]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/doc/reference.md
rollup merge of #21151: brson/beta
[rust.git] / src / doc / reference.md
1 % The Rust Reference
2
3 # Introduction
4
5 This document is the primary reference for the Rust programming language. It
6 provides three kinds of material:
7
8   - Chapters that formally define the language grammar and, for each
9     construct, informally describe its semantics and give examples of its
10     use.
11   - Chapters that informally describe the memory model, concurrency model,
12     runtime services, linkage model and debugging facilities.
13   - Appendix chapters providing rationale and references to languages that
14     influenced the design.
15
16 This document does not serve as an introduction to the language. Background
17 familiarity with the language is assumed. A separate [book] is available to
18 help acquire such background familiarity.
19
20 This document also does not serve as a reference to the [standard] library
21 included in the language distribution. Those libraries are documented
22 separately by extracting documentation attributes from their source code. Many
23 of the features that one might expect to be language features are library
24 features in Rust, so what you're looking for may be there, not here.
25
26 [book]: book/index.html
27 [standard]: std/index.html
28
29 # Notation
30
31 Rust's grammar is defined over Unicode codepoints, each conventionally denoted
32 `U+XXXX`, for 4 or more hexadecimal digits `X`. _Most_ of Rust's grammar is
33 confined to the ASCII range of Unicode, and is described in this document by a
34 dialect of Extended Backus-Naur Form (EBNF), specifically a dialect of EBNF
35 supported by common automated LL(k) parsing tools such as `llgen`, rather than
36 the dialect given in ISO 14977. The dialect can be defined self-referentially
37 as follows:
38
39 ```{.ebnf .notation}
40 grammar : rule + ;
41 rule    : nonterminal ':' productionrule ';' ;
42 productionrule : production [ '|' production ] * ;
43 production : term * ;
44 term : element repeats ;
45 element : LITERAL | IDENTIFIER | '[' productionrule ']' ;
46 repeats : [ '*' | '+' ] NUMBER ? | NUMBER ? | '?' ;
47 ```
48
49 Where:
50
51 - Whitespace in the grammar is ignored.
52 - Square brackets are used to group rules.
53 - `LITERAL` is a single printable ASCII character, or an escaped hexadecimal
54   ASCII code of the form `\xQQ`, in single quotes, denoting the corresponding
55   Unicode codepoint `U+00QQ`.
56 - `IDENTIFIER` is a nonempty string of ASCII letters and underscores.
57 - The `repeat` forms apply to the adjacent `element`, and are as follows:
58   - `?` means zero or one repetition
59   - `*` means zero or more repetitions
60   - `+` means one or more repetitions
61   - NUMBER trailing a repeat symbol gives a maximum repetition count
62   - NUMBER on its own gives an exact repetition count
63
64 This EBNF dialect should hopefully be familiar to many readers.
65
66 ## Unicode productions
67
68 A few productions in Rust's grammar permit Unicode codepoints outside the ASCII
69 range. We define these productions in terms of character properties specified
70 in the Unicode standard, rather than in terms of ASCII-range codepoints. The
71 section [Special Unicode Productions](#special-unicode-productions) lists these
72 productions.
73
74 ## String table productions
75
76 Some rules in the grammar — notably [unary
77 operators](#unary-operator-expressions), [binary
78 operators](#binary-operator-expressions), and [keywords](#keywords) — are
79 given in a simplified form: as a listing of a table of unquoted, printable
80 whitespace-separated strings. These cases form a subset of the rules regarding
81 the [token](#tokens) rule, and are assumed to be the result of a
82 lexical-analysis phase feeding the parser, driven by a DFA, operating over the
83 disjunction of all such string table entries.
84
85 When such a string enclosed in double-quotes (`"`) occurs inside the grammar,
86 it is an implicit reference to a single member of such a string table
87 production. See [tokens](#tokens) for more information.
88
89 # Lexical structure
90
91 ## Input format
92
93 Rust input is interpreted as a sequence of Unicode codepoints encoded in UTF-8.
94 Most Rust grammar rules are defined in terms of printable ASCII-range
95 codepoints, but a small number are defined in terms of Unicode properties or
96 explicit codepoint lists. [^inputformat]
97
98 [^inputformat]: Substitute definitions for the special Unicode productions are
99   provided to the grammar verifier, restricted to ASCII range, when verifying the
100   grammar in this document.
101
102 ## Special Unicode Productions
103
104 The following productions in the Rust grammar are defined in terms of Unicode
105 properties: `ident`, `non_null`, `non_star`, `non_eol`, `non_slash_or_star`,
106 `non_single_quote` and `non_double_quote`.
107
108 ### Identifiers
109
110 The `ident` production is any nonempty Unicode string of the following form:
111
112 - The first character has property `XID_start`
113 - The remaining characters have property `XID_continue`
114
115 that does _not_ occur in the set of [keywords](#keywords).
116
117 > **Note**: `XID_start` and `XID_continue` as character properties cover the
118 > character ranges used to form the more familiar C and Java language-family
119 > identifiers.
120
121 ### Delimiter-restricted productions
122
123 Some productions are defined by exclusion of particular Unicode characters:
124
125 - `non_null` is any single Unicode character aside from `U+0000` (null)
126 - `non_eol` is `non_null` restricted to exclude `U+000A` (`'\n'`)
127 - `non_star` is `non_null` restricted to exclude `U+002A` (`*`)
128 - `non_slash_or_star` is `non_null` restricted to exclude `U+002F` (`/`) and `U+002A` (`*`)
129 - `non_single_quote` is `non_null` restricted to exclude `U+0027`  (`'`)
130 - `non_double_quote` is `non_null` restricted to exclude `U+0022` (`"`)
131
132 ## Comments
133
134 ```{.ebnf .gram}
135 comment : block_comment | line_comment ;
136 block_comment : "/*" block_comment_body * "*/" ;
137 block_comment_body : [block_comment | character] * ;
138 line_comment : "//" non_eol * ;
139 ```
140
141 Comments in Rust code follow the general C++ style of line and block-comment
142 forms. Nested block comments are supported.
143
144 Line comments beginning with exactly _three_ slashes (`///`), and block
145 comments beginning with exactly one repeated asterisk in the block-open
146 sequence (`/**`), are interpreted as a special syntax for `doc`
147 [attributes](#attributes). That is, they are equivalent to writing
148 `#[doc="..."]` around the body of the comment (this includes the comment
149 characters themselves, ie `/// Foo` turns into `#[doc="/// Foo"]`).
150
151 `//!` comments apply to the parent of the comment, rather than the item that
152 follows. `//!` comments are usually used to display information on the crate
153 index page.
154
155 Non-doc comments are interpreted as a form of whitespace.
156
157 ## Whitespace
158
159 ```{.ebnf .gram}
160 whitespace_char : '\x20' | '\x09' | '\x0a' | '\x0d' ;
161 whitespace : [ whitespace_char | comment ] + ;
162 ```
163
164 The `whitespace_char` production is any nonempty Unicode string consisting of
165 any of the following Unicode characters: `U+0020` (space, `' '`), `U+0009`
166 (tab, `'\t'`), `U+000A` (LF, `'\n'`), `U+000D` (CR, `'\r'`).
167
168 Rust is a "free-form" language, meaning that all forms of whitespace serve only
169 to separate _tokens_ in the grammar, and have no semantic significance.
170
171 A Rust program has identical meaning if each whitespace element is replaced
172 with any other legal whitespace element, such as a single space character.
173
174 ## Tokens
175
176 ```{.ebnf .gram}
177 simple_token : keyword | unop | binop ;
178 token : simple_token | ident | literal | symbol | whitespace token ;
179 ```
180
181 Tokens are primitive productions in the grammar defined by regular
182 (non-recursive) languages. "Simple" tokens are given in [string table
183 production](#string-table-productions) form, and occur in the rest of the
184 grammar as double-quoted strings. Other tokens have exact rules given.
185
186 ### Keywords
187
188 <p id="keyword-table-marker"></p>
189
190 |          |          |          |          |         |
191 |----------|----------|----------|----------|---------|
192 | abstract | alignof  | as       | be       | box     |
193 | break    | const    | continue | crate    | do      |
194 | else     | enum     | extern   | false    | final   |
195 | fn       | for      | if       | impl     | in      |
196 | let      | loop     | macro    | match    | mod     |
197 | move     | mut      | offsetof | override | priv    |
198 | pub      | pure     | ref      | return   | sizeof  |
199 | static   | self     | struct   | super    | true    |
200 | trait    | type     | typeof   | unsafe   | unsized |
201 | use      | virtual  | where    | while    | yield   |
202
203
204 Each of these keywords has special meaning in its grammar, and all of them are
205 excluded from the `ident` rule.
206
207 Note that some of these keywords are reserved, and do not currently do
208 anything.
209
210 ### Literals
211
212 A literal is an expression consisting of a single token, rather than a sequence
213 of tokens, that immediately and directly denotes the value it evaluates to,
214 rather than referring to it by name or some other evaluation rule. A literal is
215 a form of constant expression, so is evaluated (primarily) at compile time.
216
217 ```{.ebnf .gram}
218 lit_suffix : ident;
219 literal : [ string_lit | char_lit | byte_string_lit | byte_lit | num_lit ] lit_suffix ?;
220 ```
221
222 The optional suffix is only used for certain numeric literals, but is
223 reserved for future extension, that is, the above gives the lexical
224 grammar, but a Rust parser will reject everything but the 12 special
225 cases mentioned in [Number literals](#number-literals) below.
226
227 #### Examples
228
229 ##### Characters and strings
230
231 |   | Example | Number of `#` pairs allowed | Available characters | Escapes | Equivalent to |
232 |---|---------|-----------------------------|----------------------|---------|---------------|
233 | [Character](#character-literals) | `'H'` | `N/A` | All unicode | `\'` & [Byte escapes](#byte-escapes) & [Unicode escapes](#unicode-escapes) | `N/A` |
234 | [String](#string-literals) | `"hello"` | `N/A` | All unicode | `\"` & [Byte escapes](#byte-escapes) & [Unicode escapes](#unicode-escapes) | `N/A` |
235 | [Raw](#raw-string-literals) | `r##"hello"##`  | `0...` | All unicode | `N/A` | `N/A` |
236 | [Byte](#byte-literals) | `b'H'` | `N/A` | All ASCII | `\'` & [Byte escapes](#byte-escapes) | `u8` |
237 | [Byte string](#byte-string-literals) | `b"hello"` | `N/A`  | All ASCII | `\"` & [Byte escapes](#byte-escapes) | `&'static [u8]` |
238 | [Raw byte string](#raw-byte-string-literals) | `br##"hello"##` | `0...` | All ASCII | `N/A` | `&'static [u8]` (unsure...not stated) |
239
240 ##### Byte escapes
241
242 |   | Name |
243 |---|------|
244 | `\x7F` | 8-bit character code (exactly 2 digits) |
245 | `\n` | Newline |
246 | `\r` | Carriage return |
247 | `\t` | Tab |
248 | `\\` | Backslash |
249
250 ##### Unicode escapes
251 |   | Name |
252 |---|------|
253 | `\u7FFF` | 16-bit character code (exactly 4 digits) |
254 | `\U7EEEFFFF` | 32-bit character code (exactly 8 digits) |
255
256 ##### Numbers
257
258 | [Number literals](#number-literals)`*` | Example | Exponentiation | Suffixes |
259 |----------------------------------------|---------|----------------|----------|
260 | Decimal integer | `98_222i` | `N/A` | Integer suffixes |
261 | Hex integer | `0xffi` | `N/A` | Integer suffixes |
262 | Octal integer | `0o77i` | `N/A` | Integer suffixes |
263 | Binary integer | `0b1111_0000i` | `N/A` | Integer suffixes |
264 | Floating-point | `123.0E+77f64` | `Optional` | Floating-point suffixes |
265
266 `*` All number literals allow `_` as a visual separator: `1_234.0E+18f64`
267
268 ##### Suffixes
269 | Integer | Floating-point |
270 |---------|----------------|
271 | `i` (`int`), `u` (`uint`), `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64` | `f32`, `f64` |
272
273 #### Character and string literals
274
275 ```{.ebnf .gram}
276 char_lit : '\x27' char_body '\x27' ;
277 string_lit : '"' string_body * '"' | 'r' raw_string ;
278
279 char_body : non_single_quote
280           | '\x5c' [ '\x27' | common_escape | unicode_escape ] ;
281
282 string_body : non_double_quote
283             | '\x5c' [ '\x22' | common_escape | unicode_escape ] ;
284 raw_string : '"' raw_string_body '"' | '#' raw_string '#' ;
285
286 common_escape : '\x5c'
287               | 'n' | 'r' | 't' | '0'
288               | 'x' hex_digit 2
289 unicode_escape : 'u' hex_digit 4
290                | 'U' hex_digit 8 ;
291
292 hex_digit : 'a' | 'b' | 'c' | 'd' | 'e' | 'f'
293           | 'A' | 'B' | 'C' | 'D' | 'E' | 'F'
294           | dec_digit ;
295 oct_digit : '0' | '1' | '2' | '3' | '4' | '5' | '6' | '7' ;
296 dec_digit : '0' | nonzero_dec ;
297 nonzero_dec: '1' | '2' | '3' | '4'
298            | '5' | '6' | '7' | '8' | '9' ;
299 ```
300
301 ##### Character literals
302
303 A _character literal_ is a single Unicode character enclosed within two
304 `U+0027` (single-quote) characters, with the exception of `U+0027` itself,
305 which must be _escaped_ by a preceding U+005C character (`\`).
306
307 ##### String literals
308
309 A _string literal_ is a sequence of any Unicode characters enclosed within two
310 `U+0022` (double-quote) characters, with the exception of `U+0022` itself,
311 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`), or a _raw
312 string literal_.
313
314 ##### Character escapes
315
316 Some additional _escapes_ are available in either character or non-raw string
317 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
318 following forms:
319
320 * An _8-bit codepoint escape_ escape starts with `U+0078` (`x`) and is
321   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the Unicode codepoint
322   equal to the provided hex value.
323 * A _16-bit codepoint escape_ starts with `U+0075` (`u`) and is followed
324   by exactly four _hex digits_. It denotes the Unicode codepoint equal to
325   the provided hex value.
326 * A _32-bit codepoint escape_ starts with `U+0055` (`U`) and is followed
327   by exactly eight _hex digits_. It denotes the Unicode codepoint equal to
328   the provided hex value.
329 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
330   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the unicode values `U+000A` (LF),
331   `U+000D` (CR) or `U+0009` (HT) respectively.
332 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
333   escaped in order to denote *itself*.
334
335 ##### Raw string literals
336
337 Raw string literals do not process any escapes. They start with the character
338 `U+0072` (`r`), followed by zero or more of the character `U+0023` (`#`) and a
339 `U+0022` (double-quote) character. The _raw string body_ is not defined in the
340 EBNF grammar above: it can contain any sequence of Unicode characters and is
341 terminated only by another `U+0022` (double-quote) character, followed by the
342 same number of `U+0023` (`#`) characters that preceded the opening `U+0022`
343 (double-quote) character.
344
345 All Unicode characters contained in the raw string body represent themselves,
346 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
347 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
348 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
349
350 Examples for string literals:
351
352 ```
353 "foo"; r"foo";                     // foo
354 "\"foo\""; r#""foo""#;             // "foo"
355
356 "foo #\"# bar";
357 r##"foo #"# bar"##;                // foo #"# bar
358
359 "\x52"; "R"; r"R";                 // R
360 "\\x52"; r"\x52";                  // \x52
361 ```
362
363 #### Byte and byte string literals
364
365 ```{.ebnf .gram}
366 byte_lit : "b\x27" byte_body '\x27' ;
367 byte_string_lit : "b\x22" string_body * '\x22' | "br" raw_byte_string ;
368
369 byte_body : ascii_non_single_quote
370           | '\x5c' [ '\x27' | common_escape ] ;
371
372 byte_string_body : ascii_non_double_quote
373             | '\x5c' [ '\x22' | common_escape ] ;
374 raw_byte_string : '"' raw_byte_string_body '"' | '#' raw_byte_string '#' ;
375
376 ```
377
378 ##### Byte literals
379
380 A _byte literal_ is a single ASCII character (in the `U+0000` to `U+007F`
381 range) enclosed within two `U+0027` (single-quote) characters, with the
382 exception of `U+0027` itself, which must be _escaped_ by a preceding U+005C
383 character (`\`), or a single _escape_. It is equivalent to a `u8` unsigned
384 8-bit integer _number literal_.
385
386 ##### Byte string literals
387
388 A _byte string literal_ is a sequence of ASCII characters and _escapes_
389 enclosed within two `U+0022` (double-quote) characters, with the exception of
390 `U+0022` itself, which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character
391 (`\`), or a _raw byte string literal_. It is equivalent to a `&'static [u8]`
392 borrowed array of unsigned 8-bit integers.
393
394 Some additional _escapes_ are available in either byte or non-raw byte string
395 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
396 following forms:
397
398 * An _byte escape_ escape starts with `U+0078` (`x`) and is
399   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the byte
400   equal to the provided hex value.
401 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
402   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the bytes values `0x0A` (ASCII LF),
403   `0x0D` (ASCII CR) or `0x09` (ASCII HT) respectively.
404 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
405   escaped in order to denote its ASCII encoding `0x5C`.
406
407 ##### Raw byte string literals
408
409 Raw byte string literals do not process any escapes. They start with the
410 character `U+0062` (`b`), followed by `U+0072` (`r`), followed by zero or more
411 of the character `U+0023` (`#`), and a `U+0022` (double-quote) character. The
412 _raw string body_ is not defined in the EBNF grammar above: it can contain any
413 sequence of ASCII characters and is terminated only by another `U+0022`
414 (double-quote) character, followed by the same number of `U+0023` (`#`)
415 characters that preceded the opening `U+0022` (double-quote) character. A raw
416 byte string literal can not contain any non-ASCII byte.
417
418 All characters contained in the raw string body represent their ASCII encoding,
419 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
420 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
421 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
422
423 Examples for byte string literals:
424
425 ```
426 b"foo"; br"foo";                     // foo
427 b"\"foo\""; br#""foo""#;             // "foo"
428
429 b"foo #\"# bar";
430 br##"foo #"# bar"##;                 // foo #"# bar
431
432 b"\x52"; b"R"; br"R";                // R
433 b"\\x52"; br"\x52";                  // \x52
434 ```
435
436 #### Number literals
437
438 ```{.ebnf .gram}
439 num_lit : nonzero_dec [ dec_digit | '_' ] * float_suffix ?
440         | '0' [       [ dec_digit | '_' ] * float_suffix ?
441               | 'b'   [ '1' | '0' | '_' ] +
442               | 'o'   [ oct_digit | '_' ] +
443               | 'x'   [ hex_digit | '_' ] +  ] ;
444
445 float_suffix : [ exponent | '.' dec_lit exponent ? ] ? ;
446
447 exponent : ['E' | 'e'] ['-' | '+' ] ? dec_lit ;
448 dec_lit : [ dec_digit | '_' ] + ;
449 ```
450
451 A _number literal_ is either an _integer literal_ or a _floating-point
452 literal_. The grammar for recognizing the two kinds of literals is mixed.
453
454 ##### Integer literals
455
456 An _integer literal_ has one of four forms:
457
458 * A _decimal literal_ starts with a *decimal digit* and continues with any
459   mixture of *decimal digits* and _underscores_.
460 * A _hex literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0078`
461   (`0x`) and continues as any mixture of hex digits and underscores.
462 * An _octal literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+006F`
463   (`0o`) and continues as any mixture of octal digits and underscores.
464 * A _binary literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0062`
465   (`0b`) and continues as any mixture of binary digits and underscores.
466
467 Like any literal, an integer literal may be followed (immediately,
468 without any spaces) by an _integer suffix_, which forcibly sets the
469 type of the literal. There are 10 valid values for an integer suffix:
470
471 * The `i` and `u` suffixes give the literal type `int` or `uint`,
472   respectively.
473 * Each of the signed and unsigned machine types `u8`, `i8`,
474   `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64` and `i64`
475   give the literal the corresponding machine type.
476
477 The type of an _unsuffixed_ integer literal is determined by type inference.
478 If an integer type can be _uniquely_ determined from the surrounding program
479 context, the unsuffixed integer literal has that type. If the program context
480 underconstrains the type, it is considered a static type error; if the program
481 context overconstrains the type, it is also considered a static type error.
482
483 Examples of integer literals of various forms:
484
485 ```
486 123i;                              // type int
487 123u;                              // type uint
488 123_u;                             // type uint
489 0xff_u8;                           // type u8
490 0o70_i16;                          // type i16
491 0b1111_1111_1001_0000_i32;         // type i32
492 ```
493
494 ##### Floating-point literals
495
496 A _floating-point literal_ has one of two forms:
497
498 * A _decimal literal_ followed by a period character `U+002E` (`.`). This is
499   optionally followed by another decimal literal, with an optional _exponent_.
500 * A single _decimal literal_ followed by an _exponent_.
501
502 By default, a floating-point literal has a generic type, and, like integer
503 literals, the type must be uniquely determined from the context. There are two valid
504 _floating-point suffixes_, `f32` and `f64` (the 32-bit and 64-bit floating point
505 types), which explicitly determine the type of the literal.
506
507 Examples of floating-point literals of various forms:
508
509 ```
510 123.0f64;        // type f64
511 0.1f64;          // type f64
512 0.1f32;          // type f32
513 12E+99_f64;      // type f64
514 let x: f64 = 2.; // type f64
515 ```
516
517 This last example is different because it is not possible to use the suffix
518 syntax with a floating point literal ending in a period. `2.f64` would attempt
519 to call a method named `f64` on `2`.
520
521 #### Boolean literals
522
523 The two values of the boolean type are written `true` and `false`.
524
525 ### Symbols
526
527 ```{.ebnf .gram}
528 symbol : "::" | "->"
529        | '#' | '[' | ']' | '(' | ')' | '{' | '}'
530        | ',' | ';' ;
531 ```
532
533 Symbols are a general class of printable [token](#tokens) that play structural
534 roles in a variety of grammar productions. They are catalogued here for
535 completeness as the set of remaining miscellaneous printable tokens that do not
536 otherwise appear as [unary operators](#unary-operator-expressions), [binary
537 operators](#binary-operator-expressions), or [keywords](#keywords).
538
539
540 ## Paths
541
542 ```{.ebnf .gram}
543 expr_path : [ "::" ] ident [ "::" expr_path_tail ] + ;
544 expr_path_tail : '<' type_expr [ ',' type_expr ] + '>'
545                | expr_path ;
546
547 type_path : ident [ type_path_tail ] + ;
548 type_path_tail : '<' type_expr [ ',' type_expr ] + '>'
549                | "::" type_path ;
550 ```
551
552 A _path_ is a sequence of one or more path components _logically_ separated by
553 a namespace qualifier (`::`). If a path consists of only one component, it may
554 refer to either an [item](#items) or a [slot](#memory-slots) in a local control
555 scope. If a path has multiple components, it refers to an item.
556
557 Every item has a _canonical path_ within its crate, but the path naming an item
558 is only meaningful within a given crate. There is no global namespace across
559 crates; an item's canonical path merely identifies it within the crate.
560
561 Two examples of simple paths consisting of only identifier components:
562
563 ```{.ignore}
564 x;
565 x::y::z;
566 ```
567
568 Path components are usually [identifiers](#identifiers), but the trailing
569 component of a path may be an angle-bracket-enclosed list of type arguments. In
570 [expression](#expressions) context, the type argument list is given after a
571 final (`::`) namespace qualifier in order to disambiguate it from a relational
572 expression involving the less-than symbol (`<`). In type expression context,
573 the final namespace qualifier is omitted.
574
575 Two examples of paths with type arguments:
576
577 ```
578 # struct HashMap<K, V>;
579 # fn f() {
580 # fn id<T>(t: T) -> T { t }
581 type T = HashMap<int,String>;  // Type arguments used in a type expression
582 let x = id::<int>(10);       // Type arguments used in a call expression
583 # }
584 ```
585
586 Paths can be denoted with various leading qualifiers to change the meaning of
587 how it is resolved:
588
589 * Paths starting with `::` are considered to be global paths where the
590   components of the path start being resolved from the crate root. Each
591   identifier in the path must resolve to an item.
592
593 ```rust
594 mod a {
595     pub fn foo() {}
596 }
597 mod b {
598     pub fn foo() {
599         ::a::foo(); // call a's foo function
600     }
601 }
602 # fn main() {}
603 ```
604
605 * Paths starting with the keyword `super` begin resolution relative to the
606   parent module. Each further identifier must resolve to an item.
607
608 ```rust
609 mod a {
610     pub fn foo() {}
611 }
612 mod b {
613     pub fn foo() {
614         super::a::foo(); // call a's foo function
615     }
616 }
617 # fn main() {}
618 ```
619
620 * Paths starting with the keyword `self` begin resolution relative to the
621   current module. Each further identifier must resolve to an item.
622
623 ```rust
624 fn foo() {}
625 fn bar() {
626     self::foo();
627 }
628 # fn main() {}
629 ```
630
631 # Syntax extensions
632
633 A number of minor features of Rust are not central enough to have their own
634 syntax, and yet are not implementable as functions. Instead, they are given
635 names, and invoked through a consistent syntax: `name!(...)`. Examples include:
636
637 * `format!` : format data into a string
638 * `env!` : look up an environment variable's value at compile time
639 * `file!`: return the path to the file being compiled
640 * `stringify!` : pretty-print the Rust expression given as an argument
641 * `include!` : include the Rust expression in the given file
642 * `include_str!` : include the contents of the given file as a string
643 * `include_bytes!` : include the contents of the given file as a binary blob
644 * `error!`, `warn!`, `info!`, `debug!` : provide diagnostic information.
645
646 All of the above extensions are expressions with values.
647
648 Users of `rustc` can define new syntax extensions in two ways:
649
650 * [Compiler plugins](book/syntax-extensions.html) can include arbitrary
651   Rust code that manipulates syntax trees at compile time.
652
653 * [Macros](book/macros.html) define new syntax in a higher-level,
654   declarative way.
655
656 ## Macros
657
658 ```{.ebnf .gram}
659 expr_macro_rules : "macro_rules" '!' ident '(' macro_rule * ')' ;
660 macro_rule : '(' matcher * ')' "=>" '(' transcriber * ')' ';' ;
661 matcher : '(' matcher * ')' | '[' matcher * ']'
662         | '{' matcher * '}' | '$' ident ':' ident
663         | '$' '(' matcher * ')' sep_token? [ '*' | '+' ]
664         | non_special_token ;
665 transcriber : '(' transcriber * ')' | '[' transcriber * ']'
666             | '{' transcriber * '}' | '$' ident
667             | '$' '(' transcriber * ')' sep_token? [ '*' | '+' ]
668             | non_special_token ;
669 ```
670
671 `macro_rules` allows users to define syntax extension in a declarative way.  We
672 call such extensions "macros by example" or simply "macros" â€” to be distinguished
673 from the "procedural macros" defined in [compiler plugins][plugin].
674
675 Currently, macros can expand to expressions, statements, items, or patterns.
676
677 (A `sep_token` is any token other than `*` and `+`. A `non_special_token` is
678 any token other than a delimiter or `$`.)
679
680 The macro expander looks up macro invocations by name, and tries each macro
681 rule in turn. It transcribes the first successful match. Matching and
682 transcription are closely related to each other, and we will describe them
683 together.
684
685 ### Macro By Example
686
687 The macro expander matches and transcribes every token that does not begin with
688 a `$` literally, including delimiters. For parsing reasons, delimiters must be
689 balanced, but they are otherwise not special.
690
691 In the matcher, `$` _name_ `:` _designator_ matches the nonterminal in the Rust
692 syntax named by _designator_. Valid designators are `item`, `block`, `stmt`,
693 `pat`, `expr`, `ty` (type), `ident`, `path`, `tt` (either side of the `=>`
694 in macro rules). In the transcriber, the designator is already known, and so
695 only the name of a matched nonterminal comes after the dollar sign.
696
697 In both the matcher and transcriber, the Kleene star-like operator indicates
698 repetition. The Kleene star operator consists of `$` and parens, optionally
699 followed by a separator token, followed by `*` or `+`. `*` means zero or more
700 repetitions, `+` means at least one repetition. The parens are not matched or
701 transcribed. On the matcher side, a name is bound to _all_ of the names it
702 matches, in a structure that mimics the structure of the repetition encountered
703 on a successful match. The job of the transcriber is to sort that structure
704 out.
705
706 The rules for transcription of these repetitions are called "Macro By Example".
707 Essentially, one "layer" of repetition is discharged at a time, and all of them
708 must be discharged by the time a name is transcribed. Therefore, `( $( $i:ident
709 ),* ) => ( $i )` is an invalid macro, but `( $( $i:ident ),* ) => ( $( $i:ident
710 ),*  )` is acceptable (if trivial).
711
712 When Macro By Example encounters a repetition, it examines all of the `$`
713 _name_ s that occur in its body. At the "current layer", they all must repeat
714 the same number of times, so ` ( $( $i:ident ),* ; $( $j:ident ),* ) => ( $(
715 ($i,$j) ),* )` is valid if given the argument `(a,b,c ; d,e,f)`, but not
716 `(a,b,c ; d,e)`. The repetition walks through the choices at that layer in
717 lockstep, so the former input transcribes to `( (a,d), (b,e), (c,f) )`.
718
719 Nested repetitions are allowed.
720
721 ### Parsing limitations
722
723 The parser used by the macro system is reasonably powerful, but the parsing of
724 Rust syntax is restricted in two ways:
725
726 1. The parser will always parse as much as possible. If it attempts to match
727    `$i:expr [ , ]` against `8 [ , ]`, it will attempt to parse `i` as an array
728    index operation and fail. Adding a separator can solve this problem.
729 2. The parser must have eliminated all ambiguity by the time it reaches a `$`
730    _name_ `:` _designator_. This requirement most often affects name-designator
731    pairs when they occur at the beginning of, or immediately after, a `$(...)*`;
732    requiring a distinctive token in front can solve the problem.
733
734 ## Syntax extensions useful for the macro author
735
736 * `log_syntax!` : print out the arguments at compile time
737 * `trace_macros!` : supply `true` or `false` to enable or disable macro expansion logging
738 * `stringify!` : turn the identifier argument into a string literal
739 * `concat!` : concatenates a comma-separated list of literals
740 * `concat_idents!` : create a new identifier by concatenating the arguments
741
742 # Crates and source files
743
744 Rust is a *compiled* language. Its semantics obey a *phase distinction*
745 between compile-time and run-time. Those semantic rules that have a *static
746 interpretation* govern the success or failure of compilation. We refer to
747 these rules as "static semantics". Semantic rules called "dynamic semantics"
748 govern the behavior of programs at run-time. A program that fails to compile
749 due to violation of a compile-time rule has no defined dynamic semantics; the
750 compiler should halt with an error report, and produce no executable artifact.
751
752 The compilation model centers on artifacts called _crates_. Each compilation
753 processes a single crate in source form, and if successful, produces a single
754 crate in binary form: either an executable or a library.[^cratesourcefile]
755
756 [^cratesourcefile]: A crate is somewhat analogous to an *assembly* in the
757     ECMA-335 CLI model, a *library* in the SML/NJ Compilation Manager, a *unit*
758     in the Owens and Flatt module system, or a *configuration* in Mesa.
759
760 A _crate_ is a unit of compilation and linking, as well as versioning,
761 distribution and runtime loading. A crate contains a _tree_ of nested
762 [module](#modules) scopes. The top level of this tree is a module that is
763 anonymous (from the point of view of paths within the module) and any item
764 within a crate has a canonical [module path](#paths) denoting its location
765 within the crate's module tree.
766
767 The Rust compiler is always invoked with a single source file as input, and
768 always produces a single output crate. The processing of that source file may
769 result in other source files being loaded as modules. Source files have the
770 extension `.rs`.
771
772 A Rust source file describes a module, the name and location of which &mdash;
773 in the module tree of the current crate &mdash; are defined from outside the
774 source file: either by an explicit `mod_item` in a referencing source file, or
775 by the name of the crate itself.
776
777 Each source file contains a sequence of zero or more `item` definitions, and
778 may optionally begin with any number of `attributes` that apply to the
779 containing module. Attributes on the anonymous crate module define important
780 metadata that influences the behavior of the compiler.
781
782 ```{.rust}
783 # #![allow(unused_attribute)]
784 // Crate name
785 #![crate_name = "projx"]
786
787 // Specify the output type
788 #![crate_type = "lib"]
789
790 // Turn on a warning
791 #![warn(non_camel_case_types)]
792 ```
793
794 A crate that contains a `main` function can be compiled to an executable. If a
795 `main` function is present, its return type must be [`unit`](#primitive-types)
796 and it must take no arguments.
797
798 # Items and attributes
799
800 Crates contain [items](#items), each of which may have some number of
801 [attributes](#attributes) attached to it.
802
803 ## Items
804
805 ```{.ebnf .gram}
806 item : mod_item | fn_item | type_item | struct_item | enum_item
807      | static_item | trait_item | impl_item | extern_block ;
808 ```
809
810 An _item_ is a component of a crate; some module items can be defined in crate
811 files, but most are defined in source files. Items are organized within a crate
812 by a nested set of [modules](#modules). Every crate has a single "outermost"
813 anonymous module; all further items within the crate have [paths](#paths)
814 within the module tree of the crate.
815
816 Items are entirely determined at compile-time, generally remain fixed during
817 execution, and may reside in read-only memory.
818
819 There are several kinds of item:
820
821 * [modules](#modules)
822 * [functions](#functions)
823 * [type definitions](#type-definitions)
824 * [structures](#structures)
825 * [enumerations](#enumerations)
826 * [static items](#static-items)
827 * [traits](#traits)
828 * [implementations](#implementations)
829
830 Some items form an implicit scope for the declaration of sub-items. In other
831 words, within a function or module, declarations of items can (in many cases)
832 be mixed with the statements, control blocks, and similar artifacts that
833 otherwise compose the item body. The meaning of these scoped items is the same
834 as if the item was declared outside the scope &mdash; it is still a static item
835 &mdash; except that the item's *path name* within the module namespace is
836 qualified by the name of the enclosing item, or is private to the enclosing
837 item (in the case of functions). The grammar specifies the exact locations in
838 which sub-item declarations may appear.
839
840 ### Type Parameters
841
842 All items except modules may be *parameterized* by type. Type parameters are
843 given as a comma-separated list of identifiers enclosed in angle brackets
844 (`<...>`), after the name of the item and before its definition. The type
845 parameters of an item are considered "part of the name", not part of the type
846 of the item. A referencing [path](#paths) must (in principle) provide type
847 arguments as a list of comma-separated types enclosed within angle brackets, in
848 order to refer to the type-parameterized item. In practice, the type-inference
849 system can usually infer such argument types from context. There are no
850 general type-parametric types, only type-parametric items. That is, Rust has
851 no notion of type abstraction: there are no first-class "forall" types.
852
853 ### Modules
854
855 ```{.ebnf .gram}
856 mod_item : "mod" ident ( ';' | '{' mod '}' );
857 mod : [ view_item | item ] * ;
858 ```
859
860 A module is a container for zero or more [view items](#view-items) and zero or
861 more [items](#items). The view items manage the visibility of the items defined
862 within the module, as well as the visibility of names from outside the module
863 when referenced from inside the module.
864
865 A _module item_ is a module, surrounded in braces, named, and prefixed with the
866 keyword `mod`. A module item introduces a new, named module into the tree of
867 modules making up a crate. Modules can nest arbitrarily.
868
869 An example of a module:
870
871 ```
872 mod math {
873     type Complex = (f64, f64);
874     fn sin(f: f64) -> f64 {
875         /* ... */
876 # panic!();
877     }
878     fn cos(f: f64) -> f64 {
879         /* ... */
880 # panic!();
881     }
882     fn tan(f: f64) -> f64 {
883         /* ... */
884 # panic!();
885     }
886 }
887 ```
888
889 Modules and types share the same namespace. Declaring a named type with
890 the same name as a module in scope is forbidden: that is, a type definition,
891 trait, struct, enumeration, or type parameter can't shadow the name of a module
892 in scope, or vice versa.
893
894 A module without a body is loaded from an external file, by default with the
895 same name as the module, plus the `.rs` extension. When a nested submodule is
896 loaded from an external file, it is loaded from a subdirectory path that
897 mirrors the module hierarchy.
898
899 ```{.ignore}
900 // Load the `vec` module from `vec.rs`
901 mod vec;
902
903 mod thread {
904     // Load the `local_data` module from `thread/local_data.rs`
905     mod local_data;
906 }
907 ```
908
909 The directories and files used for loading external file modules can be
910 influenced with the `path` attribute.
911
912 ```{.ignore}
913 #[path = "thread_files"]
914 mod thread {
915     // Load the `local_data` module from `thread_files/tls.rs`
916     #[path = "tls.rs"]
917     mod local_data;
918 }
919 ```
920
921 #### View items
922
923 ```{.ebnf .gram}
924 view_item : extern_crate_decl | use_decl ;
925 ```
926
927 A view item manages the namespace of a module. View items do not define new
928 items, but rather, simply change other items' visibility. There are two
929 kinds of view items:
930
931 * [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations)
932 * [`use` declarations](#use-declarations)
933
934 ##### Extern crate declarations
935
936 ```{.ebnf .gram}
937 extern_crate_decl : "extern" "crate" crate_name
938 crate_name: ident | ( string_lit "as" ident )
939 ```
940
941 An _`extern crate` declaration_ specifies a dependency on an external crate.
942 The external crate is then bound into the declaring scope as the `ident`
943 provided in the `extern_crate_decl`.
944
945 The external crate is resolved to a specific `soname` at compile time, and a
946 runtime linkage requirement to that `soname` is passed to the linker for
947 loading at runtime. The `soname` is resolved at compile time by scanning the
948 compiler's library path and matching the optional `crateid` provided as a
949 string literal against the `crateid` attributes that were declared on the
950 external crate when it was compiled. If no `crateid` is provided, a default
951 `name` attribute is assumed, equal to the `ident` given in the
952 `extern_crate_decl`.
953
954 Three examples of `extern crate` declarations:
955
956 ```{.ignore}
957 extern crate pcre;
958
959 extern crate std; // equivalent to: extern crate std as std;
960
961 extern crate "std" as ruststd; // linking to 'std' under another name
962 ```
963
964 ##### Use declarations
965
966 ```{.ebnf .gram}
967 use_decl : "pub" ? "use" [ path "as" ident
968                           | path_glob ] ;
969
970 path_glob : ident [ "::" [ path_glob
971                           | '*' ] ] ?
972           | '{' path_item [ ',' path_item ] * '}' ;
973
974 path_item : ident | "mod" ;
975 ```
976
977 A _use declaration_ creates one or more local name bindings synonymous with
978 some other [path](#paths). Usually a `use` declaration is used to shorten the
979 path required to refer to a module item. These declarations may appear at the
980 top of [modules](#modules) and [blocks](#blocks).
981
982 > **Note**: Unlike in many languages,
983 > `use` declarations in Rust do *not* declare linkage dependency with external crates.
984 > Rather, [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations) declare linkage dependencies.
985
986 Use declarations support a number of convenient shortcuts:
987
988 * Rebinding the target name as a new local name, using the syntax `use p::q::r as x;`
989 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element,
990   using the glob-like brace syntax `use a::b::{c,d,e,f};`
991 * Binding all paths matching a given prefix, using the asterisk wildcard syntax
992   `use a::b::*;`
993 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element
994   and their immediate parent module, using the `mod` keyword, such as
995   `use a::b::{mod, c, d};`
996
997 An example of `use` declarations:
998
999 ```
1000 use std::iter::range_step;
1001 use std::option::Option::{Some, None};
1002 use std::collections::hash_map::{mod, HashMap};
1003
1004 fn foo<T>(_: T){}
1005 fn bar(map1: HashMap<String, uint>, map2: hash_map::HashMap<String, uint>){}
1006
1007 fn main() {
1008     // Equivalent to 'std::iter::range_step(0u, 10u, 2u);'
1009     range_step(0u, 10u, 2u);
1010
1011     // Equivalent to 'foo(vec![std::option::Option::Some(1.0f64),
1012     // std::option::Option::None]);'
1013     foo(vec![Some(1.0f64), None]);
1014
1015     // Both `hash_map` and `HashMap` are in scope.
1016     let map1 = HashMap::new();
1017     let map2 = hash_map::HashMap::new();
1018     bar(map1, map2);
1019 }
1020 ```
1021
1022 Like items, `use` declarations are private to the containing module, by
1023 default. Also like items, a `use` declaration can be public, if qualified by
1024 the `pub` keyword. Such a `use` declaration serves to _re-export_ a name. A
1025 public `use` declaration can therefore _redirect_ some public name to a
1026 different target definition: even a definition with a private canonical path,
1027 inside a different module. If a sequence of such redirections form a cycle or
1028 cannot be resolved unambiguously, they represent a compile-time error.
1029
1030 An example of re-exporting:
1031
1032 ```
1033 # fn main() { }
1034 mod quux {
1035     pub use quux::foo::{bar, baz};
1036
1037     pub mod foo {
1038         pub fn bar() { }
1039         pub fn baz() { }
1040     }
1041 }
1042 ```
1043
1044 In this example, the module `quux` re-exports two public names defined in
1045 `foo`.
1046
1047 Also note that the paths contained in `use` items are relative to the crate
1048 root. So, in the previous example, the `use` refers to `quux::foo::{bar,
1049 baz}`, and not simply to `foo::{bar, baz}`. This also means that top-level
1050 module declarations should be at the crate root if direct usage of the declared
1051 modules within `use` items is desired. It is also possible to use `self` and
1052 `super` at the beginning of a `use` item to refer to the current and direct
1053 parent modules respectively. All rules regarding accessing declared modules in
1054 `use` declarations applies to both module declarations and `extern crate`
1055 declarations.
1056
1057 An example of what will and will not work for `use` items:
1058
1059 ```
1060 # #![allow(unused_imports)]
1061 use foo::core::iter;  // good: foo is at the root of the crate
1062 use foo::baz::foobaz;    // good: foo is at the root of the crate
1063
1064 mod foo {
1065     extern crate core;
1066
1067     use foo::core::iter; // good: foo is at crate root
1068 //  use core::iter;      // bad:  native is not at the crate root
1069     use self::baz::foobaz;  // good: self refers to module 'foo'
1070     use foo::bar::foobar;   // good: foo is at crate root
1071
1072     pub mod bar {
1073         pub fn foobar() { }
1074     }
1075
1076     pub mod baz {
1077         use super::bar::foobar; // good: super refers to module 'foo'
1078         pub fn foobaz() { }
1079     }
1080 }
1081
1082 fn main() {}
1083 ```
1084
1085 ### Functions
1086
1087 A _function item_ defines a sequence of [statements](#statements) and an
1088 optional final [expression](#expressions), along with a name and a set of
1089 parameters. Functions are declared with the keyword `fn`. Functions declare a
1090 set of *input* [*slots*](#memory-slots) as parameters, through which the caller
1091 passes arguments into the function, and an *output* [*slot*](#memory-slots)
1092 through which the function passes results back to the caller.
1093
1094 A function may also be copied into a first-class *value*, in which case the
1095 value has the corresponding [*function type*](#function-types), and can be used
1096 otherwise exactly as a function item (with a minor additional cost of calling
1097 the function indirectly).
1098
1099 Every control path in a function logically ends with a `return` expression or a
1100 diverging expression. If the outermost block of a function has a
1101 value-producing expression in its final-expression position, that expression is
1102 interpreted as an implicit `return` expression applied to the final-expression.
1103
1104 An example of a function:
1105
1106 ```
1107 fn add(x: int, y: int) -> int {
1108     return x + y;
1109 }
1110 ```
1111
1112 As with `let` bindings, function arguments are irrefutable patterns, so any
1113 pattern that is valid in a let binding is also valid as an argument.
1114
1115 ```
1116 fn first((value, _): (int, int)) -> int { value }
1117 ```
1118
1119
1120 #### Generic functions
1121
1122 A _generic function_ allows one or more _parameterized types_ to appear in its
1123 signature. Each type parameter must be explicitly declared, in an
1124 angle-bracket-enclosed, comma-separated list following the function name.
1125
1126 ```{.ignore}
1127 fn iter<T>(seq: &[T], f: |T|) {
1128     for elt in seq.iter() { f(elt); }
1129 }
1130 fn map<T, U>(seq: &[T], f: |T| -> U) -> Vec<U> {
1131     let mut acc = vec![];
1132     for elt in seq.iter() { acc.push(f(elt)); }
1133     acc
1134 }
1135 ```
1136
1137 Inside the function signature and body, the name of the type parameter can be
1138 used as a type name.
1139
1140 When a generic function is referenced, its type is instantiated based on the
1141 context of the reference. For example, calling the `iter` function defined
1142 above on `[1, 2]` will instantiate type parameter `T` with `int`, and require
1143 the closure parameter to have type `fn(int)`.
1144
1145 The type parameters can also be explicitly supplied in a trailing
1146 [path](#paths) component after the function name. This might be necessary if
1147 there is not sufficient context to determine the type parameters. For example,
1148 `mem::size_of::<u32>() == 4`.
1149
1150 Since a parameter type is opaque to the generic function, the set of operations
1151 that can be performed on it is limited. Values of parameter type can only be
1152 moved, not copied.
1153
1154 ```
1155 fn id<T>(x: T) -> T { x }
1156 ```
1157
1158 Similarly, [trait](#traits) bounds can be specified for type parameters to
1159 allow methods with that trait to be called on values of that type.
1160
1161 #### Unsafety
1162
1163 Unsafe operations are those that potentially violate the memory-safety
1164 guarantees of Rust's static semantics.
1165
1166 The following language level features cannot be used in the safe subset of
1167 Rust:
1168
1169 - Dereferencing a [raw pointer](#pointer-types).
1170 - Reading or writing a [mutable static variable](#mutable-statics).
1171 - Calling an unsafe function (including an intrinsic or foreign function).
1172
1173 ##### Unsafe functions
1174
1175 Unsafe functions are functions that are not safe in all contexts and/or for all
1176 possible inputs. Such a function must be prefixed with the keyword `unsafe` and
1177 can only be called from an `unsafe` block or another `unsafe` function.
1178
1179 ##### Unsafe blocks
1180
1181 A block of code can be prefixed with the `unsafe` keyword, to permit calling
1182 `unsafe` functions or dereferencing raw pointers within a safe function.
1183
1184 When a programmer has sufficient conviction that a sequence of potentially
1185 unsafe operations is actually safe, they can encapsulate that sequence (taken
1186 as a whole) within an `unsafe` block. The compiler will consider uses of such
1187 code safe, in the surrounding context.
1188
1189 Unsafe blocks are used to wrap foreign libraries, make direct use of hardware
1190 or implement features not directly present in the language. For example, Rust
1191 provides the language features necessary to implement memory-safe concurrency
1192 in the language but the implementation of threads and message passing is in the
1193 standard library.
1194
1195 Rust's type system is a conservative approximation of the dynamic safety
1196 requirements, so in some cases there is a performance cost to using safe code.
1197 For example, a doubly-linked list is not a tree structure and can only be
1198 represented with reference-counted pointers in safe code. By using `unsafe`
1199 blocks to represent the reverse links as raw pointers, it can be implemented
1200 with only boxes.
1201
1202 ##### Behavior considered undefined
1203
1204 The following is a list of behavior which is forbidden in all Rust code,
1205 including within `unsafe` blocks and `unsafe` functions. Type checking provides
1206 the guarantee that these issues are never caused by safe code.
1207
1208 * Data races
1209 * Dereferencing a null/dangling raw pointer
1210 * Mutating an immutable value/reference without `UnsafeCell`
1211 * Reads of [undef](http://llvm.org/docs/LangRef.html#undefined-values)
1212   (uninitialized) memory
1213 * Breaking the [pointer aliasing
1214   rules](http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointer-aliasing-rules)
1215   with raw pointers (a subset of the rules used by C)
1216 * Invoking undefined behavior via compiler intrinsics:
1217   * Indexing outside of the bounds of an object with `std::ptr::offset`
1218     (`offset` intrinsic), with
1219     the exception of one byte past the end which is permitted.
1220   * Using `std::ptr::copy_nonoverlapping_memory` (`memcpy32`/`memcpy64`
1221     intrinsics) on overlapping buffers
1222 * Invalid values in primitive types, even in private fields/locals:
1223   * Dangling/null references or boxes
1224   * A value other than `false` (0) or `true` (1) in a `bool`
1225   * A discriminant in an `enum` not included in the type definition
1226   * A value in a `char` which is a surrogate or above `char::MAX`
1227   * Non-UTF-8 byte sequences in a `str`
1228 * Unwinding into Rust from foreign code or unwinding from Rust into foreign
1229   code. Rust's failure system is not compatible with exception handling in
1230   other languages. Unwinding must be caught and handled at FFI boundaries.
1231
1232 ##### Behaviour not considered unsafe
1233
1234 This is a list of behaviour not considered *unsafe* in Rust terms, but that may
1235 be undesired.
1236
1237 * Deadlocks
1238 * Reading data from private fields (`std::repr`)
1239 * Leaks due to reference count cycles, even in the global heap
1240 * Exiting without calling destructors
1241 * Sending signals
1242 * Accessing/modifying the file system
1243 * Unsigned integer overflow (well-defined as wrapping)
1244 * Signed integer overflow (well-defined as two's complement representation
1245   wrapping)
1246
1247 #### Diverging functions
1248
1249 A special kind of function can be declared with a `!` character where the
1250 output slot type would normally be. For example:
1251
1252 ```
1253 fn my_err(s: &str) -> ! {
1254     println!("{}", s);
1255     panic!();
1256 }
1257 ```
1258
1259 We call such functions "diverging" because they never return a value to the
1260 caller. Every control path in a diverging function must end with a `panic!()` or
1261 a call to another diverging function on every control path. The `!` annotation
1262 does *not* denote a type. Rather, the result type of a diverging function is a
1263 special type called âŠ¥ ("bottom") that unifies with any type. Rust has no
1264 syntax for âŠ¥.
1265
1266 It might be necessary to declare a diverging function because as mentioned
1267 previously, the typechecker checks that every control path in a function ends
1268 with a [`return`](#return-expressions) or diverging expression. So, if `my_err`
1269 were declared without the `!` annotation, the following code would not
1270 typecheck:
1271
1272 ```
1273 # fn my_err(s: &str) -> ! { panic!() }
1274
1275 fn f(i: int) -> int {
1276    if i == 42 {
1277      return 42;
1278    }
1279    else {
1280      my_err("Bad number!");
1281    }
1282 }
1283 ```
1284
1285 This will not compile without the `!` annotation on `my_err`, since the `else`
1286 branch of the conditional in `f` does not return an `int`, as required by the
1287 signature of `f`. Adding the `!` annotation to `my_err` informs the
1288 typechecker that, should control ever enter `my_err`, no further type judgments
1289 about `f` need to hold, since control will never resume in any context that
1290 relies on those judgments. Thus the return type on `f` only needs to reflect
1291 the `if` branch of the conditional.
1292
1293 #### Extern functions
1294
1295 Extern functions are part of Rust's foreign function interface, providing the
1296 opposite functionality to [external blocks](#external-blocks). Whereas
1297 external blocks allow Rust code to call foreign code, extern functions with
1298 bodies defined in Rust code _can be called by foreign code_. They are defined
1299 in the same way as any other Rust function, except that they have the `extern`
1300 modifier.
1301
1302 ```
1303 // Declares an extern fn, the ABI defaults to "C"
1304 extern fn new_int() -> int { 0 }
1305
1306 // Declares an extern fn with "stdcall" ABI
1307 extern "stdcall" fn new_int_stdcall() -> int { 0 }
1308 ```
1309
1310 Unlike normal functions, extern fns have an `extern "ABI" fn()`. This is the
1311 same type as the functions declared in an extern block.
1312
1313 ```
1314 # extern fn new_int() -> int { 0 }
1315 let fptr: extern "C" fn() -> int = new_int;
1316 ```
1317
1318 Extern functions may be called directly from Rust code as Rust uses large,
1319 contiguous stack segments like C.
1320
1321 ### Type aliases
1322
1323 A _type alias_ defines a new name for an existing [type](#types). Type
1324 aliases are declared with the keyword `type`. Every value has a single,
1325 specific type; the type-specified aspects of a value include:
1326
1327 * Whether the value is composed of sub-values or is indivisible.
1328 * Whether the value represents textual or numerical information.
1329 * Whether the value represents integral or floating-point information.
1330 * The sequence of memory operations required to access the value.
1331 * The [kind](#type-kinds) of the type.
1332
1333 For example, the type `(u8, u8)` defines the set of immutable values that are
1334 composite pairs, each containing two unsigned 8-bit integers accessed by
1335 pattern-matching and laid out in memory with the `x` component preceding the
1336 `y` component:
1337
1338 ```
1339 type Point = (u8, u8);
1340 let p: Point = (41, 68);
1341 ```
1342
1343 ### Structures
1344
1345 A _structure_ is a nominal [structure type](#structure-types) defined with the
1346 keyword `struct`.
1347
1348 An example of a `struct` item and its use:
1349
1350 ```
1351 struct Point {x: int, y: int}
1352 let p = Point {x: 10, y: 11};
1353 let px: int = p.x;
1354 ```
1355
1356 A _tuple structure_ is a nominal [tuple type](#tuple-types), also defined with
1357 the keyword `struct`. For example:
1358
1359 ```
1360 struct Point(int, int);
1361 let p = Point(10, 11);
1362 let px: int = match p { Point(x, _) => x };
1363 ```
1364
1365 A _unit-like struct_ is a structure without any fields, defined by leaving off
1366 the list of fields entirely. Such types will have a single value, just like
1367 the [unit value `()`](#unit-and-boolean-literals) of the unit type. For
1368 example:
1369
1370 ```
1371 struct Cookie;
1372 let c = [Cookie, Cookie, Cookie, Cookie];
1373 ```
1374
1375 The precise memory layout of a structure is not specified. One can specify a
1376 particular layout using the [`repr` attribute](#ffi-attributes).
1377
1378 ### Enumerations
1379
1380 An _enumeration_ is a simultaneous definition of a nominal [enumerated
1381 type](#enumerated-types) as well as a set of *constructors*, that can be used
1382 to create or pattern-match values of the corresponding enumerated type.
1383
1384 Enumerations are declared with the keyword `enum`.
1385
1386 An example of an `enum` item and its use:
1387
1388 ```
1389 enum Animal {
1390   Dog,
1391   Cat
1392 }
1393
1394 let mut a: Animal = Animal::Dog;
1395 a = Animal::Cat;
1396 ```
1397
1398 Enumeration constructors can have either named or unnamed fields:
1399
1400 ```
1401 # #![feature(struct_variant)]
1402 # fn main() {
1403 enum Animal {
1404     Dog (String, f64),
1405     Cat { name: String, weight: f64 }
1406 }
1407
1408 let mut a: Animal = Animal::Dog("Cocoa".to_string(), 37.2);
1409 a = Animal::Cat { name: "Spotty".to_string(), weight: 2.7 };
1410 # }
1411 ```
1412
1413 In this example, `Cat` is a _struct-like enum variant_,
1414 whereas `Dog` is simply called an enum variant.
1415
1416 ### Constant items
1417
1418 ```{.ebnf .gram}
1419 const_item : "const" ident ':' type '=' expr ';' ;
1420 ```
1421
1422 A *constant item* is a named _constant value_ which is not associated with a
1423 specific memory location in the program. Constants are essentially inlined
1424 wherever they are used, meaning that they are copied directly into the relevant
1425 context when used. References to the same constant are not necessarily
1426 guaranteed to refer to the same memory address.
1427
1428 Constant values must not have destructors, and otherwise permit most forms of
1429 data. Constants may refer to the address of other constants, in which case the
1430 address will have the `static` lifetime. The compiler is, however, still at
1431 liberty to translate the constant many times, so the address referred to may not
1432 be stable.
1433
1434 Constants must be explicitly typed. The type may be `bool`, `char`, a number, or
1435 a type derived from those primitive types. The derived types are references with
1436 the `static` lifetime, fixed-size arrays, tuples, enum variants, and structs.
1437
1438 ```
1439 const BIT1: uint = 1 << 0;
1440 const BIT2: uint = 1 << 1;
1441
1442 const BITS: [uint; 2] = [BIT1, BIT2];
1443 const STRING: &'static str = "bitstring";
1444
1445 struct BitsNStrings<'a> {
1446     mybits: [uint; 2],
1447     mystring: &'a str
1448 }
1449
1450 const BITS_N_STRINGS: BitsNStrings<'static> = BitsNStrings {
1451     mybits: BITS,
1452     mystring: STRING
1453 };
1454 ```
1455
1456 ### Static items
1457
1458 ```{.ebnf .gram}
1459 static_item : "static" ident ':' type '=' expr ';' ;
1460 ```
1461
1462 A *static item* is similar to a *constant*, except that it represents a precise
1463 memory location in the program. A static is never "inlined" at the usage site,
1464 and all references to it refer to the same memory location. Static items have
1465 the `static` lifetime, which outlives all other lifetimes in a Rust program.
1466 Static items may be placed in read-only memory if they do not contain any
1467 interior mutability.
1468
1469 Statics may contain interior mutability through the `UnsafeCell` language item.
1470 All access to a static is safe, but there are a number of restrictions on
1471 statics:
1472
1473 * Statics may not contain any destructors.
1474 * The types of static values must ascribe to `Sync` to allow threadsafe access.
1475 * Statics may not refer to other statics by value, only by reference.
1476 * Constants cannot refer to statics.
1477
1478 Constants should in general be preferred over statics, unless large amounts of
1479 data are being stored, or single-address and mutability properties are required.
1480
1481 ```
1482 use std::sync::atomic::{AtomicUint, Ordering, ATOMIC_UINT_INIT};;
1483
1484 // Note that ATOMIC_UINT_INIT is a *const*, but it may be used to initialize a
1485 // static. This static can be modified, so it is not placed in read-only memory.
1486 static COUNTER: AtomicUint = ATOMIC_UINT_INIT;
1487
1488 // This table is a candidate to be placed in read-only memory.
1489 static TABLE: &'static [uint] = &[1, 2, 3, /* ... */];
1490
1491 for slot in TABLE.iter() {
1492     println!("{}", slot);
1493 }
1494 COUNTER.fetch_add(1, Ordering::SeqCst);
1495 ```
1496
1497 #### Mutable statics
1498
1499 If a static item is declared with the `mut` keyword, then it is allowed to
1500 be modified by the program. One of Rust's goals is to make concurrency bugs
1501 hard to run into, and this is obviously a very large source of race conditions
1502 or other bugs. For this reason, an `unsafe` block is required when either
1503 reading or writing a mutable static variable. Care should be taken to ensure
1504 that modifications to a mutable static are safe with respect to other threads
1505 running in the same process.
1506
1507 Mutable statics are still very useful, however. They can be used with C
1508 libraries and can also be bound from C libraries (in an `extern` block).
1509
1510 ```
1511 # fn atomic_add(_: &mut uint, _: uint) -> uint { 2 }
1512
1513 static mut LEVELS: uint = 0;
1514
1515 // This violates the idea of no shared state, and this doesn't internally
1516 // protect against races, so this function is `unsafe`
1517 unsafe fn bump_levels_unsafe1() -> uint {
1518     let ret = LEVELS;
1519     LEVELS += 1;
1520     return ret;
1521 }
1522
1523 // Assuming that we have an atomic_add function which returns the old value,
1524 // this function is "safe" but the meaning of the return value may not be what
1525 // callers expect, so it's still marked as `unsafe`
1526 unsafe fn bump_levels_unsafe2() -> uint {
1527     return atomic_add(&mut LEVELS, 1);
1528 }
1529 ```
1530
1531 Mutable statics have the same restrictions as normal statics, except that the
1532 type of the value is not required to ascribe to `Sync`.
1533
1534 ### Traits
1535
1536 A _trait_ describes a set of method types.
1537
1538 Traits can include default implementations of methods, written in terms of some
1539 unknown [`self` type](#self-types); the `self` type may either be completely
1540 unspecified, or constrained by some other trait.
1541
1542 Traits are implemented for specific types through separate
1543 [implementations](#implementations).
1544
1545 ```
1546 # type Surface = int;
1547 # type BoundingBox = int;
1548 trait Shape {
1549     fn draw(&self, Surface);
1550     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox;
1551 }
1552 ```
1553
1554 This defines a trait with two methods. All values that have
1555 [implementations](#implementations) of this trait in scope can have their
1556 `draw` and `bounding_box` methods called, using `value.bounding_box()`
1557 [syntax](#method-call-expressions).
1558
1559 Type parameters can be specified for a trait to make it generic. These appear
1560 after the trait name, using the same syntax used in [generic
1561 functions](#generic-functions).
1562
1563 ```
1564 trait Seq<T> {
1565    fn len(&self) -> uint;
1566    fn elt_at(&self, n: uint) -> T;
1567    fn iter<F>(&self, F) where F: Fn(T);
1568 }
1569 ```
1570
1571 Generic functions may use traits as _bounds_ on their type parameters. This
1572 will have two effects: only types that have the trait may instantiate the
1573 parameter, and within the generic function, the methods of the trait can be
1574 called on values that have the parameter's type. For example:
1575
1576 ```
1577 # type Surface = int;
1578 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); }
1579 fn draw_twice<T: Shape>(surface: Surface, sh: T) {
1580     sh.draw(surface);
1581     sh.draw(surface);
1582 }
1583 ```
1584
1585 Traits also define an [object type](#object-types) with the same name as the
1586 trait. Values of this type are created by [casting](#type-cast-expressions)
1587 pointer values (pointing to a type for which an implementation of the given
1588 trait is in scope) to pointers to the trait name, used as a type.
1589
1590 ```
1591 # trait Shape { }
1592 # impl Shape for int { }
1593 # let mycircle = 0i;
1594 let myshape: Box<Shape> = Box::new(mycircle) as Box<Shape>;
1595 ```
1596
1597 The resulting value is a box containing the value that was cast, along with
1598 information that identifies the methods of the implementation that was used.
1599 Values with a trait type can have [methods called](#method-call-expressions) on
1600 them, for any method in the trait, and can be used to instantiate type
1601 parameters that are bounded by the trait.
1602
1603 Trait methods may be static, which means that they lack a `self` argument.
1604 This means that they can only be called with function call syntax (`f(x)`) and
1605 not method call syntax (`obj.f()`). The way to refer to the name of a static
1606 method is to qualify it with the trait name, treating the trait name like a
1607 module. For example:
1608
1609 ```
1610 trait Num {
1611     fn from_int(n: int) -> Self;
1612 }
1613 impl Num for f64 {
1614     fn from_int(n: int) -> f64 { n as f64 }
1615 }
1616 let x: f64 = Num::from_int(42);
1617 ```
1618
1619 Traits may inherit from other traits. For example, in
1620
1621 ```
1622 trait Shape { fn area() -> f64; }
1623 trait Circle : Shape { fn radius() -> f64; }
1624 ```
1625
1626 the syntax `Circle : Shape` means that types that implement `Circle` must also
1627 have an implementation for `Shape`. Multiple supertraits are separated by `+`,
1628 `trait Circle : Shape + PartialEq { }`. In an implementation of `Circle` for a
1629 given type `T`, methods can refer to `Shape` methods, since the typechecker
1630 checks that any type with an implementation of `Circle` also has an
1631 implementation of `Shape`.
1632
1633 In type-parameterized functions, methods of the supertrait may be called on
1634 values of subtrait-bound type parameters. Referring to the previous example of
1635 `trait Circle : Shape`:
1636
1637 ```
1638 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1639 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1640 fn radius_times_area<T: Circle>(c: T) -> f64 {
1641     // `c` is both a Circle and a Shape
1642     c.radius() * c.area()
1643 }
1644 ```
1645
1646 Likewise, supertrait methods may also be called on trait objects.
1647
1648 ```{.ignore}
1649 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1650 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1651 # impl Shape for int { fn area(&self) -> f64 { 0.0 } }
1652 # impl Circle for int { fn radius(&self) -> f64 { 0.0 } }
1653 # let mycircle = 0;
1654 let mycircle = Box::new(mycircle) as Box<Circle>;
1655 let nonsense = mycircle.radius() * mycircle.area();
1656 ```
1657
1658 ### Implementations
1659
1660 An _implementation_ is an item that implements a [trait](#traits) for a
1661 specific type.
1662
1663 Implementations are defined with the keyword `impl`.
1664
1665 ```
1666 # struct Point {x: f64, y: f64};
1667 # impl Copy for Point {}
1668 # type Surface = int;
1669 # struct BoundingBox {x: f64, y: f64, width: f64, height: f64};
1670 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); fn bounding_box(&self) -> BoundingBox; }
1671 # fn do_draw_circle(s: Surface, c: Circle) { }
1672 struct Circle {
1673     radius: f64,
1674     center: Point,
1675 }
1676
1677 impl Copy for Circle {}
1678
1679 impl Shape for Circle {
1680     fn draw(&self, s: Surface) { do_draw_circle(s, *self); }
1681     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox {
1682         let r = self.radius;
1683         BoundingBox{x: self.center.x - r, y: self.center.y - r,
1684          width: 2.0 * r, height: 2.0 * r}
1685     }
1686 }
1687 ```
1688
1689 It is possible to define an implementation without referring to a trait. The
1690 methods in such an implementation can only be used as direct calls on the
1691 values of the type that the implementation targets. In such an implementation,
1692 the trait type and `for` after `impl` are omitted. Such implementations are
1693 limited to nominal types (enums, structs), and the implementation must appear
1694 in the same module or a sub-module as the `self` type:
1695
1696 ```
1697 struct Point {x: int, y: int}
1698
1699 impl Point {
1700     fn log(&self) {
1701         println!("Point is at ({}, {})", self.x, self.y);
1702     }
1703 }
1704
1705 let my_point = Point {x: 10, y:11};
1706 my_point.log();
1707 ```
1708
1709 When a trait _is_ specified in an `impl`, all methods declared as part of the
1710 trait must be implemented, with matching types and type parameter counts.
1711
1712 An implementation can take type parameters, which can be different from the
1713 type parameters taken by the trait it implements. Implementation parameters
1714 are written after the `impl` keyword.
1715
1716 ```
1717 # trait Seq<T> { }
1718 impl<T> Seq<T> for Vec<T> {
1719    /* ... */
1720 }
1721 impl Seq<bool> for u32 {
1722    /* Treat the integer as a sequence of bits */
1723 }
1724 ```
1725
1726 ### External blocks
1727
1728 ```{.ebnf .gram}
1729 extern_block_item : "extern" '{' extern_block '}' ;
1730 extern_block : [ foreign_fn ] * ;
1731 ```
1732
1733 External blocks form the basis for Rust's foreign function interface.
1734 Declarations in an external block describe symbols in external, non-Rust
1735 libraries.
1736
1737 Functions within external blocks are declared in the same way as other Rust
1738 functions, with the exception that they may not have a body and are instead
1739 terminated by a semicolon.
1740
1741 ```
1742 extern crate libc;
1743 use libc::{c_char, FILE};
1744
1745 extern {
1746     fn fopen(filename: *const c_char, mode: *const c_char) -> *mut FILE;
1747 }
1748 # fn main() {}
1749 ```
1750
1751 Functions within external blocks may be called by Rust code, just like
1752 functions defined in Rust. The Rust compiler automatically translates between
1753 the Rust ABI and the foreign ABI.
1754
1755 A number of [attributes](#attributes) control the behavior of external blocks.
1756
1757 By default external blocks assume that the library they are calling uses the
1758 standard C "cdecl" ABI. Other ABIs may be specified using an `abi` string, as
1759 shown here:
1760
1761 ```{.ignore}
1762 // Interface to the Windows API
1763 extern "stdcall" { }
1764 ```
1765
1766 The `link` attribute allows the name of the library to be specified. When
1767 specified the compiler will attempt to link against the native library of the
1768 specified name.
1769
1770 ```{.ignore}
1771 #[link(name = "crypto")]
1772 extern { }
1773 ```
1774
1775 The type of a function declared in an extern block is `extern "abi" fn(A1, ...,
1776 An) -> R`, where `A1...An` are the declared types of its arguments and `R` is
1777 the declared return type.
1778
1779 ## Visibility and Privacy
1780
1781 These two terms are often used interchangeably, and what they are attempting to
1782 convey is the answer to the question "Can this item be used at this location?"
1783
1784 Rust's name resolution operates on a global hierarchy of namespaces. Each level
1785 in the hierarchy can be thought of as some item. The items are one of those
1786 mentioned above, but also include external crates. Declaring or defining a new
1787 module can be thought of as inserting a new tree into the hierarchy at the
1788 location of the definition.
1789
1790 To control whether interfaces can be used across modules, Rust checks each use
1791 of an item to see whether it should be allowed or not. This is where privacy
1792 warnings are generated, or otherwise "you used a private item of another module
1793 and weren't allowed to."
1794
1795 By default, everything in Rust is *private*, with one exception. Enum variants
1796 in a `pub` enum are also public by default. You are allowed to alter this
1797 default visibility with the `priv` keyword. When an item is declared as `pub`,
1798 it can be thought of as being accessible to the outside world. For example:
1799
1800 ```
1801 # #![allow(missing_copy_implementations)]
1802 # fn main() {}
1803 // Declare a private struct
1804 struct Foo;
1805
1806 // Declare a public struct with a private field
1807 pub struct Bar {
1808     field: int
1809 }
1810
1811 // Declare a public enum with two public variants
1812 pub enum State {
1813     PubliclyAccessibleState,
1814     PubliclyAccessibleState2,
1815 }
1816 ```
1817
1818 With the notion of an item being either public or private, Rust allows item
1819 accesses in two cases:
1820
1821 1. If an item is public, then it can be used externally through any of its
1822    public ancestors.
1823 2. If an item is private, it may be accessed by the current module and its
1824    descendants.
1825
1826 These two cases are surprisingly powerful for creating module hierarchies
1827 exposing public APIs while hiding internal implementation details. To help
1828 explain, here's a few use cases and what they would entail:
1829
1830 * A library developer needs to expose functionality to crates which link
1831   against their library. As a consequence of the first case, this means that
1832   anything which is usable externally must be `pub` from the root down to the
1833   destination item. Any private item in the chain will disallow external
1834   accesses.
1835
1836 * A crate needs a global available "helper module" to itself, but it doesn't
1837   want to expose the helper module as a public API. To accomplish this, the
1838   root of the crate's hierarchy would have a private module which then
1839   internally has a "public api". Because the entire crate is a descendant of
1840   the root, then the entire local crate can access this private module through
1841   the second case.
1842
1843 * When writing unit tests for a module, it's often a common idiom to have an
1844   immediate child of the module to-be-tested named `mod test`. This module
1845   could access any items of the parent module through the second case, meaning
1846   that internal implementation details could also be seamlessly tested from the
1847   child module.
1848
1849 In the second case, it mentions that a private item "can be accessed" by the
1850 current module and its descendants, but the exact meaning of accessing an item
1851 depends on what the item is. Accessing a module, for example, would mean
1852 looking inside of it (to import more items). On the other hand, accessing a
1853 function would mean that it is invoked. Additionally, path expressions and
1854 import statements are considered to access an item in the sense that the
1855 import/expression is only valid if the destination is in the current visibility
1856 scope.
1857
1858 Here's an example of a program which exemplifies the three cases outlined
1859 above:
1860
1861 ```
1862 // This module is private, meaning that no external crate can access this
1863 // module. Because it is private at the root of this current crate, however, any
1864 // module in the crate may access any publicly visible item in this module.
1865 mod crate_helper_module {
1866
1867     // This function can be used by anything in the current crate
1868     pub fn crate_helper() {}
1869
1870     // This function *cannot* be used by anything else in the crate. It is not
1871     // publicly visible outside of the `crate_helper_module`, so only this
1872     // current module and its descendants may access it.
1873     fn implementation_detail() {}
1874 }
1875
1876 // This function is "public to the root" meaning that it's available to external
1877 // crates linking against this one.
1878 pub fn public_api() {}
1879
1880 // Similarly to 'public_api', this module is public so external crates may look
1881 // inside of it.
1882 pub mod submodule {
1883     use crate_helper_module;
1884
1885     pub fn my_method() {
1886         // Any item in the local crate may invoke the helper module's public
1887         // interface through a combination of the two rules above.
1888         crate_helper_module::crate_helper();
1889     }
1890
1891     // This function is hidden to any module which is not a descendant of
1892     // `submodule`
1893     fn my_implementation() {}
1894
1895     #[cfg(test)]
1896     mod test {
1897
1898         #[test]
1899         fn test_my_implementation() {
1900             // Because this module is a descendant of `submodule`, it's allowed
1901             // to access private items inside of `submodule` without a privacy
1902             // violation.
1903             super::my_implementation();
1904         }
1905     }
1906 }
1907
1908 # fn main() {}
1909 ```
1910
1911 For a rust program to pass the privacy checking pass, all paths must be valid
1912 accesses given the two rules above. This includes all use statements,
1913 expressions, types, etc.
1914
1915 ### Re-exporting and Visibility
1916
1917 Rust allows publicly re-exporting items through a `pub use` directive. Because
1918 this is a public directive, this allows the item to be used in the current
1919 module through the rules above. It essentially allows public access into the
1920 re-exported item. For example, this program is valid:
1921
1922 ```
1923 pub use self::implementation as api;
1924
1925 mod implementation {
1926     pub fn f() {}
1927 }
1928
1929 # fn main() {}
1930 ```
1931
1932 This means that any external crate referencing `implementation::f` would
1933 receive a privacy violation, while the path `api::f` would be allowed.
1934
1935 When re-exporting a private item, it can be thought of as allowing the "privacy
1936 chain" being short-circuited through the reexport instead of passing through
1937 the namespace hierarchy as it normally would.
1938
1939 ## Attributes
1940
1941 ```{.ebnf .gram}
1942 attribute : "#!" ? '[' meta_item ']' ;
1943 meta_item : ident [ '=' literal
1944                   | '(' meta_seq ')' ] ? ;
1945 meta_seq : meta_item [ ',' meta_seq ] ? ;
1946 ```
1947
1948 Any item declaration may have an _attribute_ applied to it. Attributes in Rust
1949 are modeled on Attributes in ECMA-335, with the syntax coming from ECMA-334
1950 (C#). An attribute is a general, free-form metadatum that is interpreted
1951 according to name, convention, and language and compiler version. Attributes
1952 may appear as any of:
1953
1954 * A single identifier, the attribute name
1955 * An identifier followed by the equals sign '=' and a literal, providing a
1956   key/value pair
1957 * An identifier followed by a parenthesized list of sub-attribute arguments
1958
1959 Attributes with a bang ("!") after the hash ("#") apply to the item that the
1960 attribute is declared within. Attributes that do not have a bang after the hash
1961 apply to the item that follows the attribute.
1962
1963 An example of attributes:
1964
1965 ```{.rust}
1966 // General metadata applied to the enclosing module or crate.
1967 #![crate_type = "lib"]
1968
1969 // A function marked as a unit test
1970 #[test]
1971 fn test_foo() {
1972   /* ... */
1973 }
1974
1975 // A conditionally-compiled module
1976 #[cfg(target_os="linux")]
1977 mod bar {
1978   /* ... */
1979 }
1980
1981 // A lint attribute used to suppress a warning/error
1982 #[allow(non_camel_case_types)]
1983 type int8_t = i8;
1984 ```
1985
1986 > **Note:** At some point in the future, the compiler will distinguish between
1987 > language-reserved and user-available attributes. Until then, there is
1988 > effectively no difference between an attribute handled by a loadable syntax
1989 > extension and the compiler.
1990
1991 ### Crate-only attributes
1992
1993 - `crate_name` - specify the this crate's crate name.
1994 - `crate_type` - see [linkage](#linkage).
1995 - `feature` - see [compiler features](#compiler-features).
1996 - `no_builtins` - disable optimizing certain code patterns to invocations of
1997                   library functions that are assumed to exist
1998 - `no_main` - disable emitting the `main` symbol. Useful when some other
1999    object being linked to defines `main`.
2000 - `no_start` - disable linking to the `native` crate, which specifies the
2001   "start" language item.
2002 - `no_std` - disable linking to the `std` crate.
2003
2004 ### Module-only attributes
2005
2006 - `no_implicit_prelude` - disable injecting `use std::prelude::*` in this
2007   module.
2008 - `path` - specifies the file to load the module from. `#[path="foo.rs"] mod
2009   bar;` is equivalent to `mod bar { /* contents of foo.rs */ }`. The path is
2010   taken relative to the directory that the current module is in.
2011
2012 ### Function-only attributes
2013
2014 - `main` - indicates that this function should be passed to the entry point,
2015   rather than the function in the crate root named `main`.
2016 - `plugin_registrar` - mark this function as the registration point for
2017   [compiler plugins][plugin], such as loadable syntax extensions.
2018 - `start` - indicates that this function should be used as the entry point,
2019   overriding the "start" language item. See the "start" [language
2020   item](#language-items) for more details.
2021 - `test` - indicates that this function is a test function, to only be compiled
2022   in case of `--test`.
2023
2024 ### Static-only attributes
2025
2026 - `thread_local` - on a `static mut`, this signals that the value of this
2027   static may change depending on the current thread. The exact consequences of
2028   this are implementation-defined.
2029
2030 ### FFI attributes
2031
2032 On an `extern` block, the following attributes are interpreted:
2033
2034 - `link_args` - specify arguments to the linker, rather than just the library
2035   name and type. This is feature gated and the exact behavior is
2036   implementation-defined (due to variety of linker invocation syntax).
2037 - `link` - indicate that a native library should be linked to for the
2038   declarations in this block to be linked correctly. `link` supports an optional `kind`
2039   key with three possible values: `dylib`, `static`, and `framework`. See [external blocks](#external-blocks) for more about external blocks. Two
2040   examples: `#[link(name = "readline")]` and
2041   `#[link(name = "CoreFoundation", kind = "framework")]`.
2042
2043 On declarations inside an `extern` block, the following attributes are
2044 interpreted:
2045
2046 - `link_name` - the name of the symbol that this function or static should be
2047   imported as.
2048 - `linkage` - on a static, this specifies the [linkage
2049   type](http://llvm.org/docs/LangRef.html#linkage-types).
2050
2051 On `enum`s:
2052
2053 - `repr` - on C-like enums, this sets the underlying type used for
2054   representation. Takes one argument, which is the primitive
2055   type this enum should be represented for, or `C`, which specifies that it
2056   should be the default `enum` size of the C ABI for that platform. Note that
2057   enum representation in C is undefined, and this may be incorrect when the C
2058   code is compiled with certain flags.
2059
2060 On `struct`s:
2061
2062 - `repr` - specifies the representation to use for this struct. Takes a list
2063   of options. The currently accepted ones are `C` and `packed`, which may be
2064   combined. `C` will use a C ABI compatible struct layout, and `packed` will
2065   remove any padding between fields (note that this is very fragile and may
2066   break platforms which require aligned access).
2067
2068 ### Macro- and plugin-related attributes
2069
2070 - `macro_use` on a `mod` â€” macros defined in this module will be visible in the
2071   module's parent, after this module has been included.
2072
2073 - `macro_use` on an `extern crate` â€” load macros from this crate.  An optional
2074   list of names `#[macro_use(foo, bar)]` restricts the import to just those
2075   macros named.  The `extern crate` must appear at the crate root, not inside
2076   `mod`, which ensures proper function of the [`$crate` macro
2077   variable](book/macros.html#the-variable-$crate).
2078
2079 - `macro_reexport` on an `extern crate` â€” re-export the named macros.
2080
2081 - `macro_export` - export a macro for cross-crate usage.
2082
2083 - `plugin` on an `extern crate` — load this crate as a [compiler
2084   plugin][plugin].  The `plugin` feature gate is required.  Any arguments to
2085   the attribute, e.g. `#[plugin=...]` or `#[plugin(...)]`, are provided to the
2086   plugin.
2087
2088 - `no_link` on an `extern crate` â€” even if we load this crate for macros or
2089   compiler plugins, don't link it into the output.
2090
2091 See the [macros section of the
2092 book](book/macros.html#scoping-and-macro-import/export) for more information on
2093 macro scope.
2094
2095
2096 ### Miscellaneous attributes
2097
2098 - `export_name` - on statics and functions, this determines the name of the
2099   exported symbol.
2100 - `link_section` - on statics and functions, this specifies the section of the
2101   object file that this item's contents will be placed into.
2102 - `no_mangle` - on any item, do not apply the standard name mangling. Set the
2103   symbol for this item to its identifier.
2104 - `packed` - on structs or enums, eliminate any padding that would be used to
2105   align fields.
2106 - `simd` - on certain tuple structs, derive the arithmetic operators, which
2107   lower to the target's SIMD instructions, if any; the `simd` feature gate
2108   is necessary to use this attribute.
2109 - `static_assert` - on statics whose type is `bool`, terminates compilation
2110   with an error if it is not initialized to `true`.
2111 - `unsafe_destructor` - allow implementations of the "drop" language item
2112   where the type it is implemented for does not implement the "send" language
2113   item; the `unsafe_destructor` feature gate is needed to use this attribute
2114 - `unsafe_no_drop_flag` - on structs, remove the flag that prevents
2115   destructors from being run twice. Destructors might be run multiple times on
2116   the same object with this attribute.
2117 - `doc` - Doc comments such as `/// foo` are equivalent to `#[doc = "foo"]`.
2118 - `rustc_on_unimplemented` - Write a custom note to be shown along with the error
2119    when the trait is found to be unimplemented on a type.
2120    You may use format arguments like `{T}`, `{A}` to correspond to the
2121    types at the point of use corresponding to the type parameters of the
2122    trait of the same name. `{Self}` will be replaced with the type that is supposed
2123    to implement the trait but doesn't. To use this, the `on_unimplemented` feature gate
2124    must be enabled.
2125
2126 ### Conditional compilation
2127
2128 Sometimes one wants to have different compiler outputs from the same code,
2129 depending on build target, such as targeted operating system, or to enable
2130 release builds.
2131
2132 There are two kinds of configuration options, one that is either defined or not
2133 (`#[cfg(foo)]`), and the other that contains a string that can be checked
2134 against (`#[cfg(bar = "baz")]` (currently only compiler-defined configuration
2135 options can have the latter form).
2136
2137 ```
2138 // The function is only included in the build when compiling for OSX
2139 #[cfg(target_os = "macos")]
2140 fn macos_only() {
2141   // ...
2142 }
2143
2144 // This function is only included when either foo or bar is defined
2145 #[cfg(any(foo, bar))]
2146 fn needs_foo_or_bar() {
2147   // ...
2148 }
2149
2150 // This function is only included when compiling for a unixish OS with a 32-bit
2151 // architecture
2152 #[cfg(all(unix, target_word_size = "32"))]
2153 fn on_32bit_unix() {
2154   // ...
2155 }
2156
2157 // This function is only included when foo is not defined
2158 #[cfg(not(foo))]
2159 fn needs_not_foo() {
2160   // ...
2161 }
2162 ```
2163
2164 This illustrates some conditional compilation can be achieved using the
2165 `#[cfg(...)]` attribute. `any`, `all` and `not` can be used to assemble
2166 arbitrarily complex configurations through nesting.
2167
2168 The following configurations must be defined by the implementation:
2169
2170 * `target_arch = "..."`. Target CPU architecture, such as `"x86"`, `"x86_64"`
2171   `"mips"`, `"powerpc"`, `"arm"`, or `"aarch64"`.
2172 * `target_endian = "..."`. Endianness of the target CPU, either `"little"` or
2173   `"big"`.
2174 * `target_family = "..."`. Operating system family of the target, e. g.
2175   `"unix"` or `"windows"`. The value of this configuration option is defined
2176   as a configuration itself, like `unix` or `windows`.
2177 * `target_os = "..."`. Operating system of the target, examples include
2178   `"win32"`, `"macos"`, `"linux"`, `"android"`, `"freebsd"` or `"dragonfly"`.
2179 * `target_word_size = "..."`. Target word size in bits. This is set to `"32"`
2180   for targets with 32-bit pointers, and likewise set to `"64"` for 64-bit
2181   pointers.
2182 * `unix`. See `target_family`.
2183 * `windows`. See `target_family`.
2184
2185 ### Lint check attributes
2186
2187 A lint check names a potentially undesirable coding pattern, such as
2188 unreachable code or omitted documentation, for the static entity to which the
2189 attribute applies.
2190
2191 For any lint check `C`:
2192
2193 * `allow(C)` overrides the check for `C` so that violations will go
2194    unreported,
2195 * `deny(C)` signals an error after encountering a violation of `C`,
2196 * `forbid(C)` is the same as `deny(C)`, but also forbids changing the lint
2197    level afterwards,
2198 * `warn(C)` warns about violations of `C` but continues compilation.
2199
2200 The lint checks supported by the compiler can be found via `rustc -W help`,
2201 along with their default settings.  [Compiler
2202 plugins](book/plugin.html#lint-plugins) can provide additional lint checks.
2203
2204 ```{.ignore}
2205 mod m1 {
2206     // Missing documentation is ignored here
2207     #[allow(missing_docs)]
2208     pub fn undocumented_one() -> int { 1 }
2209
2210     // Missing documentation signals a warning here
2211     #[warn(missing_docs)]
2212     pub fn undocumented_too() -> int { 2 }
2213
2214     // Missing documentation signals an error here
2215     #[deny(missing_docs)]
2216     pub fn undocumented_end() -> int { 3 }
2217 }
2218 ```
2219
2220 This example shows how one can use `allow` and `warn` to toggle a particular
2221 check on and off:
2222
2223 ```{.ignore}
2224 #[warn(missing_docs)]
2225 mod m2{
2226     #[allow(missing_docs)]
2227     mod nested {
2228         // Missing documentation is ignored here
2229         pub fn undocumented_one() -> int { 1 }
2230
2231         // Missing documentation signals a warning here,
2232         // despite the allow above.
2233         #[warn(missing_docs)]
2234         pub fn undocumented_two() -> int { 2 }
2235     }
2236
2237     // Missing documentation signals a warning here
2238     pub fn undocumented_too() -> int { 3 }
2239 }
2240 ```
2241
2242 This example shows how one can use `forbid` to disallow uses of `allow` for
2243 that lint check:
2244
2245 ```{.ignore}
2246 #[forbid(missing_docs)]
2247 mod m3 {
2248     // Attempting to toggle warning signals an error here
2249     #[allow(missing_docs)]
2250     /// Returns 2.
2251     pub fn undocumented_too() -> int { 2 }
2252 }
2253 ```
2254
2255 ### Language items
2256
2257 Some primitive Rust operations are defined in Rust code, rather than being
2258 implemented directly in C or assembly language. The definitions of these
2259 operations have to be easy for the compiler to find. The `lang` attribute
2260 makes it possible to declare these operations. For example, the `str` module
2261 in the Rust standard library defines the string equality function:
2262
2263 ```{.ignore}
2264 #[lang="str_eq"]
2265 pub fn eq_slice(a: &str, b: &str) -> bool {
2266     // details elided
2267 }
2268 ```
2269
2270 The name `str_eq` has a special meaning to the Rust compiler, and the presence
2271 of this definition means that it will use this definition when generating calls
2272 to the string equality function.
2273
2274 A complete list of the built-in language items follows:
2275
2276 #### Built-in Traits
2277
2278 * `copy`
2279   : Types that do not move ownership when used by-value.
2280 * `drop`
2281   : Have destructors.
2282 * `send`
2283   : Able to be sent across thread boundaries.
2284 * `sized`
2285   : Has a size known at compile time.
2286 * `sync`
2287   : Able to be safely shared between threads when aliased.
2288
2289 #### Operators
2290
2291 These language items are traits:
2292
2293 * `add`
2294   : Elements can be added (for example, integers and floats).
2295 * `sub`
2296   : Elements can be subtracted.
2297 * `mul`
2298   : Elements can be multiplied.
2299 * `div`
2300   : Elements have a division operation.
2301 * `rem`
2302   : Elements have a remainder operation.
2303 * `neg`
2304   : Elements can be negated arithmetically.
2305 * `not`
2306   : Elements can be negated logically.
2307 * `bitxor`
2308   : Elements have an exclusive-or operation.
2309 * `bitand`
2310   : Elements have a bitwise `and` operation.
2311 * `bitor`
2312   : Elements have a bitwise `or` operation.
2313 * `shl`
2314   : Elements have a left shift operation.
2315 * `shr`
2316   : Elements have a right shift operation.
2317 * `index`
2318   : Elements can be indexed.
2319 * `index_mut`
2320   : ___Needs filling in___
2321 * `eq`
2322   : Elements can be compared for equality.
2323 * `ord`
2324   : Elements have a partial ordering.
2325 * `deref`
2326   : `*` can be applied, yielding a reference to another type.
2327 * `deref_mut`
2328   : `*` can be applied, yielding a mutable reference to another type.
2329
2330 These are functions:
2331
2332 * `fn`
2333   : ___Needs filling in___
2334 * `fn_mut`
2335   : ___Needs filling in___
2336 * `fn_once`
2337   : ___Needs filling in___
2338 * `str_eq`
2339   : Compare two strings (`&str`) for equality.
2340 * `strdup_uniq`
2341   : Return a new unique string
2342     containing a copy of the contents of a unique string.
2343
2344 #### Types
2345
2346 * `type_id`
2347   : The type returned by the `type_id` intrinsic.
2348 * `unsafe`
2349   : A type whose contents can be mutated through an immutable reference.
2350
2351 #### Marker types
2352
2353 These types help drive the compiler's analysis
2354
2355 * `begin_unwind`
2356   : ___Needs filling in___
2357 * `no_copy_bound`
2358   : This type does not implement "copy", even if eligible.
2359 * `no_send_bound`
2360   : This type does not implement "send", even if eligible.
2361 * `no_sync_bound`
2362   : This type does not implement "sync", even if eligible.
2363 * `eh_personality`
2364   : ___Needs filling in___
2365 * `exchange_free`
2366   : Free memory that was allocated on the exchange heap.
2367 * `exchange_malloc`
2368   : Allocate memory on the exchange heap.
2369 * `closure_exchange_malloc`
2370   : ___Needs filling in___
2371 * `panic`
2372   : Abort the program with an error.
2373 * `fail_bounds_check`
2374   : Abort the program with a bounds check error.
2375 * `free`
2376   : Free memory that was allocated on the managed heap.
2377 * `gc`
2378   : ___Needs filling in___
2379 * `exchange_heap`
2380   : ___Needs filling in___
2381 * `iterator`
2382   : ___Needs filling in___
2383 * `contravariant_lifetime`
2384   : The lifetime parameter should be considered contravariant.
2385 * `covariant_lifetime`
2386   : The lifetime parameter should be considered covariant.
2387 * `invariant_lifetime`
2388   : The lifetime parameter should be considered invariant.
2389 * `malloc`
2390   : Allocate memory on the managed heap.
2391 * `owned_box`
2392   : ___Needs filling in___
2393 * `stack_exhausted`
2394   : ___Needs filling in___
2395 * `start`
2396   : ___Needs filling in___
2397 * `contravariant_type`
2398   : The type parameter should be considered contravariant.
2399 * `covariant_type`
2400   : The type parameter should be considered covariant.
2401 * `invariant_type`
2402   : The type parameter should be considered invariant.
2403 * `ty_desc`
2404   : ___Needs filling in___
2405
2406 > **Note:** This list is likely to become out of date. We should auto-generate
2407 > it from `librustc/middle/lang_items.rs`.
2408
2409 ### Inline attributes
2410
2411 The inline attribute is used to suggest to the compiler to perform an inline
2412 expansion and place a copy of the function or static in the caller rather than
2413 generating code to call the function or access the static where it is defined.
2414
2415 The compiler automatically inlines functions based on internal heuristics.
2416 Incorrectly inlining functions can actually making the program slower, so it
2417 should be used with care.
2418
2419 Immutable statics are always considered inlineable unless marked with
2420 `#[inline(never)]`. It is undefined whether two different inlineable statics
2421 have the same memory address. In other words, the compiler is free to collapse
2422 duplicate inlineable statics together.
2423
2424 `#[inline]` and `#[inline(always)]` always causes the function to be serialized
2425 into crate metadata to allow cross-crate inlining.
2426
2427 There are three different types of inline attributes:
2428
2429 * `#[inline]` hints the compiler to perform an inline expansion.
2430 * `#[inline(always)]` asks the compiler to always perform an inline expansion.
2431 * `#[inline(never)]` asks the compiler to never perform an inline expansion.
2432
2433 ### Derive
2434
2435 The `derive` attribute allows certain traits to be automatically implemented
2436 for data structures. For example, the following will create an `impl` for the
2437 `PartialEq` and `Clone` traits for `Foo`, the type parameter `T` will be given
2438 the `PartialEq` or `Clone` constraints for the appropriate `impl`:
2439
2440 ```
2441 #[derive(PartialEq, Clone)]
2442 struct Foo<T> {
2443     a: int,
2444     b: T
2445 }
2446 ```
2447
2448 The generated `impl` for `PartialEq` is equivalent to
2449
2450 ```
2451 # struct Foo<T> { a: int, b: T }
2452 impl<T: PartialEq> PartialEq for Foo<T> {
2453     fn eq(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2454         self.a == other.a && self.b == other.b
2455     }
2456
2457     fn ne(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2458         self.a != other.a || self.b != other.b
2459     }
2460 }
2461 ```
2462
2463 Supported traits for `derive` are:
2464
2465 * Comparison traits: `PartialEq`, `Eq`, `PartialOrd`, `Ord`.
2466 * Serialization: `Encodable`, `Decodable`. These require `serialize`.
2467 * `Clone`, to create `T` from `&T` via a copy.
2468 * `Default`, to create an empty instance of a data type.
2469 * `FromPrimitive`, to create an instance from a numeric primitive.
2470 * `Hash`, to iterate over the bytes in a data type.
2471 * `Rand`, to create a random instance of a data type.
2472 * `Show`, to format a value using the `{}` formatter.
2473 * `Zero`, to create a zero instance of a numeric data type.
2474
2475 ### Stability
2476
2477 One can indicate the stability of an API using the following attributes:
2478
2479 * `deprecated`: This item should no longer be used, e.g. it has been
2480   replaced. No guarantee of backwards-compatibility.
2481 * `experimental`: This item was only recently introduced or is
2482   otherwise in a state of flux. It may change significantly, or even
2483   be removed. No guarantee of backwards-compatibility.
2484 * `unstable`: This item is still under development, but requires more
2485   testing to be considered stable. No guarantee of backwards-compatibility.
2486 * `stable`: This item is considered stable, and will not change
2487   significantly. Guarantee of backwards-compatibility.
2488 * `frozen`: This item is very stable, and is unlikely to
2489   change. Guarantee of backwards-compatibility.
2490 * `locked`: This item will never change unless a serious bug is
2491   found. Guarantee of backwards-compatibility.
2492
2493 These levels are directly inspired by
2494 [Node.js' "stability index"](http://nodejs.org/api/documentation.html).
2495
2496 Stability levels are inherited, so an item's stability attribute is the default
2497 stability for everything nested underneath it.
2498
2499 There are lints for disallowing items marked with certain levels: `deprecated`,
2500 `experimental` and `unstable`. For now, only `deprecated` warns by default, but
2501 this will change once the standard library has been stabilized. Stability
2502 levels are meant to be promises at the crate level, so these lints only apply
2503 when referencing items from an _external_ crate, not to items defined within
2504 the current crate. Items with no stability level are considered to be unstable
2505 for the purposes of the lint. One can give an optional string that will be
2506 displayed when the lint flags the use of an item.
2507
2508 For example, if we define one crate called `stability_levels`:
2509
2510 ```{.ignore}
2511 #[deprecated="replaced by `best`"]
2512 pub fn bad() {
2513     // delete everything
2514 }
2515
2516 pub fn better() {
2517     // delete fewer things
2518 }
2519
2520 #[stable]
2521 pub fn best() {
2522     // delete nothing
2523 }
2524 ```
2525
2526 then the lints will work as follows for a client crate:
2527
2528 ```{.ignore}
2529 #![warn(unstable)]
2530 extern crate stability_levels;
2531 use stability_levels::{bad, better, best};
2532
2533 fn main() {
2534     bad(); // "warning: use of deprecated item: replaced by `best`"
2535
2536     better(); // "warning: use of unmarked item"
2537
2538     best(); // no warning
2539 }
2540 ```
2541
2542 > **Note:** Currently these are only checked when applied to individual
2543 > functions, structs, methods and enum variants, *not* to entire modules,
2544 > traits, impls or enums themselves.
2545
2546 ### Compiler Features
2547
2548 Certain aspects of Rust may be implemented in the compiler, but they're not
2549 necessarily ready for every-day use. These features are often of "prototype
2550 quality" or "almost production ready", but may not be stable enough to be
2551 considered a full-fledged language feature.
2552
2553 For this reason, Rust recognizes a special crate-level attribute of the form:
2554
2555 ```{.ignore}
2556 #![feature(feature1, feature2, feature3)]
2557 ```
2558
2559 This directive informs the compiler that the feature list: `feature1`,
2560 `feature2`, and `feature3` should all be enabled. This is only recognized at a
2561 crate-level, not at a module-level. Without this directive, all features are
2562 considered off, and using the features will result in a compiler error.
2563
2564 The currently implemented features of the reference compiler are:
2565
2566 * `asm` - The `asm!` macro provides a means for inline assembly. This is often
2567           useful, but the exact syntax for this feature along with its
2568           semantics are likely to change, so this macro usage must be opted
2569           into.
2570
2571 * `concat_idents` - Allows use of the `concat_idents` macro, which is in many
2572                     ways insufficient for concatenating identifiers, and may be
2573                     removed entirely for something more wholesome.
2574
2575 * `default_type_params` - Allows use of default type parameters. The future of
2576                           this feature is uncertain.
2577
2578 * `intrinsics` - Allows use of the "rust-intrinsics" ABI. Compiler intrinsics
2579                  are inherently unstable and no promise about them is made.
2580
2581 * `lang_items` - Allows use of the `#[lang]` attribute. Like `intrinsics`,
2582                  lang items are inherently unstable and no promise about them
2583                  is made.
2584
2585 * `link_args` - This attribute is used to specify custom flags to the linker,
2586                 but usage is strongly discouraged. The compiler's usage of the
2587                 system linker is not guaranteed to continue in the future, and
2588                 if the system linker is not used then specifying custom flags
2589                 doesn't have much meaning.
2590
2591 * `link_llvm_intrinsics` â€“ Allows linking to LLVM intrinsics via
2592                            `#[link_name="llvm.*"]`.
2593
2594 * `linkage` - Allows use of the `linkage` attribute, which is not portable.
2595
2596 * `log_syntax` - Allows use of the `log_syntax` macro attribute, which is a
2597                  nasty hack that will certainly be removed.
2598
2599 * `non_ascii_idents` - The compiler supports the use of non-ascii identifiers,
2600                        but the implementation is a little rough around the
2601                        edges, so this can be seen as an experimental feature
2602                        for now until the specification of identifiers is fully
2603                        fleshed out.
2604
2605 * `once_fns` - Onceness guarantees a closure is only executed once. Defining a
2606                closure as `once` is unlikely to be supported going forward. So
2607                they are hidden behind this feature until they are to be removed.
2608
2609 * `plugin` - Usage of [compiler plugins][plugin] for custom lints or syntax extensions.
2610              These depend on compiler internals and are subject to change.
2611
2612 * `plugin_registrar` - Indicates that a crate provides [compiler plugins][plugin].
2613
2614 * `quote` - Allows use of the `quote_*!` family of macros, which are
2615             implemented very poorly and will likely change significantly
2616             with a proper implementation.
2617
2618 * `rustc_diagnostic_macros`- A mysterious feature, used in the implementation
2619                              of rustc, not meant for mortals.
2620
2621 * `simd` - Allows use of the `#[simd]` attribute, which is overly simple and
2622            not the SIMD interface we want to expose in the long term.
2623
2624 * `struct_inherit` - Allows using struct inheritance, which is barely
2625                      implemented and will probably be removed. Don't use this.
2626
2627 * `struct_variant` - Structural enum variants (those with named fields). It is
2628                      currently unknown whether this style of enum variant is as
2629                      fully supported as the tuple-forms, and it's not certain
2630                      that this style of variant should remain in the language.
2631                      For now this style of variant is hidden behind a feature
2632                      flag.
2633
2634 * `thread_local` - The usage of the `#[thread_local]` attribute is experimental
2635                    and should be seen as unstable. This attribute is used to
2636                    declare a `static` as being unique per-thread leveraging
2637                    LLVM's implementation which works in concert with the kernel
2638                    loader and dynamic linker. This is not necessarily available
2639                    on all platforms, and usage of it is discouraged (rust
2640                    focuses more on thread-local data instead of thread-local
2641                    data).
2642
2643 * `trace_macros` - Allows use of the `trace_macros` macro, which is a nasty
2644                    hack that will certainly be removed.
2645
2646 * `unboxed_closures` - Rust's new closure design, which is currently a work in
2647                        progress feature with many known bugs.
2648
2649 * `unsafe_destructor` - Allows use of the `#[unsafe_destructor]` attribute,
2650                         which is considered wildly unsafe and will be
2651                         obsoleted by language improvements.
2652
2653 * `associated_types` - Allows type aliases in traits. Experimental.
2654
2655 If a feature is promoted to a language feature, then all existing programs will
2656 start to receive compilation warnings about #[feature] directives which enabled
2657 the new feature (because the directive is no longer necessary). However, if a
2658 feature is decided to be removed from the language, errors will be issued (if
2659 there isn't a parser error first). The directive in this case is no longer
2660 necessary, and it's likely that existing code will break if the feature isn't
2661 removed.
2662
2663 If an unknown feature is found in a directive, it results in a compiler error.
2664 An unknown feature is one which has never been recognized by the compiler.
2665
2666 # Statements and expressions
2667
2668 Rust is _primarily_ an expression language. This means that most forms of
2669 value-producing or effect-causing evaluation are directed by the uniform syntax
2670 category of _expressions_. Each kind of expression can typically _nest_ within
2671 each other kind of expression, and rules for evaluation of expressions involve
2672 specifying both the value produced by the expression and the order in which its
2673 sub-expressions are themselves evaluated.
2674
2675 In contrast, statements in Rust serve _mostly_ to contain and explicitly
2676 sequence expression evaluation.
2677
2678 ## Statements
2679
2680 A _statement_ is a component of a block, which is in turn a component of an
2681 outer [expression](#expressions) or [function](#functions).
2682
2683 Rust has two kinds of statement: [declaration
2684 statements](#declaration-statements) and [expression
2685 statements](#expression-statements).
2686
2687 ### Declaration statements
2688
2689 A _declaration statement_ is one that introduces one or more *names* into the
2690 enclosing statement block. The declared names may denote new slots or new
2691 items.
2692
2693 #### Item declarations
2694
2695 An _item declaration statement_ has a syntactic form identical to an
2696 [item](#items) declaration within a module. Declaring an item &mdash; a
2697 function, enumeration, structure, type, static, trait, implementation or module
2698 &mdash; locally within a statement block is simply a way of restricting its
2699 scope to a narrow region containing all of its uses; it is otherwise identical
2700 in meaning to declaring the item outside the statement block.
2701
2702 > **Note**: there is no implicit capture of the function's dynamic environment when
2703 > declaring a function-local item.
2704
2705 #### Slot declarations
2706
2707 ```{.ebnf .gram}
2708 let_decl : "let" pat [':' type ] ? [ init ] ? ';' ;
2709 init : [ '=' ] expr ;
2710 ```
2711
2712 A _slot declaration_ introduces a new set of slots, given by a pattern. The
2713 pattern may be followed by a type annotation, and/or an initializer expression.
2714 When no type annotation is given, the compiler will infer the type, or signal
2715 an error if insufficient type information is available for definite inference.
2716 Any slots introduced by a slot declaration are visible from the point of
2717 declaration until the end of the enclosing block scope.
2718
2719 ### Expression statements
2720
2721 An _expression statement_ is one that evaluates an [expression](#expressions)
2722 and ignores its result. The type of an expression statement `e;` is always
2723 `()`, regardless of the type of `e`. As a rule, an expression statement's
2724 purpose is to trigger the effects of evaluating its expression.
2725
2726 ## Expressions
2727
2728 An expression may have two roles: it always produces a *value*, and it may have
2729 *effects* (otherwise known as "side effects"). An expression *evaluates to* a
2730 value, and has effects during *evaluation*. Many expressions contain
2731 sub-expressions (operands). The meaning of each kind of expression dictates
2732 several things:
2733
2734 * Whether or not to evaluate the sub-expressions when evaluating the expression
2735 * The order in which to evaluate the sub-expressions
2736 * How to combine the sub-expressions' values to obtain the value of the expression
2737
2738 In this way, the structure of expressions dictates the structure of execution.
2739 Blocks are just another kind of expression, so blocks, statements, expressions,
2740 and blocks again can recursively nest inside each other to an arbitrary depth.
2741
2742 #### Lvalues, rvalues and temporaries
2743
2744 Expressions are divided into two main categories: _lvalues_ and _rvalues_.
2745 Likewise within each expression, sub-expressions may occur in _lvalue context_
2746 or _rvalue context_. The evaluation of an expression depends both on its own
2747 category and the context it occurs within.
2748
2749 An lvalue is an expression that represents a memory location. These expressions
2750 are [paths](#path-expressions) (which refer to local variables, function and
2751 method arguments, or static variables), dereferences (`*expr`), [indexing
2752 expressions](#index-expressions) (`expr[expr]`), and [field
2753 references](#field-expressions) (`expr.f`). All other expressions are rvalues.
2754
2755 The left operand of an [assignment](#assignment-expressions) or
2756 [compound-assignment](#compound-assignment-expressions) expression is an lvalue
2757 context, as is the single operand of a unary
2758 [borrow](#unary-operator-expressions). All other expression contexts are
2759 rvalue contexts.
2760
2761 When an lvalue is evaluated in an _lvalue context_, it denotes a memory
2762 location; when evaluated in an _rvalue context_, it denotes the value held _in_
2763 that memory location.
2764
2765 When an rvalue is used in an lvalue context, a temporary un-named lvalue is
2766 created and used instead. A temporary's lifetime equals the largest lifetime
2767 of any reference that points to it.
2768
2769 #### Moved and copied types
2770
2771 When a [local variable](#memory-slots) is used as an
2772 [rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) the variable will either be moved
2773 or copied, depending on its type. For types that contain [owning
2774 pointers](#pointer-types) or values that implement the special trait `Drop`,
2775 the variable is moved. All other types are copied.
2776
2777 ### Literal expressions
2778
2779 A _literal expression_ consists of one of the [literal](#literals) forms
2780 described earlier. It directly describes a number, character, string, boolean
2781 value, or the unit value.
2782
2783 ```{.literals}
2784 ();        // unit type
2785 "hello";   // string type
2786 '5';       // character type
2787 5;         // integer type
2788 ```
2789
2790 ### Path expressions
2791
2792 A [path](#paths) used as an expression context denotes either a local variable
2793 or an item. Path expressions are [lvalues](#lvalues,-rvalues-and-temporaries).
2794
2795 ### Tuple expressions
2796
2797 Tuples are written by enclosing zero or more comma-separated expressions in
2798 parentheses. They are used to create [tuple-typed](#tuple-types) values.
2799
2800 ```{.tuple}
2801 (0,);
2802 (0.0, 4.5);
2803 ("a", 4u, true);
2804 ```
2805
2806 ### Unit expressions
2807
2808 The expression `()` denotes the _unit value_, the only value of the type with
2809 the same name.
2810
2811 ### Structure expressions
2812
2813 ```{.ebnf .gram}
2814 struct_expr : expr_path '{' ident ':' expr
2815                       [ ',' ident ':' expr ] *
2816                       [ ".." expr ] '}' |
2817               expr_path '(' expr
2818                       [ ',' expr ] * ')' |
2819               expr_path ;
2820 ```
2821
2822 There are several forms of structure expressions. A _structure expression_
2823 consists of the [path](#paths) of a [structure item](#structures), followed by
2824 a brace-enclosed list of one or more comma-separated name-value pairs,
2825 providing the field values of a new instance of the structure. A field name
2826 can be any identifier, and is separated from its value expression by a colon.
2827 The location denoted by a structure field is mutable if and only if the
2828 enclosing structure is mutable.
2829
2830 A _tuple structure expression_ consists of the [path](#paths) of a [structure
2831 item](#structures), followed by a parenthesized list of one or more
2832 comma-separated expressions (in other words, the path of a structure item
2833 followed by a tuple expression). The structure item must be a tuple structure
2834 item.
2835
2836 A _unit-like structure expression_ consists only of the [path](#paths) of a
2837 [structure item](#structures).
2838
2839 The following are examples of structure expressions:
2840
2841 ```
2842 # struct Point { x: f64, y: f64 }
2843 # struct TuplePoint(f64, f64);
2844 # mod game { pub struct User<'a> { pub name: &'a str, pub age: uint, pub score: uint } }
2845 # struct Cookie; fn some_fn<T>(t: T) {}
2846 Point {x: 10.0, y: 20.0};
2847 TuplePoint(10.0, 20.0);
2848 let u = game::User {name: "Joe", age: 35, score: 100_000};
2849 some_fn::<Cookie>(Cookie);
2850 ```
2851
2852 A structure expression forms a new value of the named structure type. Note
2853 that for a given *unit-like* structure type, this will always be the same
2854 value.
2855
2856 A structure expression can terminate with the syntax `..` followed by an
2857 expression to denote a functional update. The expression following `..` (the
2858 base) must have the same structure type as the new structure type being formed.
2859 The entire expression denotes the result of constructing a new structure (with
2860 the same type as the base expression) with the given values for the fields that
2861 were explicitly specified and the values in the base expression for all other
2862 fields.
2863
2864 ```
2865 # struct Point3d { x: int, y: int, z: int }
2866 let base = Point3d {x: 1, y: 2, z: 3};
2867 Point3d {y: 0, z: 10, .. base};
2868 ```
2869
2870 ### Block expressions
2871
2872 ```{.ebnf .gram}
2873 block_expr : '{' [ view_item ] *
2874                  [ stmt ';' | item ] *
2875                  [ expr ] '}' ;
2876 ```
2877
2878 A _block expression_ is similar to a module in terms of the declarations that
2879 are possible. Each block conceptually introduces a new namespace scope. View
2880 items can bring new names into scopes and declared items are in scope for only
2881 the block itself.
2882
2883 A block will execute each statement sequentially, and then execute the
2884 expression (if given). If the final expression is omitted, the type and return
2885 value of the block are `()`, but if it is provided, the type and return value
2886 of the block are that of the expression itself.
2887
2888 ### Method-call expressions
2889
2890 ```{.ebnf .gram}
2891 method_call_expr : expr '.' ident paren_expr_list ;
2892 ```
2893
2894 A _method call_ consists of an expression followed by a single dot, an
2895 identifier, and a parenthesized expression-list. Method calls are resolved to
2896 methods on specific traits, either statically dispatching to a method if the
2897 exact `self`-type of the left-hand-side is known, or dynamically dispatching if
2898 the left-hand-side expression is an indirect [object type](#object-types).
2899
2900 ### Field expressions
2901
2902 ```{.ebnf .gram}
2903 field_expr : expr '.' ident ;
2904 ```
2905
2906 A _field expression_ consists of an expression followed by a single dot and an
2907 identifier, when not immediately followed by a parenthesized expression-list
2908 (the latter is a [method call expression](#method-call-expressions)). A field
2909 expression denotes a field of a [structure](#structure-types).
2910
2911 ```{.ignore .field}
2912 mystruct.myfield;
2913 foo().x;
2914 (Struct {a: 10, b: 20}).a;
2915 ```
2916
2917 A field access is an [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) referring to
2918 the value of that field. When the type providing the field inherits mutability,
2919 it can be [assigned](#assignment-expressions) to.
2920
2921 Also, if the type of the expression to the left of the dot is a pointer, it is
2922 automatically dereferenced to make the field access possible.
2923
2924 ### Array expressions
2925
2926 ```{.ebnf .gram}
2927 array_expr : '[' "mut" ? vec_elems? ']' ;
2928
2929 array_elems : [expr [',' expr]*] | [expr ';' expr] ;
2930 ```
2931
2932 An [array](#array,-and-slice-types) _expression_ is written by enclosing zero
2933 or more comma-separated expressions of uniform type in square brackets.
2934
2935 In the `[expr ';' expr]` form, the expression after the `';'` must be a
2936 constant expression that can be evaluated at compile time, such as a
2937 [literal](#literals) or a [static item](#static-items).
2938
2939 ```
2940 [1i, 2, 3, 4];
2941 ["a", "b", "c", "d"];
2942 [0i; 128];             // array with 128 zeros
2943 [0u8, 0u8, 0u8, 0u8];
2944 ```
2945
2946 ### Index expressions
2947
2948 ```{.ebnf .gram}
2949 idx_expr : expr '[' expr ']' ;
2950 ```
2951
2952 [Array](#array,-and-slice-types)-typed expressions can be indexed by
2953 writing a square-bracket-enclosed expression (the index) after them. When the
2954 array is mutable, the resulting [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) can
2955 be assigned to.
2956
2957 Indices are zero-based, and may be of any integral type. Vector access is
2958 bounds-checked at run-time. When the check fails, it will put the thread in a
2959 _panicked state_.
2960
2961 ```{should-fail}
2962 ([1, 2, 3, 4])[0];
2963 (["a", "b"])[10]; // panics
2964 ```
2965
2966 ### Unary operator expressions
2967
2968 Rust defines three unary operators. They are all written as prefix operators,
2969 before the expression they apply to.
2970
2971 * `-`
2972   : Negation. May only be applied to numeric types.
2973 * `*`
2974   : Dereference. When applied to a [pointer](#pointer-types) it denotes the
2975     pointed-to location. For pointers to mutable locations, the resulting
2976     [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) can be assigned to.
2977     On non-pointer types, it calls the `deref` method of the `std::ops::Deref`
2978     trait, or the `deref_mut` method of the `std::ops::DerefMut` trait (if
2979     implemented by the type and required for an outer expression that will or
2980     could mutate the dereference), and produces the result of dereferencing the
2981     `&` or `&mut` borrowed pointer returned from the overload method.
2982
2983 * `!`
2984   : Logical negation. On the boolean type, this flips between `true` and
2985     `false`. On integer types, this inverts the individual bits in the
2986     two's complement representation of the value.
2987
2988 ### Binary operator expressions
2989
2990 ```{.ebnf .gram}
2991 binop_expr : expr binop expr ;
2992 ```
2993
2994 Binary operators expressions are given in terms of [operator
2995 precedence](#operator-precedence).
2996
2997 #### Arithmetic operators
2998
2999 Binary arithmetic expressions are syntactic sugar for calls to built-in traits,
3000 defined in the `std::ops` module of the `std` library. This means that
3001 arithmetic operators can be overridden for user-defined types. The default
3002 meaning of the operators on standard types is given here.
3003
3004 * `+`
3005   : Addition and array/string concatenation.
3006     Calls the `add` method on the `std::ops::Add` trait.
3007 * `-`
3008   : Subtraction.
3009     Calls the `sub` method on the `std::ops::Sub` trait.
3010 * `*`
3011   : Multiplication.
3012     Calls the `mul` method on the `std::ops::Mul` trait.
3013 * `/`
3014   : Quotient.
3015     Calls the `div` method on the `std::ops::Div` trait.
3016 * `%`
3017   : Remainder.
3018     Calls the `rem` method on the `std::ops::Rem` trait.
3019
3020 #### Bitwise operators
3021
3022 Like the [arithmetic operators](#arithmetic-operators), bitwise operators are
3023 syntactic sugar for calls to methods of built-in traits. This means that
3024 bitwise operators can be overridden for user-defined types. The default
3025 meaning of the operators on standard types is given here.
3026
3027 * `&`
3028   : And.
3029     Calls the `bitand` method of the `std::ops::BitAnd` trait.
3030 * `|`
3031   : Inclusive or.
3032     Calls the `bitor` method of the `std::ops::BitOr` trait.
3033 * `^`
3034   : Exclusive or.
3035     Calls the `bitxor` method of the `std::ops::BitXor` trait.
3036 * `<<`
3037   : Logical left shift.
3038     Calls the `shl` method of the `std::ops::Shl` trait.
3039 * `>>`
3040   : Logical right shift.
3041     Calls the `shr` method of the `std::ops::Shr` trait.
3042
3043 #### Lazy boolean operators
3044
3045 The operators `||` and `&&` may be applied to operands of boolean type. The
3046 `||` operator denotes logical 'or', and the `&&` operator denotes logical
3047 'and'. They differ from `|` and `&` in that the right-hand operand is only
3048 evaluated when the left-hand operand does not already determine the result of
3049 the expression. That is, `||` only evaluates its right-hand operand when the
3050 left-hand operand evaluates to `false`, and `&&` only when it evaluates to
3051 `true`.
3052
3053 #### Comparison operators
3054
3055 Comparison operators are, like the [arithmetic
3056 operators](#arithmetic-operators), and [bitwise operators](#bitwise-operators),
3057 syntactic sugar for calls to built-in traits. This means that comparison
3058 operators can be overridden for user-defined types. The default meaning of the
3059 operators on standard types is given here.
3060
3061 * `==`
3062   : Equal to.
3063     Calls the `eq` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
3064 * `!=`
3065   : Unequal to.
3066     Calls the `ne` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
3067 * `<`
3068   : Less than.
3069     Calls the `lt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3070 * `>`
3071   : Greater than.
3072     Calls the `gt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3073 * `<=`
3074   : Less than or equal.
3075     Calls the `le` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3076 * `>=`
3077   : Greater than or equal.
3078     Calls the `ge` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3079
3080 #### Type cast expressions
3081
3082 A type cast expression is denoted with the binary operator `as`.
3083
3084 Executing an `as` expression casts the value on the left-hand side to the type
3085 on the right-hand side.
3086
3087 A numeric value can be cast to any numeric type. A raw pointer value can be
3088 cast to or from any integral type or raw pointer type. Any other cast is
3089 unsupported and will fail to compile.
3090
3091 An example of an `as` expression:
3092
3093 ```
3094 # fn sum(v: &[f64]) -> f64 { 0.0 }
3095 # fn len(v: &[f64]) -> int { 0 }
3096
3097 fn avg(v: &[f64]) -> f64 {
3098   let sum: f64 = sum(v);
3099   let sz: f64 = len(v) as f64;
3100   return sum / sz;
3101 }
3102 ```
3103
3104 #### Assignment expressions
3105
3106 An _assignment expression_ consists of an
3107 [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) expression followed by an equals
3108 sign (`=`) and an [rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) expression.
3109
3110 Evaluating an assignment expression [either copies or
3111 moves](#moved-and-copied-types) its right-hand operand to its left-hand
3112 operand.
3113
3114 ```
3115 # let mut x = 0i;
3116 # let y = 0;
3117
3118 x = y;
3119 ```
3120
3121 #### Compound assignment expressions
3122
3123 The `+`, `-`, `*`, `/`, `%`, `&`, `|`, `^`, `<<`, and `>>` operators may be
3124 composed with the `=` operator. The expression `lval OP= val` is equivalent to
3125 `lval = lval OP val`. For example, `x = x + 1` may be written as `x += 1`.
3126
3127 Any such expression always has the [`unit`](#primitive-types) type.
3128
3129 #### Operator precedence
3130
3131 The precedence of Rust binary operators is ordered as follows, going from
3132 strong to weak:
3133
3134 ```{.text .precedence}
3135 * / %
3136 as
3137 + -
3138 << >>
3139 &
3140 ^
3141 |
3142 < > <= >=
3143 == !=
3144 &&
3145 ||
3146 =
3147 ```
3148
3149 Operators at the same precedence level are evaluated left-to-right. [Unary
3150 operators](#unary-operator-expressions) have the same precedence level and are
3151 stronger than any of the binary operators.
3152
3153 ### Grouped expressions
3154
3155 An expression enclosed in parentheses evaluates to the result of the enclosed
3156 expression. Parentheses can be used to explicitly specify evaluation order
3157 within an expression.
3158
3159 ```{.ebnf .gram}
3160 paren_expr : '(' expr ')' ;
3161 ```
3162
3163 An example of a parenthesized expression:
3164
3165 ```
3166 let x: int = (2 + 3) * 4;
3167 ```
3168
3169
3170 ### Call expressions
3171
3172 ```{.ebnf .gram}
3173 expr_list : [ expr [ ',' expr ]* ] ? ;
3174 paren_expr_list : '(' expr_list ')' ;
3175 call_expr : expr paren_expr_list ;
3176 ```
3177
3178 A _call expression_ invokes a function, providing zero or more input slots and
3179 an optional reference slot to serve as the function's output, bound to the
3180 `lval` on the right hand side of the call. If the function eventually returns,
3181 then the expression completes.
3182
3183 Some examples of call expressions:
3184
3185 ```
3186 # fn add(x: int, y: int) -> int { 0 }
3187
3188 let x: int = add(1, 2);
3189 let pi: Option<f32> = "3.14".parse();
3190 ```
3191
3192 ### Lambda expressions
3193
3194 ```{.ebnf .gram}
3195 ident_list : [ ident [ ',' ident ]* ] ? ;
3196 lambda_expr : '|' ident_list '|' expr ;
3197 ```
3198
3199 A _lambda expression_ (sometimes called an "anonymous function expression")
3200 defines a function and denotes it as a value, in a single expression. A lambda
3201 expression is a pipe-symbol-delimited (`|`) list of identifiers followed by an
3202 expression.
3203
3204 A lambda expression denotes a function that maps a list of parameters
3205 (`ident_list`) onto the expression that follows the `ident_list`. The
3206 identifiers in the `ident_list` are the parameters to the function. These
3207 parameters' types need not be specified, as the compiler infers them from
3208 context.
3209
3210 Lambda expressions are most useful when passing functions as arguments to other
3211 functions, as an abbreviation for defining and capturing a separate function.
3212
3213 Significantly, lambda expressions _capture their environment_, which regular
3214 [function definitions](#functions) do not. The exact type of capture depends
3215 on the [function type](#function-types) inferred for the lambda expression. In
3216 the simplest and least-expensive form (analogous to a ```|| { }``` expression),
3217 the lambda expression captures its environment by reference, effectively
3218 borrowing pointers to all outer variables mentioned inside the function.
3219 Alternately, the compiler may infer that a lambda expression should copy or
3220 move values (depending on their type) from the environment into the lambda
3221 expression's captured environment.
3222
3223 In this example, we define a function `ten_times` that takes a higher-order
3224 function argument, and call it with a lambda expression as an argument:
3225
3226 ```
3227 fn ten_times<F>(f: F) where F: Fn(int) {
3228     let mut i = 0;
3229     while i < 10 {
3230         f(i);
3231         i += 1;
3232     }
3233 }
3234
3235 ten_times(|j| println!("hello, {}", j));
3236 ```
3237
3238 ### While loops
3239
3240 ```{.ebnf .gram}
3241 while_expr : "while" no_struct_literal_expr '{' block '}' ;
3242 ```
3243
3244 A `while` loop begins by evaluating the boolean loop conditional expression.
3245 If the loop conditional expression evaluates to `true`, the loop body block
3246 executes and control returns to the loop conditional expression. If the loop
3247 conditional expression evaluates to `false`, the `while` expression completes.
3248
3249 An example:
3250
3251 ```
3252 let mut i = 0u;
3253
3254 while i < 10 {
3255     println!("hello");
3256     i = i + 1;
3257 }
3258 ```
3259
3260 ### Infinite loops
3261
3262 A `loop` expression denotes an infinite loop.
3263
3264 ```{.ebnf .gram}
3265 loop_expr : [ lifetime ':' ] "loop" '{' block '}';
3266 ```
3267
3268 A `loop` expression may optionally have a _label_. If a label is present, then
3269 labeled `break` and `continue` expressions nested within this loop may exit out
3270 of this loop or return control to its head. See [Break
3271 expressions](#break-expressions) and [Continue
3272 expressions](#continue-expressions).
3273
3274 ### Break expressions
3275
3276 ```{.ebnf .gram}
3277 break_expr : "break" [ lifetime ];
3278 ```
3279
3280 A `break` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3281 executing a `break` expression immediately terminates the innermost loop
3282 enclosing it. It is only permitted in the body of a loop. If the label is
3283 present, then `break foo` terminates the loop with label `foo`, which need not
3284 be the innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3285
3286 ### Continue expressions
3287
3288 ```{.ebnf .gram}
3289 continue_expr : "continue" [ lifetime ];
3290 ```
3291
3292 A `continue` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3293 executing a `continue` expression immediately terminates the current iteration
3294 of the innermost loop enclosing it, returning control to the loop *head*. In
3295 the case of a `while` loop, the head is the conditional expression controlling
3296 the loop. In the case of a `for` loop, the head is the call-expression
3297 controlling the loop. If the label is present, then `continue foo` returns
3298 control to the head of the loop with label `foo`, which need not be the
3299 innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3300
3301 A `continue` expression is only permitted in the body of a loop.
3302
3303 ### For expressions
3304
3305 ```{.ebnf .gram}
3306 for_expr : "for" pat "in" no_struct_literal_expr '{' block '}' ;
3307 ```
3308
3309 A `for` expression is a syntactic construct for looping over elements provided
3310 by an implementation of `std::iter::Iterator`.
3311
3312 An example of a for loop over the contents of an array:
3313
3314 ```
3315 # type Foo = int;
3316 # fn bar(f: Foo) { }
3317 # let a = 0;
3318 # let b = 0;
3319 # let c = 0;
3320
3321 let v: &[Foo] = &[a, b, c];
3322
3323 for e in v.iter() {
3324     bar(*e);
3325 }
3326 ```
3327
3328 An example of a for loop over a series of integers:
3329
3330 ```
3331 # fn bar(b:uint) { }
3332 for i in range(0u, 256) {
3333     bar(i);
3334 }
3335 ```
3336
3337 ### If expressions
3338
3339 ```{.ebnf .gram}
3340 if_expr : "if" no_struct_literal_expr '{' block '}'
3341           else_tail ? ;
3342
3343 else_tail : "else" [ if_expr | if_let_expr
3344                    | '{' block '}' ] ;
3345 ```
3346
3347 An `if` expression is a conditional branch in program control. The form of an
3348 `if` expression is a condition expression, followed by a consequent block, any
3349 number of `else if` conditions and blocks, and an optional trailing `else`
3350 block. The condition expressions must have type `bool`. If a condition
3351 expression evaluates to `true`, the consequent block is executed and any
3352 subsequent `else if` or `else` block is skipped. If a condition expression
3353 evaluates to `false`, the consequent block is skipped and any subsequent `else
3354 if` condition is evaluated. If all `if` and `else if` conditions evaluate to
3355 `false` then any `else` block is executed.
3356
3357 ### Match expressions
3358
3359 ```{.ebnf .gram}
3360 match_expr : "match" no_struct_literal_expr '{' match_arm * '}' ;
3361
3362 match_arm : attribute * match_pat "=>" [ expr "," | '{' block '}' ] ;
3363
3364 match_pat : pat [ '|' pat ] * [ "if" expr ] ? ;
3365 ```
3366
3367 A `match` expression branches on a *pattern*. The exact form of matching that
3368 occurs depends on the pattern. Patterns consist of some combination of
3369 literals, destructured arrays or enum constructors, structures and tuples,
3370 variable binding specifications, wildcards (`..`), and placeholders (`_`). A
3371 `match` expression has a *head expression*, which is the value to compare to
3372 the patterns. The type of the patterns must equal the type of the head
3373 expression.
3374
3375 In a pattern whose head expression has an `enum` type, a placeholder (`_`)
3376 stands for a *single* data field, whereas a wildcard `..` stands for *all* the
3377 fields of a particular variant. For example:
3378
3379 ```
3380 #![feature(box_syntax)]
3381 enum List<X> { Nil, Cons(X, Box<List<X>>) }
3382
3383 fn main() {
3384     let x: List<int> = List::Cons(10, box List::Cons(11, box List::Nil));
3385
3386     match x {
3387         List::Cons(_, box List::Nil) => panic!("singleton list"),
3388         List::Cons(..)               => return,
3389         List::Nil                    => panic!("empty list")
3390     }
3391 }
3392 ```
3393
3394 The first pattern matches lists constructed by applying `Cons` to any head
3395 value, and a tail value of `box Nil`. The second pattern matches _any_ list
3396 constructed with `Cons`, ignoring the values of its arguments. The difference
3397 between `_` and `..` is that the pattern `C(_)` is only type-correct if `C` has
3398 exactly one argument, while the pattern `C(..)` is type-correct for any enum
3399 variant `C`, regardless of how many arguments `C` has.
3400
3401 Used inside an array pattern, `..` stands for any number of elements, when the
3402 `advanced_slice_patterns` feature gate is turned on. This wildcard can be used
3403 at most once for a given array, which implies that it cannot be used to
3404 specifically match elements that are at an unknown distance from both ends of a
3405 array, like `[.., 42, ..]`. If followed by a variable name, it will bind the
3406 corresponding slice to the variable. Example:
3407
3408 ```
3409 # #![feature(advanced_slice_patterns)]
3410 fn is_symmetric(list: &[uint]) -> bool {
3411     match list {
3412         [] | [_]                   => true,
3413         [x, inside.., y] if x == y => is_symmetric(inside),
3414         _                          => false
3415     }
3416 }
3417
3418 fn main() {
3419     let sym     = &[0, 1, 4, 2, 4, 1, 0];
3420     let not_sym = &[0, 1, 7, 2, 4, 1, 0];
3421     assert!(is_symmetric(sym));
3422     assert!(!is_symmetric(not_sym));
3423 }
3424 ```
3425
3426 A `match` behaves differently depending on whether or not the head expression
3427 is an [lvalue or an rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries). If the head
3428 expression is an rvalue, it is first evaluated into a temporary location, and
3429 the resulting value is sequentially compared to the patterns in the arms until
3430 a match is found. The first arm with a matching pattern is chosen as the branch
3431 target of the `match`, any variables bound by the pattern are assigned to local
3432 variables in the arm's block, and control enters the block.
3433
3434 When the head expression is an lvalue, the match does not allocate a temporary
3435 location (however, a by-value binding may copy or move from the lvalue). When
3436 possible, it is preferable to match on lvalues, as the lifetime of these
3437 matches inherits the lifetime of the lvalue, rather than being restricted to
3438 the inside of the match.
3439
3440 An example of a `match` expression:
3441
3442 ```
3443 #![feature(box_syntax)]
3444 # fn process_pair(a: int, b: int) { }
3445 # fn process_ten() { }
3446
3447 enum List<X> { Nil, Cons(X, Box<List<X>>) }
3448
3449 fn main() {
3450     let x: List<int> = List::Cons(10, box List::Cons(11, box List::Nil));
3451
3452     match x {
3453         List::Cons(a, box List::Cons(b, _)) => {
3454             process_pair(a, b);
3455         }
3456         List::Cons(10, _) => {
3457             process_ten();
3458         }
3459         List::Nil => {
3460             return;
3461         }
3462         _ => {
3463             panic!();
3464         }
3465     }
3466 }
3467 ```
3468
3469 Patterns that bind variables default to binding to a copy or move of the
3470 matched value (depending on the matched value's type). This can be changed to
3471 bind to a reference by using the `ref` keyword, or to a mutable reference using
3472 `ref mut`.
3473
3474 Subpatterns can also be bound to variables by the use of the syntax `variable @
3475 subpattern`. For example:
3476
3477 ```
3478 #![feature(box_syntax)]
3479
3480 enum List { Nil, Cons(uint, Box<List>) }
3481
3482 fn is_sorted(list: &List) -> bool {
3483     match *list {
3484         List::Nil | List::Cons(_, box List::Nil) => true,
3485         List::Cons(x, ref r @ box List::Cons(_, _)) => {
3486             match *r {
3487                 box List::Cons(y, _) => (x <= y) && is_sorted(&**r),
3488                 _ => panic!()
3489             }
3490         }
3491     }
3492 }
3493
3494 fn main() {
3495     let a = List::Cons(6, box List::Cons(7, box List::Cons(42, box List::Nil)));
3496     assert!(is_sorted(&a));
3497 }
3498
3499 ```
3500
3501 Patterns can also dereference pointers by using the `&`, `&mut` and `box`
3502 symbols, as appropriate. For example, these two matches on `x: &int` are
3503 equivalent:
3504
3505 ```
3506 # let x = &3i;
3507 let y = match *x { 0 => "zero", _ => "some" };
3508 let z = match x { &0 => "zero", _ => "some" };
3509
3510 assert_eq!(y, z);
3511 ```
3512
3513 A pattern that's just an identifier, like `Nil` in the previous example, could
3514 either refer to an enum variant that's in scope, or bind a new variable. The
3515 compiler resolves this ambiguity by forbidding variable bindings that occur in
3516 `match` patterns from shadowing names of variants that are in scope. For
3517 example, wherever `List` is in scope, a `match` pattern would not be able to
3518 bind `Nil` as a new name. The compiler interprets a variable pattern `x` as a
3519 binding _only_ if there is no variant named `x` in scope. A convention you can
3520 use to avoid conflicts is simply to name variants with upper-case letters, and
3521 local variables with lower-case letters.
3522
3523 Multiple match patterns may be joined with the `|` operator. A range of values
3524 may be specified with `...`. For example:
3525
3526 ```
3527 # let x = 2i;
3528
3529 let message = match x {
3530   0 | 1  => "not many",
3531   2 ... 9 => "a few",
3532   _      => "lots"
3533 };
3534 ```
3535
3536 Range patterns only work on scalar types (like integers and characters; not
3537 like arrays and structs, which have sub-components). A range pattern may not
3538 be a sub-range of another range pattern inside the same `match`.
3539
3540 Finally, match patterns can accept *pattern guards* to further refine the
3541 criteria for matching a case. Pattern guards appear after the pattern and
3542 consist of a bool-typed expression following the `if` keyword. A pattern guard
3543 may refer to the variables bound within the pattern they follow.
3544
3545 ```
3546 # let maybe_digit = Some(0);
3547 # fn process_digit(i: int) { }
3548 # fn process_other(i: int) { }
3549
3550 let message = match maybe_digit {
3551   Some(x) if x < 10 => process_digit(x),
3552   Some(x) => process_other(x),
3553   None => panic!()
3554 };
3555 ```
3556
3557 ### If let expressions
3558
3559 ```{.ebnf .gram}
3560 if_let_expr : "if" "let" pat '=' expr '{' block '}'
3561                else_tail ? ;
3562 else_tail : "else" [ if_expr | if_let_expr | '{' block '}' ] ;
3563 ```
3564
3565 An `if let` expression is semantically identical to an `if` expression but in place
3566 of a condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3567 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the corresponding
3568 block will execute, otherwise flow proceeds to the first `else` block that follows.
3569
3570 ### While let loops
3571
3572 ```{.ebnf .gram}
3573 while_let_expr : "while" "let" pat '=' expr '{' block '}' ;
3574 ```
3575
3576 A `while let` loop is semantically identical to a `while` loop but in place of a
3577 condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3578 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the
3579 loop body block executes and control returns to the pattern matching statement.
3580 Otherwise, the while expression completes.
3581
3582 ### Return expressions
3583
3584 ```{.ebnf .gram}
3585 return_expr : "return" expr ? ;
3586 ```
3587
3588 Return expressions are denoted with the keyword `return`. Evaluating a `return`
3589 expression moves its argument into the output slot of the current function,
3590 destroys the current function activation frame, and transfers control to the
3591 caller frame.
3592
3593 An example of a `return` expression:
3594
3595 ```
3596 fn max(a: int, b: int) -> int {
3597    if a > b {
3598       return a;
3599    }
3600    return b;
3601 }
3602 ```
3603
3604 # Type system
3605
3606 ## Types
3607
3608 Every slot, item and value in a Rust program has a type. The _type_ of a
3609 *value* defines the interpretation of the memory holding it.
3610
3611 Built-in types and type-constructors are tightly integrated into the language,
3612 in nontrivial ways that are not possible to emulate in user-defined types.
3613 User-defined types have limited capabilities.
3614
3615 ### Primitive types
3616
3617 The primitive types are the following:
3618
3619 * The "unit" type `()`, having the single "unit" value `()` (occasionally called
3620   "nil"). [^unittype]
3621 * The boolean type `bool` with values `true` and `false`.
3622 * The machine types.
3623 * The machine-dependent integer and floating-point types.
3624
3625 [^unittype]: The "unit" value `()` is *not* a sentinel "null pointer" value for
3626     reference slots; the "unit" type is the implicit return type from functions
3627     otherwise lacking a return type, and can be used in other contexts (such as
3628     message-sending or type-parametric code) as a zero-size type.]
3629
3630 #### Machine types
3631
3632 The machine types are the following:
3633
3634 * The unsigned word types `u8`, `u16`, `u32` and `u64`, with values drawn from
3635   the integer intervals [0, 2^8 - 1], [0, 2^16 - 1], [0, 2^32 - 1] and
3636   [0, 2^64 - 1] respectively.
3637
3638 * The signed two's complement word types `i8`, `i16`, `i32` and `i64`, with
3639   values drawn from the integer intervals [-(2^(7)), 2^7 - 1],
3640   [-(2^(15)), 2^15 - 1], [-(2^(31)), 2^31 - 1], [-(2^(63)), 2^63 - 1]
3641   respectively.
3642
3643 * The IEEE 754-2008 `binary32` and `binary64` floating-point types: `f32` and
3644   `f64`, respectively.
3645
3646 #### Machine-dependent integer types
3647
3648 The `uint` type is an unsigned integer type with the same number of bits as the
3649 platform's pointer type. It can represent every memory address in the process.
3650
3651 The `int` type is a signed integer type with the same number of bits as the
3652 platform's pointer type. The theoretical upper bound on object and array size
3653 is the maximum `int` value. This ensures that `int` can be used to calculate
3654 differences between pointers into an object or array and can address every byte
3655 within an object along with one byte past the end.
3656
3657 ### Textual types
3658
3659 The types `char` and `str` hold textual data.
3660
3661 A value of type `char` is a [Unicode scalar value](
3662 http://www.unicode.org/glossary/#unicode_scalar_value) (i.e. a code point that
3663 is not a surrogate), represented as a 32-bit unsigned word in the 0x0000 to
3664 0xD7FF or 0xE000 to 0x10FFFF range. A `[char]` array is effectively an UCS-4 /
3665 UTF-32 string.
3666
3667 A value of type `str` is a Unicode string, represented as an array of 8-bit
3668 unsigned bytes holding a sequence of UTF-8 codepoints. Since `str` is of
3669 unknown size, it is not a _first-class_ type, but can only be instantiated
3670 through a pointer type, such as `&str` or `String`.
3671
3672 ### Tuple types
3673
3674 A tuple *type* is a heterogeneous product of other types, called the *elements*
3675 of the tuple. It has no nominal name and is instead structurally typed.
3676
3677 Tuple types and values are denoted by listing the types or values of their
3678 elements, respectively, in a parenthesized, comma-separated list.
3679
3680 Because tuple elements don't have a name, they can only be accessed by
3681 pattern-matching.
3682
3683 The members of a tuple are laid out in memory contiguously, in order specified
3684 by the tuple type.
3685
3686 An example of a tuple type and its use:
3687
3688 ```
3689 type Pair<'a> = (int, &'a str);
3690 let p: Pair<'static> = (10, "hello");
3691 let (a, b) = p;
3692 assert!(b != "world");
3693 ```
3694
3695 ### Array, and Slice types
3696
3697 Rust has two different types for a list of items:
3698
3699 * `[T; N]`, an 'array'.
3700 * `&[T]`, a 'slice'.
3701
3702 An array has a fixed size, and can be allocated on either the stack or the
3703 heap.
3704
3705 A slice is a 'view' into an array. It doesn't own the data it points
3706 to, it borrows it.
3707
3708 An example of each kind:
3709
3710 ```{rust}
3711 let vec: Vec<i32> = vec![1, 2, 3];
3712 let arr: [i32; 3] = [1, 2, 3];
3713 let s: &[i32] = vec.as_slice();
3714 ```
3715
3716 As you can see, the `vec!` macro allows you to create a `Vec<T>` easily. The
3717 `vec!` macro is also part of the standard library, rather than the language.
3718
3719 All in-bounds elements of arrays, and slices are always initialized, and access
3720 to an array or slice is always bounds-checked.
3721
3722 ### Structure types
3723
3724 A `struct` *type* is a heterogeneous product of other types, called the
3725 *fields* of the type.[^structtype]
3726
3727 [^structtype]: `struct` types are analogous `struct` types in C,
3728     the *record* types of the ML family,
3729     or the *structure* types of the Lisp family.
3730
3731 New instances of a `struct` can be constructed with a [struct
3732 expression](#structure-expressions).
3733
3734 The memory layout of a `struct` is undefined by default to allow for compiler
3735 optimizations like field reordering, but it can be fixed with the
3736 `#[repr(...)]` attribute. In either case, fields may be given in any order in
3737 a corresponding struct *expression*; the resulting `struct` value will always
3738 have the same memory layout.
3739
3740 The fields of a `struct` may be qualified by [visibility
3741 modifiers](#re-exporting-and-visibility), to allow access to data in a
3742 structure outside a module.
3743
3744 A _tuple struct_ type is just like a structure type, except that the fields are
3745 anonymous.
3746
3747 A _unit-like struct_ type is like a structure type, except that it has no
3748 fields. The one value constructed by the associated [structure
3749 expression](#structure-expressions) is the only value that inhabits such a
3750 type.
3751
3752 ### Enumerated types
3753
3754 An *enumerated type* is a nominal, heterogeneous disjoint union type, denoted
3755 by the name of an [`enum` item](#enumerations). [^enumtype]
3756
3757 [^enumtype]: The `enum` type is analogous to a `data` constructor declaration in
3758              ML, or a *pick ADT* in Limbo.
3759
3760 An [`enum` item](#enumerations) declares both the type and a number of *variant
3761 constructors*, each of which is independently named and takes an optional tuple
3762 of arguments.
3763
3764 New instances of an `enum` can be constructed by calling one of the variant
3765 constructors, in a [call expression](#call-expressions).
3766
3767 Any `enum` value consumes as much memory as the largest variant constructor for
3768 its corresponding `enum` type.
3769
3770 Enum types cannot be denoted *structurally* as types, but must be denoted by
3771 named reference to an [`enum` item](#enumerations).
3772
3773 ### Recursive types
3774
3775 Nominal types &mdash; [enumerations](#enumerated-types) and
3776 [structures](#structure-types) &mdash; may be recursive. That is, each `enum`
3777 constructor or `struct` field may refer, directly or indirectly, to the
3778 enclosing `enum` or `struct` type itself. Such recursion has restrictions:
3779
3780 * Recursive types must include a nominal type in the recursion
3781   (not mere [type definitions](#type-definitions),
3782    or other structural types such as [arrays](#array,-and-slice-types) or [tuples](#tuple-types)).
3783 * A recursive `enum` item must have at least one non-recursive constructor
3784   (in order to give the recursion a basis case).
3785 * The size of a recursive type must be finite;
3786   in other words the recursive fields of the type must be [pointer types](#pointer-types).
3787 * Recursive type definitions can cross module boundaries, but not module *visibility* boundaries,
3788   or crate boundaries (in order to simplify the module system and type checker).
3789
3790 An example of a *recursive* type and its use:
3791
3792 ```
3793 enum List<T> {
3794     Nil,
3795     Cons(T, Box<List<T>>)
3796 }
3797
3798 let a: List<i32> = List::Cons(7, Box::new(List::Cons(13, Box::new(List::Nil))));
3799 ```
3800
3801 ### Pointer types
3802
3803 All pointers in Rust are explicit first-class values. They can be copied,
3804 stored into data structures, and returned from functions. There are two
3805 varieties of pointer in Rust:
3806
3807 * References (`&`)
3808   : These point to memory _owned by some other value_.
3809     A reference type is written `&type` for some lifetime-variable `f`,
3810     or just `&'a type` when you need an explicit lifetime.
3811     Copying a reference is a "shallow" operation:
3812     it involves only copying the pointer itself.
3813     Releasing a reference typically has no effect on the value it points to,
3814     with the exception of temporary values, which are released when the last
3815     reference to them is released.
3816
3817 * Raw pointers (`*`)
3818   : Raw pointers are pointers without safety or liveness guarantees.
3819     Raw pointers are written as `*const T` or `*mut T`,
3820     for example `*const int` means a raw pointer to an integer.
3821     Copying or dropping a raw pointer has no effect on the lifecycle of any
3822     other value. Dereferencing a raw pointer or converting it to any other
3823     pointer type is an [`unsafe` operation](#unsafe-functions).
3824     Raw pointers are generally discouraged in Rust code;
3825     they exist to support interoperability with foreign code,
3826     and writing performance-critical or low-level functions.
3827
3828 The standard library contains additional 'smart pointer' types beyond references
3829 and raw pointers.
3830
3831 ### Function types
3832
3833 The function type constructor `fn` forms new function types. A function type
3834 consists of a possibly-empty set of function-type modifiers (such as `unsafe`
3835 or `extern`), a sequence of input types and an output type.
3836
3837 An example of a `fn` type:
3838
3839 ```
3840 fn add(x: int, y: int) -> int {
3841   return x + y;
3842 }
3843
3844 let mut x = add(5,7);
3845
3846 type Binop = fn(int, int) -> int;
3847 let bo: Binop = add;
3848 x = bo(5,7);
3849 ```
3850
3851 ### Closure types
3852
3853 ```{.ebnf .notation}
3854 closure_type := [ 'unsafe' ] [ '<' lifetime-list '>' ] '|' arg-list '|'
3855                 [ ':' bound-list ] [ '->' type ]
3856 lifetime-list := lifetime | lifetime ',' lifetime-list
3857 arg-list := ident ':' type | ident ':' type ',' arg-list
3858 bound-list := bound | bound '+' bound-list
3859 bound := path | lifetime
3860 ```
3861
3862 The type of a closure mapping an input of type `A` to an output of type `B` is
3863 `|A| -> B`. A closure with no arguments or return values has type `||`.
3864
3865 An example of creating and calling a closure:
3866
3867 ```rust
3868 let captured_var = 10i;
3869
3870 let closure_no_args = |&:| println!("captured_var={}", captured_var);
3871
3872 let closure_args = |&: arg: int| -> int {
3873   println!("captured_var={}, arg={}", captured_var, arg);
3874   arg // Note lack of semicolon after 'arg'
3875 };
3876
3877 fn call_closure<F: Fn(), G: Fn(int) -> int>(c1: F, c2: G) {
3878   c1();
3879   c2(2);
3880 }
3881
3882 call_closure(closure_no_args, closure_args);
3883
3884 ```
3885
3886 ### Object types
3887
3888 Every trait item (see [traits](#traits)) defines a type with the same name as
3889 the trait. This type is called the _object type_ of the trait. Object types
3890 permit "late binding" of methods, dispatched using _virtual method tables_
3891 ("vtables"). Whereas most calls to trait methods are "early bound" (statically
3892 resolved) to specific implementations at compile time, a call to a method on an
3893 object type is only resolved to a vtable entry at compile time. The actual
3894 implementation for each vtable entry can vary on an object-by-object basis.
3895
3896 Given a pointer-typed expression `E` of type `&T` or `Box<T>`, where `T`
3897 implements trait `R`, casting `E` to the corresponding pointer type `&R` or
3898 `Box<R>` results in a value of the _object type_ `R`. This result is
3899 represented as a pair of pointers: the vtable pointer for the `T`
3900 implementation of `R`, and the pointer value of `E`.
3901
3902 An example of an object type:
3903
3904 ```
3905 trait Printable {
3906   fn stringify(&self) -> String;
3907 }
3908
3909 impl Printable for int {
3910   fn stringify(&self) -> String { self.to_string() }
3911 }
3912
3913 fn print(a: Box<Printable>) {
3914    println!("{}", a.stringify());
3915 }
3916
3917 fn main() {
3918    print(Box::new(10i) as Box<Printable>);
3919 }
3920 ```
3921
3922 In this example, the trait `Printable` occurs as an object type in both the
3923 type signature of `print`, and the cast expression in `main`.
3924
3925 ### Type parameters
3926
3927 Within the body of an item that has type parameter declarations, the names of
3928 its type parameters are types:
3929
3930 ```ignore
3931 fn map<A: Clone, B: Clone>(f: |A| -> B, xs: &[A]) -> Vec<B> {
3932     if xs.len() == 0 {
3933        return vec![];
3934     }
3935     let first: B = f(xs[0].clone());
3936     let mut rest: Vec<B> = map(f, xs.slice(1, xs.len()));
3937     rest.insert(0, first);
3938     return rest;
3939 }
3940 ```
3941
3942 Here, `first` has type `B`, referring to `map`'s `B` type parameter; and `rest`
3943 has type `Vec<B>`, a vector type with element type `B`.
3944
3945 ### Self types
3946
3947 The special type `self` has a meaning within methods inside an impl item. It
3948 refers to the type of the implicit `self` argument. For example, in:
3949
3950 ```
3951 trait Printable {
3952   fn make_string(&self) -> String;
3953 }
3954
3955 impl Printable for String {
3956     fn make_string(&self) -> String {
3957         (*self).clone()
3958     }
3959 }
3960 ```
3961
3962 `self` refers to the value of type `String` that is the receiver for a call to
3963 the method `make_string`.
3964
3965 ## Type kinds
3966
3967 Types in Rust are categorized into kinds, based on various properties of the
3968 components of the type. The kinds are:
3969
3970 * `Send`
3971   : Types of this kind can be safely sent between threads.
3972     This kind includes scalars, boxes, procs, and
3973     structural types containing only other owned types.
3974     All `Send` types are `'static`.
3975 * `Copy`
3976   : Types of this kind consist of "Plain Old Data"
3977     which can be copied by simply moving bits.
3978     All values of this kind can be implicitly copied.
3979     This kind includes scalars and immutable references,
3980     as well as structural types containing other `Copy` types.
3981 * `'static`
3982   : Types of this kind do not contain any references (except for
3983     references with the `static` lifetime, which are allowed).
3984     This can be a useful guarantee for code
3985     that breaks borrowing assumptions
3986     using [`unsafe` operations](#unsafe-functions).
3987 * `Drop`
3988   : This is not strictly a kind,
3989     but its presence interacts with kinds:
3990     the `Drop` trait provides a single method `drop`
3991     that takes no parameters,
3992     and is run when values of the type are dropped.
3993     Such a method is called a "destructor",
3994     and are always executed in "top-down" order:
3995     a value is completely destroyed
3996     before any of the values it owns run their destructors.
3997     Only `Send` types can implement `Drop`.
3998
3999 * _Default_
4000   : Types with destructors, closure environments,
4001     and various other _non-first-class_ types,
4002     are not copyable at all.
4003     Such types can usually only be accessed through pointers,
4004     or in some cases, moved between mutable locations.
4005
4006 Kinds can be supplied as _bounds_ on type parameters, like traits, in which
4007 case the parameter is constrained to types satisfying that kind.
4008
4009 By default, type parameters do not carry any assumed kind-bounds at all. When
4010 instantiating a type parameter, the kind bounds on the parameter are checked to
4011 be the same or narrower than the kind of the type that it is instantiated with.
4012
4013 Sending operations are not part of the Rust language, but are implemented in
4014 the library. Generic functions that send values bound the kind of these values
4015 to sendable.
4016
4017 # Memory and concurrency models
4018
4019 Rust has a memory model centered around concurrently-executing _threads_. Thus
4020 its memory model and its concurrency model are best discussed simultaneously,
4021 as parts of each only make sense when considered from the perspective of the
4022 other.
4023
4024 When reading about the memory model, keep in mind that it is partitioned in
4025 order to support threads; and when reading about threads, keep in mind that their
4026 isolation and communication mechanisms are only possible due to the ownership
4027 and lifetime semantics of the memory model.
4028
4029 ## Memory model
4030
4031 A Rust program's memory consists of a static set of *items*, a set of
4032 [threads](#threads) each with its own *stack*, and a *heap*. Immutable portions of
4033 the heap may be shared between threads, mutable portions may not.
4034
4035 Allocations in the stack consist of *slots*, and allocations in the heap
4036 consist of *boxes*.
4037
4038 ### Memory allocation and lifetime
4039
4040 The _items_ of a program are those functions, modules and types that have their
4041 value calculated at compile-time and stored uniquely in the memory image of the
4042 rust process. Items are neither dynamically allocated nor freed.
4043
4044 A thread's _stack_ consists of activation frames automatically allocated on entry
4045 to each function as the thread executes. A stack allocation is reclaimed when
4046 control leaves the frame containing it.
4047
4048 The _heap_ is a general term that describes boxes.  The lifetime of an
4049 allocation in the heap depends on the lifetime of the box values pointing to
4050 it. Since box values may themselves be passed in and out of frames, or stored
4051 in the heap, heap allocations may outlive the frame they are allocated within.
4052
4053 ### Memory ownership
4054
4055 A thread owns all memory it can *safely* reach through local variables, as well
4056 as boxes and references.
4057
4058 When a thread sends a value that has the `Send` trait to another thread, it loses
4059 ownership of the value sent and can no longer refer to it. This is statically
4060 guaranteed by the combined use of "move semantics", and the compiler-checked
4061 _meaning_ of the `Send` trait: it is only instantiated for (transitively)
4062 sendable kinds of data constructor and pointers, never including references.
4063
4064 When a stack frame is exited, its local allocations are all released, and its
4065 references to boxes are dropped.
4066
4067 When a thread finishes, its stack is necessarily empty and it therefore has no
4068 references to any boxes; the remainder of its heap is immediately freed.
4069
4070 ### Memory slots
4071
4072 A thread's stack contains slots.
4073
4074 A _slot_ is a component of a stack frame, either a function parameter, a
4075 [temporary](#lvalues,-rvalues-and-temporaries), or a local variable.
4076
4077 A _local variable_ (or *stack-local* allocation) holds a value directly,
4078 allocated within the stack's memory. The value is a part of the stack frame.
4079
4080 Local variables are immutable unless declared otherwise like: `let mut x = ...`.
4081
4082 Function parameters are immutable unless declared with `mut`. The `mut` keyword
4083 applies only to the following parameter (so `|mut x, y|` and `fn f(mut x:
4084 Box<int>, y: Box<int>)` declare one mutable variable `x` and one immutable
4085 variable `y`).
4086
4087 Methods that take either `self` or `Box<Self>` can optionally place them in a
4088 mutable slot by prefixing them with `mut` (similar to regular arguments):
4089
4090 ```
4091 trait Changer {
4092     fn change(mut self) -> Self;
4093     fn modify(mut self: Box<Self>) -> Box<Self>;
4094 }
4095 ```
4096
4097 Local variables are not initialized when allocated; the entire frame worth of
4098 local variables are allocated at once, on frame-entry, in an uninitialized
4099 state. Subsequent statements within a function may or may not initialize the
4100 local variables. Local variables can be used only after they have been
4101 initialized; this is enforced by the compiler.
4102
4103 ### Boxes
4104
4105 A _box_ is a reference to a heap allocation holding another value, which is
4106 constructed by the prefix operator `box`. When the standard library is in use,
4107 the type of a box is `std::owned::Box<T>`.
4108
4109 An example of a box type and value:
4110
4111 ```
4112 let x: Box<int> = Box::new(10);
4113 ```
4114
4115 Box values exist in 1:1 correspondence with their heap allocation, copying a
4116 box value makes a shallow copy of the pointer. Rust will consider a shallow
4117 copy of a box to move ownership of the value. After a value has been moved,
4118 the source location cannot be used unless it is reinitialized.
4119
4120 ```
4121 let x: Box<int> = Box::new(10);
4122 let y = x;
4123 // attempting to use `x` will result in an error here
4124 ```
4125
4126 ## Threads
4127
4128 Rust's primary concurrency mechanism is called a **thread**.
4129
4130 ### Communication between threads
4131
4132 Rust threads are isolated and generally unable to interfere with one another's
4133 memory directly, except through [`unsafe` code](#unsafe-functions).  All
4134 contact between threads is mediated by safe forms of ownership transfer, and data
4135 races on memory are prohibited by the type system.
4136
4137 When you wish to send data between threads, the values are restricted to the
4138 [`Send` type-kind](#type-kinds). Restricting communication interfaces to this
4139 kind ensures that no references move between threads. Thus access to an entire
4140 data structure can be mediated through its owning "root" value; no further
4141 locking or copying is required to avoid data races within the substructure of
4142 such a value.
4143
4144 ### Thread
4145
4146 The _lifecycle_ of a threads consists of a finite set of states and events that
4147 cause transitions between the states. The lifecycle states of a thread are:
4148
4149 * running
4150 * blocked
4151 * panicked
4152 * dead
4153
4154 A thread begins its lifecycle &mdash; once it has been spawned &mdash; in the
4155 *running* state. In this state it executes the statements of its entry
4156 function, and any functions called by the entry function.
4157
4158 A thread may transition from the *running* state to the *blocked* state any time
4159 it makes a blocking communication call. When the call can be completed &mdash;
4160 when a message arrives at a sender, or a buffer opens to receive a message
4161 &mdash; then the blocked thread will unblock and transition back to *running*.
4162
4163 A thread may transition to the *panicked* state at any time, due being killed by
4164 some external event or internally, from the evaluation of a `panic!()` macro.
4165 Once *panicking*, a thread unwinds its stack and transitions to the *dead* state.
4166 Unwinding the stack of a thread is done by the thread itself, on its own control
4167 stack. If a value with a destructor is freed during unwinding, the code for the
4168 destructor is run, also on the thread's control stack. Running the destructor
4169 code causes a temporary transition to a *running* state, and allows the
4170 destructor code to cause any subsequent state transitions. The original thread
4171 of unwinding and panicking thereby may suspend temporarily, and may involve
4172 (recursive) unwinding of the stack of a failed destructor. Nonetheless, the
4173 outermost unwinding activity will continue until the stack is unwound and the
4174 thread transitions to the *dead* state. There is no way to "recover" from thread
4175 panics. Once a thread has temporarily suspended its unwinding in the *panicking*
4176 state, a panic occurring from within this destructor results in *hard* panic.
4177 A hard panic currently results in the process aborting.
4178
4179 A thread in the *dead* state cannot transition to other states; it exists only to
4180 have its termination status inspected by other threads, and/or to await
4181 reclamation when the last reference to it drops.
4182
4183 # Runtime services, linkage and debugging
4184
4185 The Rust _runtime_ is a relatively compact collection of Rust code that
4186 provides fundamental services and datatypes to all Rust threads at run-time. It
4187 is smaller and simpler than many modern language runtimes. It is tightly
4188 integrated into the language's execution model of memory, threads, communication
4189 and logging.
4190
4191 ### Memory allocation
4192
4193 The runtime memory-management system is based on a _service-provider
4194 interface_, through which the runtime requests blocks of memory from its
4195 environment and releases them back to its environment when they are no longer
4196 needed. The default implementation of the service-provider interface consists
4197 of the C runtime functions `malloc` and `free`.
4198
4199 The runtime memory-management system, in turn, supplies Rust threads with
4200 facilities for allocating releasing stacks, as well as allocating and freeing
4201 heap data.
4202
4203 ### Built in types
4204
4205 The runtime provides C and Rust code to assist with various built-in types,
4206 such as arrays, strings, and the low level communication system (ports,
4207 channels, threads).
4208
4209 Support for other built-in types such as simple types, tuples and enums is
4210 open-coded by the Rust compiler.
4211
4212 ### Thread scheduling and communication
4213
4214 The runtime provides code to manage inter-thread communication. This includes
4215 the system of thread-lifecycle state transitions depending on the contents of
4216 queues, as well as code to copy values between queues and their recipients and
4217 to serialize values for transmission over operating-system inter-process
4218 communication facilities.
4219
4220 ### Linkage
4221
4222 The Rust compiler supports various methods to link crates together both
4223 statically and dynamically. This section will explore the various methods to
4224 link Rust crates together, and more information about native libraries can be
4225 found in the [ffi section of the book][ffi].
4226
4227 In one session of compilation, the compiler can generate multiple artifacts
4228 through the usage of either command line flags or the `crate_type` attribute.
4229 If one or more command line flag is specified, all `crate_type` attributes will
4230 be ignored in favor of only building the artifacts specified by command line.
4231
4232 * `--crate-type=bin`, `#[crate_type = "bin"]` - A runnable executable will be
4233   produced. This requires that there is a `main` function in the crate which
4234   will be run when the program begins executing. This will link in all Rust and
4235   native dependencies, producing a distributable binary.
4236
4237 * `--crate-type=lib`, `#[crate_type = "lib"]` - A Rust library will be produced.
4238   This is an ambiguous concept as to what exactly is produced because a library
4239   can manifest itself in several forms. The purpose of this generic `lib` option
4240   is to generate the "compiler recommended" style of library. The output library
4241   will always be usable by rustc, but the actual type of library may change from
4242   time-to-time. The remaining output types are all different flavors of
4243   libraries, and the `lib` type can be seen as an alias for one of them (but the
4244   actual one is compiler-defined).
4245
4246 * `--crate-type=dylib`, `#[crate_type = "dylib"]` - A dynamic Rust library will
4247   be produced. This is different from the `lib` output type in that this forces
4248   dynamic library generation. The resulting dynamic library can be used as a
4249   dependency for other libraries and/or executables. This output type will
4250   create `*.so` files on linux, `*.dylib` files on osx, and `*.dll` files on
4251   windows.
4252
4253 * `--crate-type=staticlib`, `#[crate_type = "staticlib"]` - A static system
4254   library will be produced. This is different from other library outputs in that
4255   the Rust compiler will never attempt to link to `staticlib` outputs. The
4256   purpose of this output type is to create a static library containing all of
4257   the local crate's code along with all upstream dependencies. The static
4258   library is actually a `*.a` archive on linux and osx and a `*.lib` file on
4259   windows. This format is recommended for use in situations such as linking
4260   Rust code into an existing non-Rust application because it will not have
4261   dynamic dependencies on other Rust code.
4262
4263 * `--crate-type=rlib`, `#[crate_type = "rlib"]` - A "Rust library" file will be
4264   produced. This is used as an intermediate artifact and can be thought of as a
4265   "static Rust library". These `rlib` files, unlike `staticlib` files, are
4266   interpreted by the Rust compiler in future linkage. This essentially means
4267   that `rustc` will look for metadata in `rlib` files like it looks for metadata
4268   in dynamic libraries. This form of output is used to produce statically linked
4269   executables as well as `staticlib` outputs.
4270
4271 Note that these outputs are stackable in the sense that if multiple are
4272 specified, then the compiler will produce each form of output at once without
4273 having to recompile. However, this only applies for outputs specified by the
4274 same method. If only `crate_type` attributes are specified, then they will all
4275 be built, but if one or more `--crate-type` command line flag is specified,
4276 then only those outputs will be built.
4277
4278 With all these different kinds of outputs, if crate A depends on crate B, then
4279 the compiler could find B in various different forms throughout the system. The
4280 only forms looked for by the compiler, however, are the `rlib` format and the
4281 dynamic library format. With these two options for a dependent library, the
4282 compiler must at some point make a choice between these two formats. With this
4283 in mind, the compiler follows these rules when determining what format of
4284 dependencies will be used:
4285
4286 1. If a static library is being produced, all upstream dependencies are
4287    required to be available in `rlib` formats. This requirement stems from the
4288    reason that a dynamic library cannot be converted into a static format.
4289
4290    Note that it is impossible to link in native dynamic dependencies to a static
4291    library, and in this case warnings will be printed about all unlinked native
4292    dynamic dependencies.
4293
4294 2. If an `rlib` file is being produced, then there are no restrictions on what
4295    format the upstream dependencies are available in. It is simply required that
4296    all upstream dependencies be available for reading metadata from.
4297
4298    The reason for this is that `rlib` files do not contain any of their upstream
4299    dependencies. It wouldn't be very efficient for all `rlib` files to contain a
4300    copy of `libstd.rlib`!
4301
4302 3. If an executable is being produced and the `-C prefer-dynamic` flag is not
4303    specified, then dependencies are first attempted to be found in the `rlib`
4304    format. If some dependencies are not available in an rlib format, then
4305    dynamic linking is attempted (see below).
4306
4307 4. If a dynamic library or an executable that is being dynamically linked is
4308    being produced, then the compiler will attempt to reconcile the available
4309    dependencies in either the rlib or dylib format to create a final product.
4310
4311    A major goal of the compiler is to ensure that a library never appears more
4312    than once in any artifact. For example, if dynamic libraries B and C were
4313    each statically linked to library A, then a crate could not link to B and C
4314    together because there would be two copies of A. The compiler allows mixing
4315    the rlib and dylib formats, but this restriction must be satisfied.
4316
4317    The compiler currently implements no method of hinting what format a library
4318    should be linked with. When dynamically linking, the compiler will attempt to
4319    maximize dynamic dependencies while still allowing some dependencies to be
4320    linked in via an rlib.
4321
4322    For most situations, having all libraries available as a dylib is recommended
4323    if dynamically linking. For other situations, the compiler will emit a
4324    warning if it is unable to determine which formats to link each library with.
4325
4326 In general, `--crate-type=bin` or `--crate-type=lib` should be sufficient for
4327 all compilation needs, and the other options are just available if more
4328 fine-grained control is desired over the output format of a Rust crate.
4329
4330 # Appendix: Rationales and design tradeoffs
4331
4332 *TODO*.
4333
4334 # Appendix: Influences
4335
4336 Rust is not a particularly original language, with design elements coming from
4337 a wide range of sources. Some of these are listed below (including elements
4338 that have since been removed):
4339
4340 * SML, OCaml: algebraic datatypes, pattern matching, type inference,
4341   semicolon statement separation
4342 * C++: references, RAII, smart pointers, move semantics, monomorphisation,
4343   memory model
4344 * ML Kit, Cyclone: region based memory management
4345 * Haskell (GHC): typeclasses, type families
4346 * Newsqueak, Alef, Limbo: channels, concurrency
4347 * Erlang: message passing, task failure, ~~linked task failure~~,
4348   ~~lightweight concurrency~~
4349 * Swift: optional bindings
4350 * Scheme: hygienic macros
4351 * C#: attributes
4352 * Ruby: ~~block syntax~~
4353 * NIL, Hermes: ~~typestate~~
4354 * [Unicode Annex #31](http://www.unicode.org/reports/tr31/): identifier and
4355   pattern syntax
4356
4357 [ffi]: book/ffi.html
4358 [plugin]: book/plugin.html