]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/doc/reference.md
Add a doctest for the std::string::as_string method.
[rust.git] / src / doc / reference.md
1 % The Rust Reference
2
3 # Introduction
4
5 This document is the primary reference for the Rust programming language. It
6 provides three kinds of material:
7
8   - Chapters that formally define the language grammar and, for each
9     construct, informally describe its semantics and give examples of its
10     use.
11   - Chapters that informally describe the memory model, concurrency model,
12     runtime services, linkage model and debugging facilities.
13   - Appendix chapters providing rationale and references to languages that
14     influenced the design.
15
16 This document does not serve as an introduction to the language. Background
17 familiarity with the language is assumed. A separate [guide] is available to
18 help acquire such background familiarity.
19
20 This document also does not serve as a reference to the [standard] library
21 included in the language distribution. Those libraries are documented
22 separately by extracting documentation attributes from their source code. Many
23 of the features that one might expect to be language features are library
24 features in Rust, so what you're looking for may be there, not here.
25
26 [guide]: guide.html
27 [standard]: std/index.html
28
29 # Notation
30
31 Rust's grammar is defined over Unicode codepoints, each conventionally denoted
32 `U+XXXX`, for 4 or more hexadecimal digits `X`. _Most_ of Rust's grammar is
33 confined to the ASCII range of Unicode, and is described in this document by a
34 dialect of Extended Backus-Naur Form (EBNF), specifically a dialect of EBNF
35 supported by common automated LL(k) parsing tools such as `llgen`, rather than
36 the dialect given in ISO 14977. The dialect can be defined self-referentially
37 as follows:
38
39 ```{.ebnf .notation}
40 grammar : rule + ;
41 rule    : nonterminal ':' productionrule ';' ;
42 productionrule : production [ '|' production ] * ;
43 production : term * ;
44 term : element repeats ;
45 element : LITERAL | IDENTIFIER | '[' productionrule ']' ;
46 repeats : [ '*' | '+' ] NUMBER ? | NUMBER ? | '?' ;
47 ```
48
49 Where:
50
51 - Whitespace in the grammar is ignored.
52 - Square brackets are used to group rules.
53 - `LITERAL` is a single printable ASCII character, or an escaped hexadecimal
54   ASCII code of the form `\xQQ`, in single quotes, denoting the corresponding
55   Unicode codepoint `U+00QQ`.
56 - `IDENTIFIER` is a nonempty string of ASCII letters and underscores.
57 - The `repeat` forms apply to the adjacent `element`, and are as follows:
58   - `?` means zero or one repetition
59   - `*` means zero or more repetitions
60   - `+` means one or more repetitions
61   - NUMBER trailing a repeat symbol gives a maximum repetition count
62   - NUMBER on its own gives an exact repetition count
63
64 This EBNF dialect should hopefully be familiar to many readers.
65
66 ## Unicode productions
67
68 A few productions in Rust's grammar permit Unicode codepoints outside the ASCII
69 range. We define these productions in terms of character properties specified
70 in the Unicode standard, rather than in terms of ASCII-range codepoints. The
71 section [Special Unicode Productions](#special-unicode-productions) lists these
72 productions.
73
74 ## String table productions
75
76 Some rules in the grammar — notably [unary
77 operators](#unary-operator-expressions), [binary
78 operators](#binary-operator-expressions), and [keywords](#keywords) — are
79 given in a simplified form: as a listing of a table of unquoted, printable
80 whitespace-separated strings. These cases form a subset of the rules regarding
81 the [token](#tokens) rule, and are assumed to be the result of a
82 lexical-analysis phase feeding the parser, driven by a DFA, operating over the
83 disjunction of all such string table entries.
84
85 When such a string enclosed in double-quotes (`"`) occurs inside the grammar,
86 it is an implicit reference to a single member of such a string table
87 production. See [tokens](#tokens) for more information.
88
89 # Lexical structure
90
91 ## Input format
92
93 Rust input is interpreted as a sequence of Unicode codepoints encoded in UTF-8.
94 Most Rust grammar rules are defined in terms of printable ASCII-range
95 codepoints, but a small number are defined in terms of Unicode properties or
96 explicit codepoint lists. [^inputformat]
97
98 [^inputformat]: Substitute definitions for the special Unicode productions are
99   provided to the grammar verifier, restricted to ASCII range, when verifying the
100   grammar in this document.
101
102 ## Special Unicode Productions
103
104 The following productions in the Rust grammar are defined in terms of Unicode
105 properties: `ident`, `non_null`, `non_star`, `non_eol`, `non_slash_or_star`,
106 `non_single_quote` and `non_double_quote`.
107
108 ### Identifiers
109
110 The `ident` production is any nonempty Unicode string of the following form:
111
112 - The first character has property `XID_start`
113 - The remaining characters have property `XID_continue`
114
115 that does _not_ occur in the set of [keywords](#keywords).
116
117 > **Note**: `XID_start` and `XID_continue` as character properties cover the
118 > character ranges used to form the more familiar C and Java language-family
119 > identifiers.
120
121 ### Delimiter-restricted productions
122
123 Some productions are defined by exclusion of particular Unicode characters:
124
125 - `non_null` is any single Unicode character aside from `U+0000` (null)
126 - `non_eol` is `non_null` restricted to exclude `U+000A` (`'\n'`)
127 - `non_star` is `non_null` restricted to exclude `U+002A` (`*`)
128 - `non_slash_or_star` is `non_null` restricted to exclude `U+002F` (`/`) and `U+002A` (`*`)
129 - `non_single_quote` is `non_null` restricted to exclude `U+0027`  (`'`)
130 - `non_double_quote` is `non_null` restricted to exclude `U+0022` (`"`)
131
132 ## Comments
133
134 ```{.ebnf .gram}
135 comment : block_comment | line_comment ;
136 block_comment : "/*" block_comment_body * "*/" ;
137 block_comment_body : [block_comment | character] * ;
138 line_comment : "//" non_eol * ;
139 ```
140
141 Comments in Rust code follow the general C++ style of line and block-comment
142 forms. Nested block comments are supported.
143
144 Line comments beginning with exactly _three_ slashes (`///`), and block
145 comments beginning with exactly one repeated asterisk in the block-open
146 sequence (`/**`), are interpreted as a special syntax for `doc`
147 [attributes](#attributes). That is, they are equivalent to writing
148 `#[doc="..."]` around the body of the comment (this includes the comment
149 characters themselves, ie `/// Foo` turns into `#[doc="/// Foo"]`).
150
151 `//!` comments apply to the parent of the comment, rather than the item that
152 follows. `//!` comments are usually used to display information on the crate
153 index page.
154
155 Non-doc comments are interpreted as a form of whitespace.
156
157 ## Whitespace
158
159 ```{.ebnf .gram}
160 whitespace_char : '\x20' | '\x09' | '\x0a' | '\x0d' ;
161 whitespace : [ whitespace_char | comment ] + ;
162 ```
163
164 The `whitespace_char` production is any nonempty Unicode string consisting of
165 any of the following Unicode characters: `U+0020` (space, `' '`), `U+0009`
166 (tab, `'\t'`), `U+000A` (LF, `'\n'`), `U+000D` (CR, `'\r'`).
167
168 Rust is a "free-form" language, meaning that all forms of whitespace serve only
169 to separate _tokens_ in the grammar, and have no semantic significance.
170
171 A Rust program has identical meaning if each whitespace element is replaced
172 with any other legal whitespace element, such as a single space character.
173
174 ## Tokens
175
176 ```{.ebnf .gram}
177 simple_token : keyword | unop | binop ;
178 token : simple_token | ident | literal | symbol | whitespace token ;
179 ```
180
181 Tokens are primitive productions in the grammar defined by regular
182 (non-recursive) languages. "Simple" tokens are given in [string table
183 production](#string-table-productions) form, and occur in the rest of the
184 grammar as double-quoted strings. Other tokens have exact rules given.
185
186 ### Keywords
187
188 <p id="keyword-table-marker"></p>
189
190 |          |          |          |          |        |
191 |----------|----------|----------|----------|--------|
192 | abstract | alignof  | as       | be       | box    |
193 | break    | const    | continue | crate    | do     |
194 | else     | enum     | extern   | false    | final  |
195 | fn       | for      | if       | impl     | in     |
196 | let      | loop     | match    | mod      | move   |
197 | mut      | offsetof | once     | override | priv   |
198 | proc     | pub      | pure     | ref      | return |
199 | sizeof   | static   | self     | struct   | super  |
200 | true     | trait    | type     | typeof   | unsafe |
201 | unsized  | use      | virtual  | where    | while  |
202 | yield    |          |          |          |        |
203
204
205 Each of these keywords has special meaning in its grammar, and all of them are
206 excluded from the `ident` rule.
207
208 Note that some of these keywords are reserved, and do not currently do
209 anything.
210
211 ### Literals
212
213 A literal is an expression consisting of a single token, rather than a sequence
214 of tokens, that immediately and directly denotes the value it evaluates to,
215 rather than referring to it by name or some other evaluation rule. A literal is
216 a form of constant expression, so is evaluated (primarily) at compile time.
217
218 ```{.ebnf .gram}
219 lit_suffix : ident;
220 literal : [ string_lit | char_lit | byte_string_lit | byte_lit | num_lit ] lit_suffix ?;
221 ```
222
223 The optional suffix is only used for certain numeric literals, but is
224 reserved for future extension, that is, the above gives the lexical
225 grammar, but a Rust parser will reject everything but the 12 special
226 cases mentioned in [Number literals](#number-literals) below.
227
228 #### Examples
229
230 ##### Characters and strings
231
232 |   | Example | Number of `#` pairs allowed | Available characters | Escapes | Equivalent to |
233 |---|---------|-----------------------------|----------------------|---------|---------------|
234 | [Character](#character-literals) | `'H'` | `N/A` | All unicode | `\'` & [Byte escapes](#byte-escapes) & [Unicode escapes](#unicode-escapes) | `N/A` |
235 | [String](#string-literals) | `"hello"` | `N/A` | All unicode | `\"` & [Byte escapes](#byte-escapes) & [Unicode escapes](#unicode-escapes) | `N/A` |
236 | [Raw](#raw-string-literals) | `r##"hello"##`  | `0...` | All unicode | `N/A` | `N/A` |
237 | [Byte](#byte-literals) | `b'H'` | `N/A` | All ASCII | `\'` & [Byte escapes](#byte-escapes) | `u8` |
238 | [Byte string](#byte-string-literals) | `b"hello"` | `N/A`  | All ASCII | `\"` & [Byte escapes](#byte-escapes) | `&'static [u8]` |
239 | [Raw byte string](#raw-byte-string-literals) | `br##"hello"##` | `0...` | All ASCII | `N/A` | `&'static [u8]` (unsure...not stated) |
240
241 ##### Byte escapes
242
243 |   | Name |
244 |---|------|
245 | `\x7F` | 8-bit character code (exactly 2 digits) |
246 | `\n` | Newline |
247 | `\r` | Carriage return |
248 | `\t` | Tab |
249 | `\\` | Backslash |
250
251 ##### Unicode escapes
252 |   | Name |
253 |---|------|
254 | `\u7FFF` | 16-bit character code (exactly 4 digits) |
255 | `\U7EEEFFFF` | 32-bit character code (exactly 8 digits) |
256
257 ##### Numbers
258
259 | [Number literals](#number-literals)`*` | Example | Exponentiation | Suffixes |
260 |----------------------------------------|---------|----------------|----------|
261 | Decimal integer | `98_222i` | `N/A` | Integer suffixes |
262 | Hex integer | `0xffi` | `N/A` | Integer suffixes |
263 | Octal integer | `0o77i` | `N/A` | Integer suffixes |
264 | Binary integer | `0b1111_0000i` | `N/A` | Integer suffixes |
265 | Floating-point | `123.0E+77f64` | `Optional` | Floating-point suffixes |
266
267 `*` All number literals allow `_` as a visual separator: `1_234.0E+18f64`
268
269 ##### Suffixes
270 | Integer | Floating-point |
271 |---------|----------------|
272 | `i` (`int`), `u` (`uint`), `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64` | `f32`, `f64` |
273
274 #### Character and string literals
275
276 ```{.ebnf .gram}
277 char_lit : '\x27' char_body '\x27' ;
278 string_lit : '"' string_body * '"' | 'r' raw_string ;
279
280 char_body : non_single_quote
281           | '\x5c' [ '\x27' | common_escape | unicode_escape ] ;
282
283 string_body : non_double_quote
284             | '\x5c' [ '\x22' | common_escape | unicode_escape ] ;
285 raw_string : '"' raw_string_body '"' | '#' raw_string '#' ;
286
287 common_escape : '\x5c'
288               | 'n' | 'r' | 't' | '0'
289               | 'x' hex_digit 2
290 unicode_escape : 'u' hex_digit 4
291                | 'U' hex_digit 8 ;
292
293 hex_digit : 'a' | 'b' | 'c' | 'd' | 'e' | 'f'
294           | 'A' | 'B' | 'C' | 'D' | 'E' | 'F'
295           | dec_digit ;
296 oct_digit : '0' | '1' | '2' | '3' | '4' | '5' | '6' | '7' ;
297 dec_digit : '0' | nonzero_dec ;
298 nonzero_dec: '1' | '2' | '3' | '4'
299            | '5' | '6' | '7' | '8' | '9' ;
300 ```
301
302 ##### Character literals
303
304 A _character literal_ is a single Unicode character enclosed within two
305 `U+0027` (single-quote) characters, with the exception of `U+0027` itself,
306 which must be _escaped_ by a preceding U+005C character (`\`).
307
308 ##### String literals
309
310 A _string literal_ is a sequence of any Unicode characters enclosed within two
311 `U+0022` (double-quote) characters, with the exception of `U+0022` itself,
312 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`), or a _raw
313 string literal_.
314
315 ##### Character escapes
316
317 Some additional _escapes_ are available in either character or non-raw string
318 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
319 following forms:
320
321 * An _8-bit codepoint escape_ escape starts with `U+0078` (`x`) and is
322   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the Unicode codepoint
323   equal to the provided hex value.
324 * A _16-bit codepoint escape_ starts with `U+0075` (`u`) and is followed
325   by exactly four _hex digits_. It denotes the Unicode codepoint equal to
326   the provided hex value.
327 * A _32-bit codepoint escape_ starts with `U+0055` (`U`) and is followed
328   by exactly eight _hex digits_. It denotes the Unicode codepoint equal to
329   the provided hex value.
330 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
331   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the unicode values `U+000A` (LF),
332   `U+000D` (CR) or `U+0009` (HT) respectively.
333 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
334   escaped in order to denote *itself*.
335
336 ##### Raw string literals
337
338 Raw string literals do not process any escapes. They start with the character
339 `U+0072` (`r`), followed by zero or more of the character `U+0023` (`#`) and a
340 `U+0022` (double-quote) character. The _raw string body_ is not defined in the
341 EBNF grammar above: it can contain any sequence of Unicode characters and is
342 terminated only by another `U+0022` (double-quote) character, followed by the
343 same number of `U+0023` (`#`) characters that preceded the opening `U+0022`
344 (double-quote) character.
345
346 All Unicode characters contained in the raw string body represent themselves,
347 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
348 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
349 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
350
351 Examples for string literals:
352
353 ```
354 "foo"; r"foo";                     // foo
355 "\"foo\""; r#""foo""#;             // "foo"
356
357 "foo #\"# bar";
358 r##"foo #"# bar"##;                // foo #"# bar
359
360 "\x52"; "R"; r"R";                 // R
361 "\\x52"; r"\x52";                  // \x52
362 ```
363
364 #### Byte and byte string literals
365
366 ```{.ebnf .gram}
367 byte_lit : "b\x27" byte_body '\x27' ;
368 byte_string_lit : "b\x22" string_body * '\x22' | "br" raw_byte_string ;
369
370 byte_body : ascii_non_single_quote
371           | '\x5c' [ '\x27' | common_escape ] ;
372
373 byte_string_body : ascii_non_double_quote
374             | '\x5c' [ '\x22' | common_escape ] ;
375 raw_byte_string : '"' raw_byte_string_body '"' | '#' raw_byte_string '#' ;
376
377 ```
378
379 ##### Byte literals
380
381 A _byte literal_ is a single ASCII character (in the `U+0000` to `U+007F`
382 range) enclosed within two `U+0027` (single-quote) characters, with the
383 exception of `U+0027` itself, which must be _escaped_ by a preceding U+005C
384 character (`\`), or a single _escape_. It is equivalent to a `u8` unsigned
385 8-bit integer _number literal_.
386
387 ##### Byte string literals
388
389 A _byte string literal_ is a sequence of ASCII characters and _escapes_
390 enclosed within two `U+0022` (double-quote) characters, with the exception of
391 `U+0022` itself, which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character
392 (`\`), or a _raw byte string literal_. It is equivalent to a `&'static [u8]`
393 borrowed array of unsigned 8-bit integers.
394
395 Some additional _escapes_ are available in either byte or non-raw byte string
396 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
397 following forms:
398
399 * An _byte escape_ escape starts with `U+0078` (`x`) and is
400   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the byte
401   equal to the provided hex value.
402 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
403   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the bytes values `0x0A` (ASCII LF),
404   `0x0D` (ASCII CR) or `0x09` (ASCII HT) respectively.
405 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
406   escaped in order to denote its ASCII encoding `0x5C`.
407
408 ##### Raw byte string literals
409
410 Raw byte string literals do not process any escapes. They start with the
411 character `U+0062` (`b`), followed by `U+0072` (`r`), followed by zero or more
412 of the character `U+0023` (`#`), and a `U+0022` (double-quote) character. The
413 _raw string body_ is not defined in the EBNF grammar above: it can contain any
414 sequence of ASCII characters and is terminated only by another `U+0022`
415 (double-quote) character, followed by the same number of `U+0023` (`#`)
416 characters that preceded the opening `U+0022` (double-quote) character. A raw
417 byte string literal can not contain any non-ASCII byte.
418
419 All characters contained in the raw string body represent their ASCII encoding,
420 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
421 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
422 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
423
424 Examples for byte string literals:
425
426 ```
427 b"foo"; br"foo";                     // foo
428 b"\"foo\""; br#""foo""#;             // "foo"
429
430 b"foo #\"# bar";
431 br##"foo #"# bar"##;                 // foo #"# bar
432
433 b"\x52"; b"R"; br"R";                // R
434 b"\\x52"; br"\x52";                  // \x52
435 ```
436
437 #### Number literals
438
439 ```{.ebnf .gram}
440 num_lit : nonzero_dec [ dec_digit | '_' ] * float_suffix ?
441         | '0' [       [ dec_digit | '_' ] * float_suffix ?
442               | 'b'   [ '1' | '0' | '_' ] +
443               | 'o'   [ oct_digit | '_' ] +
444               | 'x'   [ hex_digit | '_' ] +  ] ;
445
446 float_suffix : [ exponent | '.' dec_lit exponent ? ] ? ;
447
448 exponent : ['E' | 'e'] ['-' | '+' ] ? dec_lit ;
449 dec_lit : [ dec_digit | '_' ] + ;
450 ```
451
452 A _number literal_ is either an _integer literal_ or a _floating-point
453 literal_. The grammar for recognizing the two kinds of literals is mixed.
454
455 ##### Integer literals
456
457 An _integer literal_ has one of four forms:
458
459 * A _decimal literal_ starts with a *decimal digit* and continues with any
460   mixture of *decimal digits* and _underscores_.
461 * A _hex literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0078`
462   (`0x`) and continues as any mixture of hex digits and underscores.
463 * An _octal literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+006F`
464   (`0o`) and continues as any mixture of octal digits and underscores.
465 * A _binary literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0062`
466   (`0b`) and continues as any mixture of binary digits and underscores.
467
468 Like any literal, an integer literal may be followed (immediately,
469 without any spaces) by an _integer suffix_, which forcibly sets the
470 type of the literal. There are 10 valid values for an integer suffix:
471
472 * The `i` and `u` suffixes give the literal type `int` or `uint`,
473   respectively.
474 * Each of the signed and unsigned machine types `u8`, `i8`,
475   `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64` and `i64`
476   give the literal the corresponding machine type.
477
478 The type of an _unsuffixed_ integer literal is determined by type inference.
479 If an integer type can be _uniquely_ determined from the surrounding program
480 context, the unsuffixed integer literal has that type. If the program context
481 underconstrains the type, it is considered a static type error; if the program
482 context overconstrains the type, it is also considered a static type error.
483
484 Examples of integer literals of various forms:
485
486 ```
487 123i;                              // type int
488 123u;                              // type uint
489 123_u;                             // type uint
490 0xff_u8;                           // type u8
491 0o70_i16;                          // type i16
492 0b1111_1111_1001_0000_i32;         // type i32
493 ```
494
495 ##### Floating-point literals
496
497 A _floating-point literal_ has one of two forms:
498
499 * Two _decimal literals_ separated by a period
500   character `U+002E` (`.`), with an optional _exponent_ trailing after the
501   second decimal literal.
502 * A single _decimal literal_ followed by an _exponent_.
503
504 By default, a floating-point literal has a generic type, and, like integer
505 literals, the type must be uniquely determined from the context. There are two valid
506 _floating-point suffixes_, `f32` and `f64` (the 32-bit and 64-bit floating point
507 types), which explicitly determine the type of the literal.
508
509 Examples of floating-point literals of various forms:
510
511 ```
512 123.0f64;                          // type f64
513 0.1f64;                            // type f64
514 0.1f32;                            // type f32
515 12E+99_f64;                        // type f64
516 ```
517
518 ##### Boolean literals
519
520 The two values of the boolean type are written `true` and `false`.
521
522 ### Symbols
523
524 ```{.ebnf .gram}
525 symbol : "::" | "->"
526        | '#' | '[' | ']' | '(' | ')' | '{' | '}'
527        | ',' | ';' ;
528 ```
529
530 Symbols are a general class of printable [token](#tokens) that play structural
531 roles in a variety of grammar productions. They are catalogued here for
532 completeness as the set of remaining miscellaneous printable tokens that do not
533 otherwise appear as [unary operators](#unary-operator-expressions), [binary
534 operators](#binary-operator-expressions), or [keywords](#keywords).
535
536
537 ## Paths
538
539 ```{.ebnf .gram}
540 expr_path : [ "::" ] ident [ "::" expr_path_tail ] + ;
541 expr_path_tail : '<' type_expr [ ',' type_expr ] + '>'
542                | expr_path ;
543
544 type_path : ident [ type_path_tail ] + ;
545 type_path_tail : '<' type_expr [ ',' type_expr ] + '>'
546                | "::" type_path ;
547 ```
548
549 A _path_ is a sequence of one or more path components _logically_ separated by
550 a namespace qualifier (`::`). If a path consists of only one component, it may
551 refer to either an [item](#items) or a [slot](#memory-slots) in a local control
552 scope. If a path has multiple components, it refers to an item.
553
554 Every item has a _canonical path_ within its crate, but the path naming an item
555 is only meaningful within a given crate. There is no global namespace across
556 crates; an item's canonical path merely identifies it within the crate.
557
558 Two examples of simple paths consisting of only identifier components:
559
560 ```{.ignore}
561 x;
562 x::y::z;
563 ```
564
565 Path components are usually [identifiers](#identifiers), but the trailing
566 component of a path may be an angle-bracket-enclosed list of type arguments. In
567 [expression](#expressions) context, the type argument list is given after a
568 final (`::`) namespace qualifier in order to disambiguate it from a relational
569 expression involving the less-than symbol (`<`). In type expression context,
570 the final namespace qualifier is omitted.
571
572 Two examples of paths with type arguments:
573
574 ```
575 # struct HashMap<K, V>;
576 # fn f() {
577 # fn id<T>(t: T) -> T { t }
578 type T = HashMap<int,String>;  // Type arguments used in a type expression
579 let x = id::<int>(10);       // Type arguments used in a call expression
580 # }
581 ```
582
583 Paths can be denoted with various leading qualifiers to change the meaning of
584 how it is resolved:
585
586 * Paths starting with `::` are considered to be global paths where the
587   components of the path start being resolved from the crate root. Each
588   identifier in the path must resolve to an item.
589
590 ```rust
591 mod a {
592     pub fn foo() {}
593 }
594 mod b {
595     pub fn foo() {
596         ::a::foo(); // call a's foo function
597     }
598 }
599 # fn main() {}
600 ```
601
602 * Paths starting with the keyword `super` begin resolution relative to the
603   parent module. Each further identifier must resolve to an item
604
605 ```rust
606 mod a {
607     pub fn foo() {}
608 }
609 mod b {
610     pub fn foo() {
611         super::a::foo(); // call a's foo function
612     }
613 }
614 # fn main() {}
615 ```
616
617 * Paths starting with the keyword `self` begin resolution relative to the
618   current module. Each further identifier must resolve to an item.
619
620 ```rust
621 fn foo() {}
622 fn bar() {
623     self::foo();
624 }
625 # fn main() {}
626 ```
627
628 # Syntax extensions
629
630 A number of minor features of Rust are not central enough to have their own
631 syntax, and yet are not implementable as functions. Instead, they are given
632 names, and invoked through a consistent syntax: `name!(...)`. Examples include:
633
634 * `format!` : format data into a string
635 * `env!` : look up an environment variable's value at compile time
636 * `file!`: return the path to the file being compiled
637 * `stringify!` : pretty-print the Rust expression given as an argument
638 * `include!` : include the Rust expression in the given file
639 * `include_str!` : include the contents of the given file as a string
640 * `include_bin!` : include the contents of the given file as a binary blob
641 * `error!`, `warn!`, `info!`, `debug!` : provide diagnostic information.
642
643 All of the above extensions are expressions with values.
644
645 Users of `rustc` can define new syntax extensions in two ways:
646
647 * [Compiler plugins](guide-plugin.html#syntax-extensions) can include arbitrary
648   Rust code that manipulates syntax trees at compile time.
649
650 * [Macros](guide-macros.html) define new syntax in a higher-level,
651   declarative way.
652
653 ## Macros
654
655 ```{.ebnf .gram}
656 expr_macro_rules : "macro_rules" '!' ident '(' macro_rule * ')' ;
657 macro_rule : '(' matcher * ')' "=>" '(' transcriber * ')' ';' ;
658 matcher : '(' matcher * ')' | '[' matcher * ']'
659         | '{' matcher * '}' | '$' ident ':' ident
660         | '$' '(' matcher * ')' sep_token? [ '*' | '+' ]
661         | non_special_token ;
662 transcriber : '(' transcriber * ')' | '[' transcriber * ']'
663             | '{' transcriber * '}' | '$' ident
664             | '$' '(' transcriber * ')' sep_token? [ '*' | '+' ]
665             | non_special_token ;
666 ```
667
668 User-defined syntax extensions are called "macros", and the `macro_rules`
669 syntax extension defines them. Currently, user-defined macros can expand to
670 expressions, statements, items, or patterns.
671
672 (A `sep_token` is any token other than `*` and `+`. A `non_special_token` is
673 any token other than a delimiter or `$`.)
674
675 The macro expander looks up macro invocations by name, and tries each macro
676 rule in turn. It transcribes the first successful match. Matching and
677 transcription are closely related to each other, and we will describe them
678 together.
679
680 ### Macro By Example
681
682 The macro expander matches and transcribes every token that does not begin with
683 a `$` literally, including delimiters. For parsing reasons, delimiters must be
684 balanced, but they are otherwise not special.
685
686 In the matcher, `$` _name_ `:` _designator_ matches the nonterminal in the Rust
687 syntax named by _designator_. Valid designators are `item`, `block`, `stmt`,
688 `pat`, `expr`, `ty` (type), `ident`, `path`, `matchers` (lhs of the `=>` in
689 macro rules), `tt` (rhs of the `=>` in macro rules). In the transcriber, the
690 designator is already known, and so only the name of a matched nonterminal
691 comes after the dollar sign.
692
693 In both the matcher and transcriber, the Kleene star-like operator indicates
694 repetition. The Kleene star operator consists of `$` and parens, optionally
695 followed by a separator token, followed by `*` or `+`. `*` means zero or more
696 repetitions, `+` means at least one repetition. The parens are not matched or
697 transcribed. On the matcher side, a name is bound to _all_ of the names it
698 matches, in a structure that mimics the structure of the repetition encountered
699 on a successful match. The job of the transcriber is to sort that structure
700 out.
701
702 The rules for transcription of these repetitions are called "Macro By Example".
703 Essentially, one "layer" of repetition is discharged at a time, and all of them
704 must be discharged by the time a name is transcribed. Therefore, `( $( $i:ident
705 ),* ) => ( $i )` is an invalid macro, but `( $( $i:ident ),* ) => ( $( $i:ident
706 ),*  )` is acceptable (if trivial).
707
708 When Macro By Example encounters a repetition, it examines all of the `$`
709 _name_ s that occur in its body. At the "current layer", they all must repeat
710 the same number of times, so ` ( $( $i:ident ),* ; $( $j:ident ),* ) => ( $(
711 ($i,$j) ),* )` is valid if given the argument `(a,b,c ; d,e,f)`, but not
712 `(a,b,c ; d,e)`. The repetition walks through the choices at that layer in
713 lockstep, so the former input transcribes to `( (a,d), (b,e), (c,f) )`.
714
715 Nested repetitions are allowed.
716
717 ### Parsing limitations
718
719 The parser used by the macro system is reasonably powerful, but the parsing of
720 Rust syntax is restricted in two ways:
721
722 1. The parser will always parse as much as possible. If it attempts to match
723    `$i:expr [ , ]` against `8 [ , ]`, it will attempt to parse `i` as an array
724    index operation and fail. Adding a separator can solve this problem.
725 2. The parser must have eliminated all ambiguity by the time it reaches a `$`
726    _name_ `:` _designator_. This requirement most often affects name-designator
727    pairs when they occur at the beginning of, or immediately after, a `$(...)*`;
728    requiring a distinctive token in front can solve the problem.
729
730 ## Syntax extensions useful for the macro author
731
732 * `log_syntax!` : print out the arguments at compile time
733 * `trace_macros!` : supply `true` or `false` to enable or disable macro expansion logging
734 * `stringify!` : turn the identifier argument into a string literal
735 * `concat!` : concatenates a comma-separated list of literals
736 * `concat_idents!` : create a new identifier by concatenating the arguments
737
738 # Crates and source files
739
740 Rust is a *compiled* language. Its semantics obey a *phase distinction*
741 between compile-time and run-time. Those semantic rules that have a *static
742 interpretation* govern the success or failure of compilation. We refer to
743 these rules as "static semantics". Semantic rules called "dynamic semantics"
744 govern the behavior of programs at run-time. A program that fails to compile
745 due to violation of a compile-time rule has no defined dynamic semantics; the
746 compiler should halt with an error report, and produce no executable artifact.
747
748 The compilation model centers on artifacts called _crates_. Each compilation
749 processes a single crate in source form, and if successful, produces a single
750 crate in binary form: either an executable or a library.[^cratesourcefile]
751
752 [^cratesourcefile]: A crate is somewhat analogous to an *assembly* in the
753     ECMA-335 CLI model, a *library* in the SML/NJ Compilation Manager, a *unit*
754     in the Owens and Flatt module system, or a *configuration* in Mesa.
755
756 A _crate_ is a unit of compilation and linking, as well as versioning,
757 distribution and runtime loading. A crate contains a _tree_ of nested
758 [module](#modules) scopes. The top level of this tree is a module that is
759 anonymous (from the point of view of paths within the module) and any item
760 within a crate has a canonical [module path](#paths) denoting its location
761 within the crate's module tree.
762
763 The Rust compiler is always invoked with a single source file as input, and
764 always produces a single output crate. The processing of that source file may
765 result in other source files being loaded as modules. Source files have the
766 extension `.rs`.
767
768 A Rust source file describes a module, the name and location of which &mdash;
769 in the module tree of the current crate &mdash; are defined from outside the
770 source file: either by an explicit `mod_item` in a referencing source file, or
771 by the name of the crate itself.
772
773 Each source file contains a sequence of zero or more `item` definitions, and
774 may optionally begin with any number of `attributes` that apply to the
775 containing module. Attributes on the anonymous crate module define important
776 metadata that influences the behavior of the compiler.
777
778 ```{.rust}
779 # #![allow(unused_attribute)]
780 // Crate name
781 #![crate_name = "projx"]
782
783 // Specify the output type
784 #![crate_type = "lib"]
785
786 // Turn on a warning
787 #![warn(non_camel_case_types)]
788 ```
789
790 A crate that contains a `main` function can be compiled to an executable. If a
791 `main` function is present, its return type must be [`unit`](#primitive-types)
792 and it must take no arguments.
793
794 # Items and attributes
795
796 Crates contain [items](#items), each of which may have some number of
797 [attributes](#attributes) attached to it.
798
799 ## Items
800
801 ```{.ebnf .gram}
802 item : mod_item | fn_item | type_item | struct_item | enum_item
803      | static_item | trait_item | impl_item | extern_block ;
804 ```
805
806 An _item_ is a component of a crate; some module items can be defined in crate
807 files, but most are defined in source files. Items are organized within a crate
808 by a nested set of [modules](#modules). Every crate has a single "outermost"
809 anonymous module; all further items within the crate have [paths](#paths)
810 within the module tree of the crate.
811
812 Items are entirely determined at compile-time, generally remain fixed during
813 execution, and may reside in read-only memory.
814
815 There are several kinds of item:
816
817 * [modules](#modules)
818 * [functions](#functions)
819 * [type definitions](#type-definitions)
820 * [structures](#structures)
821 * [enumerations](#enumerations)
822 * [static items](#static-items)
823 * [traits](#traits)
824 * [implementations](#implementations)
825
826 Some items form an implicit scope for the declaration of sub-items. In other
827 words, within a function or module, declarations of items can (in many cases)
828 be mixed with the statements, control blocks, and similar artifacts that
829 otherwise compose the item body. The meaning of these scoped items is the same
830 as if the item was declared outside the scope &mdash; it is still a static item
831 &mdash; except that the item's *path name* within the module namespace is
832 qualified by the name of the enclosing item, or is private to the enclosing
833 item (in the case of functions). The grammar specifies the exact locations in
834 which sub-item declarations may appear.
835
836 ### Type Parameters
837
838 All items except modules may be *parameterized* by type. Type parameters are
839 given as a comma-separated list of identifiers enclosed in angle brackets
840 (`<...>`), after the name of the item and before its definition. The type
841 parameters of an item are considered "part of the name", not part of the type
842 of the item. A referencing [path](#paths) must (in principle) provide type
843 arguments as a list of comma-separated types enclosed within angle brackets, in
844 order to refer to the type-parameterized item. In practice, the type-inference
845 system can usually infer such argument types from context. There are no
846 general type-parametric types, only type-parametric items. That is, Rust has
847 no notion of type abstraction: there are no first-class "forall" types.
848
849 ### Modules
850
851 ```{.ebnf .gram}
852 mod_item : "mod" ident ( ';' | '{' mod '}' );
853 mod : [ view_item | item ] * ;
854 ```
855
856 A module is a container for zero or more [view items](#view-items) and zero or
857 more [items](#items). The view items manage the visibility of the items defined
858 within the module, as well as the visibility of names from outside the module
859 when referenced from inside the module.
860
861 A _module item_ is a module, surrounded in braces, named, and prefixed with the
862 keyword `mod`. A module item introduces a new, named module into the tree of
863 modules making up a crate. Modules can nest arbitrarily.
864
865 An example of a module:
866
867 ```
868 mod math {
869     type Complex = (f64, f64);
870     fn sin(f: f64) -> f64 {
871         /* ... */
872 # panic!();
873     }
874     fn cos(f: f64) -> f64 {
875         /* ... */
876 # panic!();
877     }
878     fn tan(f: f64) -> f64 {
879         /* ... */
880 # panic!();
881     }
882 }
883 ```
884
885 Modules and types share the same namespace. Declaring a named type with
886 the same name as a module in scope is forbidden: that is, a type definition,
887 trait, struct, enumeration, or type parameter can't shadow the name of a module
888 in scope, or vice versa.
889
890 A module without a body is loaded from an external file, by default with the
891 same name as the module, plus the `.rs` extension. When a nested submodule is
892 loaded from an external file, it is loaded from a subdirectory path that
893 mirrors the module hierarchy.
894
895 ```{.ignore}
896 // Load the `vec` module from `vec.rs`
897 mod vec;
898
899 mod task {
900     // Load the `local_data` module from `task/local_data.rs`
901     mod local_data;
902 }
903 ```
904
905 The directories and files used for loading external file modules can be
906 influenced with the `path` attribute.
907
908 ```{.ignore}
909 #[path = "task_files"]
910 mod task {
911     // Load the `local_data` module from `task_files/tls.rs`
912     #[path = "tls.rs"]
913     mod local_data;
914 }
915 ```
916
917 #### View items
918
919 ```{.ebnf .gram}
920 view_item : extern_crate_decl | use_decl ;
921 ```
922
923 A view item manages the namespace of a module. View items do not define new
924 items, but rather, simply change other items' visibility. There are two
925 kinds of view items:
926
927 * [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations)
928 * [`use` declarations](#use-declarations)
929
930 ##### Extern crate declarations
931
932 ```{.ebnf .gram}
933 extern_crate_decl : "extern" "crate" crate_name
934 crate_name: ident | ( string_lit as ident )
935 ```
936
937 An _`extern crate` declaration_ specifies a dependency on an external crate.
938 The external crate is then bound into the declaring scope as the `ident`
939 provided in the `extern_crate_decl`.
940
941 The external crate is resolved to a specific `soname` at compile time, and a
942 runtime linkage requirement to that `soname` is passed to the linker for
943 loading at runtime. The `soname` is resolved at compile time by scanning the
944 compiler's library path and matching the optional `crateid` provided as a
945 string literal against the `crateid` attributes that were declared on the
946 external crate when it was compiled. If no `crateid` is provided, a default
947 `name` attribute is assumed, equal to the `ident` given in the
948 `extern_crate_decl`.
949
950 Three examples of `extern crate` declarations:
951
952 ```{.ignore}
953 extern crate pcre;
954
955 extern crate std; // equivalent to: extern crate std as std;
956
957 extern crate "std" as ruststd; // linking to 'std' under another name
958 ```
959
960 ##### Use declarations
961
962 ```{.ebnf .gram}
963 use_decl : "pub" ? "use" [ path "as" ident
964                           | path_glob ] ;
965
966 path_glob : ident [ "::" [ path_glob
967                           | '*' ] ] ?
968           | '{' path_item [ ',' path_item ] * '}' ;
969
970 path_item : ident | "mod" ;
971 ```
972
973 A _use declaration_ creates one or more local name bindings synonymous with
974 some other [path](#paths). Usually a `use` declaration is used to shorten the
975 path required to refer to a module item. These declarations may appear at the
976 top of [modules](#modules) and [blocks](#blocks).
977
978 > **Note**: Unlike in many languages,
979 > `use` declarations in Rust do *not* declare linkage dependency with external crates.
980 > Rather, [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations) declare linkage dependencies.
981
982 Use declarations support a number of convenient shortcuts:
983
984 * Rebinding the target name as a new local name, using the syntax `use p::q::r as x;`.
985 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element,
986   using the glob-like brace syntax `use a::b::{c,d,e,f};`
987 * Binding all paths matching a given prefix, using the asterisk wildcard syntax
988   `use a::b::*;`
989 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element
990   and their immediate parent module, using the `mod` keyword, such as
991   `use a::b::{mod, c, d};`
992
993 An example of `use` declarations:
994
995 ```
996 use std::iter::range_step;
997 use std::option::Option::{Some, None};
998 use std::collections::hash_map::{mod, HashMap};
999
1000 fn foo<T>(_: T){}
1001 fn bar(map1: HashMap<String, uint>, map2: hash_map::HashMap<String, uint>){}
1002
1003 fn main() {
1004     // Equivalent to 'std::iter::range_step(0u, 10u, 2u);'
1005     range_step(0u, 10u, 2u);
1006
1007     // Equivalent to 'foo(vec![std::option::Option::Some(1.0f64),
1008     // std::option::Option::None]);'
1009     foo(vec![Some(1.0f64), None]);
1010
1011     // Both `hash_map` and `HashMap` are in scope.
1012     let map1 = HashMap::new();
1013     let map2 = hash_map::HashMap::new();
1014     bar(map1, map2);
1015 }
1016 ```
1017
1018 Like items, `use` declarations are private to the containing module, by
1019 default. Also like items, a `use` declaration can be public, if qualified by
1020 the `pub` keyword. Such a `use` declaration serves to _re-export_ a name. A
1021 public `use` declaration can therefore _redirect_ some public name to a
1022 different target definition: even a definition with a private canonical path,
1023 inside a different module. If a sequence of such redirections form a cycle or
1024 cannot be resolved unambiguously, they represent a compile-time error.
1025
1026 An example of re-exporting:
1027
1028 ```
1029 # fn main() { }
1030 mod quux {
1031     pub use quux::foo::{bar, baz};
1032
1033     pub mod foo {
1034         pub fn bar() { }
1035         pub fn baz() { }
1036     }
1037 }
1038 ```
1039
1040 In this example, the module `quux` re-exports two public names defined in
1041 `foo`.
1042
1043 Also note that the paths contained in `use` items are relative to the crate
1044 root. So, in the previous example, the `use` refers to `quux::foo::{bar,
1045 baz}`, and not simply to `foo::{bar, baz}`. This also means that top-level
1046 module declarations should be at the crate root if direct usage of the declared
1047 modules within `use` items is desired. It is also possible to use `self` and
1048 `super` at the beginning of a `use` item to refer to the current and direct
1049 parent modules respectively. All rules regarding accessing declared modules in
1050 `use` declarations applies to both module declarations and `extern crate`
1051 declarations.
1052
1053 An example of what will and will not work for `use` items:
1054
1055 ```
1056 # #![allow(unused_imports)]
1057 use foo::core::iter;  // good: foo is at the root of the crate
1058 use foo::baz::foobaz;    // good: foo is at the root of the crate
1059
1060 mod foo {
1061     extern crate core;
1062
1063     use foo::core::iter; // good: foo is at crate root
1064 //  use core::iter;      // bad:  native is not at the crate root
1065     use self::baz::foobaz;  // good: self refers to module 'foo'
1066     use foo::bar::foobar;   // good: foo is at crate root
1067
1068     pub mod bar {
1069         pub fn foobar() { }
1070     }
1071
1072     pub mod baz {
1073         use super::bar::foobar; // good: super refers to module 'foo'
1074         pub fn foobaz() { }
1075     }
1076 }
1077
1078 fn main() {}
1079 ```
1080
1081 ### Functions
1082
1083 A _function item_ defines a sequence of [statements](#statements) and an
1084 optional final [expression](#expressions), along with a name and a set of
1085 parameters. Functions are declared with the keyword `fn`. Functions declare a
1086 set of *input* [*slots*](#memory-slots) as parameters, through which the caller
1087 passes arguments into the function, and an *output* [*slot*](#memory-slots)
1088 through which the function passes results back to the caller.
1089
1090 A function may also be copied into a first class *value*, in which case the
1091 value has the corresponding [*function type*](#function-types), and can be used
1092 otherwise exactly as a function item (with a minor additional cost of calling
1093 the function indirectly).
1094
1095 Every control path in a function logically ends with a `return` expression or a
1096 diverging expression. If the outermost block of a function has a
1097 value-producing expression in its final-expression position, that expression is
1098 interpreted as an implicit `return` expression applied to the final-expression.
1099
1100 An example of a function:
1101
1102 ```
1103 fn add(x: int, y: int) -> int {
1104     return x + y;
1105 }
1106 ```
1107
1108 As with `let` bindings, function arguments are irrefutable patterns, so any
1109 pattern that is valid in a let binding is also valid as an argument.
1110
1111 ```
1112 fn first((value, _): (int, int)) -> int { value }
1113 ```
1114
1115
1116 #### Generic functions
1117
1118 A _generic function_ allows one or more _parameterized types_ to appear in its
1119 signature. Each type parameter must be explicitly declared, in an
1120 angle-bracket-enclosed, comma-separated list following the function name.
1121
1122 ```{.ignore}
1123 fn iter<T>(seq: &[T], f: |T|) {
1124     for elt in seq.iter() { f(elt); }
1125 }
1126 fn map<T, U>(seq: &[T], f: |T| -> U) -> Vec<U> {
1127     let mut acc = vec![];
1128     for elt in seq.iter() { acc.push(f(elt)); }
1129     acc
1130 }
1131 ```
1132
1133 Inside the function signature and body, the name of the type parameter can be
1134 used as a type name.
1135
1136 When a generic function is referenced, its type is instantiated based on the
1137 context of the reference. For example, calling the `iter` function defined
1138 above on `[1, 2]` will instantiate type parameter `T` with `int`, and require
1139 the closure parameter to have type `fn(int)`.
1140
1141 The type parameters can also be explicitly supplied in a trailing
1142 [path](#paths) component after the function name. This might be necessary if
1143 there is not sufficient context to determine the type parameters. For example,
1144 `mem::size_of::<u32>() == 4`.
1145
1146 Since a parameter type is opaque to the generic function, the set of operations
1147 that can be performed on it is limited. Values of parameter type can only be
1148 moved, not copied.
1149
1150 ```
1151 fn id<T>(x: T) -> T { x }
1152 ```
1153
1154 Similarly, [trait](#traits) bounds can be specified for type parameters to
1155 allow methods with that trait to be called on values of that type.
1156
1157 #### Unsafety
1158
1159 Unsafe operations are those that potentially violate the memory-safety
1160 guarantees of Rust's static semantics.
1161
1162 The following language level features cannot be used in the safe subset of
1163 Rust:
1164
1165 - Dereferencing a [raw pointer](#pointer-types).
1166 - Reading or writing a [mutable static variable](#mutable-statics).
1167 - Calling an unsafe function (including an intrinsic or foreign function).
1168
1169 ##### Unsafe functions
1170
1171 Unsafe functions are functions that are not safe in all contexts and/or for all
1172 possible inputs. Such a function must be prefixed with the keyword `unsafe` and
1173 can only be called from an `unsafe` block or another `unsafe` function.
1174
1175 ##### Unsafe blocks
1176
1177 A block of code can be prefixed with the `unsafe` keyword, to permit calling
1178 `unsafe` functions or dereferencing raw pointers within a safe function.
1179
1180 When a programmer has sufficient conviction that a sequence of potentially
1181 unsafe operations is actually safe, they can encapsulate that sequence (taken
1182 as a whole) within an `unsafe` block. The compiler will consider uses of such
1183 code safe, in the surrounding context.
1184
1185 Unsafe blocks are used to wrap foreign libraries, make direct use of hardware
1186 or implement features not directly present in the language. For example, Rust
1187 provides the language features necessary to implement memory-safe concurrency
1188 in the language but the implementation of tasks and message passing is in the
1189 standard library.
1190
1191 Rust's type system is a conservative approximation of the dynamic safety
1192 requirements, so in some cases there is a performance cost to using safe code.
1193 For example, a doubly-linked list is not a tree structure and can only be
1194 represented with reference-counted pointers in safe code. By using `unsafe`
1195 blocks to represent the reverse links as raw pointers, it can be implemented
1196 with only boxes.
1197
1198 ##### Behavior considered undefined
1199
1200 The following is a list of behavior which is forbidden in all Rust code,
1201 including within `unsafe` blocks and `unsafe` functions. Type checking provides
1202 the guarantee that these issues are never caused by safe code.
1203
1204 * Data races
1205 * Dereferencing a null/dangling raw pointer
1206 * Mutating an immutable value/reference without `UnsafeCell`
1207 * Reads of [undef](http://llvm.org/docs/LangRef.html#undefined-values)
1208   (uninitialized) memory
1209 * Breaking the [pointer aliasing
1210   rules](http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointer-aliasing-rules)
1211   with raw pointers (a subset of the rules used by C)
1212 * Invoking undefined behavior via compiler intrinsics:
1213   * Indexing outside of the bounds of an object with `std::ptr::offset`
1214     (`offset` intrinsic), with
1215     the exception of one byte past the end which is permitted.
1216   * Using `std::ptr::copy_nonoverlapping_memory` (`memcpy32`/`memcpy64`
1217     instrinsics) on overlapping buffers
1218 * Invalid values in primitive types, even in private fields/locals:
1219   * Dangling/null references or boxes
1220   * A value other than `false` (0) or `true` (1) in a `bool`
1221   * A discriminant in an `enum` not included in the type definition
1222   * A value in a `char` which is a surrogate or above `char::MAX`
1223   * non-UTF-8 byte sequences in a `str`
1224 * Unwinding into Rust from foreign code or unwinding from Rust into foreign
1225   code. Rust's failure system is not compatible with exception handling in
1226   other languages. Unwinding must be caught and handled at FFI boundaries.
1227
1228 ##### Behaviour not considered unsafe
1229
1230 This is a list of behaviour not considered *unsafe* in Rust terms, but that may
1231 be undesired.
1232
1233 * Deadlocks
1234 * Reading data from private fields (`std::repr`)
1235 * Leaks due to reference count cycles, even in the global heap
1236 * Exiting without calling destructors
1237 * Sending signals
1238 * Accessing/modifying the file system
1239 * Unsigned integer overflow (well-defined as wrapping)
1240 * Signed integer overflow (well-defined as two's complement representation
1241   wrapping)
1242
1243 #### Diverging functions
1244
1245 A special kind of function can be declared with a `!` character where the
1246 output slot type would normally be. For example:
1247
1248 ```
1249 fn my_err(s: &str) -> ! {
1250     println!("{}", s);
1251     panic!();
1252 }
1253 ```
1254
1255 We call such functions "diverging" because they never return a value to the
1256 caller. Every control path in a diverging function must end with a `panic!()` or
1257 a call to another diverging function on every control path. The `!` annotation
1258 does *not* denote a type. Rather, the result type of a diverging function is a
1259 special type called $\bot$ ("bottom") that unifies with any type. Rust has no
1260 syntax for $\bot$.
1261
1262 It might be necessary to declare a diverging function because as mentioned
1263 previously, the typechecker checks that every control path in a function ends
1264 with a [`return`](#return-expressions) or diverging expression. So, if `my_err`
1265 were declared without the `!` annotation, the following code would not
1266 typecheck:
1267
1268 ```
1269 # fn my_err(s: &str) -> ! { panic!() }
1270
1271 fn f(i: int) -> int {
1272    if i == 42 {
1273      return 42;
1274    }
1275    else {
1276      my_err("Bad number!");
1277    }
1278 }
1279 ```
1280
1281 This will not compile without the `!` annotation on `my_err`, since the `else`
1282 branch of the conditional in `f` does not return an `int`, as required by the
1283 signature of `f`. Adding the `!` annotation to `my_err` informs the
1284 typechecker that, should control ever enter `my_err`, no further type judgments
1285 about `f` need to hold, since control will never resume in any context that
1286 relies on those judgments. Thus the return type on `f` only needs to reflect
1287 the `if` branch of the conditional.
1288
1289 #### Extern functions
1290
1291 Extern functions are part of Rust's foreign function interface, providing the
1292 opposite functionality to [external blocks](#external-blocks). Whereas
1293 external blocks allow Rust code to call foreign code, extern functions with
1294 bodies defined in Rust code _can be called by foreign code_. They are defined
1295 in the same way as any other Rust function, except that they have the `extern`
1296 modifier.
1297
1298 ```
1299 // Declares an extern fn, the ABI defaults to "C"
1300 extern fn new_int() -> int { 0 }
1301
1302 // Declares an extern fn with "stdcall" ABI
1303 extern "stdcall" fn new_int_stdcall() -> int { 0 }
1304 ```
1305
1306 Unlike normal functions, extern fns have an `extern "ABI" fn()`. This is the
1307 same type as the functions declared in an extern block.
1308
1309 ```
1310 # extern fn new_int() -> int { 0 }
1311 let fptr: extern "C" fn() -> int = new_int;
1312 ```
1313
1314 Extern functions may be called directly from Rust code as Rust uses large,
1315 contiguous stack segments like C.
1316
1317 ### Type definitions
1318
1319 A _type definition_ defines a new name for an existing [type](#types). Type
1320 definitions are declared with the keyword `type`. Every value has a single,
1321 specific type; the type-specified aspects of a value include:
1322
1323 * Whether the value is composed of sub-values or is indivisible.
1324 * Whether the value represents textual or numerical information.
1325 * Whether the value represents integral or floating-point information.
1326 * The sequence of memory operations required to access the value.
1327 * The [kind](#type-kinds) of the type.
1328
1329 For example, the type `(u8, u8)` defines the set of immutable values that are
1330 composite pairs, each containing two unsigned 8-bit integers accessed by
1331 pattern-matching and laid out in memory with the `x` component preceding the
1332 `y` component:
1333
1334 ```
1335 type Point = (u8, u8);
1336 let p: Point = (41, 68);
1337 ```
1338
1339 ### Structures
1340
1341 A _structure_ is a nominal [structure type](#structure-types) defined with the
1342 keyword `struct`.
1343
1344 An example of a `struct` item and its use:
1345
1346 ```
1347 struct Point {x: int, y: int}
1348 let p = Point {x: 10, y: 11};
1349 let px: int = p.x;
1350 ```
1351
1352 A _tuple structure_ is a nominal [tuple type](#tuple-types), also defined with
1353 the keyword `struct`. For example:
1354
1355 ```
1356 struct Point(int, int);
1357 let p = Point(10, 11);
1358 let px: int = match p { Point(x, _) => x };
1359 ```
1360
1361 A _unit-like struct_ is a structure without any fields, defined by leaving off
1362 the list of fields entirely. Such types will have a single value, just like
1363 the [unit value `()`](#unit-and-boolean-literals) of the unit type. For
1364 example:
1365
1366 ```
1367 struct Cookie;
1368 let c = [Cookie, Cookie, Cookie, Cookie];
1369 ```
1370
1371 The precise memory layout of a structure is not specified. One can specify a
1372 particular layout using the [`repr` attribute](#ffi-attributes).
1373
1374 ### Enumerations
1375
1376 An _enumeration_ is a simultaneous definition of a nominal [enumerated
1377 type](#enumerated-types) as well as a set of *constructors*, that can be used
1378 to create or pattern-match values of the corresponding enumerated type.
1379
1380 Enumerations are declared with the keyword `enum`.
1381
1382 An example of an `enum` item and its use:
1383
1384 ```
1385 enum Animal {
1386   Dog,
1387   Cat
1388 }
1389
1390 let mut a: Animal = Animal::Dog;
1391 a = Animal::Cat;
1392 ```
1393
1394 Enumeration constructors can have either named or unnamed fields:
1395
1396 ```
1397 # #![feature(struct_variant)]
1398 # fn main() {
1399 enum Animal {
1400     Dog (String, f64),
1401     Cat { name: String, weight: f64 }
1402 }
1403
1404 let mut a: Animal = Animal::Dog("Cocoa".to_string(), 37.2);
1405 a = Animal::Cat { name: "Spotty".to_string(), weight: 2.7 };
1406 # }
1407 ```
1408
1409 In this example, `Cat` is a _struct-like enum variant_,
1410 whereas `Dog` is simply called an enum variant.
1411
1412 ### Constant items
1413
1414 ```{.ebnf .gram}
1415 const_item : "const" ident ':' type '=' expr ';' ;
1416 ```
1417
1418 A *constant item* is a named _constant value_ which is not associated with a
1419 specific memory location in the program. Constants are essentially inlined
1420 wherever they are used, meaning that they are copied directly into the relevant
1421 context when used. References to the same constant are not necessarily
1422 guaranteed to refer to the same memory address.
1423
1424 Constant values must not have destructors, and otherwise permit most forms of
1425 data. Constants may refer to the address of other constants, in which case the
1426 address will have the `static` lifetime. The compiler is, however, still at
1427 liberty to translate the constant many times, so the address referred to may not
1428 be stable.
1429
1430 Constants must be explicitly typed. The type may be `bool`, `char`, a number, or
1431 a type derived from those primitive types. The derived types are references with
1432 the `static` lifetime, fixed-size arrays, tuples, enum variants, and structs.
1433
1434 ```
1435 const BIT1: uint = 1 << 0;
1436 const BIT2: uint = 1 << 1;
1437
1438 const BITS: [uint, ..2] = [BIT1, BIT2];
1439 const STRING: &'static str = "bitstring";
1440
1441 struct BitsNStrings<'a> {
1442     mybits: [uint, ..2],
1443     mystring: &'a str
1444 }
1445
1446 const BITS_N_STRINGS: BitsNStrings<'static> = BitsNStrings {
1447     mybits: BITS,
1448     mystring: STRING
1449 };
1450 ```
1451
1452 ### Static items
1453
1454 ```{.ebnf .gram}
1455 static_item : "static" ident ':' type '=' expr ';' ;
1456 ```
1457
1458 A *static item* is similar to a *constant*, except that it represents a precise
1459 memory location in the program. A static is never "inlined" at the usage site,
1460 and all references to it refer to the same memory location. Static items have
1461 the `static` lifetime, which outlives all other lifetimes in a Rust program.
1462 Static items may be placed in read-only memory if they do not contain any
1463 interior mutability.
1464
1465 Statics may contain interior mutability through the `UnsafeCell` language item.
1466 All access to a static is safe, but there are a number of restrictions on
1467 statics:
1468
1469 * Statics may not contain any destructors.
1470 * The types of static values must ascribe to `Sync` to allow threadsafe access.
1471 * Statics may not refer to other statics by value, only by reference.
1472 * Constants cannot refer to statics.
1473
1474 Constants should in general be preferred over statics, unless large amounts of
1475 data are being stored, or single-address and mutability properties are required.
1476
1477 ```
1478 use std::sync::atomic;
1479
1480 // Note that INIT_ATOMIC_UINT is a *const*, but it may be used to initialize a
1481 // static. This static can be modified, so it is not placed in read-only memory.
1482 static COUNTER: atomic::AtomicUint = atomic::INIT_ATOMIC_UINT;
1483
1484 // This table is a candidate to be placed in read-only memory.
1485 static TABLE: &'static [uint] = &[1, 2, 3, /* ... */];
1486
1487 for slot in TABLE.iter() {
1488     println!("{}", slot);
1489 }
1490 COUNTER.fetch_add(1, atomic::SeqCst);
1491 ```
1492
1493 #### Mutable statics
1494
1495 If a static item is declared with the `mut` keyword, then it is allowed to
1496 be modified by the program. One of Rust's goals is to make concurrency bugs
1497 hard to run into, and this is obviously a very large source of race conditions
1498 or other bugs. For this reason, an `unsafe` block is required when either
1499 reading or writing a mutable static variable. Care should be taken to ensure
1500 that modifications to a mutable static are safe with respect to other tasks
1501 running in the same process.
1502
1503 Mutable statics are still very useful, however. They can be used with C
1504 libraries and can also be bound from C libraries (in an `extern` block).
1505
1506 ```
1507 # fn atomic_add(_: &mut uint, _: uint) -> uint { 2 }
1508
1509 static mut LEVELS: uint = 0;
1510
1511 // This violates the idea of no shared state, and this doesn't internally
1512 // protect against races, so this function is `unsafe`
1513 unsafe fn bump_levels_unsafe1() -> uint {
1514     let ret = LEVELS;
1515     LEVELS += 1;
1516     return ret;
1517 }
1518
1519 // Assuming that we have an atomic_add function which returns the old value,
1520 // this function is "safe" but the meaning of the return value may not be what
1521 // callers expect, so it's still marked as `unsafe`
1522 unsafe fn bump_levels_unsafe2() -> uint {
1523     return atomic_add(&mut LEVELS, 1);
1524 }
1525 ```
1526
1527 Mutable statics have the same restrictions as normal statics, except that the
1528 type of the value is not required to ascribe to `Sync`.
1529
1530 ### Traits
1531
1532 A _trait_ describes a set of method types.
1533
1534 Traits can include default implementations of methods, written in terms of some
1535 unknown [`self` type](#self-types); the `self` type may either be completely
1536 unspecified, or constrained by some other trait.
1537
1538 Traits are implemented for specific types through separate
1539 [implementations](#implementations).
1540
1541 ```
1542 # type Surface = int;
1543 # type BoundingBox = int;
1544 trait Shape {
1545     fn draw(&self, Surface);
1546     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox;
1547 }
1548 ```
1549
1550 This defines a trait with two methods. All values that have
1551 [implementations](#implementations) of this trait in scope can have their
1552 `draw` and `bounding_box` methods called, using `value.bounding_box()`
1553 [syntax](#method-call-expressions).
1554
1555 Type parameters can be specified for a trait to make it generic. These appear
1556 after the trait name, using the same syntax used in [generic
1557 functions](#generic-functions).
1558
1559 ```
1560 trait Seq<T> {
1561    fn len(&self) -> uint;
1562    fn elt_at(&self, n: uint) -> T;
1563    fn iter(&self, |T|);
1564 }
1565 ```
1566
1567 Generic functions may use traits as _bounds_ on their type parameters. This
1568 will have two effects: only types that have the trait may instantiate the
1569 parameter, and within the generic function, the methods of the trait can be
1570 called on values that have the parameter's type. For example:
1571
1572 ```
1573 # type Surface = int;
1574 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); }
1575 fn draw_twice<T: Shape>(surface: Surface, sh: T) {
1576     sh.draw(surface);
1577     sh.draw(surface);
1578 }
1579 ```
1580
1581 Traits also define an [object type](#object-types) with the same name as the
1582 trait. Values of this type are created by [casting](#type-cast-expressions)
1583 pointer values (pointing to a type for which an implementation of the given
1584 trait is in scope) to pointers to the trait name, used as a type.
1585
1586 ```
1587 # trait Shape { }
1588 # impl Shape for int { }
1589 # let mycircle = 0i;
1590 let myshape: Box<Shape> = box mycircle as Box<Shape>;
1591 ```
1592
1593 The resulting value is a box containing the value that was cast, along with
1594 information that identifies the methods of the implementation that was used.
1595 Values with a trait type can have [methods called](#method-call-expressions) on
1596 them, for any method in the trait, and can be used to instantiate type
1597 parameters that are bounded by the trait.
1598
1599 Trait methods may be static, which means that they lack a `self` argument.
1600 This means that they can only be called with function call syntax (`f(x)`) and
1601 not method call syntax (`obj.f()`). The way to refer to the name of a static
1602 method is to qualify it with the trait name, treating the trait name like a
1603 module. For example:
1604
1605 ```
1606 trait Num {
1607     fn from_int(n: int) -> Self;
1608 }
1609 impl Num for f64 {
1610     fn from_int(n: int) -> f64 { n as f64 }
1611 }
1612 let x: f64 = Num::from_int(42);
1613 ```
1614
1615 Traits may inherit from other traits. For example, in
1616
1617 ```
1618 trait Shape { fn area() -> f64; }
1619 trait Circle : Shape { fn radius() -> f64; }
1620 ```
1621
1622 the syntax `Circle : Shape` means that types that implement `Circle` must also
1623 have an implementation for `Shape`. Multiple supertraits are separated by `+`,
1624 `trait Circle : Shape + PartialEq { }`. In an implementation of `Circle` for a
1625 given type `T`, methods can refer to `Shape` methods, since the typechecker
1626 checks that any type with an implementation of `Circle` also has an
1627 implementation of `Shape`.
1628
1629 In type-parameterized functions, methods of the supertrait may be called on
1630 values of subtrait-bound type parameters. Referring to the previous example of
1631 `trait Circle : Shape`:
1632
1633 ```
1634 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1635 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1636 fn radius_times_area<T: Circle>(c: T) -> f64 {
1637     // `c` is both a Circle and a Shape
1638     c.radius() * c.area()
1639 }
1640 ```
1641
1642 Likewise, supertrait methods may also be called on trait objects.
1643
1644 ```{.ignore}
1645 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1646 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1647 # impl Shape for int { fn area(&self) -> f64 { 0.0 } }
1648 # impl Circle for int { fn radius(&self) -> f64 { 0.0 } }
1649 # let mycircle = 0;
1650 let mycircle = box mycircle as Box<Circle>;
1651 let nonsense = mycircle.radius() * mycircle.area();
1652 ```
1653
1654 ### Implementations
1655
1656 An _implementation_ is an item that implements a [trait](#traits) for a
1657 specific type.
1658
1659 Implementations are defined with the keyword `impl`.
1660
1661 ```
1662 # struct Point {x: f64, y: f64};
1663 # type Surface = int;
1664 # struct BoundingBox {x: f64, y: f64, width: f64, height: f64};
1665 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); fn bounding_box(&self) -> BoundingBox; }
1666 # fn do_draw_circle(s: Surface, c: Circle) { }
1667 struct Circle {
1668     radius: f64,
1669     center: Point,
1670 }
1671
1672 impl Shape for Circle {
1673     fn draw(&self, s: Surface) { do_draw_circle(s, *self); }
1674     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox {
1675         let r = self.radius;
1676         BoundingBox{x: self.center.x - r, y: self.center.y - r,
1677          width: 2.0 * r, height: 2.0 * r}
1678     }
1679 }
1680 ```
1681
1682 It is possible to define an implementation without referring to a trait. The
1683 methods in such an implementation can only be used as direct calls on the
1684 values of the type that the implementation targets. In such an implementation,
1685 the trait type and `for` after `impl` are omitted. Such implementations are
1686 limited to nominal types (enums, structs), and the implementation must appear
1687 in the same module or a sub-module as the `self` type:
1688
1689 ```
1690 struct Point {x: int, y: int}
1691
1692 impl Point {
1693     fn log(&self) {
1694         println!("Point is at ({}, {})", self.x, self.y);
1695     }
1696 }
1697
1698 let my_point = Point {x: 10, y:11};
1699 my_point.log();
1700 ```
1701
1702 When a trait _is_ specified in an `impl`, all methods declared as part of the
1703 trait must be implemented, with matching types and type parameter counts.
1704
1705 An implementation can take type parameters, which can be different from the
1706 type parameters taken by the trait it implements. Implementation parameters
1707 are written after the `impl` keyword.
1708
1709 ```
1710 # trait Seq<T> { }
1711 impl<T> Seq<T> for Vec<T> {
1712    /* ... */
1713 }
1714 impl Seq<bool> for u32 {
1715    /* Treat the integer as a sequence of bits */
1716 }
1717 ```
1718
1719 ### External blocks
1720
1721 ```{.ebnf .gram}
1722 extern_block_item : "extern" '{' extern_block '}' ;
1723 extern_block : [ foreign_fn ] * ;
1724 ```
1725
1726 External blocks form the basis for Rust's foreign function interface.
1727 Declarations in an external block describe symbols in external, non-Rust
1728 libraries.
1729
1730 Functions within external blocks are declared in the same way as other Rust
1731 functions, with the exception that they may not have a body and are instead
1732 terminated by a semicolon.
1733
1734 ```
1735 extern crate libc;
1736 use libc::{c_char, FILE};
1737
1738 extern {
1739     fn fopen(filename: *const c_char, mode: *const c_char) -> *mut FILE;
1740 }
1741 # fn main() {}
1742 ```
1743
1744 Functions within external blocks may be called by Rust code, just like
1745 functions defined in Rust. The Rust compiler automatically translates between
1746 the Rust ABI and the foreign ABI.
1747
1748 A number of [attributes](#attributes) control the behavior of external blocks.
1749
1750 By default external blocks assume that the library they are calling uses the
1751 standard C "cdecl" ABI. Other ABIs may be specified using an `abi` string, as
1752 shown here:
1753
1754 ```{.ignore}
1755 // Interface to the Windows API
1756 extern "stdcall" { }
1757 ```
1758
1759 The `link` attribute allows the name of the library to be specified. When
1760 specified the compiler will attempt to link against the native library of the
1761 specified name.
1762
1763 ```{.ignore}
1764 #[link(name = "crypto")]
1765 extern { }
1766 ```
1767
1768 The type of a function declared in an extern block is `extern "abi" fn(A1, ...,
1769 An) -> R`, where `A1...An` are the declared types of its arguments and `R` is
1770 the declared return type.
1771
1772 ## Visibility and Privacy
1773
1774 These two terms are often used interchangeably, and what they are attempting to
1775 convey is the answer to the question "Can this item be used at this location?"
1776
1777 Rust's name resolution operates on a global hierarchy of namespaces. Each level
1778 in the hierarchy can be thought of as some item. The items are one of those
1779 mentioned above, but also include external crates. Declaring or defining a new
1780 module can be thought of as inserting a new tree into the hierarchy at the
1781 location of the definition.
1782
1783 To control whether interfaces can be used across modules, Rust checks each use
1784 of an item to see whether it should be allowed or not. This is where privacy
1785 warnings are generated, or otherwise "you used a private item of another module
1786 and weren't allowed to."
1787
1788 By default, everything in Rust is *private*, with one exception. Enum variants
1789 in a `pub` enum are also public by default. You are allowed to alter this
1790 default visibility with the `priv` keyword. When an item is declared as `pub`,
1791 it can be thought of as being accessible to the outside world. For example:
1792
1793 ```
1794 # fn main() {}
1795 // Declare a private struct
1796 struct Foo;
1797
1798 // Declare a public struct with a private field
1799 pub struct Bar {
1800     field: int
1801 }
1802
1803 // Declare a public enum with two public variants
1804 pub enum State {
1805     PubliclyAccessibleState,
1806     PubliclyAccessibleState2,
1807 }
1808 ```
1809
1810 With the notion of an item being either public or private, Rust allows item
1811 accesses in two cases:
1812
1813 1. If an item is public, then it can be used externally through any of its
1814    public ancestors.
1815 2. If an item is private, it may be accessed by the current module and its
1816    descendants.
1817
1818 These two cases are surprisingly powerful for creating module hierarchies
1819 exposing public APIs while hiding internal implementation details. To help
1820 explain, here's a few use cases and what they would entail.
1821
1822 * A library developer needs to expose functionality to crates which link
1823   against their library. As a consequence of the first case, this means that
1824   anything which is usable externally must be `pub` from the root down to the
1825   destination item. Any private item in the chain will disallow external
1826   accesses.
1827
1828 * A crate needs a global available "helper module" to itself, but it doesn't
1829   want to expose the helper module as a public API. To accomplish this, the
1830   root of the crate's hierarchy would have a private module which then
1831   internally has a "public api". Because the entire crate is a descendant of
1832   the root, then the entire local crate can access this private module through
1833   the second case.
1834
1835 * When writing unit tests for a module, it's often a common idiom to have an
1836   immediate child of the module to-be-tested named `mod test`. This module
1837   could access any items of the parent module through the second case, meaning
1838   that internal implementation details could also be seamlessly tested from the
1839   child module.
1840
1841 In the second case, it mentions that a private item "can be accessed" by the
1842 current module and its descendants, but the exact meaning of accessing an item
1843 depends on what the item is. Accessing a module, for example, would mean
1844 looking inside of it (to import more items). On the other hand, accessing a
1845 function would mean that it is invoked. Additionally, path expressions and
1846 import statements are considered to access an item in the sense that the
1847 import/expression is only valid if the destination is in the current visibility
1848 scope.
1849
1850 Here's an example of a program which exemplifies the three cases outlined
1851 above.
1852
1853 ```
1854 // This module is private, meaning that no external crate can access this
1855 // module. Because it is private at the root of this current crate, however, any
1856 // module in the crate may access any publicly visible item in this module.
1857 mod crate_helper_module {
1858
1859     // This function can be used by anything in the current crate
1860     pub fn crate_helper() {}
1861
1862     // This function *cannot* be used by anything else in the crate. It is not
1863     // publicly visible outside of the `crate_helper_module`, so only this
1864     // current module and its descendants may access it.
1865     fn implementation_detail() {}
1866 }
1867
1868 // This function is "public to the root" meaning that it's available to external
1869 // crates linking against this one.
1870 pub fn public_api() {}
1871
1872 // Similarly to 'public_api', this module is public so external crates may look
1873 // inside of it.
1874 pub mod submodule {
1875     use crate_helper_module;
1876
1877     pub fn my_method() {
1878         // Any item in the local crate may invoke the helper module's public
1879         // interface through a combination of the two rules above.
1880         crate_helper_module::crate_helper();
1881     }
1882
1883     // This function is hidden to any module which is not a descendant of
1884     // `submodule`
1885     fn my_implementation() {}
1886
1887     #[cfg(test)]
1888     mod test {
1889
1890         #[test]
1891         fn test_my_implementation() {
1892             // Because this module is a descendant of `submodule`, it's allowed
1893             // to access private items inside of `submodule` without a privacy
1894             // violation.
1895             super::my_implementation();
1896         }
1897     }
1898 }
1899
1900 # fn main() {}
1901 ```
1902
1903 For a rust program to pass the privacy checking pass, all paths must be valid
1904 accesses given the two rules above. This includes all use statements,
1905 expressions, types, etc.
1906
1907 ### Re-exporting and Visibility
1908
1909 Rust allows publicly re-exporting items through a `pub use` directive. Because
1910 this is a public directive, this allows the item to be used in the current
1911 module through the rules above. It essentially allows public access into the
1912 re-exported item. For example, this program is valid:
1913
1914 ```
1915 pub use self::implementation as api;
1916
1917 mod implementation {
1918     pub fn f() {}
1919 }
1920
1921 # fn main() {}
1922 ```
1923
1924 This means that any external crate referencing `implementation::f` would
1925 receive a privacy violation, while the path `api::f` would be allowed.
1926
1927 When re-exporting a private item, it can be thought of as allowing the "privacy
1928 chain" being short-circuited through the reexport instead of passing through
1929 the namespace hierarchy as it normally would.
1930
1931 ## Attributes
1932
1933 ```{.ebnf .gram}
1934 attribute : "#!" ? '[' meta_item ']' ;
1935 meta_item : ident [ '=' literal
1936                   | '(' meta_seq ')' ] ? ;
1937 meta_seq : meta_item [ ',' meta_seq ] ? ;
1938 ```
1939
1940 Any item declaration may have an _attribute_ applied to it. Attributes in Rust
1941 are modeled on Attributes in ECMA-335, with the syntax coming from ECMA-334
1942 (C#). An attribute is a general, free-form metadatum that is interpreted
1943 according to name, convention, and language and compiler version. Attributes
1944 may appear as any of:
1945
1946 * A single identifier, the attribute name
1947 * An identifier followed by the equals sign '=' and a literal, providing a
1948   key/value pair
1949 * An identifier followed by a parenthesized list of sub-attribute arguments
1950
1951 Attributes with a bang ("!") after the hash ("#") apply to the item that the
1952 attribute is declared within. Attributes that do not have a bang after the hash
1953 apply to the item that follows the attribute.
1954
1955 An example of attributes:
1956
1957 ```{.rust}
1958 // General metadata applied to the enclosing module or crate.
1959 #![crate_type = "lib"]
1960
1961 // A function marked as a unit test
1962 #[test]
1963 fn test_foo() {
1964   /* ... */
1965 }
1966
1967 // A conditionally-compiled module
1968 #[cfg(target_os="linux")]
1969 mod bar {
1970   /* ... */
1971 }
1972
1973 // A lint attribute used to suppress a warning/error
1974 #[allow(non_camel_case_types)]
1975 type int8_t = i8;
1976 ```
1977
1978 > **Note:** At some point in the future, the compiler will distinguish between
1979 > language-reserved and user-available attributes. Until then, there is
1980 > effectively no difference between an attribute handled by a loadable syntax
1981 > extension and the compiler.
1982
1983 ### Crate-only attributes
1984
1985 - `crate_name` - specify the this crate's crate name.
1986 - `crate_type` - see [linkage](#linkage).
1987 - `feature` - see [compiler features](#compiler-features).
1988 - `no_builtins` - disable optimizing certain code patterns to invocations of
1989                   library functions that are assumed to exist
1990 - `no_main` - disable emitting the `main` symbol. Useful when some other
1991    object being linked to defines `main`.
1992 - `no_start` - disable linking to the `native` crate, which specifies the
1993   "start" language item.
1994 - `no_std` - disable linking to the `std` crate.
1995
1996 ### Module-only attributes
1997
1998 - `macro_escape` - macros defined in this module will be visible in the
1999   module's parent, after this module has been included.
2000 - `no_implicit_prelude` - disable injecting `use std::prelude::*` in this
2001   module.
2002 - `path` - specifies the file to load the module from. `#[path="foo.rs"] mod
2003   bar;` is equivalent to `mod bar { /* contents of foo.rs */ }`. The path is
2004   taken relative to the directory that the current module is in.
2005
2006 ### Function-only attributes
2007
2008 - `main` - indicates that this function should be passed to the entry point,
2009   rather than the function in the crate root named `main`.
2010 - `plugin_registrar` - mark this function as the registration point for
2011   [compiler plugins][plugin], such as loadable syntax extensions.
2012 - `start` - indicates that this function should be used as the entry point,
2013   overriding the "start" language item. See the "start" [language
2014   item](#language-items) for more details.
2015 - `test` - indicates that this function is a test function, to only be compiled
2016   in case of `--test`.
2017
2018 ### Static-only attributes
2019
2020 - `thread_local` - on a `static mut`, this signals that the value of this
2021   static may change depending on the current thread. The exact consequences of
2022   this are implementation-defined.
2023
2024 ### FFI attributes
2025
2026 On an `extern` block, the following attributes are interpreted:
2027
2028 - `link_args` - specify arguments to the linker, rather than just the library
2029   name and type. This is feature gated and the exact behavior is
2030   implementation-defined (due to variety of linker invocation syntax).
2031 - `link` - indicate that a native library should be linked to for the
2032   declarations in this block to be linked correctly. `link` supports an optional `kind`
2033   key with three possible values: `dylib`, `static`, and `framework`. See [external blocks](#external-blocks) for more about external blocks. Two
2034   examples: `#[link(name = "readline")]` and
2035   `#[link(name = "CoreFoundation", kind = "framework")]`.
2036
2037 On declarations inside an `extern` block, the following attributes are
2038 interpreted:
2039
2040 - `link_name` - the name of the symbol that this function or static should be
2041   imported as.
2042 - `linkage` - on a static, this specifies the [linkage
2043   type](http://llvm.org/docs/LangRef.html#linkage-types).
2044
2045 On `enum`s:
2046
2047 - `repr` - on C-like enums, this sets the underlying type used for
2048   representation. Takes one argument, which is the primitive
2049   type this enum should be represented for, or `C`, which specifies that it
2050   should be the default `enum` size of the C ABI for that platform. Note that
2051   enum representation in C is undefined, and this may be incorrect when the C
2052   code is compiled with certain flags.
2053
2054 On `struct`s:
2055
2056 - `repr` - specifies the representation to use for this struct. Takes a list
2057   of options. The currently accepted ones are `C` and `packed`, which may be
2058   combined. `C` will use a C ABI compatible struct layout, and `packed` will
2059   remove any padding between fields (note that this is very fragile and may
2060   break platforms which require aligned access).
2061
2062 ### Miscellaneous attributes
2063
2064 - `export_name` - on statics and functions, this determines the name of the
2065   exported symbol.
2066 - `link_section` - on statics and functions, this specifies the section of the
2067   object file that this item's contents will be placed into.
2068 - `macro_export` - export a macro for cross-crate usage.
2069 - `no_mangle` - on any item, do not apply the standard name mangling. Set the
2070   symbol for this item to its identifier.
2071 - `packed` - on structs or enums, eliminate any padding that would be used to
2072   align fields.
2073 - `phase` - on `extern crate` statements, allows specifying which "phase" of
2074   compilation the crate should be loaded for. Currently, there are two
2075   choices: `link` and `plugin`. `link` is the default. `plugin` will [load the
2076   crate at compile-time][plugin] and use any syntax extensions or lints that the crate
2077   defines. They can both be specified, `#[phase(link, plugin)]` to use a crate
2078   both at runtime and compiletime.
2079 - `simd` - on certain tuple structs, derive the arithmetic operators, which
2080   lower to the target's SIMD instructions, if any; the `simd` feature gate
2081   is necessary to use this attribute.
2082 - `static_assert` - on statics whose type is `bool`, terminates compilation
2083   with an error if it is not initialized to `true`.
2084 - `unsafe_destructor` - allow implementations of the "drop" language item
2085   where the type it is implemented for does not implement the "send" language
2086   item; the `unsafe_destructor` feature gate is needed to use this attribute
2087 - `unsafe_no_drop_flag` - on structs, remove the flag that prevents
2088   destructors from being run twice. Destructors might be run multiple times on
2089   the same object with this attribute.
2090 - `doc` - Doc comments such as `/// foo` are equivalent to `#[doc = "foo"]`.
2091
2092 ### Conditional compilation
2093
2094 Sometimes one wants to have different compiler outputs from the same code,
2095 depending on build target, such as targeted operating system, or to enable
2096 release builds.
2097
2098 There are two kinds of configuration options, one that is either defined or not
2099 (`#[cfg(foo)]`), and the other that contains a string that can be checked
2100 against (`#[cfg(bar = "baz")]` (currently only compiler-defined configuration
2101 options can have the latter form).
2102
2103 ```
2104 // The function is only included in the build when compiling for OSX
2105 #[cfg(target_os = "macos")]
2106 fn macos_only() {
2107   // ...
2108 }
2109
2110 // This function is only included when either foo or bar is defined
2111 #[cfg(any(foo, bar))]
2112 fn needs_foo_or_bar() {
2113   // ...
2114 }
2115
2116 // This function is only included when compiling for a unixish OS with a 32-bit
2117 // architecture
2118 #[cfg(all(unix, target_word_size = "32"))]
2119 fn on_32bit_unix() {
2120   // ...
2121 }
2122
2123 // This function is only included when foo is not defined
2124 #[cfg(not(foo))]
2125 fn needs_not_foo() {
2126   // ...
2127 }
2128 ```
2129
2130 This illustrates some conditional compilation can be achieved using the
2131 `#[cfg(...)]` attribute. `any`, `all` and `not` can be used to assemble
2132 arbitrarily complex configurations through nesting.
2133
2134 The following configurations must be defined by the implementation:
2135
2136 * `target_arch = "..."`. Target CPU architecture, such as `"x86"`, `"x86_64"`
2137   `"mips"`, or `"arm"`.
2138 * `target_endian = "..."`. Endianness of the target CPU, either `"little"` or
2139   `"big"`.
2140 * `target_family = "..."`. Operating system family of the target, e. g.
2141   `"unix"` or `"windows"`. The value of this configuration option is defined
2142   as a configuration itself, like `unix` or `windows`.
2143 * `target_os = "..."`. Operating system of the target, examples include
2144   `"win32"`, `"macos"`, `"linux"`, `"android"`, `"freebsd"` or `"dragonfly"`.
2145 * `target_word_size = "..."`. Target word size in bits. This is set to `"32"`
2146   for targets with 32-bit pointers, and likewise set to `"64"` for 64-bit
2147   pointers.
2148 * `unix`. See `target_family`.
2149 * `windows`. See `target_family`.
2150
2151 ### Lint check attributes
2152
2153 A lint check names a potentially undesirable coding pattern, such as
2154 unreachable code or omitted documentation, for the static entity to which the
2155 attribute applies.
2156
2157 For any lint check `C`:
2158
2159 * `allow(C)` overrides the check for `C` so that violations will go
2160    unreported,
2161 * `deny(C)` signals an error after encountering a violation of `C`,
2162 * `forbid(C)` is the same as `deny(C)`, but also forbids changing the lint
2163    level afterwards,
2164 * `warn(C)` warns about violations of `C` but continues compilation.
2165
2166 The lint checks supported by the compiler can be found via `rustc -W help`,
2167 along with their default settings.  [Compiler
2168 plugins](guide-plugin.html#lint-plugins) can provide additional lint checks.
2169
2170 ```{.ignore}
2171 mod m1 {
2172     // Missing documentation is ignored here
2173     #[allow(missing_docs)]
2174     pub fn undocumented_one() -> int { 1 }
2175
2176     // Missing documentation signals a warning here
2177     #[warn(missing_docs)]
2178     pub fn undocumented_too() -> int { 2 }
2179
2180     // Missing documentation signals an error here
2181     #[deny(missing_docs)]
2182     pub fn undocumented_end() -> int { 3 }
2183 }
2184 ```
2185
2186 This example shows how one can use `allow` and `warn` to toggle a particular
2187 check on and off.
2188
2189 ```{.ignore}
2190 #[warn(missing_docs)]
2191 mod m2{
2192     #[allow(missing_docs)]
2193     mod nested {
2194         // Missing documentation is ignored here
2195         pub fn undocumented_one() -> int { 1 }
2196
2197         // Missing documentation signals a warning here,
2198         // despite the allow above.
2199         #[warn(missing_docs)]
2200         pub fn undocumented_two() -> int { 2 }
2201     }
2202
2203     // Missing documentation signals a warning here
2204     pub fn undocumented_too() -> int { 3 }
2205 }
2206 ```
2207
2208 This example shows how one can use `forbid` to disallow uses of `allow` for
2209 that lint check.
2210
2211 ```{.ignore}
2212 #[forbid(missing_docs)]
2213 mod m3 {
2214     // Attempting to toggle warning signals an error here
2215     #[allow(missing_docs)]
2216     /// Returns 2.
2217     pub fn undocumented_too() -> int { 2 }
2218 }
2219 ```
2220
2221 ### Language items
2222
2223 Some primitive Rust operations are defined in Rust code, rather than being
2224 implemented directly in C or assembly language. The definitions of these
2225 operations have to be easy for the compiler to find. The `lang` attribute
2226 makes it possible to declare these operations. For example, the `str` module
2227 in the Rust standard library defines the string equality function:
2228
2229 ```{.ignore}
2230 #[lang="str_eq"]
2231 pub fn eq_slice(a: &str, b: &str) -> bool {
2232     // details elided
2233 }
2234 ```
2235
2236 The name `str_eq` has a special meaning to the Rust compiler, and the presence
2237 of this definition means that it will use this definition when generating calls
2238 to the string equality function.
2239
2240 A complete list of the built-in language items follows:
2241
2242 #### Built-in Traits
2243
2244 * `copy`
2245   : Types that do not move ownership when used by-value.
2246 * `drop`
2247   : Have destructors.
2248 * `send`
2249   : Able to be sent across task boundaries.
2250 * `sized`
2251   : Has a size known at compile time.
2252 * `sync`
2253   : Able to be safely shared between tasks when aliased.
2254
2255 #### Operators
2256
2257 These language items are traits:
2258
2259 * `add`
2260   : Elements can be added (for example, integers and floats).
2261 * `sub`
2262   : Elements can be subtracted.
2263 * `mul`
2264   : Elements can be multiplied.
2265 * `div`
2266   : Elements have a division operation.
2267 * `rem`
2268   : Elements have a remainder operation.
2269 * `neg`
2270   : Elements can be negated arithmetically.
2271 * `not`
2272   : Elements can be negated logically.
2273 * `bitxor`
2274   : Elements have an exclusive-or operation.
2275 * `bitand`
2276   : Elements have a bitwise `and` operation.
2277 * `bitor`
2278   : Elements have a bitwise `or` operation.
2279 * `shl`
2280   : Elements have a left shift operation.
2281 * `shr`
2282   : Elements have a right shift operation.
2283 * `index`
2284   : Elements can be indexed.
2285 * `index_mut`
2286   : ___Needs filling in___
2287 * `eq`
2288   : Elements can be compared for equality.
2289 * `ord`
2290   : Elements have a partial ordering.
2291 * `deref`
2292   : `*` can be applied, yielding a reference to another type
2293 * `deref_mut`
2294   : `*` can be applied, yielding a mutable reference to another type
2295
2296 These are functions:
2297
2298 * `fn`
2299   : ___Needs filling in___
2300 * `fn_mut`
2301   : ___Needs filling in___
2302 * `fn_once`
2303   : ___Needs filling in___
2304 * `str_eq`
2305   : Compare two strings (`&str`) for equality.
2306 * `strdup_uniq`
2307   : Return a new unique string
2308     containing a copy of the contents of a unique string.
2309
2310 #### Types
2311
2312 * `type_id`
2313   : The type returned by the `type_id` intrinsic.
2314 * `unsafe`
2315   : A type whose contents can be mutated through an immutable reference
2316
2317 #### Marker types
2318
2319 These types help drive the compiler's analysis
2320
2321 * `begin_unwind`
2322   : ___Needs filling in___
2323 * `no_copy_bound`
2324   : This type does not implement "copy", even if eligible
2325 * `no_send_bound`
2326   : This type does not implement "send", even if eligible
2327 * `no_sync_bound`
2328   : This type does not implement "sync", even if eligible
2329 * `eh_personality`
2330   : ___Needs filling in___
2331 * `exchange_free`
2332   : Free memory that was allocated on the exchange heap.
2333 * `exchange_malloc`
2334   : Allocate memory on the exchange heap.
2335 * `closure_exchange_malloc`
2336   : ___Needs filling in___
2337 * `panic`
2338   : Abort the program with an error.
2339 * `fail_bounds_check`
2340   : Abort the program with a bounds check error.
2341 * `free`
2342   : Free memory that was allocated on the managed heap.
2343 * `gc`
2344   : ___Needs filling in___
2345 * `exchange_heap`
2346   : ___Needs filling in___
2347 * `iterator`
2348   : ___Needs filling in___
2349 * `contravariant_lifetime`
2350   : The lifetime parameter should be considered contravariant
2351 * `covariant_lifetime`
2352   : The lifetime parameter should be considered covariant
2353 * `invariant_lifetime`
2354   : The lifetime parameter should be considered invariant
2355 * `malloc`
2356   : Allocate memory on the managed heap.
2357 * `owned_box`
2358   : ___Needs filling in___
2359 * `stack_exhausted`
2360   : ___Needs filling in___
2361 * `start`
2362   : ___Needs filling in___
2363 * `contravariant_type`
2364   : The type parameter should be considered contravariant
2365 * `covariant_type`
2366   : The type parameter should be considered covariant
2367 * `invariant_type`
2368   : The type parameter should be considered invariant
2369 * `ty_desc`
2370   : ___Needs filling in___
2371
2372 > **Note:** This list is likely to become out of date. We should auto-generate
2373 > it from `librustc/middle/lang_items.rs`.
2374
2375 ### Inline attributes
2376
2377 The inline attribute is used to suggest to the compiler to perform an inline
2378 expansion and place a copy of the function or static in the caller rather than
2379 generating code to call the function or access the static where it is defined.
2380
2381 The compiler automatically inlines functions based on internal heuristics.
2382 Incorrectly inlining functions can actually making the program slower, so it
2383 should be used with care.
2384
2385 Immutable statics are always considered inlineable unless marked with
2386 `#[inline(never)]`. It is undefined whether two different inlineable statics
2387 have the same memory address. In other words, the compiler is free to collapse
2388 duplicate inlineable statics together.
2389
2390 `#[inline]` and `#[inline(always)]` always causes the function to be serialized
2391 into crate metadata to allow cross-crate inlining.
2392
2393 There are three different types of inline attributes:
2394
2395 * `#[inline]` hints the compiler to perform an inline expansion.
2396 * `#[inline(always)]` asks the compiler to always perform an inline expansion.
2397 * `#[inline(never)]` asks the compiler to never perform an inline expansion.
2398
2399 ### Deriving
2400
2401 The `deriving` attribute allows certain traits to be automatically implemented
2402 for data structures. For example, the following will create an `impl` for the
2403 `PartialEq` and `Clone` traits for `Foo`, the type parameter `T` will be given
2404 the `PartialEq` or `Clone` constraints for the appropriate `impl`:
2405
2406 ```
2407 #[deriving(PartialEq, Clone)]
2408 struct Foo<T> {
2409     a: int,
2410     b: T
2411 }
2412 ```
2413
2414 The generated `impl` for `PartialEq` is equivalent to
2415
2416 ```
2417 # struct Foo<T> { a: int, b: T }
2418 impl<T: PartialEq> PartialEq for Foo<T> {
2419     fn eq(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2420         self.a == other.a && self.b == other.b
2421     }
2422
2423     fn ne(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2424         self.a != other.a || self.b != other.b
2425     }
2426 }
2427 ```
2428
2429 Supported traits for `deriving` are:
2430
2431 * Comparison traits: `PartialEq`, `Eq`, `PartialOrd`, `Ord`.
2432 * Serialization: `Encodable`, `Decodable`. These require `serialize`.
2433 * `Clone`, to create `T` from `&T` via a copy.
2434 * `Default`, to create an empty instance of a data type.
2435 * `FromPrimitive`, to create an instance from a numeric primitive.
2436 * `Hash`, to iterate over the bytes in a data type.
2437 * `Rand`, to create a random instance of a data type.
2438 * `Show`, to format a value using the `{}` formatter.
2439 * `Zero`, to create a zero instance of a numeric data type.
2440
2441 ### Stability
2442
2443 One can indicate the stability of an API using the following attributes:
2444
2445 * `deprecated`: This item should no longer be used, e.g. it has been
2446   replaced. No guarantee of backwards-compatibility.
2447 * `experimental`: This item was only recently introduced or is
2448   otherwise in a state of flux. It may change significantly, or even
2449   be removed. No guarantee of backwards-compatibility.
2450 * `unstable`: This item is still under development, but requires more
2451   testing to be considered stable. No guarantee of backwards-compatibility.
2452 * `stable`: This item is considered stable, and will not change
2453   significantly. Guarantee of backwards-compatibility.
2454 * `frozen`: This item is very stable, and is unlikely to
2455   change. Guarantee of backwards-compatibility.
2456 * `locked`: This item will never change unless a serious bug is
2457   found. Guarantee of backwards-compatibility.
2458
2459 These levels are directly inspired by
2460 [Node.js' "stability index"](http://nodejs.org/api/documentation.html).
2461
2462 Stability levels are inherited, so an item's stability attribute is the default
2463 stability for everything nested underneath it.
2464
2465 There are lints for disallowing items marked with certain levels: `deprecated`,
2466 `experimental` and `unstable`. For now, only `deprecated` warns by default, but
2467 this will change once the standard library has been stabilized. Stability
2468 levels are meant to be promises at the crate level, so these lints only apply
2469 when referencing items from an _external_ crate, not to items defined within
2470 the current crate. Items with no stability level are considered to be unstable
2471 for the purposes of the lint. One can give an optional string that will be
2472 displayed when the lint flags the use of an item.
2473
2474 For example, if we define one crate called `stability_levels`:
2475
2476 ```{.ignore}
2477 #[deprecated="replaced by `best`"]
2478 pub fn bad() {
2479     // delete everything
2480 }
2481
2482 pub fn better() {
2483     // delete fewer things
2484 }
2485
2486 #[stable]
2487 pub fn best() {
2488     // delete nothing
2489 }
2490 ```
2491
2492 then the lints will work as follows for a client crate:
2493
2494 ```{.ignore}
2495 #![warn(unstable)]
2496 extern crate stability_levels;
2497 use stability_levels::{bad, better, best};
2498
2499 fn main() {
2500     bad(); // "warning: use of deprecated item: replaced by `best`"
2501
2502     better(); // "warning: use of unmarked item"
2503
2504     best(); // no warning
2505 }
2506 ```
2507
2508 > **Note:** Currently these are only checked when applied to individual
2509 > functions, structs, methods and enum variants, *not* to entire modules,
2510 > traits, impls or enums themselves.
2511
2512 ### Compiler Features
2513
2514 Certain aspects of Rust may be implemented in the compiler, but they're not
2515 necessarily ready for every-day use. These features are often of "prototype
2516 quality" or "almost production ready", but may not be stable enough to be
2517 considered a full-fledged language feature.
2518
2519 For this reason, Rust recognizes a special crate-level attribute of the form:
2520
2521 ```{.ignore}
2522 #![feature(feature1, feature2, feature3)]
2523 ```
2524
2525 This directive informs the compiler that the feature list: `feature1`,
2526 `feature2`, and `feature3` should all be enabled. This is only recognized at a
2527 crate-level, not at a module-level. Without this directive, all features are
2528 considered off, and using the features will result in a compiler error.
2529
2530 The currently implemented features of the reference compiler are:
2531
2532 * `asm` - The `asm!` macro provides a means for inline assembly. This is often
2533           useful, but the exact syntax for this feature along with its
2534           semantics are likely to change, so this macro usage must be opted
2535           into.
2536
2537 * `concat_idents` - Allows use of the `concat_idents` macro, which is in many
2538                     ways insufficient for concatenating identifiers, and may be
2539                     removed entirely for something more wholesome.
2540
2541 * `default_type_params` - Allows use of default type parameters. The future of
2542                           this feature is uncertain.
2543
2544 * `if_let` - Allows use of the `if let` syntax.
2545
2546 * `while_let` - Allows use of the `while let` syntax.
2547
2548 * `intrinsics` - Allows use of the "rust-intrinsics" ABI. Compiler intrinsics
2549                  are inherently unstable and no promise about them is made.
2550
2551 * `lang_items` - Allows use of the `#[lang]` attribute. Like `intrinsics`,
2552                  lang items are inherently unstable and no promise about them
2553                  is made.
2554
2555 * `link_args` - This attribute is used to specify custom flags to the linker,
2556                 but usage is strongly discouraged. The compiler's usage of the
2557                 system linker is not guaranteed to continue in the future, and
2558                 if the system linker is not used then specifying custom flags
2559                 doesn't have much meaning.
2560
2561 * `linkage` - Allows use of the `linkage` attribute, which is not portable.
2562
2563 * `log_syntax` - Allows use of the `log_syntax` macro attribute, which is a
2564                  nasty hack that will certainly be removed.
2565
2566 * `macro_rules` - The definition of new macros. This does not encompass
2567                   macro-invocation, that is always enabled by default, this
2568                   only covers the definition of new macros. There are currently
2569                   various problems with invoking macros, how they interact with
2570                   their environment, and possibly how they are used outside of
2571                   location in which they are defined. Macro definitions are
2572                   likely to change slightly in the future, so they are
2573                   currently hidden behind this feature.
2574
2575 * `non_ascii_idents` - The compiler supports the use of non-ascii identifiers,
2576                        but the implementation is a little rough around the
2577                        edges, so this can be seen as an experimental feature
2578                        for now until the specification of identifiers is fully
2579                        fleshed out.
2580
2581 * `once_fns` - Onceness guarantees a closure is only executed once. Defining a
2582                closure as `once` is unlikely to be supported going forward. So
2583                they are hidden behind this feature until they are to be removed.
2584
2585 * `phase` - Usage of the `#[phase]` attribute allows loading compiler plugins
2586             for custom lints or syntax extensions. The implementation is
2587             considered unwholesome and in need of overhaul, and it is not clear
2588             what they will look like moving forward.
2589
2590 * `plugin_registrar` - Indicates that a crate has [compiler plugins][plugin] that it
2591                        wants to load. As with `phase`, the implementation is
2592                        in need of an overhaul, and it is not clear that plugins
2593                        defined using this will continue to work.
2594
2595 * `quote` - Allows use of the `quote_*!` family of macros, which are
2596             implemented very poorly and will likely change significantly
2597             with a proper implementation.
2598
2599 * `rustc_diagnostic_macros`- A mysterious feature, used in the implementation
2600                              of rustc, not meant for mortals.
2601
2602 * `simd` - Allows use of the `#[simd]` attribute, which is overly simple and
2603            not the SIMD interface we want to expose in the long term.
2604
2605 * `struct_inherit` - Allows using struct inheritance, which is barely
2606                      implemented and will probably be removed. Don't use this.
2607
2608 * `struct_variant` - Structural enum variants (those with named fields). It is
2609                      currently unknown whether this style of enum variant is as
2610                      fully supported as the tuple-forms, and it's not certain
2611                      that this style of variant should remain in the language.
2612                      For now this style of variant is hidden behind a feature
2613                      flag.
2614
2615 * `thread_local` - The usage of the `#[thread_local]` attribute is experimental
2616                    and should be seen as unstable. This attribute is used to
2617                    declare a `static` as being unique per-thread leveraging
2618                    LLVM's implementation which works in concert with the kernel
2619                    loader and dynamic linker. This is not necessarily available
2620                    on all platforms, and usage of it is discouraged (rust
2621                    focuses more on task-local data instead of thread-local
2622                    data).
2623
2624 * `trace_macros` - Allows use of the `trace_macros` macro, which is a nasty
2625                    hack that will certainly be removed.
2626
2627 * `unboxed_closures` - Rust's new closure design, which is currently a work in
2628                        progress feature with many known bugs.
2629
2630 * `unsafe_destructor` - Allows use of the `#[unsafe_destructor]` attribute,
2631                         which is considered wildly unsafe and will be
2632                         obsoleted by language improvements.
2633
2634 * `tuple_indexing` - Allows use of tuple indexing (expressions like `expr.0`)
2635
2636 * `associated_types` - Allows type aliases in traits. Experimental.
2637
2638 If a feature is promoted to a language feature, then all existing programs will
2639 start to receive compilation warnings about #[feature] directives which enabled
2640 the new feature (because the directive is no longer necessary). However, if a
2641 feature is decided to be removed from the language, errors will be issued (if
2642 there isn't a parser error first). The directive in this case is no longer
2643 necessary, and it's likely that existing code will break if the feature isn't
2644 removed.
2645
2646 If an unknown feature is found in a directive, it results in a compiler error.
2647 An unknown feature is one which has never been recognized by the compiler.
2648
2649 # Statements and expressions
2650
2651 Rust is _primarily_ an expression language. This means that most forms of
2652 value-producing or effect-causing evaluation are directed by the uniform syntax
2653 category of _expressions_. Each kind of expression can typically _nest_ within
2654 each other kind of expression, and rules for evaluation of expressions involve
2655 specifying both the value produced by the expression and the order in which its
2656 sub-expressions are themselves evaluated.
2657
2658 In contrast, statements in Rust serve _mostly_ to contain and explicitly
2659 sequence expression evaluation.
2660
2661 ## Statements
2662
2663 A _statement_ is a component of a block, which is in turn a component of an
2664 outer [expression](#expressions) or [function](#functions).
2665
2666 Rust has two kinds of statement: [declaration
2667 statements](#declaration-statements) and [expression
2668 statements](#expression-statements).
2669
2670 ### Declaration statements
2671
2672 A _declaration statement_ is one that introduces one or more *names* into the
2673 enclosing statement block. The declared names may denote new slots or new
2674 items.
2675
2676 #### Item declarations
2677
2678 An _item declaration statement_ has a syntactic form identical to an
2679 [item](#items) declaration within a module. Declaring an item &mdash; a
2680 function, enumeration, structure, type, static, trait, implementation or module
2681 &mdash; locally within a statement block is simply a way of restricting its
2682 scope to a narrow region containing all of its uses; it is otherwise identical
2683 in meaning to declaring the item outside the statement block.
2684
2685 > **Note**: there is no implicit capture of the function's dynamic environment when
2686 > declaring a function-local item.
2687
2688 #### Slot declarations
2689
2690 ```{.ebnf .gram}
2691 let_decl : "let" pat [':' type ] ? [ init ] ? ';' ;
2692 init : [ '=' ] expr ;
2693 ```
2694
2695 A _slot declaration_ introduces a new set of slots, given by a pattern. The
2696 pattern may be followed by a type annotation, and/or an initializer expression.
2697 When no type annotation is given, the compiler will infer the type, or signal
2698 an error if insufficient type information is available for definite inference.
2699 Any slots introduced by a slot declaration are visible from the point of
2700 declaration until the end of the enclosing block scope.
2701
2702 ### Expression statements
2703
2704 An _expression statement_ is one that evaluates an [expression](#expressions)
2705 and ignores its result. The type of an expression statement `e;` is always
2706 `()`, regardless of the type of `e`. As a rule, an expression statement's
2707 purpose is to trigger the effects of evaluating its expression.
2708
2709 ## Expressions
2710
2711 An expression may have two roles: it always produces a *value*, and it may have
2712 *effects* (otherwise known as "side effects"). An expression *evaluates to* a
2713 value, and has effects during *evaluation*. Many expressions contain
2714 sub-expressions (operands). The meaning of each kind of expression dictates
2715 several things:
2716
2717 * Whether or not to evaluate the sub-expressions when evaluating the expression
2718 * The order in which to evaluate the sub-expressions
2719 * How to combine the sub-expressions' values to obtain the value of the expression
2720
2721 In this way, the structure of expressions dictates the structure of execution.
2722 Blocks are just another kind of expression, so blocks, statements, expressions,
2723 and blocks again can recursively nest inside each other to an arbitrary depth.
2724
2725 #### Lvalues, rvalues and temporaries
2726
2727 Expressions are divided into two main categories: _lvalues_ and _rvalues_.
2728 Likewise within each expression, sub-expressions may occur in _lvalue context_
2729 or _rvalue context_. The evaluation of an expression depends both on its own
2730 category and the context it occurs within.
2731
2732 An lvalue is an expression that represents a memory location. These expressions
2733 are [paths](#path-expressions) (which refer to local variables, function and
2734 method arguments, or static variables), dereferences (`*expr`), [indexing
2735 expressions](#index-expressions) (`expr[expr]`), and [field
2736 references](#field-expressions) (`expr.f`). All other expressions are rvalues.
2737
2738 The left operand of an [assignment](#assignment-expressions) or
2739 [compound-assignment](#compound-assignment-expressions) expression is an lvalue
2740 context, as is the single operand of a unary
2741 [borrow](#unary-operator-expressions). All other expression contexts are
2742 rvalue contexts.
2743
2744 When an lvalue is evaluated in an _lvalue context_, it denotes a memory
2745 location; when evaluated in an _rvalue context_, it denotes the value held _in_
2746 that memory location.
2747
2748 When an rvalue is used in an lvalue context, a temporary un-named lvalue is
2749 created and used instead. A temporary's lifetime equals the largest lifetime
2750 of any reference that points to it.
2751
2752 #### Moved and copied types
2753
2754 When a [local variable](#memory-slots) is used as an
2755 [rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) the variable will either be moved
2756 or copied, depending on its type. For types that contain [owning
2757 pointers](#pointer-types) or values that implement the special trait `Drop`,
2758 the variable is moved. All other types are copied.
2759
2760 ### Literal expressions
2761
2762 A _literal expression_ consists of one of the [literal](#literals) forms
2763 described earlier. It directly describes a number, character, string, boolean
2764 value, or the unit value.
2765
2766 ```{.literals}
2767 ();        // unit type
2768 "hello";   // string type
2769 '5';       // character type
2770 5;         // integer type
2771 ```
2772
2773 ### Path expressions
2774
2775 A [path](#paths) used as an expression context denotes either a local variable
2776 or an item. Path expressions are [lvalues](#lvalues,-rvalues-and-temporaries).
2777
2778 ### Tuple expressions
2779
2780 Tuples are written by enclosing zero or more comma-separated expressions in
2781 parentheses. They are used to create [tuple-typed](#tuple-types) values.
2782
2783 ```{.tuple}
2784 (0,);
2785 (0.0, 4.5);
2786 ("a", 4u, true);
2787 ```
2788
2789 ### Unit expressions
2790
2791 The expression `()` denotes the _unit value_, the only value of the type with
2792 the same name.
2793
2794 ### Structure expressions
2795
2796 ```{.ebnf .gram}
2797 struct_expr : expr_path '{' ident ':' expr
2798                       [ ',' ident ':' expr ] *
2799                       [ ".." expr ] '}' |
2800               expr_path '(' expr
2801                       [ ',' expr ] * ')' |
2802               expr_path ;
2803 ```
2804
2805 There are several forms of structure expressions. A _structure expression_
2806 consists of the [path](#paths) of a [structure item](#structures), followed by
2807 a brace-enclosed list of one or more comma-separated name-value pairs,
2808 providing the field values of a new instance of the structure. A field name
2809 can be any identifier, and is separated from its value expression by a colon.
2810 The location denoted by a structure field is mutable if and only if the
2811 enclosing structure is mutable.
2812
2813 A _tuple structure expression_ consists of the [path](#paths) of a [structure
2814 item](#structures), followed by a parenthesized list of one or more
2815 comma-separated expressions (in other words, the path of a structure item
2816 followed by a tuple expression). The structure item must be a tuple structure
2817 item.
2818
2819 A _unit-like structure expression_ consists only of the [path](#paths) of a
2820 [structure item](#structures).
2821
2822 The following are examples of structure expressions:
2823
2824 ```
2825 # struct Point { x: f64, y: f64 }
2826 # struct TuplePoint(f64, f64);
2827 # mod game { pub struct User<'a> { pub name: &'a str, pub age: uint, pub score: uint } }
2828 # struct Cookie; fn some_fn<T>(t: T) {}
2829 Point {x: 10.0, y: 20.0};
2830 TuplePoint(10.0, 20.0);
2831 let u = game::User {name: "Joe", age: 35, score: 100_000};
2832 some_fn::<Cookie>(Cookie);
2833 ```
2834
2835 A structure expression forms a new value of the named structure type. Note
2836 that for a given *unit-like* structure type, this will always be the same
2837 value.
2838
2839 A structure expression can terminate with the syntax `..` followed by an
2840 expression to denote a functional update. The expression following `..` (the
2841 base) must have the same structure type as the new structure type being formed.
2842 The entire expression denotes the result of constructing a new structure (with
2843 the same type as the base expression) with the given values for the fields that
2844 were explicitly specified and the values in the base expression for all other
2845 fields.
2846
2847 ```
2848 # struct Point3d { x: int, y: int, z: int }
2849 let base = Point3d {x: 1, y: 2, z: 3};
2850 Point3d {y: 0, z: 10, .. base};
2851 ```
2852
2853 ### Block expressions
2854
2855 ```{.ebnf .gram}
2856 block_expr : '{' [ view_item ] *
2857                  [ stmt ';' | item ] *
2858                  [ expr ] '}' ;
2859 ```
2860
2861 A _block expression_ is similar to a module in terms of the declarations that
2862 are possible. Each block conceptually introduces a new namespace scope. View
2863 items can bring new names into scopes and declared items are in scope for only
2864 the block itself.
2865
2866 A block will execute each statement sequentially, and then execute the
2867 expression (if given). If the final expression is omitted, the type and return
2868 value of the block are `()`, but if it is provided, the type and return value
2869 of the block are that of the expression itself.
2870
2871 ### Method-call expressions
2872
2873 ```{.ebnf .gram}
2874 method_call_expr : expr '.' ident paren_expr_list ;
2875 ```
2876
2877 A _method call_ consists of an expression followed by a single dot, an
2878 identifier, and a parenthesized expression-list. Method calls are resolved to
2879 methods on specific traits, either statically dispatching to a method if the
2880 exact `self`-type of the left-hand-side is known, or dynamically dispatching if
2881 the left-hand-side expression is an indirect [object type](#object-types).
2882
2883 ### Field expressions
2884
2885 ```{.ebnf .gram}
2886 field_expr : expr '.' ident ;
2887 ```
2888
2889 A _field expression_ consists of an expression followed by a single dot and an
2890 identifier, when not immediately followed by a parenthesized expression-list
2891 (the latter is a [method call expression](#method-call-expressions)). A field
2892 expression denotes a field of a [structure](#structure-types).
2893
2894 ```{.ignore .field}
2895 mystruct.myfield;
2896 foo().x;
2897 (Struct {a: 10, b: 20}).a;
2898 ```
2899
2900 A field access is an [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) referring to
2901 the value of that field. When the type providing the field inherits mutability,
2902 it can be [assigned](#assignment-expressions) to.
2903
2904 Also, if the type of the expression to the left of the dot is a pointer, it is
2905 automatically dereferenced to make the field access possible.
2906
2907 ### Array expressions
2908
2909 ```{.ebnf .gram}
2910 array_expr : '[' "mut" ? vec_elems? ']' ;
2911
2912 array_elems : [expr [',' expr]*] | [expr ',' ".." expr] ;
2913 ```
2914
2915 An [array](#array,-and-slice-types) _expression_ is written by enclosing zero
2916 or more comma-separated expressions of uniform type in square brackets.
2917
2918 In the `[expr ',' ".." expr]` form, the expression after the `".."` must be a
2919 constant expression that can be evaluated at compile time, such as a
2920 [literal](#literals) or a [static item](#static-items).
2921
2922 ```
2923 [1i, 2, 3, 4];
2924 ["a", "b", "c", "d"];
2925 [0i, ..128];             // array with 128 zeros
2926 [0u8, 0u8, 0u8, 0u8];
2927 ```
2928
2929 ### Index expressions
2930
2931 ```{.ebnf .gram}
2932 idx_expr : expr '[' expr ']' ;
2933 ```
2934
2935 [Array](#array,-and-slice-types)-typed expressions can be indexed by
2936 writing a square-bracket-enclosed expression (the index) after them. When the
2937 array is mutable, the resulting [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) can
2938 be assigned to.
2939
2940 Indices are zero-based, and may be of any integral type. Vector access is
2941 bounds-checked at run-time. When the check fails, it will put the task in a
2942 _panicked state_.
2943
2944 ```{should-fail}
2945 ([1, 2, 3, 4])[0];
2946 (["a", "b"])[10]; // panics
2947 ```
2948
2949 ### Unary operator expressions
2950
2951 Rust defines six symbolic unary operators. They are all written as prefix
2952 operators, before the expression they apply to.
2953
2954 * `-`
2955   : Negation. May only be applied to numeric types.
2956 * `*`
2957   : Dereference. When applied to a [pointer](#pointer-types) it denotes the
2958     pointed-to location. For pointers to mutable locations, the resulting
2959     [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) can be assigned to.
2960     On non-pointer types, it calls the `deref` method of the `std::ops::Deref`
2961     trait, or the `deref_mut` method of the `std::ops::DerefMut` trait (if
2962     implemented by the type and required for an outer expression that will or
2963     could mutate the dereference), and produces the result of dereferencing the
2964     `&` or `&mut` borrowed pointer returned from the overload method.
2965
2966 * `!`
2967   : Logical negation. On the boolean type, this flips between `true` and
2968     `false`. On integer types, this inverts the individual bits in the
2969     two's complement representation of the value.
2970 * `box`
2971   : [Boxing](#pointer-types) operators. Allocate a box to hold the value they
2972     are applied to, and store the value in it. `box` creates a box.
2973 * `&`
2974   : Borrow operator. Returns a reference, pointing to its operand. The operand
2975     of a borrow is statically proven to outlive the resulting pointer. If the
2976     borrow-checker cannot prove this, it is a compilation error.
2977
2978 ### Binary operator expressions
2979
2980 ```{.ebnf .gram}
2981 binop_expr : expr binop expr ;
2982 ```
2983
2984 Binary operators expressions are given in terms of [operator
2985 precedence](#operator-precedence).
2986
2987 #### Arithmetic operators
2988
2989 Binary arithmetic expressions are syntactic sugar for calls to built-in traits,
2990 defined in the `std::ops` module of the `std` library. This means that
2991 arithmetic operators can be overridden for user-defined types. The default
2992 meaning of the operators on standard types is given here.
2993
2994 * `+`
2995   : Addition and array/string concatenation.
2996     Calls the `add` method on the `std::ops::Add` trait.
2997 * `-`
2998   : Subtraction.
2999     Calls the `sub` method on the `std::ops::Sub` trait.
3000 * `*`
3001   : Multiplication.
3002     Calls the `mul` method on the `std::ops::Mul` trait.
3003 * `/`
3004   : Quotient.
3005     Calls the `div` method on the `std::ops::Div` trait.
3006 * `%`
3007   : Remainder.
3008     Calls the `rem` method on the `std::ops::Rem` trait.
3009
3010 #### Bitwise operators
3011
3012 Like the [arithmetic operators](#arithmetic-operators), bitwise operators are
3013 syntactic sugar for calls to methods of built-in traits. This means that
3014 bitwise operators can be overridden for user-defined types. The default
3015 meaning of the operators on standard types is given here.
3016
3017 * `&`
3018   : And.
3019     Calls the `bitand` method of the `std::ops::BitAnd` trait.
3020 * `|`
3021   : Inclusive or.
3022     Calls the `bitor` method of the `std::ops::BitOr` trait.
3023 * `^`
3024   : Exclusive or.
3025     Calls the `bitxor` method of the `std::ops::BitXor` trait.
3026 * `<<`
3027   : Logical left shift.
3028     Calls the `shl` method of the `std::ops::Shl` trait.
3029 * `>>`
3030   : Logical right shift.
3031     Calls the `shr` method of the `std::ops::Shr` trait.
3032
3033 #### Lazy boolean operators
3034
3035 The operators `||` and `&&` may be applied to operands of boolean type. The
3036 `||` operator denotes logical 'or', and the `&&` operator denotes logical
3037 'and'. They differ from `|` and `&` in that the right-hand operand is only
3038 evaluated when the left-hand operand does not already determine the result of
3039 the expression. That is, `||` only evaluates its right-hand operand when the
3040 left-hand operand evaluates to `false`, and `&&` only when it evaluates to
3041 `true`.
3042
3043 #### Comparison operators
3044
3045 Comparison operators are, like the [arithmetic
3046 operators](#arithmetic-operators), and [bitwise operators](#bitwise-operators),
3047 syntactic sugar for calls to built-in traits. This means that comparison
3048 operators can be overridden for user-defined types. The default meaning of the
3049 operators on standard types is given here.
3050
3051 * `==`
3052   : Equal to.
3053     Calls the `eq` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
3054 * `!=`
3055   : Unequal to.
3056     Calls the `ne` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
3057 * `<`
3058   : Less than.
3059     Calls the `lt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3060 * `>`
3061   : Greater than.
3062     Calls the `gt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3063 * `<=`
3064   : Less than or equal.
3065     Calls the `le` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3066 * `>=`
3067   : Greater than or equal.
3068     Calls the `ge` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3069
3070 #### Type cast expressions
3071
3072 A type cast expression is denoted with the binary operator `as`.
3073
3074 Executing an `as` expression casts the value on the left-hand side to the type
3075 on the right-hand side.
3076
3077 A numeric value can be cast to any numeric type. A raw pointer value can be
3078 cast to or from any integral type or raw pointer type. Any other cast is
3079 unsupported and will fail to compile.
3080
3081 An example of an `as` expression:
3082
3083 ```
3084 # fn sum(v: &[f64]) -> f64 { 0.0 }
3085 # fn len(v: &[f64]) -> int { 0 }
3086
3087 fn avg(v: &[f64]) -> f64 {
3088   let sum: f64 = sum(v);
3089   let sz: f64 = len(v) as f64;
3090   return sum / sz;
3091 }
3092 ```
3093
3094 #### Assignment expressions
3095
3096 An _assignment expression_ consists of an
3097 [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) expression followed by an equals
3098 sign (`=`) and an [rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) expression.
3099
3100 Evaluating an assignment expression [either copies or
3101 moves](#moved-and-copied-types) its right-hand operand to its left-hand
3102 operand.
3103
3104 ```
3105 # let mut x = 0i;
3106 # let y = 0;
3107
3108 x = y;
3109 ```
3110
3111 #### Compound assignment expressions
3112
3113 The `+`, `-`, `*`, `/`, `%`, `&`, `|`, `^`, `<<`, and `>>` operators may be
3114 composed with the `=` operator. The expression `lval OP= val` is equivalent to
3115 `lval = lval OP val`. For example, `x = x + 1` may be written as `x += 1`.
3116
3117 Any such expression always has the [`unit`](#primitive-types) type.
3118
3119 #### Operator precedence
3120
3121 The precedence of Rust binary operators is ordered as follows, going from
3122 strong to weak:
3123
3124 ```{.text .precedence}
3125 * / %
3126 as
3127 + -
3128 << >>
3129 &
3130 ^
3131 |
3132 < > <= >=
3133 == !=
3134 &&
3135 ||
3136 =
3137 ```
3138
3139 Operators at the same precedence level are evaluated left-to-right. [Unary
3140 operators](#unary-operator-expressions) have the same precedence level and it
3141 is stronger than any of the binary operators'.
3142
3143 ### Grouped expressions
3144
3145 An expression enclosed in parentheses evaluates to the result of the enclosed
3146 expression. Parentheses can be used to explicitly specify evaluation order
3147 within an expression.
3148
3149 ```{.ebnf .gram}
3150 paren_expr : '(' expr ')' ;
3151 ```
3152
3153 An example of a parenthesized expression:
3154
3155 ```
3156 let x: int = (2 + 3) * 4;
3157 ```
3158
3159
3160 ### Call expressions
3161
3162 ```{.ebnf .gram}
3163 expr_list : [ expr [ ',' expr ]* ] ? ;
3164 paren_expr_list : '(' expr_list ')' ;
3165 call_expr : expr paren_expr_list ;
3166 ```
3167
3168 A _call expression_ invokes a function, providing zero or more input slots and
3169 an optional reference slot to serve as the function's output, bound to the
3170 `lval` on the right hand side of the call. If the function eventually returns,
3171 then the expression completes.
3172
3173 Some examples of call expressions:
3174
3175 ```
3176 # fn add(x: int, y: int) -> int { 0 }
3177
3178 let x: int = add(1, 2);
3179 let pi: Option<f32> = from_str("3.14");
3180 ```
3181
3182 ### Lambda expressions
3183
3184 ```{.ebnf .gram}
3185 ident_list : [ ident [ ',' ident ]* ] ? ;
3186 lambda_expr : '|' ident_list '|' expr ;
3187 ```
3188
3189 A _lambda expression_ (sometimes called an "anonymous function expression")
3190 defines a function and denotes it as a value, in a single expression. A lambda
3191 expression is a pipe-symbol-delimited (`|`) list of identifiers followed by an
3192 expression.
3193
3194 A lambda expression denotes a function that maps a list of parameters
3195 (`ident_list`) onto the expression that follows the `ident_list`. The
3196 identifiers in the `ident_list` are the parameters to the function. These
3197 parameters' types need not be specified, as the compiler infers them from
3198 context.
3199
3200 Lambda expressions are most useful when passing functions as arguments to other
3201 functions, as an abbreviation for defining and capturing a separate function.
3202
3203 Significantly, lambda expressions _capture their environment_, which regular
3204 [function definitions](#functions) do not. The exact type of capture depends
3205 on the [function type](#function-types) inferred for the lambda expression. In
3206 the simplest and least-expensive form (analogous to a ```|| { }``` expression),
3207 the lambda expression captures its environment by reference, effectively
3208 borrowing pointers to all outer variables mentioned inside the function.
3209 Alternately, the compiler may infer that a lambda expression should copy or
3210 move values (depending on their type.) from the environment into the lambda
3211 expression's captured environment.
3212
3213 In this example, we define a function `ten_times` that takes a higher-order
3214 function argument, and call it with a lambda expression as an argument.
3215
3216 ```
3217 fn ten_times(f: |int|) {
3218     let mut i = 0;
3219     while i < 10 {
3220         f(i);
3221         i += 1;
3222     }
3223 }
3224
3225 ten_times(|j| println!("hello, {}", j));
3226 ```
3227
3228 ### While loops
3229
3230 ```{.ebnf .gram}
3231 while_expr : "while" no_struct_literal_expr '{' block '}' ;
3232 ```
3233
3234 A `while` loop begins by evaluating the boolean loop conditional expression.
3235 If the loop conditional expression evaluates to `true`, the loop body block
3236 executes and control returns to the loop conditional expression. If the loop
3237 conditional expression evaluates to `false`, the `while` expression completes.
3238
3239 An example:
3240
3241 ```
3242 let mut i = 0u;
3243
3244 while i < 10 {
3245     println!("hello");
3246     i = i + 1;
3247 }
3248 ```
3249
3250 ### Infinite loops
3251
3252 A `loop` expression denotes an infinite loop.
3253
3254 ```{.ebnf .gram}
3255 loop_expr : [ lifetime ':' ] "loop" '{' block '}';
3256 ```
3257
3258 A `loop` expression may optionally have a _label_. If a label is present, then
3259 labeled `break` and `continue` expressions nested within this loop may exit out
3260 of this loop or return control to its head. See [Break
3261 expressions](#break-expressions) and [Continue
3262 expressions](#continue-expressions).
3263
3264 ### Break expressions
3265
3266 ```{.ebnf .gram}
3267 break_expr : "break" [ lifetime ];
3268 ```
3269
3270 A `break` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3271 executing a `break` expression immediately terminates the innermost loop
3272 enclosing it. It is only permitted in the body of a loop. If the label is
3273 present, then `break foo` terminates the loop with label `foo`, which need not
3274 be the innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3275
3276 ### Continue expressions
3277
3278 ```{.ebnf .gram}
3279 continue_expr : "continue" [ lifetime ];
3280 ```
3281
3282 A `continue` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3283 executing a `continue` expression immediately terminates the current iteration
3284 of the innermost loop enclosing it, returning control to the loop *head*. In
3285 the case of a `while` loop, the head is the conditional expression controlling
3286 the loop. In the case of a `for` loop, the head is the call-expression
3287 controlling the loop. If the label is present, then `continue foo` returns
3288 control to the head of the loop with label `foo`, which need not be the
3289 innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3290
3291 A `continue` expression is only permitted in the body of a loop.
3292
3293 ### For expressions
3294
3295 ```{.ebnf .gram}
3296 for_expr : "for" pat "in" no_struct_literal_expr '{' block '}' ;
3297 ```
3298
3299 A `for` expression is a syntactic construct for looping over elements provided
3300 by an implementation of `std::iter::Iterator`.
3301
3302 An example of a for loop over the contents of an array:
3303
3304 ```
3305 # type Foo = int;
3306 # fn bar(f: Foo) { }
3307 # let a = 0;
3308 # let b = 0;
3309 # let c = 0;
3310
3311 let v: &[Foo] = &[a, b, c];
3312
3313 for e in v.iter() {
3314     bar(*e);
3315 }
3316 ```
3317
3318 An example of a for loop over a series of integers:
3319
3320 ```
3321 # fn bar(b:uint) { }
3322 for i in range(0u, 256) {
3323     bar(i);
3324 }
3325 ```
3326
3327 ### If expressions
3328
3329 ```{.ebnf .gram}
3330 if_expr : "if" no_struct_literal_expr '{' block '}'
3331           else_tail ? ;
3332
3333 else_tail : "else" [ if_expr | if_let_expr
3334                    | '{' block '}' ] ;
3335 ```
3336
3337 An `if` expression is a conditional branch in program control. The form of an
3338 `if` expression is a condition expression, followed by a consequent block, any
3339 number of `else if` conditions and blocks, and an optional trailing `else`
3340 block. The condition expressions must have type `bool`. If a condition
3341 expression evaluates to `true`, the consequent block is executed and any
3342 subsequent `else if` or `else` block is skipped. If a condition expression
3343 evaluates to `false`, the consequent block is skipped and any subsequent `else
3344 if` condition is evaluated. If all `if` and `else if` conditions evaluate to
3345 `false` then any `else` block is executed.
3346
3347 ### Match expressions
3348
3349 ```{.ebnf .gram}
3350 match_expr : "match" no_struct_literal_expr '{' match_arm * '}' ;
3351
3352 match_arm : attribute * match_pat "=>" [ expr "," | '{' block '}' ] ;
3353
3354 match_pat : pat [ '|' pat ] * [ "if" expr ] ? ;
3355 ```
3356
3357 A `match` expression branches on a *pattern*. The exact form of matching that
3358 occurs depends on the pattern. Patterns consist of some combination of
3359 literals, destructured arrays or enum constructors, structures and tuples,
3360 variable binding specifications, wildcards (`..`), and placeholders (`_`). A
3361 `match` expression has a *head expression*, which is the value to compare to
3362 the patterns. The type of the patterns must equal the type of the head
3363 expression.
3364
3365 In a pattern whose head expression has an `enum` type, a placeholder (`_`)
3366 stands for a *single* data field, whereas a wildcard `..` stands for *all* the
3367 fields of a particular variant. For example:
3368
3369 ```
3370 enum List<X> { Nil, Cons(X, Box<List<X>>) }
3371
3372 let x: List<int> = List::Cons(10, box List::Cons(11, box List::Nil));
3373
3374 match x {
3375     List::Cons(_, box List::Nil) => panic!("singleton list"),
3376     List::Cons(..)               => return,
3377     List::Nil                    => panic!("empty list")
3378 }
3379 ```
3380
3381 The first pattern matches lists constructed by applying `Cons` to any head
3382 value, and a tail value of `box Nil`. The second pattern matches _any_ list
3383 constructed with `Cons`, ignoring the values of its arguments. The difference
3384 between `_` and `..` is that the pattern `C(_)` is only type-correct if `C` has
3385 exactly one argument, while the pattern `C(..)` is type-correct for any enum
3386 variant `C`, regardless of how many arguments `C` has.
3387
3388 Used inside an array pattern, `..` stands for any number of elements, when the
3389 `advanced_slice_patterns` feature gate is turned on. This wildcard can be used
3390 at most once for a given array, which implies that it cannot be used to
3391 specifically match elements that are at an unknown distance from both ends of a
3392 array, like `[.., 42, ..]`. If followed by a variable name, it will bind the
3393 corresponding slice to the variable. Example:
3394
3395 ```
3396 # #![feature(advanced_slice_patterns)]
3397 fn is_symmetric(list: &[uint]) -> bool {
3398     match list {
3399         [] | [_]                   => true,
3400         [x, inside.., y] if x == y => is_symmetric(inside),
3401         _                          => false
3402     }
3403 }
3404
3405 fn main() {
3406     let sym     = &[0, 1, 4, 2, 4, 1, 0];
3407     let not_sym = &[0, 1, 7, 2, 4, 1, 0];
3408     assert!(is_symmetric(sym));
3409     assert!(!is_symmetric(not_sym));
3410 }
3411 ```
3412
3413 A `match` behaves differently depending on whether or not the head expression
3414 is an [lvalue or an rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries). If the head
3415 expression is an rvalue, it is first evaluated into a temporary location, and
3416 the resulting value is sequentially compared to the patterns in the arms until
3417 a match is found. The first arm with a matching pattern is chosen as the branch
3418 target of the `match`, any variables bound by the pattern are assigned to local
3419 variables in the arm's block, and control enters the block.
3420
3421 When the head expression is an lvalue, the match does not allocate a temporary
3422 location (however, a by-value binding may copy or move from the lvalue). When
3423 possible, it is preferable to match on lvalues, as the lifetime of these
3424 matches inherits the lifetime of the lvalue, rather than being restricted to
3425 the inside of the match.
3426
3427 An example of a `match` expression:
3428
3429 ```
3430 # fn process_pair(a: int, b: int) { }
3431 # fn process_ten() { }
3432
3433 enum List<X> { Nil, Cons(X, Box<List<X>>) }
3434
3435 let x: List<int> = List::Cons(10, box List::Cons(11, box List::Nil));
3436
3437 match x {
3438     List::Cons(a, box List::Cons(b, _)) => {
3439         process_pair(a, b);
3440     }
3441     List::Cons(10, _) => {
3442         process_ten();
3443     }
3444     List::Nil => {
3445         return;
3446     }
3447     _ => {
3448         panic!();
3449     }
3450 }
3451 ```
3452
3453 Patterns that bind variables default to binding to a copy or move of the
3454 matched value (depending on the matched value's type). This can be changed to
3455 bind to a reference by using the `ref` keyword, or to a mutable reference using
3456 `ref mut`.
3457
3458 Subpatterns can also be bound to variables by the use of the syntax `variable @
3459 subpattern`. For example:
3460
3461 ```
3462 enum List { Nil, Cons(uint, Box<List>) }
3463
3464 fn is_sorted(list: &List) -> bool {
3465     match *list {
3466         List::Nil | List::Cons(_, box List::Nil) => true,
3467         List::Cons(x, ref r @ box List::Cons(_, _)) => {
3468             match *r {
3469                 box List::Cons(y, _) => (x <= y) && is_sorted(&**r),
3470                 _ => panic!()
3471             }
3472         }
3473     }
3474 }
3475
3476 fn main() {
3477     let a = List::Cons(6, box List::Cons(7, box List::Cons(42, box List::Nil)));
3478     assert!(is_sorted(&a));
3479 }
3480
3481 ```
3482
3483 Patterns can also dereference pointers by using the `&`, `box` symbols,
3484 as appropriate. For example, these two matches on `x: &int` are equivalent:
3485
3486 ```
3487 # let x = &3i;
3488 let y = match *x { 0 => "zero", _ => "some" };
3489 let z = match x { &0 => "zero", _ => "some" };
3490
3491 assert_eq!(y, z);
3492 ```
3493
3494 A pattern that's just an identifier, like `Nil` in the previous example, could
3495 either refer to an enum variant that's in scope, or bind a new variable. The
3496 compiler resolves this ambiguity by forbidding variable bindings that occur in
3497 `match` patterns from shadowing names of variants that are in scope. For
3498 example, wherever `List` is in scope, a `match` pattern would not be able to
3499 bind `Nil` as a new name. The compiler interprets a variable pattern `x` as a
3500 binding _only_ if there is no variant named `x` in scope. A convention you can
3501 use to avoid conflicts is simply to name variants with upper-case letters, and
3502 local variables with lower-case letters.
3503
3504 Multiple match patterns may be joined with the `|` operator. A range of values
3505 may be specified with `...`. For example:
3506
3507 ```
3508 # let x = 2i;
3509
3510 let message = match x {
3511   0 | 1  => "not many",
3512   2 ... 9 => "a few",
3513   _      => "lots"
3514 };
3515 ```
3516
3517 Range patterns only work on scalar types (like integers and characters; not
3518 like arrays and structs, which have sub-components). A range pattern may not
3519 be a sub-range of another range pattern inside the same `match`.
3520
3521 Finally, match patterns can accept *pattern guards* to further refine the
3522 criteria for matching a case. Pattern guards appear after the pattern and
3523 consist of a bool-typed expression following the `if` keyword. A pattern guard
3524 may refer to the variables bound within the pattern they follow.
3525
3526 ```
3527 # let maybe_digit = Some(0);
3528 # fn process_digit(i: int) { }
3529 # fn process_other(i: int) { }
3530
3531 let message = match maybe_digit {
3532   Some(x) if x < 10 => process_digit(x),
3533   Some(x) => process_other(x),
3534   None => panic!()
3535 };
3536 ```
3537
3538 ### If let expressions
3539
3540 ```{.ebnf .gram}
3541 if_let_expr : "if" "let" pat '=' expr '{' block '}'
3542                else_tail ? ;
3543 else_tail : "else" [ if_expr | if_let_expr | '{' block '}' ] ;
3544 ```
3545
3546 An `if let` expression is semantically identical to an `if` expression but in place
3547 of a condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3548 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the corresponding
3549 block will execute, otherwise flow proceeds to the first `else` block that follows.
3550
3551 ### While let loops
3552
3553 ```{.ebnf .gram}
3554 while_let_expr : "while" "let" pat '=' expr '{' block '}' ;
3555 ```
3556
3557 A `while let` loop is semantically identical to a `while` loop but in place of a
3558 condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3559 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the
3560 loop body block executes and control returns to the pattern matching statement.
3561 Otherwise, the while expression completes.
3562
3563 ### Return expressions
3564
3565 ```{.ebnf .gram}
3566 return_expr : "return" expr ? ;
3567 ```
3568
3569 Return expressions are denoted with the keyword `return`. Evaluating a `return`
3570 expression moves its argument into the output slot of the current function,
3571 destroys the current function activation frame, and transfers control to the
3572 caller frame.
3573
3574 An example of a `return` expression:
3575
3576 ```
3577 fn max(a: int, b: int) -> int {
3578    if a > b {
3579       return a;
3580    }
3581    return b;
3582 }
3583 ```
3584
3585 # Type system
3586
3587 ## Types
3588
3589 Every slot, item and value in a Rust program has a type. The _type_ of a
3590 *value* defines the interpretation of the memory holding it.
3591
3592 Built-in types and type-constructors are tightly integrated into the language,
3593 in nontrivial ways that are not possible to emulate in user-defined types.
3594 User-defined types have limited capabilities.
3595
3596 ### Primitive types
3597
3598 The primitive types are the following:
3599
3600 * The "unit" type `()`, having the single "unit" value `()` (occasionally called
3601   "nil"). [^unittype]
3602 * The boolean type `bool` with values `true` and `false`.
3603 * The machine types.
3604 * The machine-dependent integer and floating-point types.
3605
3606 [^unittype]: The "unit" value `()` is *not* a sentinel "null pointer" value for
3607     reference slots; the "unit" type is the implicit return type from functions
3608     otherwise lacking a return type, and can be used in other contexts (such as
3609     message-sending or type-parametric code) as a zero-size type.]
3610
3611 #### Machine types
3612
3613 The machine types are the following:
3614
3615 * The unsigned word types `u8`, `u16`, `u32` and `u64`, with values drawn from
3616   the integer intervals [0, 2^8 - 1], [0, 2^16 - 1], [0, 2^32 - 1] and
3617   [0, 2^64 - 1] respectively.
3618
3619 * The signed two's complement word types `i8`, `i16`, `i32` and `i64`, with
3620   values drawn from the integer intervals [-(2^(7)), 2^7 - 1],
3621   [-(2^(15)), 2^15 - 1], [-(2^(31)), 2^31 - 1], [-(2^(63)), 2^63 - 1]
3622   respectively.
3623
3624 * The IEEE 754-2008 `binary32` and `binary64` floating-point types: `f32` and
3625   `f64`, respectively.
3626
3627 #### Machine-dependent integer types
3628
3629 The `uint` type is an unsigned integer type with the same number of bits as the
3630 platform's pointer type. It can represent every memory address in the process.
3631
3632 The `int` type is a signed integer type with the same number of bits as the
3633 platform's pointer type. The theoretical upper bound on object and array size
3634 is the maximum `int` value. This ensures that `int` can be used to calculate
3635 differences between pointers into an object or array and can address every byte
3636 within an object along with one byte past the end.
3637
3638 ### Textual types
3639
3640 The types `char` and `str` hold textual data.
3641
3642 A value of type `char` is a [Unicode scalar value](
3643 http://www.unicode.org/glossary/#unicode_scalar_value) (ie. a code point that
3644 is not a surrogate), represented as a 32-bit unsigned word in the 0x0000 to
3645 0xD7FF or 0xE000 to 0x10FFFF range. A `[char]` array is effectively an UCS-4 /
3646 UTF-32 string.
3647
3648 A value of type `str` is a Unicode string, represented as an array of 8-bit
3649 unsigned bytes holding a sequence of UTF-8 codepoints. Since `str` is of
3650 unknown size, it is not a _first class_ type, but can only be instantiated
3651 through a pointer type, such as `&str` or `String`.
3652
3653 ### Tuple types
3654
3655 A tuple *type* is a heterogeneous product of other types, called the *elements*
3656 of the tuple. It has no nominal name and is instead structurally typed.
3657
3658 Tuple types and values are denoted by listing the types or values of their
3659 elements, respectively, in a parenthesized, comma-separated list.
3660
3661 Because tuple elements don't have a name, they can only be accessed by
3662 pattern-matching.
3663
3664 The members of a tuple are laid out in memory contiguously, in order specified
3665 by the tuple type.
3666
3667 An example of a tuple type and its use:
3668
3669 ```
3670 type Pair<'a> = (int, &'a str);
3671 let p: Pair<'static> = (10, "hello");
3672 let (a, b) = p;
3673 assert!(b != "world");
3674 ```
3675
3676 ### Array, and Slice types
3677
3678 Rust has two different types for a list of items:
3679
3680 * `[T ..N]`, an 'array'
3681 * `&[T]`, a 'slice'.
3682
3683 An array has a fixed size, and can be allocated on either the stack or the
3684 heap.
3685
3686 A slice is a 'view' into an array. It doesn't own the data it points
3687 to, it borrows it.
3688
3689 An example of each kind:
3690
3691 ```{rust}
3692 let vec: Vec<int>  = vec![1, 2, 3];
3693 let arr: [int, ..3] = [1, 2, 3];
3694 let s: &[int]      = vec.as_slice();
3695 ```
3696
3697 As you can see, the `vec!` macro allows you to create a `Vec<T>` easily. The
3698 `vec!` macro is also part of the standard library, rather than the language.
3699
3700 All in-bounds elements of arrays, and slices are always initialized, and access
3701 to an array or slice is always bounds-checked.
3702
3703 ### Structure types
3704
3705 A `struct` *type* is a heterogeneous product of other types, called the
3706 *fields* of the type.[^structtype]
3707
3708 [^structtype]: `struct` types are analogous `struct` types in C,
3709     the *record* types of the ML family,
3710     or the *structure* types of the Lisp family.
3711
3712 New instances of a `struct` can be constructed with a [struct
3713 expression](#structure-expressions).
3714
3715 The memory layout of a `struct` is undefined by default to allow for compiler
3716 optimizations like field reordering, but it can be fixed with the
3717 `#[repr(...)]` attribute. In either case, fields may be given in any order in
3718 a corresponding struct *expression*; the resulting `struct` value will always
3719 have the same memory layout.
3720
3721 The fields of a `struct` may be qualified by [visibility
3722 modifiers](#re-exporting-and-visibility), to allow access to data in a
3723 structure outside a module.
3724
3725 A _tuple struct_ type is just like a structure type, except that the fields are
3726 anonymous.
3727
3728 A _unit-like struct_ type is like a structure type, except that it has no
3729 fields. The one value constructed by the associated [structure
3730 expression](#structure-expressions) is the only value that inhabits such a
3731 type.
3732
3733 ### Enumerated types
3734
3735 An *enumerated type* is a nominal, heterogeneous disjoint union type, denoted
3736 by the name of an [`enum` item](#enumerations). [^enumtype]
3737
3738 [^enumtype]: The `enum` type is analogous to a `data` constructor declaration in
3739              ML, or a *pick ADT* in Limbo.
3740
3741 An [`enum` item](#enumerations) declares both the type and a number of *variant
3742 constructors*, each of which is independently named and takes an optional tuple
3743 of arguments.
3744
3745 New instances of an `enum` can be constructed by calling one of the variant
3746 constructors, in a [call expression](#call-expressions).
3747
3748 Any `enum` value consumes as much memory as the largest variant constructor for
3749 its corresponding `enum` type.
3750
3751 Enum types cannot be denoted *structurally* as types, but must be denoted by
3752 named reference to an [`enum` item](#enumerations).
3753
3754 ### Recursive types
3755
3756 Nominal types &mdash; [enumerations](#enumerated-types) and
3757 [structures](#structure-types) &mdash; may be recursive. That is, each `enum`
3758 constructor or `struct` field may refer, directly or indirectly, to the
3759 enclosing `enum` or `struct` type itself. Such recursion has restrictions:
3760
3761 * Recursive types must include a nominal type in the recursion
3762   (not mere [type definitions](#type-definitions),
3763    or other structural types such as [arrays](#array,-and-slice-types) or [tuples](#tuple-types)).
3764 * A recursive `enum` item must have at least one non-recursive constructor
3765   (in order to give the recursion a basis case).
3766 * The size of a recursive type must be finite;
3767   in other words the recursive fields of the type must be [pointer types](#pointer-types).
3768 * Recursive type definitions can cross module boundaries, but not module *visibility* boundaries,
3769   or crate boundaries (in order to simplify the module system and type checker).
3770
3771 An example of a *recursive* type and its use:
3772
3773 ```
3774 enum List<T> {
3775   Nil,
3776   Cons(T, Box<List<T>>)
3777 }
3778
3779 let a: List<int> = List::Cons(7, box List::Cons(13, box List::Nil));
3780 ```
3781
3782 ### Pointer types
3783
3784 All pointers in Rust are explicit first-class values. They can be copied,
3785 stored into data structures, and returned from functions. There are two
3786 varieties of pointer in Rust:
3787
3788 * References (`&`)
3789   : These point to memory _owned by some other value_.
3790     A reference type is written `&type` for some lifetime-variable `f`,
3791     or just `&'a type` when you need an explicit lifetime.
3792     Copying a reference is a "shallow" operation:
3793     it involves only copying the pointer itself.
3794     Releasing a reference typically has no effect on the value it points to,
3795     with the exception of temporary values, which are released when the last
3796     reference to them is released.
3797
3798 * Raw pointers (`*`)
3799   : Raw pointers are pointers without safety or liveness guarantees.
3800     Raw pointers are written as `*const T` or `*mut T`,
3801     for example `*const int` means a raw pointer to an integer.
3802     Copying or dropping a raw pointer has no effect on the lifecycle of any
3803     other value. Dereferencing a raw pointer or converting it to any other
3804     pointer type is an [`unsafe` operation](#unsafe-functions).
3805     Raw pointers are generally discouraged in Rust code;
3806     they exist to support interoperability with foreign code,
3807     and writing performance-critical or low-level functions.
3808
3809 The standard library contains additional 'smart pointer' types beyond references
3810 and raw pointers.
3811
3812 ### Function types
3813
3814 The function type constructor `fn` forms new function types. A function type
3815 consists of a possibly-empty set of function-type modifiers (such as `unsafe`
3816 or `extern`), a sequence of input types and an output type.
3817
3818 An example of a `fn` type:
3819
3820 ```
3821 fn add(x: int, y: int) -> int {
3822   return x + y;
3823 }
3824
3825 let mut x = add(5,7);
3826
3827 type Binop<'a> = |int,int|: 'a -> int;
3828 let bo: Binop = add;
3829 x = bo(5,7);
3830 ```
3831
3832 ### Closure types
3833
3834 ```{.ebnf .notation}
3835 closure_type := [ 'unsafe' ] [ '<' lifetime-list '>' ] '|' arg-list '|'
3836                 [ ':' bound-list ] [ '->' type ]
3837 procedure_type := 'proc' [ '<' lifetime-list '>' ] '(' arg-list ')'
3838                   [ ':' bound-list ] [ '->' type ]
3839 lifetime-list := lifetime | lifetime ',' lifetime-list
3840 arg-list := ident ':' type | ident ':' type ',' arg-list
3841 bound-list := bound | bound '+' bound-list
3842 bound := path | lifetime
3843 ```
3844
3845 The type of a closure mapping an input of type `A` to an output of type `B` is
3846 `|A| -> B`. A closure with no arguments or return values has type `||`.
3847 Similarly, a procedure mapping `A` to `B` is `proc(A) -> B` and a no-argument
3848 and no-return value closure has type `proc()`.
3849
3850 An example of creating and calling a closure:
3851
3852 ```rust
3853 let captured_var = 10i;
3854
3855 let closure_no_args = || println!("captured_var={}", captured_var);
3856
3857 let closure_args = |arg: int| -> int {
3858   println!("captured_var={}, arg={}", captured_var, arg);
3859   arg // Note lack of semicolon after 'arg'
3860 };
3861
3862 fn call_closure(c1: ||, c2: |int| -> int) {
3863   c1();
3864   c2(2);
3865 }
3866
3867 call_closure(closure_no_args, closure_args);
3868
3869 ```
3870
3871 Unlike closures, procedures may only be invoked once, but own their
3872 environment, and are allowed to move out of their environment. Procedures are
3873 allocated on the heap (unlike closures). An example of creating and calling a
3874 procedure:
3875
3876 ```rust
3877 let string = "Hello".to_string();
3878
3879 // Creates a new procedure, passing it to the `spawn` function.
3880 spawn(proc() {
3881   println!("{} world!", string);
3882 });
3883
3884 // the variable `string` has been moved into the previous procedure, so it is
3885 // no longer usable.
3886
3887
3888 // Create an invoke a procedure. Note that the procedure is *moved* when
3889 // invoked, so it cannot be invoked again.
3890 let f = proc(n: int) { n + 22 };
3891 println!("answer: {}", f(20));
3892
3893 ```
3894
3895 ### Object types
3896
3897 Every trait item (see [traits](#traits)) defines a type with the same name as
3898 the trait. This type is called the _object type_ of the trait. Object types
3899 permit "late binding" of methods, dispatched using _virtual method tables_
3900 ("vtables"). Whereas most calls to trait methods are "early bound" (statically
3901 resolved) to specific implementations at compile time, a call to a method on an
3902 object type is only resolved to a vtable entry at compile time. The actual
3903 implementation for each vtable entry can vary on an object-by-object basis.
3904
3905 Given a pointer-typed expression `E` of type `&T` or `Box<T>`, where `T`
3906 implements trait `R`, casting `E` to the corresponding pointer type `&R` or
3907 `Box<R>` results in a value of the _object type_ `R`. This result is
3908 represented as a pair of pointers: the vtable pointer for the `T`
3909 implementation of `R`, and the pointer value of `E`.
3910
3911 An example of an object type:
3912
3913 ```
3914 trait Printable {
3915   fn stringify(&self) -> String;
3916 }
3917
3918 impl Printable for int {
3919   fn stringify(&self) -> String { self.to_string() }
3920 }
3921
3922 fn print(a: Box<Printable>) {
3923    println!("{}", a.stringify());
3924 }
3925
3926 fn main() {
3927    print(box 10i as Box<Printable>);
3928 }
3929 ```
3930
3931 In this example, the trait `Printable` occurs as an object type in both the
3932 type signature of `print`, and the cast expression in `main`.
3933
3934 ### Type parameters
3935
3936 Within the body of an item that has type parameter declarations, the names of
3937 its type parameters are types:
3938
3939 ```ignore
3940 fn map<A: Clone, B: Clone>(f: |A| -> B, xs: &[A]) -> Vec<B> {
3941     if xs.len() == 0 {
3942        return vec![];
3943     }
3944     let first: B = f(xs[0].clone());
3945     let mut rest: Vec<B> = map(f, xs.slice(1, xs.len()));
3946     rest.insert(0, first);
3947     return rest;
3948 }
3949 ```
3950
3951 Here, `first` has type `B`, referring to `map`'s `B` type parameter; and `rest`
3952 has type `Vec<B>`, a vector type with element type `B`.
3953
3954 ### Self types
3955
3956 The special type `self` has a meaning within methods inside an impl item. It
3957 refers to the type of the implicit `self` argument. For example, in:
3958
3959 ```
3960 trait Printable {
3961   fn make_string(&self) -> String;
3962 }
3963
3964 impl Printable for String {
3965     fn make_string(&self) -> String {
3966         (*self).clone()
3967     }
3968 }
3969 ```
3970
3971 `self` refers to the value of type `String` that is the receiver for a call to
3972 the method `make_string`.
3973
3974 ## Type kinds
3975
3976 Types in Rust are categorized into kinds, based on various properties of the
3977 components of the type. The kinds are:
3978
3979 * `Send`
3980   : Types of this kind can be safely sent between tasks.
3981     This kind includes scalars, boxes, procs, and
3982     structural types containing only other owned types.
3983     All `Send` types are `'static`.
3984 * `Copy`
3985   : Types of this kind consist of "Plain Old Data"
3986     which can be copied by simply moving bits.
3987     All values of this kind can be implicitly copied.
3988     This kind includes scalars and immutable references,
3989     as well as structural types containing other `Copy` types.
3990 * `'static`
3991   : Types of this kind do not contain any references (except for
3992     references with the `static` lifetime, which are allowed).
3993     This can be a useful guarantee for code
3994     that breaks borrowing assumptions
3995     using [`unsafe` operations](#unsafe-functions).
3996 * `Drop`
3997   : This is not strictly a kind,
3998     but its presence interacts with kinds:
3999     the `Drop` trait provides a single method `drop`
4000     that takes no parameters,
4001     and is run when values of the type are dropped.
4002     Such a method is called a "destructor",
4003     and are always executed in "top-down" order:
4004     a value is completely destroyed
4005     before any of the values it owns run their destructors.
4006     Only `Send` types can implement `Drop`.
4007
4008 * _Default_
4009   : Types with destructors, closure environments,
4010     and various other _non-first-class_ types,
4011     are not copyable at all.
4012     Such types can usually only be accessed through pointers,
4013     or in some cases, moved between mutable locations.
4014
4015 Kinds can be supplied as _bounds_ on type parameters, like traits, in which
4016 case the parameter is constrained to types satisfying that kind.
4017
4018 By default, type parameters do not carry any assumed kind-bounds at all. When
4019 instantiating a type parameter, the kind bounds on the parameter are checked to
4020 be the same or narrower than the kind of the type that it is instantiated with.
4021
4022 Sending operations are not part of the Rust language, but are implemented in
4023 the library. Generic functions that send values bound the kind of these values
4024 to sendable.
4025
4026 # Memory and concurrency models
4027
4028 Rust has a memory model centered around concurrently-executing _tasks_. Thus
4029 its memory model and its concurrency model are best discussed simultaneously,
4030 as parts of each only make sense when considered from the perspective of the
4031 other.
4032
4033 When reading about the memory model, keep in mind that it is partitioned in
4034 order to support tasks; and when reading about tasks, keep in mind that their
4035 isolation and communication mechanisms are only possible due to the ownership
4036 and lifetime semantics of the memory model.
4037
4038 ## Memory model
4039
4040 A Rust program's memory consists of a static set of *items*, a set of
4041 [tasks](#tasks) each with its own *stack*, and a *heap*. Immutable portions of
4042 the heap may be shared between tasks, mutable portions may not.
4043
4044 Allocations in the stack consist of *slots*, and allocations in the heap
4045 consist of *boxes*.
4046
4047 ### Memory allocation and lifetime
4048
4049 The _items_ of a program are those functions, modules and types that have their
4050 value calculated at compile-time and stored uniquely in the memory image of the
4051 rust process. Items are neither dynamically allocated nor freed.
4052
4053 A task's _stack_ consists of activation frames automatically allocated on entry
4054 to each function as the task executes. A stack allocation is reclaimed when
4055 control leaves the frame containing it.
4056
4057 The _heap_ is a general term that describes boxes.  The lifetime of an
4058 allocation in the heap depends on the lifetime of the box values pointing to
4059 it. Since box values may themselves be passed in and out of frames, or stored
4060 in the heap, heap allocations may outlive the frame they are allocated within.
4061
4062 ### Memory ownership
4063
4064 A task owns all memory it can *safely* reach through local variables, as well
4065 as boxes and references.
4066
4067 When a task sends a value that has the `Send` trait to another task, it loses
4068 ownership of the value sent and can no longer refer to it. This is statically
4069 guaranteed by the combined use of "move semantics", and the compiler-checked
4070 _meaning_ of the `Send` trait: it is only instantiated for (transitively)
4071 sendable kinds of data constructor and pointers, never including references.
4072
4073 When a stack frame is exited, its local allocations are all released, and its
4074 references to boxes are dropped.
4075
4076 When a task finishes, its stack is necessarily empty and it therefore has no
4077 references to any boxes; the remainder of its heap is immediately freed.
4078
4079 ### Memory slots
4080
4081 A task's stack contains slots.
4082
4083 A _slot_ is a component of a stack frame, either a function parameter, a
4084 [temporary](#lvalues,-rvalues-and-temporaries), or a local variable.
4085
4086 A _local variable_ (or *stack-local* allocation) holds a value directly,
4087 allocated within the stack's memory. The value is a part of the stack frame.
4088
4089 Local variables are immutable unless declared otherwise like: `let mut x = ...`.
4090
4091 Function parameters are immutable unless declared with `mut`. The `mut` keyword
4092 applies only to the following parameter (so `|mut x, y|` and `fn f(mut x:
4093 Box<int>, y: Box<int>)` declare one mutable variable `x` and one immutable
4094 variable `y`).
4095
4096 Methods that take either `self` or `Box<Self>` can optionally place them in a
4097 mutable slot by prefixing them with `mut` (similar to regular arguments):
4098
4099 ```
4100 trait Changer {
4101     fn change(mut self) -> Self;
4102     fn modify(mut self: Box<Self>) -> Box<Self>;
4103 }
4104 ```
4105
4106 Local variables are not initialized when allocated; the entire frame worth of
4107 local variables are allocated at once, on frame-entry, in an uninitialized
4108 state. Subsequent statements within a function may or may not initialize the
4109 local variables. Local variables can be used only after they have been
4110 initialized; this is enforced by the compiler.
4111
4112 ### Boxes
4113
4114 A _box_ is a reference to a heap allocation holding another value, which is
4115 constructed by the prefix operator `box`. When the standard library is in use,
4116 the type of a box is `std::owned::Box<T>`.
4117
4118 An example of a box type and value:
4119
4120 ```
4121 let x: Box<int> = box 10;
4122 ```
4123
4124 Box values exist in 1:1 correspondence with their heap allocation, copying a
4125 box value makes a shallow copy of the pointer. Rust will consider a shallow
4126 copy of a box to move ownership of the value. After a value has been moved,
4127 the source location cannot be used unless it is reinitialized.
4128
4129 ```
4130 let x: Box<int> = box 10;
4131 let y = x;
4132 // attempting to use `x` will result in an error here
4133 ```
4134
4135 ## Tasks
4136
4137 An executing Rust program consists of a tree of tasks. A Rust _task_ consists
4138 of an entry function, a stack, a set of outgoing communication channels and
4139 incoming communication ports, and ownership of some portion of the heap of a
4140 single operating-system process.
4141
4142 ### Communication between tasks
4143
4144 Rust tasks are isolated and generally unable to interfere with one another's
4145 memory directly, except through [`unsafe` code](#unsafe-functions).  All
4146 contact between tasks is mediated by safe forms of ownership transfer, and data
4147 races on memory are prohibited by the type system.
4148
4149 When you wish to send data between tasks, the values are restricted to the
4150 [`Send` type-kind](#type-kinds). Restricting communication interfaces to this
4151 kind ensures that no references move between tasks. Thus access to an entire
4152 data structure can be mediated through its owning "root" value; no further
4153 locking or copying is required to avoid data races within the substructure of
4154 such a value.
4155
4156 ### Task lifecycle
4157
4158 The _lifecycle_ of a task consists of a finite set of states and events that
4159 cause transitions between the states. The lifecycle states of a task are:
4160
4161 * running
4162 * blocked
4163 * panicked
4164 * dead
4165
4166 A task begins its lifecycle &mdash; once it has been spawned &mdash; in the
4167 *running* state. In this state it executes the statements of its entry
4168 function, and any functions called by the entry function.
4169
4170 A task may transition from the *running* state to the *blocked* state any time
4171 it makes a blocking communication call. When the call can be completed &mdash;
4172 when a message arrives at a sender, or a buffer opens to receive a message
4173 &mdash; then the blocked task will unblock and transition back to *running*.
4174
4175 A task may transition to the *panicked* state at any time, due being killed by
4176 some external event or internally, from the evaluation of a `panic!()` macro.
4177 Once *panicking*, a task unwinds its stack and transitions to the *dead* state.
4178 Unwinding the stack of a task is done by the task itself, on its own control
4179 stack. If a value with a destructor is freed during unwinding, the code for the
4180 destructor is run, also on the task's control stack. Running the destructor
4181 code causes a temporary transition to a *running* state, and allows the
4182 destructor code to cause any subsequent state transitions. The original task
4183 of unwinding and panicking thereby may suspend temporarily, and may involve
4184 (recursive) unwinding of the stack of a failed destructor. Nonetheless, the
4185 outermost unwinding activity will continue until the stack is unwound and the
4186 task transitions to the *dead* state. There is no way to "recover" from task
4187 panics. Once a task has temporarily suspended its unwinding in the *panicking*
4188 state, a panic occurring from within this destructor results in *hard* panic.
4189 A hard panic currently results in the process aborting.
4190
4191 A task in the *dead* state cannot transition to other states; it exists only to
4192 have its termination status inspected by other tasks, and/or to await
4193 reclamation when the last reference to it drops.
4194
4195 # Runtime services, linkage and debugging
4196
4197 The Rust _runtime_ is a relatively compact collection of Rust code that
4198 provides fundamental services and datatypes to all Rust tasks at run-time. It
4199 is smaller and simpler than many modern language runtimes. It is tightly
4200 integrated into the language's execution model of memory, tasks, communication
4201 and logging.
4202
4203 ### Memory allocation
4204
4205 The runtime memory-management system is based on a _service-provider
4206 interface_, through which the runtime requests blocks of memory from its
4207 environment and releases them back to its environment when they are no longer
4208 needed. The default implementation of the service-provider interface consists
4209 of the C runtime functions `malloc` and `free`.
4210
4211 The runtime memory-management system, in turn, supplies Rust tasks with
4212 facilities for allocating releasing stacks, as well as allocating and freeing
4213 heap data.
4214
4215 ### Built in types
4216
4217 The runtime provides C and Rust code to assist with various built-in types,
4218 such as arrays, strings, and the low level communication system (ports,
4219 channels, tasks).
4220
4221 Support for other built-in types such as simple types, tuples and enums is
4222 open-coded by the Rust compiler.
4223
4224 ### Task scheduling and communication
4225
4226 The runtime provides code to manage inter-task communication. This includes
4227 the system of task-lifecycle state transitions depending on the contents of
4228 queues, as well as code to copy values between queues and their recipients and
4229 to serialize values for transmission over operating-system inter-process
4230 communication facilities.
4231
4232 ### Linkage
4233
4234 The Rust compiler supports various methods to link crates together both
4235 statically and dynamically. This section will explore the various methods to
4236 link Rust crates together, and more information about native libraries can be
4237 found in the [ffi guide][ffi].
4238
4239 In one session of compilation, the compiler can generate multiple artifacts
4240 through the usage of either command line flags or the `crate_type` attribute.
4241 If one or more command line flag is specified, all `crate_type` attributes will
4242 be ignored in favor of only building the artifacts specified by command line.
4243
4244 * `--crate-type=bin`, `#[crate_type = "bin"]` - A runnable executable will be
4245   produced. This requires that there is a `main` function in the crate which
4246   will be run when the program begins executing. This will link in all Rust and
4247   native dependencies, producing a distributable binary.
4248
4249 * `--crate-type=lib`, `#[crate_type = "lib"]` - A Rust library will be produced.
4250   This is an ambiguous concept as to what exactly is produced because a library
4251   can manifest itself in several forms. The purpose of this generic `lib` option
4252   is to generate the "compiler recommended" style of library. The output library
4253   will always be usable by rustc, but the actual type of library may change from
4254   time-to-time. The remaining output types are all different flavors of
4255   libraries, and the `lib` type can be seen as an alias for one of them (but the
4256   actual one is compiler-defined).
4257
4258 * `--crate-type=dylib`, `#[crate_type = "dylib"]` - A dynamic Rust library will
4259   be produced. This is different from the `lib` output type in that this forces
4260   dynamic library generation. The resulting dynamic library can be used as a
4261   dependency for other libraries and/or executables. This output type will
4262   create `*.so` files on linux, `*.dylib` files on osx, and `*.dll` files on
4263   windows.
4264
4265 * `--crate-type=staticlib`, `#[crate_type = "staticlib"]` - A static system
4266   library will be produced. This is different from other library outputs in that
4267   the Rust compiler will never attempt to link to `staticlib` outputs. The
4268   purpose of this output type is to create a static library containing all of
4269   the local crate's code along with all upstream dependencies. The static
4270   library is actually a `*.a` archive on linux and osx and a `*.lib` file on
4271   windows. This format is recommended for use in situations such as linking
4272   Rust code into an existing non-Rust application because it will not have
4273   dynamic dependencies on other Rust code.
4274
4275 * `--crate-type=rlib`, `#[crate_type = "rlib"]` - A "Rust library" file will be
4276   produced. This is used as an intermediate artifact and can be thought of as a
4277   "static Rust library". These `rlib` files, unlike `staticlib` files, are
4278   interpreted by the Rust compiler in future linkage. This essentially means
4279   that `rustc` will look for metadata in `rlib` files like it looks for metadata
4280   in dynamic libraries. This form of output is used to produce statically linked
4281   executables as well as `staticlib` outputs.
4282
4283 Note that these outputs are stackable in the sense that if multiple are
4284 specified, then the compiler will produce each form of output at once without
4285 having to recompile. However, this only applies for outputs specified by the
4286 same method. If only `crate_type` attributes are specified, then they will all
4287 be built, but if one or more `--crate-type` command line flag is specified,
4288 then only those outputs will be built.
4289
4290 With all these different kinds of outputs, if crate A depends on crate B, then
4291 the compiler could find B in various different forms throughout the system. The
4292 only forms looked for by the compiler, however, are the `rlib` format and the
4293 dynamic library format. With these two options for a dependent library, the
4294 compiler must at some point make a choice between these two formats. With this
4295 in mind, the compiler follows these rules when determining what format of
4296 dependencies will be used:
4297
4298 1. If a static library is being produced, all upstream dependencies are
4299    required to be available in `rlib` formats. This requirement stems from the
4300    reason that a dynamic library cannot be converted into a static format.
4301
4302    Note that it is impossible to link in native dynamic dependencies to a static
4303    library, and in this case warnings will be printed about all unlinked native
4304    dynamic dependencies.
4305
4306 2. If an `rlib` file is being produced, then there are no restrictions on what
4307    format the upstream dependencies are available in. It is simply required that
4308    all upstream dependencies be available for reading metadata from.
4309
4310    The reason for this is that `rlib` files do not contain any of their upstream
4311    dependencies. It wouldn't be very efficient for all `rlib` files to contain a
4312    copy of `libstd.rlib`!
4313
4314 3. If an executable is being produced and the `-C prefer-dynamic` flag is not
4315    specified, then dependencies are first attempted to be found in the `rlib`
4316    format. If some dependencies are not available in an rlib format, then
4317    dynamic linking is attempted (see below).
4318
4319 4. If a dynamic library or an executable that is being dynamically linked is
4320    being produced, then the compiler will attempt to reconcile the available
4321    dependencies in either the rlib or dylib format to create a final product.
4322
4323    A major goal of the compiler is to ensure that a library never appears more
4324    than once in any artifact. For example, if dynamic libraries B and C were
4325    each statically linked to library A, then a crate could not link to B and C
4326    together because there would be two copies of A. The compiler allows mixing
4327    the rlib and dylib formats, but this restriction must be satisfied.
4328
4329    The compiler currently implements no method of hinting what format a library
4330    should be linked with. When dynamically linking, the compiler will attempt to
4331    maximize dynamic dependencies while still allowing some dependencies to be
4332    linked in via an rlib.
4333
4334    For most situations, having all libraries available as a dylib is recommended
4335    if dynamically linking. For other situations, the compiler will emit a
4336    warning if it is unable to determine which formats to link each library with.
4337
4338 In general, `--crate-type=bin` or `--crate-type=lib` should be sufficient for
4339 all compilation needs, and the other options are just available if more
4340 fine-grained control is desired over the output format of a Rust crate.
4341
4342 # Appendix: Rationales and design tradeoffs
4343
4344 *TODO*.
4345
4346 # Appendix: Influences and further references
4347
4348 ## Influences
4349
4350 >  The essential problem that must be solved in making a fault-tolerant
4351 >  software system is therefore that of fault-isolation. Different programmers
4352 >  will write different modules, some modules will be correct, others will have
4353 >  errors. We do not want the errors in one module to adversely affect the
4354 >  behaviour of a module which does not have any errors.
4355 >
4356 >  &mdash; Joe Armstrong
4357
4358 >  In our approach, all data is private to some process, and processes can
4359 >  only communicate through communications channels. *Security*, as used
4360 >  in this paper, is the property which guarantees that processes in a system
4361 >  cannot affect each other except by explicit communication.
4362 >
4363 >  When security is absent, nothing which can be proven about a single module
4364 >  in isolation can be guaranteed to hold when that module is embedded in a
4365 >  system [...]
4366 >
4367 >  &mdash; Robert Strom and Shaula Yemini
4368
4369 >  Concurrent and applicative programming complement each other. The
4370 >  ability to send messages on channels provides I/O without side effects,
4371 >  while the avoidance of shared data helps keep concurrent processes from
4372 >  colliding.
4373 >
4374 >  &mdash; Rob Pike
4375
4376 Rust is not a particularly original language. It may however appear unusual by
4377 contemporary standards, as its design elements are drawn from a number of
4378 "historical" languages that have, with a few exceptions, fallen out of favour.
4379 Five prominent lineages contribute the most, though their influences have come
4380 and gone during the course of Rust's development:
4381
4382 * The NIL (1981) and Hermes (1990) family. These languages were developed by
4383   Robert Strom, Shaula Yemini, David Bacon and others in their group at IBM
4384   Watson Research Center (Yorktown Heights, NY, USA).
4385
4386 * The Erlang (1987) language, developed by Joe Armstrong, Robert Virding, Claes
4387   Wikstr&ouml;m, Mike Williams and others in their group at the Ericsson Computer
4388   Science Laboratory (&Auml;lvsj&ouml;, Stockholm, Sweden) .
4389
4390 * The Sather (1990) language, developed by Stephen Omohundro, Chu-Cheow Lim,
4391   Heinz Schmidt and others in their group at The International Computer
4392   Science Institute of the University of California, Berkeley (Berkeley, CA,
4393   USA).
4394
4395 * The Newsqueak (1988), Alef (1995), and Limbo (1996) family. These
4396   languages were developed by Rob Pike, Phil Winterbottom, Sean Dorward and
4397   others in their group at Bell Labs Computing Sciences Research Center
4398   (Murray Hill, NJ, USA).
4399
4400 * The Napier (1985) and Napier88 (1988) family. These languages were
4401   developed by Malcolm Atkinson, Ron Morrison and others in their group at
4402   the University of St. Andrews (St. Andrews, Fife, UK).
4403
4404 Additional specific influences can be seen from the following languages:
4405
4406 * The structural algebraic types and compilation manager of SML.
4407 * The attribute and assembly systems of C#.
4408 * The references and deterministic destructor system of C++.
4409 * The memory region systems of the ML Kit and Cyclone.
4410 * The typeclass system of Haskell.
4411 * The lexical identifier rule of Python.
4412 * The block syntax of Ruby.
4413
4414 [ffi]: guide-ffi.html
4415 [plugin]: guide-plugin.html