {
3177   0 | 1  => "not many",
3178   2 ... 9 => "a few",
3179   _      => "lots"
3180 };
3181 ```
3182
3183 Range patterns only work on scalar types (like integers and characters; not
3184 like arrays and structs, which have sub-components). A range pattern may not
3185 be a sub-range of another range pattern inside the same `match`.
3186
3187 Finally, match patterns can accept *pattern guards* to further refine the
3188 criteria for matching a case. Pattern guards appear after the pattern and
3189 consist of a bool-typed expression following the `if` keyword. A pattern guard
3190 may refer to the variables bound within the pattern they follow.
3191
3192 ```
3193 # let maybe_digit = Some(0);
3194 # fn process_digit(i: i32) { }
3195 # fn process_other(i: i32) { }
3196
3197 let message = match maybe_digit {
3198   Some(x) if x < 10 => process_digit(x),
3199   Some(x) => process_other(x),
3200   None => panic!()
3201 };
3202 ```
3203
3204 ### If let expressions
3205
3206 An `if let` expression is semantically identical to an `if` expression but in place
3207 of a condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3208 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the corresponding
3209 block will execute, otherwise flow proceeds to the first `else` block that follows.
3210
3211 ```
3212 let dish = ("Ham", "Eggs");
3213
3214 // this body will be skipped because the pattern is refuted
3215 if let ("Bacon", b) = dish {
3216     println!("Bacon is served with {}", b);
3217 }
3218
3219 // this body will execute
3220 if let ("Ham", b) = dish {
3221     println!("Ham is served with {}", b);
3222 }
3223 ```
3224
3225 ### While let loops
3226
3227 A `while let` loop is semantically identical to a `while` loop but in place of a
3228 condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3229 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the
3230 loop body block executes and control returns to the pattern matching statement.
3231 Otherwise, the while expression completes.
3232
3233 ### Return expressions
3234
3235 Return expressions are denoted with the keyword `return`. Evaluating a `return`
3236 expression moves its argument into the designated output location for the
3237 current function call, destroys the current function activation frame, and
3238 transfers control to the caller frame.
3239
3240 An example of a `return` expression:
3241
3242 ```
3243 fn max(a: i32, b: i32) -> i32 {
3244    if a > b {
3245       return a;
3246    }
3247    return b;
3248 }
3249 ```
3250
3251 # Type system
3252
3253 ## Types
3254
3255 Every variable, item and value in a Rust program has a type. The _type_ of a
3256 *value* defines the interpretation of the memory holding it.
3257
3258 Built-in types and type-constructors are tightly integrated into the language,
3259 in nontrivial ways that are not possible to emulate in user-defined types.
3260 User-defined types have limited capabilities.
3261
3262 ### Primitive types
3263
3264 The primitive types are the following:
3265
3266 * The boolean type `bool` with values `true` and `false`.
3267 * The machine types (integer and floating-point).
3268 * The machine-dependent integer types.
3269
3270 #### Machine types
3271
3272 The machine types are the following:
3273
3274 * The unsigned word types `u8`, `u16`, `u32` and `u64`, with values drawn from
3275   the integer intervals [0, 2^8 - 1], [0, 2^16 - 1], [0, 2^32 - 1] and
3276   [0, 2^64 - 1] respectively.
3277
3278 * The signed two's complement word types `i8`, `i16`, `i32` and `i64`, with
3279   values drawn from the integer intervals [-(2^(7)), 2^7 - 1],
3280   [-(2^(15)), 2^15 - 1], [-(2^(31)), 2^31 - 1], [-(2^(63)), 2^63 - 1]
3281   respectively.
3282
3283 * The IEEE 754-2008 `binary32` and `binary64` floating-point types: `f32` and
3284   `f64`, respectively.
3285
3286 #### Machine-dependent integer types
3287
3288 The `usize` type is an unsigned integer type with the same number of bits as the
3289 platform's pointer type. It can represent every memory address in the process.
3290
3291 The `isize` type is a signed integer type with the same number of bits as the
3292 platform's pointer type. The theoretical upper bound on object and array size
3293 is the maximum `isize` value. This ensures that `isize` can be used to calculate
3294 differences between pointers into an object or array and can address every byte
3295 within an object along with one byte past the end.
3296
3297 ### Textual types
3298
3299 The types `char` and `str` hold textual data.
3300
3301 A value of type `char` is a [Unicode scalar value](
3302 http://www.unicode.org/glossary/#unicode_scalar_value) (i.e. a code point that
3303 is not a surrogate), represented as a 32-bit unsigned word in the 0x0000 to
3304 0xD7FF or 0xE000 to 0x10FFFF range. A `[char]` array is effectively an UCS-4 /
3305 UTF-32 string.
3306
3307 A value of type `str` is a Unicode string, represented as an array of 8-bit
3308 unsigned bytes holding a sequence of UTF-8 code points. Since `str` is of
3309 unknown size, it is not a _first-class_ type, but can only be instantiated
3310 through a pointer type, such as `&str`.
3311
3312 ### Tuple types
3313
3314 A tuple *type* is a heterogeneous product of other types, called the *elements*
3315 of the tuple. It has no nominal name and is instead structurally typed.
3316
3317 Tuple types and values are denoted by listing the types or values of their
3318 elements, respectively, in a parenthesized, comma-separated list.
3319
3320 Because tuple elements don't have a name, they can only be accessed by
3321 pattern-matching or by using `N` directly as a field to access the
3322 `N`th element.
3323
3324 An example of a tuple type and its use:
3325
3326 ```
3327 type Pair<'a> = (i32, &'a str);
3328 let p: Pair<'static> = (10, "ten");
3329 let (a, b) = p;
3330
3331 assert_eq!(a, 10);
3332 assert_eq!(b, "ten");
3333 assert_eq!(p.0, 10);
3334 assert_eq!(p.1, "ten");
3335 ```
3336
3337 For historical reasons and convenience, the tuple type with no elements (`()`)
3338 is often called â€˜unit’ or â€˜the unit type’.
3339
3340 ### Array, and Slice types
3341
3342 Rust has two different types for a list of items:
3343
3344 * `[T; N]`, an 'array'
3345 * `&[T]`, a 'slice'
3346
3347 An array has a fixed size, and can be allocated on either the stack or the
3348 heap.
3349
3350 A slice is a 'view' into an array. It doesn't own the data it points
3351 to, it borrows it.
3352
3353 Examples:
3354
3355 ```{rust}
3356 // A stack-allocated array
3357 let array: [i32; 3] = [1, 2, 3];
3358
3359 // A heap-allocated array
3360 let vector: Vec<i32> = vec![1, 2, 3];
3361
3362 // A slice into an array
3363 let slice: &[i32] = &vector[..];
3364 ```
3365
3366 As you can see, the `vec!` macro allows you to create a `Vec<T>` easily. The
3367 `vec!` macro is also part of the standard library, rather than the language.
3368
3369 All in-bounds elements of arrays and slices are always initialized, and access
3370 to an array or slice is always bounds-checked.
3371
3372 ### Structure types
3373
3374 A `struct` *type* is a heterogeneous product of other types, called the
3375 *fields* of the type.[^structtype]
3376
3377 [^structtype]: `struct` types are analogous to `struct` types in C,
3378     the *record* types of the ML family,
3379     or the *structure* types of the Lisp family.
3380
3381 New instances of a `struct` can be constructed with a [struct
3382 expression](#structure-expressions).
3383
3384 The memory layout of a `struct` is undefined by default to allow for compiler
3385 optimizations like field reordering, but it can be fixed with the
3386 `#[repr(...)]` attribute. In either case, fields may be given in any order in
3387 a corresponding struct *expression*; the resulting `struct` value will always
3388 have the same memory layout.
3389
3390 The fields of a `struct` may be qualified by [visibility
3391 modifiers](#visibility-and-privacy), to allow access to data in a
3392 structure outside a module.
3393
3394 A _tuple struct_ type is just like a structure type, except that the fields are
3395 anonymous.
3396
3397 A _unit-like struct_ type is like a structure type, except that it has no
3398 fields. The one value constructed by the associated [structure
3399 expression](#structure-expressions) is the only value that inhabits such a
3400 type.
3401
3402 ### Enumerated types
3403
3404 An *enumerated type* is a nominal, heterogeneous disjoint union type, denoted
3405 by the name of an [`enum` item](#enumerations). [^enumtype]
3406
3407 [^enumtype]: The `enum` type is analogous to a `data` constructor declaration in
3408              ML, or a *pick ADT* in Limbo.
3409
3410 An [`enum` item](#enumerations) declares both the type and a number of *variant
3411 constructors*, each of which is independently named and takes an optional tuple
3412 of arguments.
3413
3414 New instances of an `enum` can be constructed by calling one of the variant
3415 constructors, in a [call expression](#call-expressions).
3416
3417 Any `enum` value consumes as much memory as the largest variant constructor for
3418 its corresponding `enum` type.
3419
3420 Enum types cannot be denoted *structurally* as types, but must be denoted by
3421 named reference to an [`enum` item](#enumerations).
3422
3423 ### Recursive types
3424
3425 Nominal types &mdash; [enumerations](#enumerated-types) and
3426 [structures](#structure-types) &mdash; may be recursive. That is, each `enum`
3427 constructor or `struct` field may refer, directly or indirectly, to the
3428 enclosing `enum` or `struct` type itself. Such recursion has restrictions:
3429
3430 * Recursive types must include a nominal type in the recursion
3431   (not mere [type definitions](grammar.html#type-definitions),
3432    or other structural types such as [arrays](#array,-and-slice-types) or [tuples](#tuple-types)).
3433 * A recursive `enum` item must have at least one non-recursive constructor
3434   (in order to give the recursion a basis case).
3435 * The size of a recursive type must be finite;
3436   in other words the recursive fields of the type must be [pointer types](#pointer-types).
3437 * Recursive type definitions can cross module boundaries, but not module *visibility* boundaries,
3438   or crate boundaries (in order to simplify the module system and type checker).
3439
3440 An example of a *recursive* type and its use:
3441
3442 ```
3443 enum List<T> {
3444     Nil,
3445     Cons(T, Box<List<T>>)
3446 }
3447
3448 let a: List<i32> = List::Cons(7, Box::new(List::Cons(13, Box::new(List::Nil))));
3449 ```
3450
3451 ### Pointer types
3452
3453 All pointers in Rust are explicit first-class values. They can be copied,
3454 stored into data structures, and returned from functions. There are two
3455 varieties of pointer in Rust:
3456
3457 * References (`&`)
3458   : These point to memory _owned by some other value_.
3459     A reference type is written `&type`,
3460     or `&'a type` when you need to specify an explicit lifetime.
3461     Copying a reference is a "shallow" operation:
3462     it involves only copying the pointer itself.
3463     Releasing a reference has no effect on the value it points to,
3464     but a reference of a temporary value will keep it alive during the scope
3465     of the reference itself.
3466
3467 * Raw pointers (`*`)
3468   : Raw pointers are pointers without safety or liveness guarantees.
3469     Raw pointers are written as `*const T` or `*mut T`,
3470     for example `*const i32` means a raw pointer to a 32-bit integer.
3471     Copying or dropping a raw pointer has no effect on the lifecycle of any
3472     other value. Dereferencing a raw pointer or converting it to any other
3473     pointer type is an [`unsafe` operation](#unsafe-functions).
3474     Raw pointers are generally discouraged in Rust code;
3475     they exist to support interoperability with foreign code,
3476     and writing performance-critical or low-level functions.
3477
3478 The standard library contains additional 'smart pointer' types beyond references
3479 and raw pointers.
3480
3481 ### Function types
3482
3483 The function type constructor `fn` forms new function types. A function type
3484 consists of a possibly-empty set of function-type modifiers (such as `unsafe`
3485 or `extern`), a sequence of input types and an output type.
3486
3487 An example of a `fn` type:
3488
3489 ```
3490 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
3491   return x + y;
3492 }
3493
3494 let mut x = add(5,7);
3495
3496 type Binop = fn(i32, i32) -> i32;
3497 let bo: Binop = add;
3498 x = bo(5,7);
3499 ```
3500
3501 #### Function types for specific items
3502
3503 Internal to the compiler, there are also function types that are specific to a particular
3504 function item. In the following snippet, for example, the internal types of the functions
3505 `foo` and `bar` are different, despite the fact that they have the same signature:
3506
3507 ```
3508 fn foo() { }
3509 fn bar() { }
3510 ```
3511
3512 The types of `foo` and `bar` can both be implicitly coerced to the fn
3513 pointer type `fn()`. There is currently no syntax for unique fn types,
3514 though the compiler will emit a type like `fn() {foo}` in error
3515 messages to indicate "the unique fn type for the function `foo`".
3516
3517 ### Closure types
3518
3519 A [lambda expression](#lambda-expressions) produces a closure value with
3520 a unique, anonymous type that cannot be written out.
3521
3522 Depending on the requirements of the closure, its type implements one or
3523 more of the closure traits:
3524
3525 * `FnOnce`
3526   : The closure can be called once. A closure called as `FnOnce`
3527     can move out values from its environment.
3528
3529 * `FnMut`
3530   : The closure can be called multiple times as mutable. A closure called as
3531     `FnMut` can mutate values from its environment. `FnMut` inherits from
3532     `FnOnce` (i.e. anything implementing `FnMut` also implements `FnOnce`).
3533
3534 * `Fn`
3535   : The closure can be called multiple times through a shared reference.
3536     A closure called as `Fn` can neither move out from nor mutate values
3537     from its environment. `Fn` inherits from `FnMut`, which itself
3538     inherits from `FnOnce`.
3539
3540
3541 ### Trait objects
3542
3543 In Rust, a type like `&SomeTrait` or `Box<SomeTrait>` is called a _trait object_.
3544 Each instance of a trait object includes:
3545
3546  - a pointer to an instance of a type `T` that implements `SomeTrait`
3547  - a _virtual method table_, often just called a _vtable_, which contains, for
3548    each method of `SomeTrait` that `T` implements, a pointer to `T`'s
3549    implementation (i.e. a function pointer).
3550
3551 The purpose of trait objects is to permit "late binding" of methods. A call to
3552 a method on a trait object is only resolved to a vtable entry at compile time.
3553 The actual implementation for each vtable entry can vary on an object-by-object
3554 basis.
3555
3556 Note that for a trait object to be instantiated, the trait must be
3557 _object-safe_. Object safety rules are defined in [RFC 255].
3558
3559 [RFC 255]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0255-object-safety.md
3560
3561 Given a pointer-typed expression `E` of type `&T` or `Box<T>`, where `T`
3562 implements trait `R`, casting `E` to the corresponding pointer type `&R` or
3563 `Box<R>` results in a value of the _trait object_ `R`. This result is
3564 represented as a pair of pointers: the vtable pointer for the `T`
3565 implementation of `R`, and the pointer value of `E`.
3566
3567 An example of a trait object:
3568
3569 ```
3570 trait Printable {
3571   fn stringify(&self) -> String;
3572 }
3573
3574 impl Printable for i32 {
3575   fn stringify(&self) -> String { self.to_string() }
3576 }
3577
3578 fn print(a: Box<Printable>) {
3579    println!("{}", a.stringify());
3580 }
3581
3582 fn main() {
3583    print(Box::new(10) as Box<Printable>);
3584 }
3585 ```
3586
3587 In this example, the trait `Printable` occurs as a trait object in both the
3588 type signature of `print`, and the cast expression in `main`.
3589
3590 ### Type parameters
3591
3592 Within the body of an item that has type parameter declarations, the names of
3593 its type parameters are types:
3594
3595 ```ignore
3596 fn to_vec<A: Clone>(xs: &[A]) -> Vec<A> {
3597     if xs.is_empty() {
3598        return vec![];
3599     }
3600     let first: A = xs[0].clone();
3601     let mut rest: Vec<A> = to_vec(&xs[1..]);
3602     rest.insert(0, first);
3603     rest
3604 }
3605 ```
3606
3607 Here, `first` has type `A`, referring to `to_vec`'s `A` type parameter; and `rest`
3608 has type `Vec<A>`, a vector with element type `A`.
3609
3610 ### Self types
3611
3612 The special type `Self` has a meaning within traits and impls. In a trait definition, it refers
3613 to an implicit type parameter representing the "implementing" type. In an impl,
3614 it is an alias for the implementing type. For example, in:
3615
3616 ```
3617 trait Printable {
3618   fn make_string(&self) -> String;
3619 }
3620
3621 impl Printable for String {
3622     fn make_string(&self) -> String {
3623         (*self).clone()
3624     }
3625 }
3626 ```
3627
3628 The notation `&self` is a shorthand for `self: &Self`. In this case,
3629 in the impl, `Self` refers to the value of type `String` that is the
3630 receiver for a call to the method `make_string`.
3631
3632 ## Subtyping
3633
3634 Subtyping is implicit and can occur at any stage in type checking or
3635 inference. Subtyping in Rust is very restricted and occurs only due to
3636 variance with respect to lifetimes and between types with higher ranked
3637 lifetimes. If we were to erase lifetimes from types, then the only subtyping
3638 would be due to type equality.
3639
3640 Consider the following example: string literals always have `'static`
3641 lifetime. Nevertheless, we can assign `s` to `t`:
3642
3643 ```
3644 fn bar<'a>() {
3645     let s: &'static str = "hi";
3646     let t: &'a str = s;
3647 }
3648 ```
3649 Since `'static` "lives longer" than `'a`, `&'static str` is a subtype of
3650 `&'a str`.
3651
3652 ## Type coercions
3653
3654 Coercions are defined in [RFC401]. A coercion is implicit and has no syntax.
3655
3656 [RFC401]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0401-coercions.md
3657
3658 ### Coercion sites
3659
3660 A coercion can only occur at certain coercion sites in a program; these are
3661 typically places where the desired type is explicit or can be derived by
3662 propagation from explicit types (without type inference). Possible coercion
3663 sites are:
3664
3665 * `let` statements where an explicit type is given.
3666
3667     In `let _: U = e;`, `e` is coerced to have type `U`.
3668
3669 * `static` and `const` statements (similar to `let` statements).
3670
3671 * arguments for function calls.
3672
3673     The value being coerced is the
3674     actual parameter and it is coerced to the type of the formal parameter. For
3675     example, let `foo` be defined as `fn foo(x: U) { ... }` and call it as
3676     `foo(e);`. Then `e` is coerced to have type `U`;
3677
3678 * instantiations of struct or variant fields.
3679
3680     Assume we have a `struct
3681     Foo { x: U }` and instantiate it as `Foo { x: e }`. Then `e` is coerced to
3682     have type `U`.
3683
3684 * function results (either the final line of a block if it is not semicolon
3685 terminated or any expression in a `return` statement).
3686
3687     In `fn foo() -> U { e }`, `e` is coerced to to have type `U`.
3688
3689 If the expression in one of these coercion sites is a coercion-propagating
3690 expression, then the relevant sub-expressions in that expression are also
3691 coercion sites. Propagation recurses from these new coercion sites.
3692 Propagating expressions and their relevant sub-expressions are:
3693
3694 * array literals, where the array has type `[U; n]`. Each sub-expression in
3695 the array literal is a coercion site for coercion to type `U`.
3696
3697 * array literals with repeating syntax, where the array has type `[U; n]`. The
3698 repeated sub-expression is a coercion site for coercion to type `U`.
3699
3700 * tuples, where a tuple is a coercion site to type `(U_0, U_1, ..., U_n)`.
3701 Each sub-expression is a coercion site to the respective type, e.g. the
3702 zeroth sub-expression is a coercion site to type `U_0`.
3703
3704 * parenthesised sub-expressions (`(e)`). If the expression has type `U`, then
3705 the sub-expression is a coercion site to `U`.
3706
3707 * blocks. If a block has type `U`, then the last expression in the block (if
3708 it is not semicolon-terminated) is a coercion site to `U`. This includes
3709 blocks which are part of control flow statements, such as `if`/`else`, if
3710 the block has a known type.
3711
3712 ### Coercion types
3713
3714 Coercion is allowed between the following types:
3715
3716 * `T` to `U` if `T` is a subtype of `U` (*reflexive case*).
3717
3718 * `T_1` to `T_3` where `T_1` coerces to `T_2` and `T_2` coerces to `T_3`
3719 (*transitive case*).
3720
3721     Note that this is not fully supported yet
3722
3723 * `&mut T` to `&T`.
3724
3725 * `*mut T` to `*const T`.
3726
3727 * `&T` to `*const T`.
3728
3729 * `&mut T` to `*mut T`.
3730
3731 * `&T` to `&U` if `T` implements `Deref<Target = U>`. For example:
3732
3733 ```rust
3734 use std::ops::Deref;
3735
3736 struct CharContainer {
3737     value: char
3738 }
3739
3740 impl Deref for CharContainer {
3741     type Target = char;
3742
3743     fn deref<'a>(&'a self) -> &'a char {
3744         &self.value
3745     }
3746 }
3747
3748 fn foo(arg: &char) {}
3749
3750 fn main() {
3751     let x = &mut CharContainer { value: 'y' };
3752     foo(x); //&mut CharContainer is coerced to &char.
3753 }
3754 ```
3755 * `&mut T` to `&mut U` if `T` implements `DerefMut<Target = U>`.
3756
3757 * TyCtor(`T`) to TyCtor(coerce_inner(`T`)), where TyCtor(`T`) is one of
3758     - `&T`
3759     - `&mut T`
3760     - `*const T`
3761     - `*mut T`
3762     - `Box<T>`
3763
3764     and where
3765     - coerce_inner(`[T, ..n]`) = `[T]`
3766     - coerce_inner(`T`) = `U` where `T` is a concrete type which implements the
3767     trait `U`.
3768
3769     In the future, coerce_inner will be recursively extended to tuples and
3770     structs. In addition, coercions from sub-traits to super-traits will be
3771     added. See [RFC401] for more details.
3772
3773 # Special traits
3774
3775 Several traits define special evaluation behavior.
3776
3777 ## The `Copy` trait
3778
3779 The `Copy` trait changes the semantics of a type implementing it. Values whose
3780 type implements `Copy` are copied rather than moved upon assignment.
3781
3782 ## The `Sized` trait
3783
3784 The `Sized` trait indicates that the size of this type is known at compile-time.
3785
3786 ## The `Drop` trait
3787
3788 The `Drop` trait provides a destructor, to be run whenever a value of this type
3789 is to be destroyed.
3790
3791 ## The `Deref` trait
3792
3793 The `Deref<Target = U>` trait allows a type to implicitly implement all the methods
3794 of the type `U`. When attempting to resolve a method call, the compiler will search
3795 the top-level type for the implementation of the called method. If no such method is
3796 found, `.deref()` is called and the compiler continues to search for the method
3797 implementation in the returned type `U`.
3798
3799 # Memory model
3800
3801 A Rust program's memory consists of a static set of *items* and a *heap*.
3802 Immutable portions of the heap may be safely shared between threads, mutable
3803 portions may not be safely shared, but several mechanisms for effectively-safe
3804 sharing of mutable values, built on unsafe code but enforcing a safe locking
3805 discipline, exist in the standard library.
3806
3807 Allocations in the stack consist of *variables*, and allocations in the heap
3808 consist of *boxes*.
3809
3810 ### Memory allocation and lifetime
3811
3812 The _items_ of a program are those functions, modules and types that have their
3813 value calculated at compile-time and stored uniquely in the memory image of the
3814 rust process. Items are neither dynamically allocated nor freed.
3815
3816 The _heap_ is a general term that describes boxes.  The lifetime of an
3817 allocation in the heap depends on the lifetime of the box values pointing to
3818 it. Since box values may themselves be passed in and out of frames, or stored
3819 in the heap, heap allocations may outlive the frame they are allocated within.
3820
3821 ### Memory ownership
3822
3823 When a stack frame is exited, its local allocations are all released, and its
3824 references to boxes are dropped.
3825
3826 ### Variables
3827
3828 A _variable_ is a component of a stack frame, either a named function parameter,
3829 an anonymous [temporary](#lvalues,-rvalues-and-temporaries), or a named local
3830 variable.
3831
3832 A _local variable_ (or *stack-local* allocation) holds a value directly,
3833 allocated within the stack's memory. The value is a part of the stack frame.
3834
3835 Local variables are immutable unless declared otherwise like: `let mut x = ...`.
3836
3837 Function parameters are immutable unless declared with `mut`. The `mut` keyword
3838 applies only to the following parameter (so `|mut x, y|` and `fn f(mut x:
3839 Box<i32>, y: Box<i32>)` declare one mutable variable `x` and one immutable
3840 variable `y`).
3841
3842 Methods that take either `self` or `Box<Self>` can optionally place them in a
3843 mutable variable by prefixing them with `mut` (similar to regular arguments):
3844
3845 ```
3846 trait Changer {
3847     fn change(mut self) -> Self;
3848     fn modify(mut self: Box<Self>) -> Box<Self>;
3849 }
3850 ```
3851
3852 Local variables are not initialized when allocated; the entire frame worth of
3853 local variables are allocated at once, on frame-entry, in an uninitialized
3854 state. Subsequent statements within a function may or may not initialize the
3855 local variables. Local variables can be used only after they have been
3856 initialized; this is enforced by the compiler.
3857
3858 # Linkage
3859
3860 The Rust compiler supports various methods to link crates together both
3861 statically and dynamically. This section will explore the various methods to
3862 link Rust crates together, and more information about native libraries can be
3863 found in the [ffi section of the book][ffi].
3864
3865 In one session of compilation, the compiler can generate multiple artifacts
3866 through the usage of either command line flags or the `crate_type` attribute.
3867 If one or more command line flag is specified, all `crate_type` attributes will
3868 be ignored in favor of only building the artifacts specified by command line.
3869
3870 * `--crate-type=bin`, `#[crate_type = "bin"]` - A runnable executable will be
3871   produced. This requires that there is a `main` function in the crate which
3872   will be run when the program begins executing. This will link in all Rust and
3873   native dependencies, producing a distributable binary.
3874
3875 * `--crate-type=lib`, `#[crate_type = "lib"]` - A Rust library will be produced.
3876   This is an ambiguous concept as to what exactly is produced because a library
3877   can manifest itself in several forms. The purpose of this generic `lib` option
3878   is to generate the "compiler recommended" style of library. The output library
3879   will always be usable by rustc, but the actual type of library may change from
3880   time-to-time. The remaining output types are all different flavors of
3881   libraries, and the `lib` type can be seen as an alias for one of them (but the
3882   actual one is compiler-defined).
3883
3884 * `--crate-type=dylib`, `#[crate_type = "dylib"]` - A dynamic Rust library will
3885   be produced. This is different from the `lib` output type in that this forces
3886   dynamic library generation. The resulting dynamic library can be used as a
3887   dependency for other libraries and/or executables. This output type will
3888   create `*.so` files on linux, `*.dylib` files on osx, and `*.dll` files on
3889   windows.
3890
3891 * `--crate-type=staticlib`, `#[crate_type = "staticlib"]` - A static system
3892   library will be produced. This is different from other library outputs in that
3893   the Rust compiler will never attempt to link to `staticlib` outputs. The
3894   purpose of this output type is to create a static library containing all of
3895   the local crate's code along with all upstream dependencies. The static
3896   library is actually a `*.a` archive on linux and osx and a `*.lib` file on
3897   windows. This format is recommended for use in situations such as linking
3898   Rust code into an existing non-Rust application because it will not have
3899   dynamic dependencies on other Rust code.
3900
3901 * `--crate-type=rlib`, `#[crate_type = "rlib"]` - A "Rust library" file will be
3902   produced. This is used as an intermediate artifact and can be thought of as a
3903   "static Rust library". These `rlib` files, unlike `staticlib` files, are
3904   interpreted by the Rust compiler in future linkage. This essentially means
3905   that `rustc` will look for metadata in `rlib` files like it looks for metadata
3906   in dynamic libraries. This form of output is used to produce statically linked
3907   executables as well as `staticlib` outputs.
3908
3909 Note that these outputs are stackable in the sense that if multiple are
3910 specified, then the compiler will produce each form of output at once without
3911 having to recompile. However, this only applies for outputs specified by the
3912 same method. If only `crate_type` attributes are specified, then they will all
3913 be built, but if one or more `--crate-type` command line flag is specified,
3914 then only those outputs will be built.
3915
3916 With all these different kinds of outputs, if crate A depends on crate B, then
3917 the compiler could find B in various different forms throughout the system. The
3918 only forms looked for by the compiler, however, are the `rlib` format and the
3919 dynamic library format. With these two options for a dependent library, the
3920 compiler must at some point make a choice between these two formats. With this
3921 in mind, the compiler follows these rules when determining what format of
3922 dependencies will be used:
3923
3924 1. If a static library is being produced, all upstream dependencies are
3925    required to be available in `rlib` formats. This requirement stems from the
3926    reason that a dynamic library cannot be converted into a static format.
3927
3928    Note that it is impossible to link in native dynamic dependencies to a static
3929    library, and in this case warnings will be printed about all unlinked native
3930    dynamic dependencies.
3931
3932 2. If an `rlib` file is being produced, then there are no restrictions on what
3933    format the upstream dependencies are available in. It is simply required that
3934    all upstream dependencies be available for reading metadata from.
3935
3936    The reason for this is that `rlib` files do not contain any of their upstream
3937    dependencies. It wouldn't be very efficient for all `rlib` files to contain a
3938    copy of `libstd.rlib`!
3939
3940 3. If an executable is being produced and the `-C prefer-dynamic` flag is not
3941    specified, then dependencies are first attempted to be found in the `rlib`
3942    format. If some dependencies are not available in an rlib format, then
3943    dynamic linking is attempted (see below).
3944
3945 4. If a dynamic library or an executable that is being dynamically linked is
3946    being produced, then the compiler will attempt to reconcile the available
3947    dependencies in either the rlib or dylib format to create a final product.
3948
3949    A major goal of the compiler is to ensure that a library never appears more
3950    than once in any artifact. For example, if dynamic libraries B and C were
3951    each statically linked to library A, then a crate could not link to B and C
3952    together because there would be two copies of A. The compiler allows mixing
3953    the rlib and dylib formats, but this restriction must be satisfied.
3954
3955    The compiler currently implements no method of hinting what format a library
3956    should be linked with. When dynamically linking, the compiler will attempt to
3957    maximize dynamic dependencies while still allowing some dependencies to be
3958    linked in via an rlib.
3959
3960    For most situations, having all libraries available as a dylib is recommended
3961    if dynamically linking. For other situations, the compiler will emit a
3962    warning if it is unable to determine which formats to link each library with.
3963
3964 In general, `--crate-type=bin` or `--crate-type=lib` should be sufficient for
3965 all compilation needs, and the other options are just available if more
3966 fine-grained control is desired over the output format of a Rust crate.
3967
3968 # Appendix: Rationales and design tradeoffs
3969
3970 *TODO*.
3971
3972 # Appendix: Influences
3973
3974 Rust is not a particularly original language, with design elements coming from
3975 a wide range of sources. Some of these are listed below (including elements
3976 that have since been removed):
3977
3978 * SML, OCaml: algebraic datatypes, pattern matching, type inference,
3979   semicolon statement separation
3980 * C++: references, RAII, smart pointers, move semantics, monomorphisation,
3981   memory model
3982 * ML Kit, Cyclone: region based memory management
3983 * Haskell (GHC): typeclasses, type families
3984 * Newsqueak, Alef, Limbo: channels, concurrency
3985 * Erlang: message passing, thread failure, ~~linked thread failure~~,
3986   ~~lightweight concurrency~~
3987 * Swift: optional bindings
3988 * Scheme: hygienic macros
3989 * C#: attributes
3990 * Ruby: ~~block syntax~~
3991 * NIL, Hermes: ~~typestate~~
3992 * [Unicode Annex #31](http://www.unicode.org/reports/tr31/): identifier and
3993   pattern syntax
3994
3995 [ffi]: book/ffi.html
3996 [plugin]: book/compiler-plugins.html