]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/doc/reference.md
Auto merge of #28494 - bluss:vecdeque-zst, r=eddyb
[rust.git] / src / doc / reference.md
1 % The Rust Reference
2
3 # Introduction
4
5 This document is the primary reference for the Rust programming language. It
6 provides three kinds of material:
7
8   - Chapters that informally describe each language construct and their use.
9   - Chapters that informally describe the memory model, concurrency model,
10     runtime services, linkage model and debugging facilities.
11   - Appendix chapters providing rationale and references to languages that
12     influenced the design.
13
14 This document does not serve as an introduction to the language. Background
15 familiarity with the language is assumed. A separate [book] is available to
16 help acquire such background familiarity.
17
18 This document also does not serve as a reference to the [standard] library
19 included in the language distribution. Those libraries are documented
20 separately by extracting documentation attributes from their source code. Many
21 of the features that one might expect to be language features are library
22 features in Rust, so what you're looking for may be there, not here.
23
24 You may also be interested in the [grammar].
25
26 [book]: book/index.html
27 [standard]: std/index.html
28 [grammar]: grammar.html
29
30 # Notation
31
32 ## Unicode productions
33
34 A few productions in Rust's grammar permit Unicode code points outside the
35 ASCII range. We define these productions in terms of character properties
36 specified in the Unicode standard, rather than in terms of ASCII-range code
37 points. The grammar has a [Special Unicode Productions][unicodeproductions]
38 section that lists these productions.
39
40 [unicodeproductions]: grammar.html#special-unicode-productions
41
42 ## String table productions
43
44 Some rules in the grammar — notably [unary
45 operators](#unary-operator-expressions), [binary
46 operators](#binary-operator-expressions), and [keywords][keywords] — are
47 given in a simplified form: as a listing of a table of unquoted, printable
48 whitespace-separated strings. These cases form a subset of the rules regarding
49 the [token](#tokens) rule, and are assumed to be the result of a
50 lexical-analysis phase feeding the parser, driven by a DFA, operating over the
51 disjunction of all such string table entries.
52
53 [keywords]: grammar.html#keywords
54
55 When such a string enclosed in double-quotes (`"`) occurs inside the grammar,
56 it is an implicit reference to a single member of such a string table
57 production. See [tokens](#tokens) for more information.
58
59 # Lexical structure
60
61 ## Input format
62
63 Rust input is interpreted as a sequence of Unicode code points encoded in UTF-8.
64 Most Rust grammar rules are defined in terms of printable ASCII-range
65 code points, but a small number are defined in terms of Unicode properties or
66 explicit code point lists. [^inputformat]
67
68 [^inputformat]: Substitute definitions for the special Unicode productions are
69   provided to the grammar verifier, restricted to ASCII range, when verifying the
70   grammar in this document.
71
72 ## Identifiers
73
74 An identifier is any nonempty Unicode[^non_ascii_idents] string of the following form:
75
76 [^non_ascii_idents]: Non-ASCII characters in identifiers are currently feature
77   gated. This is expected to improve soon.
78
79 - The first character has property `XID_start`
80 - The remaining characters have property `XID_continue`
81
82 that does _not_ occur in the set of [keywords][keywords].
83
84 > **Note**: `XID_start` and `XID_continue` as character properties cover the
85 > character ranges used to form the more familiar C and Java language-family
86 > identifiers.
87
88 ## Comments
89
90 Comments in Rust code follow the general C++ style of line (`//`) and
91 block (`/* ... */`) comment forms. Nested block comments are supported.
92
93 Line comments beginning with exactly _three_ slashes (`///`), and block
94 comments beginning with exactly one repeated asterisk in the block-open
95 sequence (`/**`), are interpreted as a special syntax for `doc`
96 [attributes](#attributes). That is, they are equivalent to writing
97 `#[doc="..."]` around the body of the comment, i.e., `/// Foo` turns into
98 `#[doc="Foo"]`.
99
100 Line comments beginning with `//!` and block comments beginning with `/*!` are
101 doc comments that apply to the parent of the comment, rather than the item
102 that follows.  That is, they are equivalent to writing `#![doc="..."]` around
103 the body of the comment. `//!` comments are usually used to document
104 modules that occupy a source file.
105
106 Non-doc comments are interpreted as a form of whitespace.
107
108 ## Whitespace
109
110 Whitespace is any non-empty string containing only the following characters:
111
112 - `U+0020` (space, `' '`)
113 - `U+0009` (tab, `'\t'`)
114 - `U+000A` (LF, `'\n'`)
115 - `U+000D` (CR, `'\r'`)
116
117 Rust is a "free-form" language, meaning that all forms of whitespace serve only
118 to separate _tokens_ in the grammar, and have no semantic significance.
119
120 A Rust program has identical meaning if each whitespace element is replaced
121 with any other legal whitespace element, such as a single space character.
122
123 ## Tokens
124
125 Tokens are primitive productions in the grammar defined by regular
126 (non-recursive) languages. "Simple" tokens are given in [string table
127 production](#string-table-productions) form, and occur in the rest of the
128 grammar as double-quoted strings. Other tokens have exact rules given.
129
130 ### Literals
131
132 A literal is an expression consisting of a single token, rather than a sequence
133 of tokens, that immediately and directly denotes the value it evaluates to,
134 rather than referring to it by name or some other evaluation rule. A literal is
135 a form of constant expression, so is evaluated (primarily) at compile time.
136
137 #### Examples
138
139 ##### Characters and strings
140
141 |                                              | Example         | `#` sets   | Characters  | Escapes             |
142 |----------------------------------------------|-----------------|------------|-------------|---------------------|
143 | [Character](#character-literals)             | `'H'`           | `N/A`      | All Unicode | `\'` & [Byte](#byte-escapes) & [Unicode](#unicode-escapes) |
144 | [String](#string-literals)                   | `"hello"`       | `N/A`      | All Unicode | `\"` & [Byte](#byte-escapes) & [Unicode](#unicode-escapes) |
145 | [Raw](#raw-string-literals)                  | `r#"hello"#`    | `0...`     | All Unicode | `N/A`                                                      |
146 | [Byte](#byte-literals)                       | `b'H'`          | `N/A`      | All ASCII   | `\'` & [Byte](#byte-escapes)                               |
147 | [Byte string](#byte-string-literals)         | `b"hello"`      | `N/A`      | All ASCII   | `\"` & [Byte](#byte-escapes)                               |
148 | [Raw byte string](#raw-byte-string-literals) | `br#"hello"#`   | `0...`     | All ASCII   | `N/A`                                                      |
149
150 ##### Byte escapes
151
152 |   | Name |
153 |---|------|
154 | `\x7F` | 8-bit character code (exactly 2 digits) |
155 | `\n` | Newline |
156 | `\r` | Carriage return |
157 | `\t` | Tab |
158 | `\\` | Backslash |
159
160 ##### Unicode escapes
161 |   | Name |
162 |---|------|
163 | `\u{7FFF}` | 24-bit Unicode character code (up to 6 digits) |
164
165 ##### Numbers
166
167 | [Number literals](#number-literals)`*` | Example | Exponentiation | Suffixes |
168 |----------------------------------------|---------|----------------|----------|
169 | Decimal integer | `98_222` | `N/A` | Integer suffixes |
170 | Hex integer | `0xff` | `N/A` | Integer suffixes |
171 | Octal integer | `0o77` | `N/A` | Integer suffixes |
172 | Binary integer | `0b1111_0000` | `N/A` | Integer suffixes |
173 | Floating-point | `123.0E+77` | `Optional` | Floating-point suffixes |
174
175 `*` All number literals allow `_` as a visual separator: `1_234.0E+18f64`
176
177 ##### Suffixes
178 | Integer | Floating-point |
179 |---------|----------------|
180 | `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64`, `isize`, `usize` | `f32`, `f64` |
181
182 #### Character and string literals
183
184 ##### Character literals
185
186 A _character literal_ is a single Unicode character enclosed within two
187 `U+0027` (single-quote) characters, with the exception of `U+0027` itself,
188 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`).
189
190 ##### String literals
191
192 A _string literal_ is a sequence of any Unicode characters enclosed within two
193 `U+0022` (double-quote) characters, with the exception of `U+0022` itself,
194 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`).
195
196 Line-break characters are allowed in string literals. Normally they represent
197 themselves (i.e. no translation), but as a special exception, when a `U+005C`
198 character (`\`) occurs immediately before the newline, the `U+005C` character,
199 the newline, and all whitespace at the beginning of the next line are ignored.
200 Thus `a` and `b` are equal:
201
202 ```rust
203 let a = "foobar";
204 let b = "foo\
205          bar";
206
207 assert_eq!(a,b);
208 ```
209
210 ##### Character escapes
211
212 Some additional _escapes_ are available in either character or non-raw string
213 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
214 following forms:
215
216 * An _8-bit code point escape_ starts with `U+0078` (`x`) and is
217   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the Unicode code point
218   equal to the provided hex value.
219 * A _24-bit code point escape_ starts with `U+0075` (`u`) and is followed
220   by up to six _hex digits_ surrounded by braces `U+007B` (`{`) and `U+007D`
221   (`}`). It denotes the Unicode code point equal to the provided hex value.
222 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
223   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the Unicode values `U+000A` (LF),
224   `U+000D` (CR) or `U+0009` (HT) respectively.
225 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
226   escaped in order to denote *itself*.
227
228 ##### Raw string literals
229
230 Raw string literals do not process any escapes. They start with the character
231 `U+0072` (`r`), followed by zero or more of the character `U+0023` (`#`) and a
232 `U+0022` (double-quote) character. The _raw string body_ can contain any sequence
233 of Unicode characters and is terminated only by another `U+0022` (double-quote)
234 character, followed by the same number of `U+0023` (`#`) characters that preceded
235 the opening `U+0022` (double-quote) character.
236
237 All Unicode characters contained in the raw string body represent themselves,
238 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
239 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
240 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
241
242 Examples for string literals:
243
244 ```
245 "foo"; r"foo";                     // foo
246 "\"foo\""; r#""foo""#;             // "foo"
247
248 "foo #\"# bar";
249 r##"foo #"# bar"##;                // foo #"# bar
250
251 "\x52"; "R"; r"R";                 // R
252 "\\x52"; r"\x52";                  // \x52
253 ```
254
255 #### Byte and byte string literals
256
257 ##### Byte literals
258
259 A _byte literal_ is a single ASCII character (in the `U+0000` to `U+007F`
260 range) or a single _escape_ preceded by the characters `U+0062` (`b`) and
261 `U+0027` (single-quote), and followed by the character `U+0027`. If the character
262 `U+0027` is present within the literal, it must be _escaped_ by a preceding
263 `U+005C` (`\`) character. It is equivalent to a `u8` unsigned 8-bit integer
264 _number literal_.
265
266 ##### Byte string literals
267
268 A non-raw _byte string literal_ is a sequence of ASCII characters and _escapes_,
269 preceded by the characters `U+0062` (`b`) and `U+0022` (double-quote), and
270 followed by the character `U+0022`. If the character `U+0022` is present within
271 the literal, it must be _escaped_ by a preceding `U+005C` (`\`) character.
272 Alternatively, a byte string literal can be a _raw byte string literal_, defined
273 below. A byte string literal of length `n` is equivalent to a `&'static [u8; n]` borrowed fixed-sized array
274 of unsigned 8-bit integers.
275
276 Some additional _escapes_ are available in either byte or non-raw byte string
277 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
278 following forms:
279
280 * A _byte escape_ escape starts with `U+0078` (`x`) and is
281   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the byte
282   equal to the provided hex value.
283 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
284   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the bytes values `0x0A` (ASCII LF),
285   `0x0D` (ASCII CR) or `0x09` (ASCII HT) respectively.
286 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
287   escaped in order to denote its ASCII encoding `0x5C`.
288
289 ##### Raw byte string literals
290
291 Raw byte string literals do not process any escapes. They start with the
292 character `U+0062` (`b`), followed by `U+0072` (`r`), followed by zero or more
293 of the character `U+0023` (`#`), and a `U+0022` (double-quote) character. The
294 _raw string body_ can contain any sequence of ASCII characters and is terminated
295 only by another `U+0022` (double-quote) character, followed by the same number of
296 `U+0023` (`#`) characters that preceded the opening `U+0022` (double-quote)
297 character. A raw byte string literal can not contain any non-ASCII byte.
298
299 All characters contained in the raw string body represent their ASCII encoding,
300 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
301 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
302 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
303
304 Examples for byte string literals:
305
306 ```
307 b"foo"; br"foo";                     // foo
308 b"\"foo\""; br#""foo""#;             // "foo"
309
310 b"foo #\"# bar";
311 br##"foo #"# bar"##;                 // foo #"# bar
312
313 b"\x52"; b"R"; br"R";                // R
314 b"\\x52"; br"\x52";                  // \x52
315 ```
316
317 #### Number literals
318
319 A _number literal_ is either an _integer literal_ or a _floating-point
320 literal_. The grammar for recognizing the two kinds of literals is mixed.
321
322 ##### Integer literals
323
324 An _integer literal_ has one of four forms:
325
326 * A _decimal literal_ starts with a *decimal digit* and continues with any
327   mixture of *decimal digits* and _underscores_.
328 * A _hex literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0078`
329   (`0x`) and continues as any mixture of hex digits and underscores.
330 * An _octal literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+006F`
331   (`0o`) and continues as any mixture of octal digits and underscores.
332 * A _binary literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0062`
333   (`0b`) and continues as any mixture of binary digits and underscores.
334
335 Like any literal, an integer literal may be followed (immediately,
336 without any spaces) by an _integer suffix_, which forcibly sets the
337 type of the literal. The integer suffix must be the name of one of the
338 integral types: `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64`,
339 `isize`, or `usize`.
340
341 The type of an _unsuffixed_ integer literal is determined by type inference:
342
343 * If an integer type can be _uniquely_ determined from the surrounding
344   program context, the unsuffixed integer literal has that type.
345
346 * If the program context under-constrains the type, it defaults to the
347   signed 32-bit integer `i32`.
348
349 * If the program context over-constrains the type, it is considered a
350   static type error.
351
352 Examples of integer literals of various forms:
353
354 ```
355 123i32;                            // type i32
356 123u32;                            // type u32
357 123_u32;                           // type u32
358 0xff_u8;                           // type u8
359 0o70_i16;                          // type i16
360 0b1111_1111_1001_0000_i32;         // type i32
361 0usize;                            // type usize
362 ```
363
364 ##### Floating-point literals
365
366 A _floating-point literal_ has one of two forms:
367
368 * A _decimal literal_ followed by a period character `U+002E` (`.`). This is
369   optionally followed by another decimal literal, with an optional _exponent_.
370 * A single _decimal literal_ followed by an _exponent_.
371
372 Like integer literals, a floating-point literal may be followed by a
373 suffix, so long as the pre-suffix part does not end with `U+002E` (`.`).
374 The suffix forcibly sets the type of the literal. There are two valid
375 _floating-point suffixes_, `f32` and `f64` (the 32-bit and 64-bit floating point
376 types), which explicitly determine the type of the literal.
377
378 The type of an _unsuffixed_ floating-point literal is determined by
379 type inference:
380
381 * If a floating-point type can be _uniquely_ determined from the
382   surrounding program context, the unsuffixed floating-point literal
383   has that type.
384
385 * If the program context under-constrains the type, it defaults to `f64`.
386
387 * If the program context over-constrains the type, it is considered a
388   static type error.
389
390 Examples of floating-point literals of various forms:
391
392 ```
393 123.0f64;        // type f64
394 0.1f64;          // type f64
395 0.1f32;          // type f32
396 12E+99_f64;      // type f64
397 let x: f64 = 2.; // type f64
398 ```
399
400 This last example is different because it is not possible to use the suffix
401 syntax with a floating point literal ending in a period. `2.f64` would attempt
402 to call a method named `f64` on `2`.
403
404 The representation semantics of floating-point numbers are described in
405 ["Machine Types"](#machine-types).
406
407 #### Boolean literals
408
409 The two values of the boolean type are written `true` and `false`.
410
411 ### Symbols
412
413 Symbols are a general class of printable [token](#tokens) that play structural
414 roles in a variety of grammar productions. They are catalogued here for
415 completeness as the set of remaining miscellaneous printable tokens that do not
416 otherwise appear as [unary operators](#unary-operator-expressions), [binary
417 operators](#binary-operator-expressions), or [keywords][keywords].
418
419
420 ## Paths
421
422 A _path_ is a sequence of one or more path components _logically_ separated by
423 a namespace qualifier (`::`). If a path consists of only one component, it may
424 refer to either an [item](#items) or a [variable](#variables) in a local control
425 scope. If a path has multiple components, it refers to an item.
426
427 Every item has a _canonical path_ within its crate, but the path naming an item
428 is only meaningful within a given crate. There is no global namespace across
429 crates; an item's canonical path merely identifies it within the crate.
430
431 Two examples of simple paths consisting of only identifier components:
432
433 ```{.ignore}
434 x;
435 x::y::z;
436 ```
437
438 Path components are usually [identifiers](#identifiers), but they may
439 also include angle-bracket-enclosed lists of type arguments. In
440 [expression](#expressions) context, the type argument list is given
441 after a `::` namespace qualifier in order to disambiguate it from a
442 relational expression involving the less-than symbol (`<`). In type
443 expression context, the final namespace qualifier is omitted.
444
445 Two examples of paths with type arguments:
446
447 ```
448 # struct HashMap<K, V>(K,V);
449 # fn f() {
450 # fn id<T>(t: T) -> T { t }
451 type T = HashMap<i32,String>; // Type arguments used in a type expression
452 let x  = id::<i32>(10);       // Type arguments used in a call expression
453 # }
454 ```
455
456 Paths can be denoted with various leading qualifiers to change the meaning of
457 how it is resolved:
458
459 * Paths starting with `::` are considered to be global paths where the
460   components of the path start being resolved from the crate root. Each
461   identifier in the path must resolve to an item.
462
463 ```rust
464 mod a {
465     pub fn foo() {}
466 }
467 mod b {
468     pub fn foo() {
469         ::a::foo(); // call a's foo function
470     }
471 }
472 # fn main() {}
473 ```
474
475 * Paths starting with the keyword `super` begin resolution relative to the
476   parent module. Each further identifier must resolve to an item.
477
478 ```rust
479 mod a {
480     pub fn foo() {}
481 }
482 mod b {
483     pub fn foo() {
484         super::a::foo(); // call a's foo function
485     }
486 }
487 # fn main() {}
488 ```
489
490 * Paths starting with the keyword `self` begin resolution relative to the
491   current module. Each further identifier must resolve to an item.
492
493 ```rust
494 fn foo() {}
495 fn bar() {
496     self::foo();
497 }
498 # fn main() {}
499 ```
500
501 # Syntax extensions
502
503 A number of minor features of Rust are not central enough to have their own
504 syntax, and yet are not implementable as functions. Instead, they are given
505 names, and invoked through a consistent syntax: `some_extension!(...)`.
506
507 Users of `rustc` can define new syntax extensions in two ways:
508
509 * [Compiler plugins][plugin] can include arbitrary Rust code that
510   manipulates syntax trees at compile time. Note that the interface
511   for compiler plugins is considered highly unstable.
512
513 * [Macros](book/macros.html) define new syntax in a higher-level,
514   declarative way.
515
516 ## Macros
517
518 `macro_rules` allows users to define syntax extension in a declarative way.  We
519 call such extensions "macros by example" or simply "macros" â€” to be distinguished
520 from the "procedural macros" defined in [compiler plugins][plugin].
521
522 Currently, macros can expand to expressions, statements, items, or patterns.
523
524 (A `sep_token` is any token other than `*` and `+`. A `non_special_token` is
525 any token other than a delimiter or `$`.)
526
527 The macro expander looks up macro invocations by name, and tries each macro
528 rule in turn. It transcribes the first successful match. Matching and
529 transcription are closely related to each other, and we will describe them
530 together.
531
532 ### Macro By Example
533
534 The macro expander matches and transcribes every token that does not begin with
535 a `$` literally, including delimiters. For parsing reasons, delimiters must be
536 balanced, but they are otherwise not special.
537
538 In the matcher, `$` _name_ `:` _designator_ matches the nonterminal in the Rust
539 syntax named by _designator_. Valid designators are `item`, `block`, `stmt`,
540 `pat`, `expr`, `ty` (type), `ident`, `path`, `tt` (either side of the `=>`
541 in macro rules), and `meta` (contents of an attribute). In the transcriber, the
542 designator is already known, and so only the name of a matched nonterminal comes
543 after the dollar sign.
544
545 In both the matcher and transcriber, the Kleene star-like operator indicates
546 repetition. The Kleene star operator consists of `$` and parentheses, optionally
547 followed by a separator token, followed by `*` or `+`. `*` means zero or more
548 repetitions, `+` means at least one repetition. The parentheses are not matched or
549 transcribed. On the matcher side, a name is bound to _all_ of the names it
550 matches, in a structure that mimics the structure of the repetition encountered
551 on a successful match. The job of the transcriber is to sort that structure
552 out.
553
554 The rules for transcription of these repetitions are called "Macro By Example".
555 Essentially, one "layer" of repetition is discharged at a time, and all of them
556 must be discharged by the time a name is transcribed. Therefore, `( $( $i:ident
557 ),* ) => ( $i )` is an invalid macro, but `( $( $i:ident ),* ) => ( $( $i:ident
558 ),*  )` is acceptable (if trivial).
559
560 When Macro By Example encounters a repetition, it examines all of the `$`
561 _name_ s that occur in its body. At the "current layer", they all must repeat
562 the same number of times, so ` ( $( $i:ident ),* ; $( $j:ident ),* ) => ( $(
563 ($i,$j) ),* )` is valid if given the argument `(a,b,c ; d,e,f)`, but not
564 `(a,b,c ; d,e)`. The repetition walks through the choices at that layer in
565 lockstep, so the former input transcribes to `(a,d), (b,e), (c,f)`.
566
567 Nested repetitions are allowed.
568
569 ### Parsing limitations
570
571 The parser used by the macro system is reasonably powerful, but the parsing of
572 Rust syntax is restricted in two ways:
573
574 1. Macro definitions are required to include suitable separators after parsing
575    expressions and other bits of the Rust grammar. This implies that
576    a macro definition like `$i:expr [ , ]` is not legal, because `[` could be part
577    of an expression. A macro definition like `$i:expr,` or `$i:expr;` would be legal,
578    however, because `,` and `;` are legal separators. See [RFC 550] for more information.
579 2. The parser must have eliminated all ambiguity by the time it reaches a `$`
580    _name_ `:` _designator_. This requirement most often affects name-designator
581    pairs when they occur at the beginning of, or immediately after, a `$(...)*`;
582    requiring a distinctive token in front can solve the problem.
583
584 [RFC 550]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0550-macro-future-proofing.md
585
586 # Crates and source files
587
588 Although Rust, like any other language, can be implemented by an interpreter as
589 well as a compiler, the only existing implementation is a compiler &mdash;
590 from now on referred to as *the* Rust compiler &mdash; and the language has
591 always been designed to be compiled. For these reasons, this section assumes a
592 compiler.
593
594 Rust's semantics obey a *phase distinction* between compile-time and
595 run-time.[^phase-distinction] Semantic rules that have a *static
596 interpretation* govern the success or failure of compilation, while
597 semantic rules
598 that have a *dynamic interpretation* govern the behavior of the program at
599 run-time.
600
601 [^phase-distinction]: This distinction would also exist in an interpreter.
602     Static checks like syntactic analysis, type checking, and lints should
603     happen before the program is executed regardless of when it is executed.
604
605 The compilation model centers on artifacts called _crates_. Each compilation
606 processes a single crate in source form, and if successful, produces a single
607 crate in binary form: either an executable or some sort of
608 library.[^cratesourcefile]
609
610 [^cratesourcefile]: A crate is somewhat analogous to an *assembly* in the
611     ECMA-335 CLI model, a *library* in the SML/NJ Compilation Manager, a *unit*
612     in the Owens and Flatt module system, or a *configuration* in Mesa.
613
614 A _crate_ is a unit of compilation and linking, as well as versioning,
615 distribution and runtime loading. A crate contains a _tree_ of nested
616 [module](#modules) scopes. The top level of this tree is a module that is
617 anonymous (from the point of view of paths within the module) and any item
618 within a crate has a canonical [module path](#paths) denoting its location
619 within the crate's module tree.
620
621 The Rust compiler is always invoked with a single source file as input, and
622 always produces a single output crate. The processing of that source file may
623 result in other source files being loaded as modules. Source files have the
624 extension `.rs`.
625
626 A Rust source file describes a module, the name and location of which &mdash;
627 in the module tree of the current crate &mdash; are defined from outside the
628 source file: either by an explicit `mod_item` in a referencing source file, or
629 by the name of the crate itself. Every source file is a module, but not every
630 module needs its own source file: [module definitions](#modules) can be nested
631 within one file.
632
633 Each source file contains a sequence of zero or more `item` definitions, and
634 may optionally begin with any number of [attributes](#items-and-attributes)
635 that apply to the containing module, most of which influence the behavior of
636 the compiler. The anonymous crate module can have additional attributes that
637 apply to the crate as a whole.
638
639 ```no_run
640 // Specify the crate name.
641 #![crate_name = "projx"]
642
643 // Specify the type of output artifact.
644 #![crate_type = "lib"]
645
646 // Turn on a warning.
647 // This can be done in any module, not just the anonymous crate module.
648 #![warn(non_camel_case_types)]
649 ```
650
651 A crate that contains a `main` function can be compiled to an executable. If a
652 `main` function is present, its return type must be [`unit`](#tuple-types)
653 and it must take no arguments.
654
655 # Items and attributes
656
657 Crates contain [items](#items), each of which may have some number of
658 [attributes](#attributes) attached to it.
659
660 ## Items
661
662 An _item_ is a component of a crate. Items are organized within a crate by a
663 nested set of [modules](#modules). Every crate has a single "outermost"
664 anonymous module; all further items within the crate have [paths](#paths)
665 within the module tree of the crate.
666
667 Items are entirely determined at compile-time, generally remain fixed during
668 execution, and may reside in read-only memory.
669
670 There are several kinds of item:
671
672 * [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations)
673 * [`use` declarations](#use-declarations)
674 * [modules](#modules)
675 * [functions](#functions)
676 * [type definitions](grammar.html#type-definitions)
677 * [structures](#structures)
678 * [enumerations](#enumerations)
679 * [constant items](#constant-items)
680 * [static items](#static-items)
681 * [traits](#traits)
682 * [implementations](#implementations)
683
684 Some items form an implicit scope for the declaration of sub-items. In other
685 words, within a function or module, declarations of items can (in many cases)
686 be mixed with the statements, control blocks, and similar artifacts that
687 otherwise compose the item body. The meaning of these scoped items is the same
688 as if the item was declared outside the scope &mdash; it is still a static item
689 &mdash; except that the item's *path name* within the module namespace is
690 qualified by the name of the enclosing item, or is private to the enclosing
691 item (in the case of functions). The grammar specifies the exact locations in
692 which sub-item declarations may appear.
693
694 ### Type Parameters
695
696 All items except modules, constants and statics may be *parameterized* by type.
697 Type parameters are given as a comma-separated list of identifiers enclosed in
698 angle brackets (`<...>`), after the name of the item and before its definition.
699 The type parameters of an item are considered "part of the name", not part of
700 the type of the item. A referencing [path](#paths) must (in principle) provide
701 type arguments as a list of comma-separated types enclosed within angle
702 brackets, in order to refer to the type-parameterized item. In practice, the
703 type-inference system can usually infer such argument types from context. There
704 are no general type-parametric types, only type-parametric items. That is, Rust
705 has no notion of type abstraction: there are no higher-ranked (or "forall") types
706 abstracted over other types, though higher-ranked types do exist for lifetimes.
707
708 ### Modules
709
710 A module is a container for zero or more [items](#items).
711
712 A _module item_ is a module, surrounded in braces, named, and prefixed with the
713 keyword `mod`. A module item introduces a new, named module into the tree of
714 modules making up a crate. Modules can nest arbitrarily.
715
716 An example of a module:
717
718 ```
719 mod math {
720     type Complex = (f64, f64);
721     fn sin(f: f64) -> f64 {
722         /* ... */
723 # panic!();
724     }
725     fn cos(f: f64) -> f64 {
726         /* ... */
727 # panic!();
728     }
729     fn tan(f: f64) -> f64 {
730         /* ... */
731 # panic!();
732     }
733 }
734 ```
735
736 Modules and types share the same namespace. Declaring a named type with
737 the same name as a module in scope is forbidden: that is, a type definition,
738 trait, struct, enumeration, or type parameter can't shadow the name of a module
739 in scope, or vice versa.
740
741 A module without a body is loaded from an external file, by default with the
742 same name as the module, plus the `.rs` extension. When a nested submodule is
743 loaded from an external file, it is loaded from a subdirectory path that
744 mirrors the module hierarchy.
745
746 ```{.ignore}
747 // Load the `vec` module from `vec.rs`
748 mod vec;
749
750 mod thread {
751     // Load the `local_data` module from `thread/local_data.rs`
752     // or `thread/local_data/mod.rs`.
753     mod local_data;
754 }
755 ```
756
757 The directories and files used for loading external file modules can be
758 influenced with the `path` attribute.
759
760 ```{.ignore}
761 #[path = "thread_files"]
762 mod thread {
763     // Load the `local_data` module from `thread_files/tls.rs`
764     #[path = "tls.rs"]
765     mod local_data;
766 }
767 ```
768
769 #### Extern crate declarations
770
771 An _`extern crate` declaration_ specifies a dependency on an external crate.
772 The external crate is then bound into the declaring scope as the `ident`
773 provided in the `extern_crate_decl`.
774
775 The external crate is resolved to a specific `soname` at compile time, and a
776 runtime linkage requirement to that `soname` is passed to the linker for
777 loading at runtime. The `soname` is resolved at compile time by scanning the
778 compiler's library path and matching the optional `crateid` provided against
779 the `crateid` attributes that were declared on the external crate when it was
780 compiled. If no `crateid` is provided, a default `name` attribute is assumed,
781 equal to the `ident` given in the `extern_crate_decl`.
782
783 Three examples of `extern crate` declarations:
784
785 ```{.ignore}
786 extern crate pcre;
787
788 extern crate std; // equivalent to: extern crate std as std;
789
790 extern crate std as ruststd; // linking to 'std' under another name
791 ```
792
793 #### Use declarations
794
795 A _use declaration_ creates one or more local name bindings synonymous with
796 some other [path](#paths). Usually a `use` declaration is used to shorten the
797 path required to refer to a module item. These declarations may appear at the
798 top of [modules](#modules) and [blocks](grammar.html#block-expressions).
799
800 > **Note**: Unlike in many languages,
801 > `use` declarations in Rust do *not* declare linkage dependency with external crates.
802 > Rather, [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations) declare linkage dependencies.
803
804 Use declarations support a number of convenient shortcuts:
805
806 * Rebinding the target name as a new local name, using the syntax `use p::q::r as x;`
807 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element,
808   using the glob-like brace syntax `use a::b::{c,d,e,f};`
809 * Binding all paths matching a given prefix, using the asterisk wildcard syntax
810   `use a::b::*;`
811 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element
812   and their immediate parent module, using the `self` keyword, such as
813   `use a::b::{self, c, d};`
814
815 An example of `use` declarations:
816
817 ```rust
818 use std::option::Option::{Some, None};
819 use std::collections::hash_map::{self, HashMap};
820
821 fn foo<T>(_: T){}
822 fn bar(map1: HashMap<String, usize>, map2: hash_map::HashMap<String, usize>){}
823
824 fn main() {
825     // Equivalent to 'foo(vec![std::option::Option::Some(1.0f64),
826     // std::option::Option::None]);'
827     foo(vec![Some(1.0f64), None]);
828
829     // Both `hash_map` and `HashMap` are in scope.
830     let map1 = HashMap::new();
831     let map2 = hash_map::HashMap::new();
832     bar(map1, map2);
833 }
834 ```
835
836 Like items, `use` declarations are private to the containing module, by
837 default. Also like items, a `use` declaration can be public, if qualified by
838 the `pub` keyword. Such a `use` declaration serves to _re-export_ a name. A
839 public `use` declaration can therefore _redirect_ some public name to a
840 different target definition: even a definition with a private canonical path,
841 inside a different module. If a sequence of such redirections form a cycle or
842 cannot be resolved unambiguously, they represent a compile-time error.
843
844 An example of re-exporting:
845
846 ```
847 # fn main() { }
848 mod quux {
849     pub use quux::foo::{bar, baz};
850
851     pub mod foo {
852         pub fn bar() { }
853         pub fn baz() { }
854     }
855 }
856 ```
857
858 In this example, the module `quux` re-exports two public names defined in
859 `foo`.
860
861 Also note that the paths contained in `use` items are relative to the crate
862 root. So, in the previous example, the `use` refers to `quux::foo::{bar,
863 baz}`, and not simply to `foo::{bar, baz}`. This also means that top-level
864 module declarations should be at the crate root if direct usage of the declared
865 modules within `use` items is desired. It is also possible to use `self` and
866 `super` at the beginning of a `use` item to refer to the current and direct
867 parent modules respectively. All rules regarding accessing declared modules in
868 `use` declarations apply to both module declarations and `extern crate`
869 declarations.
870
871 An example of what will and will not work for `use` items:
872
873 ```
874 # #![allow(unused_imports)]
875 use foo::baz::foobaz;    // good: foo is at the root of the crate
876
877 mod foo {
878
879     mod example {
880         pub mod iter {}
881     }
882
883     use foo::example::iter; // good: foo is at crate root
884 //  use example::iter;      // bad:  core is not at the crate root
885     use self::baz::foobaz;  // good: self refers to module 'foo'
886     use foo::bar::foobar;   // good: foo is at crate root
887
888     pub mod bar {
889         pub fn foobar() { }
890     }
891
892     pub mod baz {
893         use super::bar::foobar; // good: super refers to module 'foo'
894         pub fn foobaz() { }
895     }
896 }
897
898 fn main() {}
899 ```
900
901 ### Functions
902
903 A _function item_ defines a sequence of [statements](#statements) and an
904 optional final [expression](#expressions), along with a name and a set of
905 parameters. Functions are declared with the keyword `fn`. Functions declare a
906 set of *input* [*variables*](#variables) as parameters, through which the caller
907 passes arguments into the function, and the *output* [*type*](#types)
908 of the value the function will return to its caller on completion.
909
910 A function may also be copied into a first-class *value*, in which case the
911 value has the corresponding [*function type*](#function-types), and can be used
912 otherwise exactly as a function item (with a minor additional cost of calling
913 the function indirectly).
914
915 Every control path in a function logically ends with a `return` expression or a
916 diverging expression. If the outermost block of a function has a
917 value-producing expression in its final-expression position, that expression is
918 interpreted as an implicit `return` expression applied to the final-expression.
919
920 An example of a function:
921
922 ```
923 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
924     return x + y;
925 }
926 ```
927
928 As with `let` bindings, function arguments are irrefutable patterns, so any
929 pattern that is valid in a let binding is also valid as an argument.
930
931 ```
932 fn first((value, _): (i32, i32)) -> i32 { value }
933 ```
934
935
936 #### Generic functions
937
938 A _generic function_ allows one or more _parameterized types_ to appear in its
939 signature. Each type parameter must be explicitly declared, in an
940 angle-bracket-enclosed, comma-separated list following the function name.
941
942 ```rust,ignore
943 // foo is generic over A and B
944
945 fn foo<A, B>(x: A, y: B) {
946 ```
947
948 Inside the function signature and body, the name of the type parameter can be
949 used as a type name. [Trait](#traits) bounds can be specified for type parameters
950 to allow methods with that trait to be called on values of that type. This is
951 specified using the `where` syntax:
952
953 ```rust,ignore
954 fn foo<T>(x: T) where T: Debug {
955 ```
956
957 When a generic function is referenced, its type is instantiated based on the
958 context of the reference. For example, calling the `foo` function here:
959
960 ```
961 use std::fmt::Debug;
962
963 fn foo<T>(x: &[T]) where T: Debug {
964     // details elided
965     # ()
966 }
967
968 foo(&[1, 2]);
969 ```
970
971 will instantiate type parameter `T` with `i32`.
972
973 The type parameters can also be explicitly supplied in a trailing
974 [path](#paths) component after the function name. This might be necessary if
975 there is not sufficient context to determine the type parameters. For example,
976 `mem::size_of::<u32>() == 4`.
977
978 #### Unsafety
979
980 Unsafe operations are those that potentially violate the memory-safety
981 guarantees of Rust's static semantics.
982
983 The following language level features cannot be used in the safe subset of
984 Rust:
985
986 - Dereferencing a [raw pointer](#pointer-types).
987 - Reading or writing a [mutable static variable](#mutable-statics).
988 - Calling an unsafe function (including an intrinsic or foreign function).
989
990 ##### Unsafe functions
991
992 Unsafe functions are functions that are not safe in all contexts and/or for all
993 possible inputs. Such a function must be prefixed with the keyword `unsafe` and
994 can only be called from an `unsafe` block or another `unsafe` function.
995
996 ##### Unsafe blocks
997
998 A block of code can be prefixed with the `unsafe` keyword, to permit calling
999 `unsafe` functions or dereferencing raw pointers within a safe function.
1000
1001 When a programmer has sufficient conviction that a sequence of potentially
1002 unsafe operations is actually safe, they can encapsulate that sequence (taken
1003 as a whole) within an `unsafe` block. The compiler will consider uses of such
1004 code safe, in the surrounding context.
1005
1006 Unsafe blocks are used to wrap foreign libraries, make direct use of hardware
1007 or implement features not directly present in the language. For example, Rust
1008 provides the language features necessary to implement memory-safe concurrency
1009 in the language but the implementation of threads and message passing is in the
1010 standard library.
1011
1012 Rust's type system is a conservative approximation of the dynamic safety
1013 requirements, so in some cases there is a performance cost to using safe code.
1014 For example, a doubly-linked list is not a tree structure and can only be
1015 represented with reference-counted pointers in safe code. By using `unsafe`
1016 blocks to represent the reverse links as raw pointers, it can be implemented
1017 with only boxes.
1018
1019 ##### Behavior considered undefined
1020
1021 The following is a list of behavior which is forbidden in all Rust code,
1022 including within `unsafe` blocks and `unsafe` functions. Type checking provides
1023 the guarantee that these issues are never caused by safe code.
1024
1025 * Data races
1026 * Dereferencing a null/dangling raw pointer
1027 * Reads of [undef](http://llvm.org/docs/LangRef.html#undefined-values)
1028   (uninitialized) memory
1029 * Breaking the [pointer aliasing
1030   rules](http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointer-aliasing-rules)
1031   with raw pointers (a subset of the rules used by C)
1032 * `&mut` and `&` follow LLVM’s scoped [noalias] model, except if the `&T`
1033   contains an `UnsafeCell<U>`. Unsafe code must not violate these aliasing
1034   guarantees.
1035 * Mutating non-mutable data (that is, data reached through a shared reference or
1036   data owned by a `let` binding), unless that data is contained within an `UnsafeCell<U>`.
1037 * Invoking undefined behavior via compiler intrinsics:
1038   * Indexing outside of the bounds of an object with `std::ptr::offset`
1039     (`offset` intrinsic), with
1040     the exception of one byte past the end which is permitted.
1041   * Using `std::ptr::copy_nonoverlapping_memory` (`memcpy32`/`memcpy64`
1042     intrinsics) on overlapping buffers
1043 * Invalid values in primitive types, even in private fields/locals:
1044   * Dangling/null references or boxes
1045   * A value other than `false` (0) or `true` (1) in a `bool`
1046   * A discriminant in an `enum` not included in the type definition
1047   * A value in a `char` which is a surrogate or above `char::MAX`
1048   * Non-UTF-8 byte sequences in a `str`
1049 * Unwinding into Rust from foreign code or unwinding from Rust into foreign
1050   code. Rust's failure system is not compatible with exception handling in
1051   other languages. Unwinding must be caught and handled at FFI boundaries.
1052
1053 [noalias]: http://llvm.org/docs/LangRef.html#noalias
1054
1055 ##### Behavior not considered unsafe
1056
1057 This is a list of behavior not considered *unsafe* in Rust terms, but that may
1058 be undesired.
1059
1060 * Deadlocks
1061 * Leaks of memory and other resources
1062 * Exiting without calling destructors
1063 * Integer overflow
1064   - Overflow is considered "unexpected" behavior and is always user-error,
1065     unless the `wrapping` primitives are used. In non-optimized builds, the compiler
1066     will insert debug checks that panic on overflow, but in optimized builds overflow
1067     instead results in wrapped values. See [RFC 560] for the rationale and more details.
1068
1069 [RFC 560]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0560-integer-overflow.md
1070
1071 #### Diverging functions
1072
1073 A special kind of function can be declared with a `!` character where the
1074 output type would normally be. For example:
1075
1076 ```
1077 fn my_err(s: &str) -> ! {
1078     println!("{}", s);
1079     panic!();
1080 }
1081 ```
1082
1083 We call such functions "diverging" because they never return a value to the
1084 caller. Every control path in a diverging function must end with a `panic!()` or
1085 a call to another diverging function on every control path. The `!` annotation
1086 does *not* denote a type.
1087
1088 It might be necessary to declare a diverging function because as mentioned
1089 previously, the typechecker checks that every control path in a function ends
1090 with a [`return`](#return-expressions) or diverging expression. So, if `my_err`
1091 were declared without the `!` annotation, the following code would not
1092 typecheck:
1093
1094 ```
1095 # fn my_err(s: &str) -> ! { panic!() }
1096
1097 fn f(i: i32) -> i32 {
1098     if i == 42 {
1099         return 42;
1100     }
1101     else {
1102         my_err("Bad number!");
1103     }
1104 }
1105 ```
1106
1107 This will not compile without the `!` annotation on `my_err`, since the `else`
1108 branch of the conditional in `f` does not return an `i32`, as required by the
1109 signature of `f`. Adding the `!` annotation to `my_err` informs the
1110 typechecker that, should control ever enter `my_err`, no further type judgments
1111 about `f` need to hold, since control will never resume in any context that
1112 relies on those judgments. Thus the return type on `f` only needs to reflect
1113 the `if` branch of the conditional.
1114
1115 #### Extern functions
1116
1117 Extern functions are part of Rust's foreign function interface, providing the
1118 opposite functionality to [external blocks](#external-blocks). Whereas
1119 external blocks allow Rust code to call foreign code, extern functions with
1120 bodies defined in Rust code _can be called by foreign code_. They are defined
1121 in the same way as any other Rust function, except that they have the `extern`
1122 modifier.
1123
1124 ```
1125 // Declares an extern fn, the ABI defaults to "C"
1126 extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1127
1128 // Declares an extern fn with "stdcall" ABI
1129 extern "stdcall" fn new_i32_stdcall() -> i32 { 0 }
1130 ```
1131
1132 Unlike normal functions, extern fns have type `extern "ABI" fn()`. This is the
1133 same type as the functions declared in an extern block.
1134
1135 ```
1136 # extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1137 let fptr: extern "C" fn() -> i32 = new_i32;
1138 ```
1139
1140 Extern functions may be called directly from Rust code as Rust uses large,
1141 contiguous stack segments like C.
1142
1143 ### Type aliases
1144
1145 A _type alias_ defines a new name for an existing [type](#types). Type
1146 aliases are declared with the keyword `type`. Every value has a single,
1147 specific type, but may implement several different traits, or be compatible with
1148 several different type constraints.
1149
1150 For example, the following defines the type `Point` as a synonym for the type
1151 `(u8, u8)`, the type of pairs of unsigned 8 bit integers:
1152
1153 ```
1154 type Point = (u8, u8);
1155 let p: Point = (41, 68);
1156 ```
1157
1158 ### Structures
1159
1160 A _structure_ is a nominal [structure type](#structure-types) defined with the
1161 keyword `struct`.
1162
1163 An example of a `struct` item and its use:
1164
1165 ```
1166 struct Point {x: i32, y: i32}
1167 let p = Point {x: 10, y: 11};
1168 let px: i32 = p.x;
1169 ```
1170
1171 A _tuple structure_ is a nominal [tuple type](#tuple-types), also defined with
1172 the keyword `struct`. For example:
1173
1174 ```
1175 struct Point(i32, i32);
1176 let p = Point(10, 11);
1177 let px: i32 = match p { Point(x, _) => x };
1178 ```
1179
1180 A _unit-like struct_ is a structure without any fields, defined by leaving off
1181 the list of fields entirely. Such a structure implicitly defines a constant of
1182 its type with the same name. For example:
1183
1184 ```
1185 # #![feature(braced_empty_structs)]
1186 struct Cookie;
1187 let c = [Cookie, Cookie {}, Cookie, Cookie {}];
1188 ```
1189
1190 is equivalent to
1191
1192 ```
1193 # #![feature(braced_empty_structs)]
1194 struct Cookie {}
1195 const Cookie: Cookie = Cookie {};
1196 let c = [Cookie, Cookie {}, Cookie, Cookie {}];
1197 ```
1198
1199 The precise memory layout of a structure is not specified. One can specify a
1200 particular layout using the [`repr` attribute](#ffi-attributes).
1201
1202 ### Enumerations
1203
1204 An _enumeration_ is a simultaneous definition of a nominal [enumerated
1205 type](#enumerated-types) as well as a set of *constructors*, that can be used
1206 to create or pattern-match values of the corresponding enumerated type.
1207
1208 Enumerations are declared with the keyword `enum`.
1209
1210 An example of an `enum` item and its use:
1211
1212 ```
1213 enum Animal {
1214     Dog,
1215     Cat,
1216 }
1217
1218 let mut a: Animal = Animal::Dog;
1219 a = Animal::Cat;
1220 ```
1221
1222 Enumeration constructors can have either named or unnamed fields:
1223
1224 ```rust
1225 enum Animal {
1226     Dog (String, f64),
1227     Cat { name: String, weight: f64 }
1228 }
1229
1230 let mut a: Animal = Animal::Dog("Cocoa".to_string(), 37.2);
1231 a = Animal::Cat { name: "Spotty".to_string(), weight: 2.7 };
1232 ```
1233
1234 In this example, `Cat` is a _struct-like enum variant_,
1235 whereas `Dog` is simply called an enum variant.
1236
1237 Enums have a discriminant. You can assign them explicitly:
1238
1239 ```
1240 enum Foo {
1241     Bar = 123,
1242 }
1243 ```
1244
1245 If a discriminant isn't assigned, they start at zero, and add one for each
1246 variant, in order.
1247
1248 You can cast an enum to get this value:
1249
1250 ```
1251 # enum Foo { Bar = 123 }
1252 let x = Foo::Bar as u32; // x is now 123u32
1253 ```
1254
1255 This only works as long as none of the variants have data attached. If
1256 it were `Bar(i32)`, this is disallowed.
1257
1258 ### Constant items
1259
1260 A *constant item* is a named _constant value_ which is not associated with a
1261 specific memory location in the program. Constants are essentially inlined
1262 wherever they are used, meaning that they are copied directly into the relevant
1263 context when used. References to the same constant are not necessarily
1264 guaranteed to refer to the same memory address.
1265
1266 Constant values must not have destructors, and otherwise permit most forms of
1267 data. Constants may refer to the address of other constants, in which case the
1268 address will have the `static` lifetime. The compiler is, however, still at
1269 liberty to translate the constant many times, so the address referred to may not
1270 be stable.
1271
1272 Constants must be explicitly typed. The type may be `bool`, `char`, a number, or
1273 a type derived from those primitive types. The derived types are references with
1274 the `static` lifetime, fixed-size arrays, tuples, enum variants, and structs.
1275
1276 ```
1277 const BIT1: u32 = 1 << 0;
1278 const BIT2: u32 = 1 << 1;
1279
1280 const BITS: [u32; 2] = [BIT1, BIT2];
1281 const STRING: &'static str = "bitstring";
1282
1283 struct BitsNStrings<'a> {
1284     mybits: [u32; 2],
1285     mystring: &'a str
1286 }
1287
1288 const BITS_N_STRINGS: BitsNStrings<'static> = BitsNStrings {
1289     mybits: BITS,
1290     mystring: STRING
1291 };
1292 ```
1293
1294 ### Static items
1295
1296 A *static item* is similar to a *constant*, except that it represents a precise
1297 memory location in the program. A static is never "inlined" at the usage site,
1298 and all references to it refer to the same memory location. Static items have
1299 the `static` lifetime, which outlives all other lifetimes in a Rust program.
1300 Static items may be placed in read-only memory if they do not contain any
1301 interior mutability.
1302
1303 Statics may contain interior mutability through the `UnsafeCell` language item.
1304 All access to a static is safe, but there are a number of restrictions on
1305 statics:
1306
1307 * Statics may not contain any destructors.
1308 * The types of static values must ascribe to `Sync` to allow thread-safe access.
1309 * Statics may not refer to other statics by value, only by reference.
1310 * Constants cannot refer to statics.
1311
1312 Constants should in general be preferred over statics, unless large amounts of
1313 data are being stored, or single-address and mutability properties are required.
1314
1315 #### Mutable statics
1316
1317 If a static item is declared with the `mut` keyword, then it is allowed to
1318 be modified by the program. One of Rust's goals is to make concurrency bugs
1319 hard to run into, and this is obviously a very large source of race conditions
1320 or other bugs. For this reason, an `unsafe` block is required when either
1321 reading or writing a mutable static variable. Care should be taken to ensure
1322 that modifications to a mutable static are safe with respect to other threads
1323 running in the same process.
1324
1325 Mutable statics are still very useful, however. They can be used with C
1326 libraries and can also be bound from C libraries (in an `extern` block).
1327
1328 ```
1329 # fn atomic_add(_: &mut u32, _: u32) -> u32 { 2 }
1330
1331 static mut LEVELS: u32 = 0;
1332
1333 // This violates the idea of no shared state, and this doesn't internally
1334 // protect against races, so this function is `unsafe`
1335 unsafe fn bump_levels_unsafe1() -> u32 {
1336     let ret = LEVELS;
1337     LEVELS += 1;
1338     return ret;
1339 }
1340
1341 // Assuming that we have an atomic_add function which returns the old value,
1342 // this function is "safe" but the meaning of the return value may not be what
1343 // callers expect, so it's still marked as `unsafe`
1344 unsafe fn bump_levels_unsafe2() -> u32 {
1345     return atomic_add(&mut LEVELS, 1);
1346 }
1347 ```
1348
1349 Mutable statics have the same restrictions as normal statics, except that the
1350 type of the value is not required to ascribe to `Sync`.
1351
1352 ### Traits
1353
1354 A _trait_ describes an abstract interface that types can
1355 implement. This interface consists of associated items, which come in
1356 three varieties:
1357
1358 - functions
1359 - constants
1360 - types
1361
1362 Associated functions whose first parameter is named `self` are called
1363 methods and may be invoked using `.` notation (e.g., `x.foo()`).
1364
1365 All traits define an implicit type parameter `Self` that refers to
1366 "the type that is implementing this interface". Traits may also
1367 contain additional type parameters. These type parameters (including
1368 `Self`) may be constrained by other traits and so forth as usual.
1369
1370 Trait bounds on `Self` are considered "supertraits". These are
1371 required to be acyclic.  Supertraits are somewhat different from other
1372 constraints in that they affect what methods are available in the
1373 vtable when the trait is used as a [trait object](#trait-objects).
1374
1375 Traits are implemented for specific types through separate
1376 [implementations](#implementations).
1377
1378 Consider the following trait:
1379
1380 ```
1381 # type Surface = i32;
1382 # type BoundingBox = i32;
1383 trait Shape {
1384     fn draw(&self, Surface);
1385     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox;
1386 }
1387 ```
1388
1389 This defines a trait with two methods. All values that have
1390 [implementations](#implementations) of this trait in scope can have their
1391 `draw` and `bounding_box` methods called, using `value.bounding_box()`
1392 [syntax](#method-call-expressions).
1393
1394 Traits can include default implementations of methods, as in:
1395
1396 ```
1397 trait Foo {
1398     fn bar(&self);
1399     fn baz(&self) { println!("We called baz."); }
1400 }
1401 ```
1402
1403 Here the `baz` method has a default implementation, so types that implement
1404 `Foo` need only implement `bar`. It is also possible for implementing types
1405 to override a method that has a default implementation.
1406
1407 Type parameters can be specified for a trait to make it generic. These appear
1408 after the trait name, using the same syntax used in [generic
1409 functions](#generic-functions).
1410
1411 ```
1412 trait Seq<T> {
1413     fn len(&self) -> u32;
1414     fn elt_at(&self, n: u32) -> T;
1415     fn iter<F>(&self, F) where F: Fn(T);
1416 }
1417 ```
1418
1419 It is also possible to define associated types for a trait. Consider the
1420 following example of a `Container` trait. Notice how the type is available
1421 for use in the method signatures:
1422
1423 ```
1424 trait Container {
1425     type E;
1426     fn empty() -> Self;
1427     fn insert(&mut self, Self::E);
1428 }
1429 ```
1430
1431 In order for a type to implement this trait, it must not only provide
1432 implementations for every method, but it must specify the type `E`. Here's
1433 an implementation of `Container` for the standard library type `Vec`:
1434
1435 ```
1436 # trait Container {
1437 #     type E;
1438 #     fn empty() -> Self;
1439 #     fn insert(&mut self, Self::E);
1440 # }
1441 impl<T> Container for Vec<T> {
1442     type E = T;
1443     fn empty() -> Vec<T> { Vec::new() }
1444     fn insert(&mut self, x: T) { self.push(x); }
1445 }
1446 ```
1447
1448 Generic functions may use traits as _bounds_ on their type parameters. This
1449 will have two effects:
1450
1451 - Only types that have the trait may instantiate the parameter.
1452 - Within the generic function, the methods of the trait can be
1453   called on values that have the parameter's type.
1454
1455 For example:
1456
1457 ```
1458 # type Surface = i32;
1459 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); }
1460 fn draw_twice<T: Shape>(surface: Surface, sh: T) {
1461     sh.draw(surface);
1462     sh.draw(surface);
1463 }
1464 ```
1465
1466 Traits also define a [trait object](#trait-objects) with the same
1467 name as the trait. Values of this type are created by coercing from a
1468 pointer of some specific type to a pointer of trait type. For example,
1469 `&T` could be coerced to `&Shape` if `T: Shape` holds (and similarly
1470 for `Box<T>`). This coercion can either be implicit or
1471 [explicit](#type-cast-expressions). Here is an example of an explicit
1472 coercion:
1473
1474 ```
1475 trait Shape { }
1476 impl Shape for i32 { }
1477 let mycircle = 0i32;
1478 let myshape: Box<Shape> = Box::new(mycircle) as Box<Shape>;
1479 ```
1480
1481 The resulting value is a box containing the value that was cast, along with
1482 information that identifies the methods of the implementation that was used.
1483 Values with a trait type can have [methods called](#method-call-expressions) on
1484 them, for any method in the trait, and can be used to instantiate type
1485 parameters that are bounded by the trait.
1486
1487 Trait methods may be static, which means that they lack a `self` argument.
1488 This means that they can only be called with function call syntax (`f(x)`) and
1489 not method call syntax (`obj.f()`). The way to refer to the name of a static
1490 method is to qualify it with the trait name, treating the trait name like a
1491 module. For example:
1492
1493 ```
1494 trait Num {
1495     fn from_i32(n: i32) -> Self;
1496 }
1497 impl Num for f64 {
1498     fn from_i32(n: i32) -> f64 { n as f64 }
1499 }
1500 let x: f64 = Num::from_i32(42);
1501 ```
1502
1503 Traits may inherit from other traits. Consider the following example:
1504
1505 ```
1506 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1507 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1508 ```
1509
1510 The syntax `Circle : Shape` means that types that implement `Circle` must also
1511 have an implementation for `Shape`. Multiple supertraits are separated by `+`,
1512 `trait Circle : Shape + PartialEq { }`. In an implementation of `Circle` for a
1513 given type `T`, methods can refer to `Shape` methods, since the typechecker
1514 checks that any type with an implementation of `Circle` also has an
1515 implementation of `Shape`:
1516
1517 ```rust
1518 struct Foo;
1519
1520 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1521 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1522 # impl Shape for Foo {
1523 #     fn area(&self) -> f64 {
1524 #         0.0
1525 #     }
1526 # }
1527 impl Circle for Foo {
1528     fn radius(&self) -> f64 {
1529         println!("calling area: {}", self.area());
1530
1531         0.0
1532     }
1533 }
1534
1535 let c = Foo;
1536 c.radius();
1537 ```
1538
1539 In type-parameterized functions, methods of the supertrait may be called on
1540 values of subtrait-bound type parameters. Referring to the previous example of
1541 `trait Circle : Shape`:
1542
1543 ```
1544 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1545 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1546 fn radius_times_area<T: Circle>(c: T) -> f64 {
1547     // `c` is both a Circle and a Shape
1548     c.radius() * c.area()
1549 }
1550 ```
1551
1552 Likewise, supertrait methods may also be called on trait objects.
1553
1554 ```{.ignore}
1555 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1556 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1557 # impl Shape for i32 { fn area(&self) -> f64 { 0.0 } }
1558 # impl Circle for i32 { fn radius(&self) -> f64 { 0.0 } }
1559 # let mycircle = 0i32;
1560 let mycircle = Box::new(mycircle) as Box<Circle>;
1561 let nonsense = mycircle.radius() * mycircle.area();
1562 ```
1563
1564 ### Implementations
1565
1566 An _implementation_ is an item that implements a [trait](#traits) for a
1567 specific type.
1568
1569 Implementations are defined with the keyword `impl`.
1570
1571 ```
1572 # #[derive(Copy, Clone)]
1573 # struct Point {x: f64, y: f64};
1574 # type Surface = i32;
1575 # struct BoundingBox {x: f64, y: f64, width: f64, height: f64};
1576 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); fn bounding_box(&self) -> BoundingBox; }
1577 # fn do_draw_circle(s: Surface, c: Circle) { }
1578 struct Circle {
1579     radius: f64,
1580     center: Point,
1581 }
1582
1583 impl Copy for Circle {}
1584
1585 impl Clone for Circle {
1586     fn clone(&self) -> Circle { *self }
1587 }
1588
1589 impl Shape for Circle {
1590     fn draw(&self, s: Surface) { do_draw_circle(s, *self); }
1591     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox {
1592         let r = self.radius;
1593         BoundingBox {
1594             x: self.center.x - r,
1595             y: self.center.y - r,
1596             width: 2.0 * r,
1597             height: 2.0 * r,
1598         }
1599     }
1600 }
1601 ```
1602
1603 It is possible to define an implementation without referring to a trait. The
1604 methods in such an implementation can only be used as direct calls on the
1605 values of the type that the implementation targets. In such an implementation,
1606 the trait type and `for` after `impl` are omitted. Such implementations are
1607 limited to nominal types (enums, structs), and the implementation must appear
1608 in the same crate as the `self` type:
1609
1610 ```
1611 struct Point {x: i32, y: i32}
1612
1613 impl Point {
1614     fn log(&self) {
1615         println!("Point is at ({}, {})", self.x, self.y);
1616     }
1617 }
1618
1619 let my_point = Point {x: 10, y:11};
1620 my_point.log();
1621 ```
1622
1623 When a trait _is_ specified in an `impl`, all methods declared as part of the
1624 trait must be implemented, with matching types and type parameter counts.
1625
1626 An implementation can take type parameters, which can be different from the
1627 type parameters taken by the trait it implements. Implementation parameters
1628 are written after the `impl` keyword.
1629
1630 ```
1631 # trait Seq<T> { fn dummy(&self, _: T) { } }
1632 impl<T> Seq<T> for Vec<T> {
1633     /* ... */
1634 }
1635 impl Seq<bool> for u32 {
1636     /* Treat the integer as a sequence of bits */
1637 }
1638 ```
1639
1640 ### External blocks
1641
1642 External blocks form the basis for Rust's foreign function interface.
1643 Declarations in an external block describe symbols in external, non-Rust
1644 libraries.
1645
1646 Functions within external blocks are declared in the same way as other Rust
1647 functions, with the exception that they may not have a body and are instead
1648 terminated by a semicolon.
1649
1650 Functions within external blocks may be called by Rust code, just like
1651 functions defined in Rust. The Rust compiler automatically translates between
1652 the Rust ABI and the foreign ABI.
1653
1654 A number of [attributes](#attributes) control the behavior of external blocks.
1655
1656 By default external blocks assume that the library they are calling uses the
1657 standard C "cdecl" ABI. Other ABIs may be specified using an `abi` string, as
1658 shown here:
1659
1660 ```ignore
1661 // Interface to the Windows API
1662 extern "stdcall" { }
1663 ```
1664
1665 The `link` attribute allows the name of the library to be specified. When
1666 specified the compiler will attempt to link against the native library of the
1667 specified name.
1668
1669 ```{.ignore}
1670 #[link(name = "crypto")]
1671 extern { }
1672 ```
1673
1674 The type of a function declared in an extern block is `extern "abi" fn(A1, ...,
1675 An) -> R`, where `A1...An` are the declared types of its arguments and `R` is
1676 the declared return type.
1677
1678 It is valid to add the `link` attribute on an empty extern block. You can use
1679 this to satisfy the linking requirements of extern blocks elsewhere in your code
1680 (including upstream crates) instead of adding the attribute to each extern block.
1681
1682 ## Visibility and Privacy
1683
1684 These two terms are often used interchangeably, and what they are attempting to
1685 convey is the answer to the question "Can this item be used at this location?"
1686
1687 Rust's name resolution operates on a global hierarchy of namespaces. Each level
1688 in the hierarchy can be thought of as some item. The items are one of those
1689 mentioned above, but also include external crates. Declaring or defining a new
1690 module can be thought of as inserting a new tree into the hierarchy at the
1691 location of the definition.
1692
1693 To control whether interfaces can be used across modules, Rust checks each use
1694 of an item to see whether it should be allowed or not. This is where privacy
1695 warnings are generated, or otherwise "you used a private item of another module
1696 and weren't allowed to."
1697
1698 By default, everything in Rust is *private*, with one exception. Enum variants
1699 in a `pub` enum are also public by default. When an item is declared as `pub`,
1700 it can be thought of as being accessible to the outside world. For example:
1701
1702 ```
1703 # fn main() {}
1704 // Declare a private struct
1705 struct Foo;
1706
1707 // Declare a public struct with a private field
1708 pub struct Bar {
1709     field: i32
1710 }
1711
1712 // Declare a public enum with two public variants
1713 pub enum State {
1714     PubliclyAccessibleState,
1715     PubliclyAccessibleState2,
1716 }
1717 ```
1718
1719 With the notion of an item being either public or private, Rust allows item
1720 accesses in two cases:
1721
1722 1. If an item is public, then it can be used externally through any of its
1723    public ancestors.
1724 2. If an item is private, it may be accessed by the current module and its
1725    descendants.
1726
1727 These two cases are surprisingly powerful for creating module hierarchies
1728 exposing public APIs while hiding internal implementation details. To help
1729 explain, here's a few use cases and what they would entail:
1730
1731 * A library developer needs to expose functionality to crates which link
1732   against their library. As a consequence of the first case, this means that
1733   anything which is usable externally must be `pub` from the root down to the
1734   destination item. Any private item in the chain will disallow external
1735   accesses.
1736
1737 * A crate needs a global available "helper module" to itself, but it doesn't
1738   want to expose the helper module as a public API. To accomplish this, the
1739   root of the crate's hierarchy would have a private module which then
1740   internally has a "public API". Because the entire crate is a descendant of
1741   the root, then the entire local crate can access this private module through
1742   the second case.
1743
1744 * When writing unit tests for a module, it's often a common idiom to have an
1745   immediate child of the module to-be-tested named `mod test`. This module
1746   could access any items of the parent module through the second case, meaning
1747   that internal implementation details could also be seamlessly tested from the
1748   child module.
1749
1750 In the second case, it mentions that a private item "can be accessed" by the
1751 current module and its descendants, but the exact meaning of accessing an item
1752 depends on what the item is. Accessing a module, for example, would mean
1753 looking inside of it (to import more items). On the other hand, accessing a
1754 function would mean that it is invoked. Additionally, path expressions and
1755 import statements are considered to access an item in the sense that the
1756 import/expression is only valid if the destination is in the current visibility
1757 scope.
1758
1759 Here's an example of a program which exemplifies the three cases outlined
1760 above:
1761
1762 ```
1763 // This module is private, meaning that no external crate can access this
1764 // module. Because it is private at the root of this current crate, however, any
1765 // module in the crate may access any publicly visible item in this module.
1766 mod crate_helper_module {
1767
1768     // This function can be used by anything in the current crate
1769     pub fn crate_helper() {}
1770
1771     // This function *cannot* be used by anything else in the crate. It is not
1772     // publicly visible outside of the `crate_helper_module`, so only this
1773     // current module and its descendants may access it.
1774     fn implementation_detail() {}
1775 }
1776
1777 // This function is "public to the root" meaning that it's available to external
1778 // crates linking against this one.
1779 pub fn public_api() {}
1780
1781 // Similarly to 'public_api', this module is public so external crates may look
1782 // inside of it.
1783 pub mod submodule {
1784     use crate_helper_module;
1785
1786     pub fn my_method() {
1787         // Any item in the local crate may invoke the helper module's public
1788         // interface through a combination of the two rules above.
1789         crate_helper_module::crate_helper();
1790     }
1791
1792     // This function is hidden to any module which is not a descendant of
1793     // `submodule`
1794     fn my_implementation() {}
1795
1796     #[cfg(test)]
1797     mod test {
1798
1799         #[test]
1800         fn test_my_implementation() {
1801             // Because this module is a descendant of `submodule`, it's allowed
1802             // to access private items inside of `submodule` without a privacy
1803             // violation.
1804             super::my_implementation();
1805         }
1806     }
1807 }
1808
1809 # fn main() {}
1810 ```
1811
1812 For a rust program to pass the privacy checking pass, all paths must be valid
1813 accesses given the two rules above. This includes all use statements,
1814 expressions, types, etc.
1815
1816 ### Re-exporting and Visibility
1817
1818 Rust allows publicly re-exporting items through a `pub use` directive. Because
1819 this is a public directive, this allows the item to be used in the current
1820 module through the rules above. It essentially allows public access into the
1821 re-exported item. For example, this program is valid:
1822
1823 ```
1824 pub use self::implementation::api;
1825
1826 mod implementation {
1827     pub mod api {
1828         pub fn f() {}
1829     }
1830 }
1831
1832 # fn main() {}
1833 ```
1834
1835 This means that any external crate referencing `implementation::api::f` would
1836 receive a privacy violation, while the path `api::f` would be allowed.
1837
1838 When re-exporting a private item, it can be thought of as allowing the "privacy
1839 chain" being short-circuited through the reexport instead of passing through
1840 the namespace hierarchy as it normally would.
1841
1842 ## Attributes
1843
1844 Any item declaration may have an _attribute_ applied to it. Attributes in Rust
1845 are modeled on Attributes in ECMA-335, with the syntax coming from ECMA-334
1846 (C#). An attribute is a general, free-form metadatum that is interpreted
1847 according to name, convention, and language and compiler version. Attributes
1848 may appear as any of:
1849
1850 * A single identifier, the attribute name
1851 * An identifier followed by the equals sign '=' and a literal, providing a
1852   key/value pair
1853 * An identifier followed by a parenthesized list of sub-attribute arguments
1854
1855 Attributes with a bang ("!") after the hash ("#") apply to the item that the
1856 attribute is declared within. Attributes that do not have a bang after the hash
1857 apply to the item that follows the attribute.
1858
1859 An example of attributes:
1860
1861 ```{.rust}
1862 // General metadata applied to the enclosing module or crate.
1863 #![crate_type = "lib"]
1864
1865 // A function marked as a unit test
1866 #[test]
1867 fn test_foo() {
1868     /* ... */
1869 }
1870
1871 // A conditionally-compiled module
1872 #[cfg(target_os="linux")]
1873 mod bar {
1874     /* ... */
1875 }
1876
1877 // A lint attribute used to suppress a warning/error
1878 #[allow(non_camel_case_types)]
1879 type int8_t = i8;
1880 ```
1881
1882 > **Note:** At some point in the future, the compiler will distinguish between
1883 > language-reserved and user-available attributes. Until then, there is
1884 > effectively no difference between an attribute handled by a loadable syntax
1885 > extension and the compiler.
1886
1887 ### Crate-only attributes
1888
1889 - `crate_name` - specify the crate's crate name.
1890 - `crate_type` - see [linkage](#linkage).
1891 - `feature` - see [compiler features](#compiler-features).
1892 - `no_builtins` - disable optimizing certain code patterns to invocations of
1893                   library functions that are assumed to exist
1894 - `no_main` - disable emitting the `main` symbol. Useful when some other
1895    object being linked to defines `main`.
1896 - `no_start` - disable linking to the `native` crate, which specifies the
1897   "start" language item.
1898 - `no_std` - disable linking to the `std` crate.
1899 - `plugin` - load a list of named crates as compiler plugins, e.g.
1900              `#![plugin(foo, bar)]`. Optional arguments for each plugin,
1901              i.e. `#![plugin(foo(... args ...))]`, are provided to the plugin's
1902              registrar function.  The `plugin` feature gate is required to use
1903              this attribute.
1904 - `recursion_limit` - Sets the maximum depth for potentially
1905                       infinitely-recursive compile-time operations like
1906                       auto-dereference or macro expansion. The default is
1907                       `#![recursion_limit="64"]`.
1908
1909 ### Module-only attributes
1910
1911 - `no_implicit_prelude` - disable injecting `use std::prelude::*` in this
1912   module.
1913 - `path` - specifies the file to load the module from. `#[path="foo.rs"] mod
1914   bar;` is equivalent to `mod bar { /* contents of foo.rs */ }`. The path is
1915   taken relative to the directory that the current module is in.
1916
1917 ### Function-only attributes
1918
1919 - `main` - indicates that this function should be passed to the entry point,
1920   rather than the function in the crate root named `main`.
1921 - `plugin_registrar` - mark this function as the registration point for
1922   [compiler plugins][plugin], such as loadable syntax extensions.
1923 - `start` - indicates that this function should be used as the entry point,
1924   overriding the "start" language item. See the "start" [language
1925   item](#language-items) for more details.
1926 - `test` - indicates that this function is a test function, to only be compiled
1927   in case of `--test`.
1928 - `should_panic` - indicates that this test function should panic, inverting the success condition.
1929 - `cold` - The function is unlikely to be executed, so optimize it (and calls
1930   to it) differently.
1931
1932 ### Static-only attributes
1933
1934 - `thread_local` - on a `static mut`, this signals that the value of this
1935   static may change depending on the current thread. The exact consequences of
1936   this are implementation-defined.
1937
1938 ### FFI attributes
1939
1940 On an `extern` block, the following attributes are interpreted:
1941
1942 - `link_args` - specify arguments to the linker, rather than just the library
1943   name and type. This is feature gated and the exact behavior is
1944   implementation-defined (due to variety of linker invocation syntax).
1945 - `link` - indicate that a native library should be linked to for the
1946   declarations in this block to be linked correctly. `link` supports an optional
1947   `kind` key with three possible values: `dylib`, `static`, and `framework`. See
1948   [external blocks](#external-blocks) for more about external blocks. Two
1949   examples: `#[link(name = "readline")]` and
1950   `#[link(name = "CoreFoundation", kind = "framework")]`.
1951 - `linked_from` - indicates what native library this block of FFI items is
1952   coming from. This attribute is of the form `#[linked_from = "foo"]` where
1953   `foo` is the name of a library in either `#[link]` or a `-l` flag. This
1954   attribute is currently required to export symbols from a Rust dynamic library
1955   on Windows, and it is feature gated behind the `linked_from` feature.
1956
1957 On declarations inside an `extern` block, the following attributes are
1958 interpreted:
1959
1960 - `link_name` - the name of the symbol that this function or static should be
1961   imported as.
1962 - `linkage` - on a static, this specifies the [linkage
1963   type](http://llvm.org/docs/LangRef.html#linkage-types).
1964
1965 On `enum`s:
1966
1967 - `repr` - on C-like enums, this sets the underlying type used for
1968   representation. Takes one argument, which is the primitive
1969   type this enum should be represented for, or `C`, which specifies that it
1970   should be the default `enum` size of the C ABI for that platform. Note that
1971   enum representation in C is undefined, and this may be incorrect when the C
1972   code is compiled with certain flags.
1973
1974 On `struct`s:
1975
1976 - `repr` - specifies the representation to use for this struct. Takes a list
1977   of options. The currently accepted ones are `C` and `packed`, which may be
1978   combined. `C` will use a C ABI compatible struct layout, and `packed` will
1979   remove any padding between fields (note that this is very fragile and may
1980   break platforms which require aligned access).
1981
1982 ### Macro-related attributes
1983
1984 - `macro_use` on a `mod` â€” macros defined in this module will be visible in the
1985   module's parent, after this module has been included.
1986
1987 - `macro_use` on an `extern crate` â€” load macros from this crate.  An optional
1988   list of names `#[macro_use(foo, bar)]` restricts the import to just those
1989   macros named.  The `extern crate` must appear at the crate root, not inside
1990   `mod`, which ensures proper function of the [`$crate` macro
1991   variable](book/macros.html#the-variable-$crate).
1992
1993 - `macro_reexport` on an `extern crate` â€” re-export the named macros.
1994
1995 - `macro_export` - export a macro for cross-crate usage.
1996
1997 - `no_link` on an `extern crate` â€” even if we load this crate for macros, don't
1998   link it into the output.
1999
2000 See the [macros section of the
2001 book](book/macros.html#scoping-and-macro-import/export) for more information on
2002 macro scope.
2003
2004
2005 ### Miscellaneous attributes
2006
2007 - `export_name` - on statics and functions, this determines the name of the
2008   exported symbol.
2009 - `link_section` - on statics and functions, this specifies the section of the
2010   object file that this item's contents will be placed into.
2011 - `no_mangle` - on any item, do not apply the standard name mangling. Set the
2012   symbol for this item to its identifier.
2013 - `simd` - on certain tuple structs, derive the arithmetic operators, which
2014   lower to the target's SIMD instructions, if any; the `simd` feature gate
2015   is necessary to use this attribute.
2016 - `unsafe_no_drop_flag` - on structs, remove the flag that prevents
2017   destructors from being run twice. Destructors might be run multiple times on
2018   the same object with this attribute. To use this, the `unsafe_no_drop_flag` feature
2019   gate must be enabled.
2020 - `doc` - Doc comments such as `/// foo` are equivalent to `#[doc = "foo"]`.
2021 - `rustc_on_unimplemented` - Write a custom note to be shown along with the error
2022    when the trait is found to be unimplemented on a type.
2023    You may use format arguments like `{T}`, `{A}` to correspond to the
2024    types at the point of use corresponding to the type parameters of the
2025    trait of the same name. `{Self}` will be replaced with the type that is supposed
2026    to implement the trait but doesn't. To use this, the `on_unimplemented` feature gate
2027    must be enabled.
2028
2029 ### Conditional compilation
2030
2031 Sometimes one wants to have different compiler outputs from the same code,
2032 depending on build target, such as targeted operating system, or to enable
2033 release builds.
2034
2035 There are two kinds of configuration options, one that is either defined or not
2036 (`#[cfg(foo)]`), and the other that contains a string that can be checked
2037 against (`#[cfg(bar = "baz")]`). Currently, only compiler-defined configuration
2038 options can have the latter form.
2039
2040 ```
2041 // The function is only included in the build when compiling for OSX
2042 #[cfg(target_os = "macos")]
2043 fn macos_only() {
2044   // ...
2045 }
2046
2047 // This function is only included when either foo or bar is defined
2048 #[cfg(any(foo, bar))]
2049 fn needs_foo_or_bar() {
2050   // ...
2051 }
2052
2053 // This function is only included when compiling for a unixish OS with a 32-bit
2054 // architecture
2055 #[cfg(all(unix, target_pointer_width = "32"))]
2056 fn on_32bit_unix() {
2057   // ...
2058 }
2059
2060 // This function is only included when foo is not defined
2061 #[cfg(not(foo))]
2062 fn needs_not_foo() {
2063   // ...
2064 }
2065 ```
2066
2067 This illustrates some conditional compilation can be achieved using the
2068 `#[cfg(...)]` attribute. `any`, `all` and `not` can be used to assemble
2069 arbitrarily complex configurations through nesting.
2070
2071 The following configurations must be defined by the implementation:
2072
2073 * `debug_assertions` - Enabled by default when compiling without optimizations.
2074   This can be used to enable extra debugging code in development but not in
2075   production.  For example, it controls the behavior of the standard library's
2076   `debug_assert!` macro.
2077 * `target_arch = "..."` - Target CPU architecture, such as `"x86"`, `"x86_64"`
2078   `"mips"`, `"powerpc"`, `"arm"`, or `"aarch64"`.
2079 * `target_endian = "..."` - Endianness of the target CPU, either `"little"` or
2080   `"big"`.
2081 * `target_env = ".."` - An option provided by the compiler by default
2082   describing the runtime environment of the target platform. Some examples of
2083   this are `musl` for builds targeting the MUSL libc implementation, `msvc` for
2084   Windows builds targeting MSVC, and `gnu` frequently the rest of the time. This
2085   option may also be blank on some platforms.
2086 * `target_family = "..."` - Operating system family of the target, e. g.
2087   `"unix"` or `"windows"`. The value of this configuration option is defined
2088   as a configuration itself, like `unix` or `windows`.
2089 * `target_os = "..."` - Operating system of the target, examples include
2090   `"windows"`, `"macos"`, `"ios"`, `"linux"`, `"android"`, `"freebsd"`, `"dragonfly"`,
2091   `"bitrig"` , `"openbsd"` or `"netbsd"`.
2092 * `target_pointer_width = "..."` - Target pointer width in bits. This is set
2093   to `"32"` for targets with 32-bit pointers, and likewise set to `"64"` for
2094   64-bit pointers.
2095 * `test` - Enabled when compiling the test harness (using the `--test` flag).
2096 * `unix` - See `target_family`.
2097 * `windows` - See `target_family`.
2098
2099 You can also set another attribute based on a `cfg` variable with `cfg_attr`:
2100
2101 ```rust,ignore
2102 #[cfg_attr(a, b)]
2103 ```
2104
2105 Will be the same as `#[b]` if `a` is set by `cfg`, and nothing otherwise.
2106
2107 ### Lint check attributes
2108
2109 A lint check names a potentially undesirable coding pattern, such as
2110 unreachable code or omitted documentation, for the static entity to which the
2111 attribute applies.
2112
2113 For any lint check `C`:
2114
2115 * `allow(C)` overrides the check for `C` so that violations will go
2116    unreported,
2117 * `deny(C)` signals an error after encountering a violation of `C`,
2118 * `forbid(C)` is the same as `deny(C)`, but also forbids changing the lint
2119    level afterwards,
2120 * `warn(C)` warns about violations of `C` but continues compilation.
2121
2122 The lint checks supported by the compiler can be found via `rustc -W help`,
2123 along with their default settings.  [Compiler
2124 plugins](book/compiler-plugins.html#lint-plugins) can provide additional lint checks.
2125
2126 ```{.ignore}
2127 mod m1 {
2128     // Missing documentation is ignored here
2129     #[allow(missing_docs)]
2130     pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2131
2132     // Missing documentation signals a warning here
2133     #[warn(missing_docs)]
2134     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2135
2136     // Missing documentation signals an error here
2137     #[deny(missing_docs)]
2138     pub fn undocumented_end() -> i32 { 3 }
2139 }
2140 ```
2141
2142 This example shows how one can use `allow` and `warn` to toggle a particular
2143 check on and off:
2144
2145 ```{.ignore}
2146 #[warn(missing_docs)]
2147 mod m2{
2148     #[allow(missing_docs)]
2149     mod nested {
2150         // Missing documentation is ignored here
2151         pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2152
2153         // Missing documentation signals a warning here,
2154         // despite the allow above.
2155         #[warn(missing_docs)]
2156         pub fn undocumented_two() -> i32 { 2 }
2157     }
2158
2159     // Missing documentation signals a warning here
2160     pub fn undocumented_too() -> i32 { 3 }
2161 }
2162 ```
2163
2164 This example shows how one can use `forbid` to disallow uses of `allow` for
2165 that lint check:
2166
2167 ```{.ignore}
2168 #[forbid(missing_docs)]
2169 mod m3 {
2170     // Attempting to toggle warning signals an error here
2171     #[allow(missing_docs)]
2172     /// Returns 2.
2173     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2174 }
2175 ```
2176
2177 ### Language items
2178
2179 Some primitive Rust operations are defined in Rust code, rather than being
2180 implemented directly in C or assembly language. The definitions of these
2181 operations have to be easy for the compiler to find. The `lang` attribute
2182 makes it possible to declare these operations. For example, the `str` module
2183 in the Rust standard library defines the string equality function:
2184
2185 ```{.ignore}
2186 #[lang = "str_eq"]
2187 pub fn eq_slice(a: &str, b: &str) -> bool {
2188     // details elided
2189 }
2190 ```
2191
2192 The name `str_eq` has a special meaning to the Rust compiler, and the presence
2193 of this definition means that it will use this definition when generating calls
2194 to the string equality function.
2195
2196 The set of language items is currently considered unstable. A complete
2197 list of the built-in language items will be added in the future.
2198
2199 ### Inline attributes
2200
2201 The inline attribute suggests that the compiler should place a copy of
2202 the function or static in the caller, rather than generating code to
2203 call the function or access the static where it is defined.
2204
2205 The compiler automatically inlines functions based on internal heuristics.
2206 Incorrectly inlining functions can actually make the program slower, so it
2207 should be used with care.
2208
2209 `#[inline]` and `#[inline(always)]` always cause the function to be serialized
2210 into the crate metadata to allow cross-crate inlining.
2211
2212 There are three different types of inline attributes:
2213
2214 * `#[inline]` hints the compiler to perform an inline expansion.
2215 * `#[inline(always)]` asks the compiler to always perform an inline expansion.
2216 * `#[inline(never)]` asks the compiler to never perform an inline expansion.
2217
2218 ### `derive`
2219
2220 The `derive` attribute allows certain traits to be automatically implemented
2221 for data structures. For example, the following will create an `impl` for the
2222 `PartialEq` and `Clone` traits for `Foo`, the type parameter `T` will be given
2223 the `PartialEq` or `Clone` constraints for the appropriate `impl`:
2224
2225 ```
2226 #[derive(PartialEq, Clone)]
2227 struct Foo<T> {
2228     a: i32,
2229     b: T
2230 }
2231 ```
2232
2233 The generated `impl` for `PartialEq` is equivalent to
2234
2235 ```
2236 # struct Foo<T> { a: i32, b: T }
2237 impl<T: PartialEq> PartialEq for Foo<T> {
2238     fn eq(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2239         self.a == other.a && self.b == other.b
2240     }
2241
2242     fn ne(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2243         self.a != other.a || self.b != other.b
2244     }
2245 }
2246 ```
2247
2248 ### Compiler Features
2249
2250 Certain aspects of Rust may be implemented in the compiler, but they're not
2251 necessarily ready for every-day use. These features are often of "prototype
2252 quality" or "almost production ready", but may not be stable enough to be
2253 considered a full-fledged language feature.
2254
2255 For this reason, Rust recognizes a special crate-level attribute of the form:
2256
2257 ```{.ignore}
2258 #![feature(feature1, feature2, feature3)]
2259 ```
2260
2261 This directive informs the compiler that the feature list: `feature1`,
2262 `feature2`, and `feature3` should all be enabled. This is only recognized at a
2263 crate-level, not at a module-level. Without this directive, all features are
2264 considered off, and using the features will result in a compiler error.
2265
2266 The currently implemented features of the reference compiler are:
2267
2268 * `advanced_slice_patterns` - See the [match expressions](#match-expressions)
2269                               section for discussion; the exact semantics of
2270                               slice patterns are subject to change, so some types
2271                               are still unstable.
2272
2273 * `slice_patterns` - OK, actually, slice patterns are just scary and
2274                      completely unstable.
2275
2276 * `asm` - The `asm!` macro provides a means for inline assembly. This is often
2277           useful, but the exact syntax for this feature along with its
2278           semantics are likely to change, so this macro usage must be opted
2279           into.
2280
2281 * `associated_consts` - Allows constants to be defined in `impl` and `trait`
2282                         blocks, so that they can be associated with a type or
2283                         trait in a similar manner to methods and associated
2284                         types.
2285
2286 * `box_patterns` - Allows `box` patterns, the exact semantics of which
2287                    is subject to change.
2288
2289 * `box_syntax` - Allows use of `box` expressions, the exact semantics of which
2290                  is subject to change.
2291
2292 * `concat_idents` - Allows use of the `concat_idents` macro, which is in many
2293                     ways insufficient for concatenating identifiers, and may be
2294                     removed entirely for something more wholesome.
2295
2296 * `custom_attribute` - Allows the usage of attributes unknown to the compiler
2297                        so that new attributes can be added in a backwards compatible
2298                        manner (RFC 572).
2299
2300 * `custom_derive` - Allows the use of `#[derive(Foo,Bar)]` as sugar for
2301                     `#[derive_Foo] #[derive_Bar]`, which can be user-defined syntax
2302                     extensions.
2303
2304 * `intrinsics` - Allows use of the "rust-intrinsics" ABI. Compiler intrinsics
2305                  are inherently unstable and no promise about them is made.
2306
2307 * `lang_items` - Allows use of the `#[lang]` attribute. Like `intrinsics`,
2308                  lang items are inherently unstable and no promise about them
2309                  is made.
2310
2311 * `link_args` - This attribute is used to specify custom flags to the linker,
2312                 but usage is strongly discouraged. The compiler's usage of the
2313                 system linker is not guaranteed to continue in the future, and
2314                 if the system linker is not used then specifying custom flags
2315                 doesn't have much meaning.
2316
2317 * `link_llvm_intrinsics` â€“ Allows linking to LLVM intrinsics via
2318                            `#[link_name="llvm.*"]`.
2319
2320 * `linkage` - Allows use of the `linkage` attribute, which is not portable.
2321
2322 * `log_syntax` - Allows use of the `log_syntax` macro attribute, which is a
2323                  nasty hack that will certainly be removed.
2324
2325 * `main` - Allows use of the `#[main]` attribute, which changes the entry point
2326            into a Rust program. This capability is subject to change.
2327
2328 * `macro_reexport` - Allows macros to be re-exported from one crate after being imported
2329                      from another. This feature was originally designed with the sole
2330                      use case of the Rust standard library in mind, and is subject to
2331                      change.
2332
2333 * `non_ascii_idents` - The compiler supports the use of non-ascii identifiers,
2334                        but the implementation is a little rough around the
2335                        edges, so this can be seen as an experimental feature
2336                        for now until the specification of identifiers is fully
2337                        fleshed out.
2338
2339 * `no_std` - Allows the `#![no_std]` crate attribute, which disables the implicit
2340              `extern crate std`. This typically requires use of the unstable APIs
2341              behind the libstd "facade", such as libcore and libcollections. It
2342              may also cause problems when using syntax extensions, including
2343              `#[derive]`.
2344
2345 * `on_unimplemented` - Allows the `#[rustc_on_unimplemented]` attribute, which allows
2346                        trait definitions to add specialized notes to error messages
2347                        when an implementation was expected but not found.
2348
2349 * `optin_builtin_traits` - Allows the definition of default and negative trait
2350                            implementations. Experimental.
2351
2352 * `plugin` - Usage of [compiler plugins][plugin] for custom lints or syntax extensions.
2353              These depend on compiler internals and are subject to change.
2354
2355 * `plugin_registrar` - Indicates that a crate provides [compiler plugins][plugin].
2356
2357 * `quote` - Allows use of the `quote_*!` family of macros, which are
2358             implemented very poorly and will likely change significantly
2359             with a proper implementation.
2360
2361 * `rustc_attrs` - Gates internal `#[rustc_*]` attributes which may be
2362                   for internal use only or have meaning added to them in the future.
2363
2364 * `rustc_diagnostic_macros`- A mysterious feature, used in the implementation
2365                              of rustc, not meant for mortals.
2366
2367 * `simd` - Allows use of the `#[simd]` attribute, which is overly simple and
2368            not the SIMD interface we want to expose in the long term.
2369
2370 * `simd_ffi` - Allows use of SIMD vectors in signatures for foreign functions.
2371                The SIMD interface is subject to change.
2372
2373 * `staged_api` - Allows usage of stability markers and `#![staged_api]` in a
2374                  crate. Stability markers are also attributes: `#[stable]`,
2375                  `#[unstable]`, and `#[deprecated]` are the three levels.
2376
2377 * `start` - Allows use of the `#[start]` attribute, which changes the entry point
2378             into a Rust program. This capability, especially the signature for the
2379             annotated function, is subject to change.
2380
2381 * `struct_variant` - Structural enum variants (those with named fields). It is
2382                      currently unknown whether this style of enum variant is as
2383                      fully supported as the tuple-forms, and it's not certain
2384                      that this style of variant should remain in the language.
2385                      For now this style of variant is hidden behind a feature
2386                      flag.
2387
2388 * `thread_local` - The usage of the `#[thread_local]` attribute is experimental
2389                    and should be seen as unstable. This attribute is used to
2390                    declare a `static` as being unique per-thread leveraging
2391                    LLVM's implementation which works in concert with the kernel
2392                    loader and dynamic linker. This is not necessarily available
2393                    on all platforms, and usage of it is discouraged.
2394
2395 * `trace_macros` - Allows use of the `trace_macros` macro, which is a nasty
2396                    hack that will certainly be removed.
2397
2398 * `unboxed_closures` - Rust's new closure design, which is currently a work in
2399                        progress feature with many known bugs.
2400
2401 * `unsafe_no_drop_flag` - Allows use of the `#[unsafe_no_drop_flag]` attribute,
2402                           which removes hidden flag added to a type that
2403                           implements the `Drop` trait. The design for the
2404                           `Drop` flag is subject to change, and this feature
2405                           may be removed in the future.
2406
2407 * `unmarked_api` - Allows use of items within a `#![staged_api]` crate
2408                    which have not been marked with a stability marker.
2409                    Such items should not be allowed by the compiler to exist,
2410                    so if you need this there probably is a compiler bug.
2411
2412 * `visible_private_types` - Allows public APIs to expose otherwise private
2413                             types, e.g. as the return type of a public function.
2414                             This capability may be removed in the future.
2415
2416 * `allow_internal_unstable` - Allows `macro_rules!` macros to be tagged with the
2417                               `#[allow_internal_unstable]` attribute, designed
2418                               to allow `std` macros to call
2419                               `#[unstable]`/feature-gated functionality
2420                               internally without imposing on callers
2421                               (i.e. making them behave like function calls in
2422                               terms of encapsulation).
2423 * - `default_type_parameter_fallback` - Allows type parameter defaults to
2424                                         influence type inference.
2425 * - `braced_empty_structs` - Allows use of empty structs with braces.
2426
2427 If a feature is promoted to a language feature, then all existing programs will
2428 start to receive compilation warnings about `#![feature]` directives which enabled
2429 the new feature (because the directive is no longer necessary). However, if a
2430 feature is decided to be removed from the language, errors will be issued (if
2431 there isn't a parser error first). The directive in this case is no longer
2432 necessary, and it's likely that existing code will break if the feature isn't
2433 removed.
2434
2435 If an unknown feature is found in a directive, it results in a compiler error.
2436 An unknown feature is one which has never been recognized by the compiler.
2437
2438 # Statements and expressions
2439
2440 Rust is _primarily_ an expression language. This means that most forms of
2441 value-producing or effect-causing evaluation are directed by the uniform syntax
2442 category of _expressions_. Each kind of expression can typically _nest_ within
2443 each other kind of expression, and rules for evaluation of expressions involve
2444 specifying both the value produced by the expression and the order in which its
2445 sub-expressions are themselves evaluated.
2446
2447 In contrast, statements in Rust serve _mostly_ to contain and explicitly
2448 sequence expression evaluation.
2449
2450 ## Statements
2451
2452 A _statement_ is a component of a block, which is in turn a component of an
2453 outer [expression](#expressions) or [function](#functions).
2454
2455 Rust has two kinds of statement: [declaration
2456 statements](#declaration-statements) and [expression
2457 statements](#expression-statements).
2458
2459 ### Declaration statements
2460
2461 A _declaration statement_ is one that introduces one or more *names* into the
2462 enclosing statement block. The declared names may denote new variables or new
2463 items.
2464
2465 #### Item declarations
2466
2467 An _item declaration statement_ has a syntactic form identical to an
2468 [item](#items) declaration within a module. Declaring an item &mdash; a
2469 function, enumeration, structure, type, static, trait, implementation or module
2470 &mdash; locally within a statement block is simply a way of restricting its
2471 scope to a narrow region containing all of its uses; it is otherwise identical
2472 in meaning to declaring the item outside the statement block.
2473
2474 > **Note**: there is no implicit capture of the function's dynamic environment when
2475 > declaring a function-local item.
2476
2477 #### Variable declarations
2478
2479 A _variable declaration_ introduces a new set of variable, given by a pattern. The
2480 pattern may be followed by a type annotation, and/or an initializer expression.
2481 When no type annotation is given, the compiler will infer the type, or signal
2482 an error if insufficient type information is available for definite inference.
2483 Any variables introduced by a variable declaration are visible from the point of
2484 declaration until the end of the enclosing block scope.
2485
2486 ### Expression statements
2487
2488 An _expression statement_ is one that evaluates an [expression](#expressions)
2489 and ignores its result. The type of an expression statement `e;` is always
2490 `()`, regardless of the type of `e`. As a rule, an expression statement's
2491 purpose is to trigger the effects of evaluating its expression.
2492
2493 ## Expressions
2494
2495 An expression may have two roles: it always produces a *value*, and it may have
2496 *effects* (otherwise known as "side effects"). An expression *evaluates to* a
2497 value, and has effects during *evaluation*. Many expressions contain
2498 sub-expressions (operands). The meaning of each kind of expression dictates
2499 several things:
2500
2501 * Whether or not to evaluate the sub-expressions when evaluating the expression
2502 * The order in which to evaluate the sub-expressions
2503 * How to combine the sub-expressions' values to obtain the value of the expression
2504
2505 In this way, the structure of expressions dictates the structure of execution.
2506 Blocks are just another kind of expression, so blocks, statements, expressions,
2507 and blocks again can recursively nest inside each other to an arbitrary depth.
2508
2509 #### Lvalues, rvalues and temporaries
2510
2511 Expressions are divided into two main categories: _lvalues_ and _rvalues_.
2512 Likewise within each expression, sub-expressions may occur in _lvalue context_
2513 or _rvalue context_. The evaluation of an expression depends both on its own
2514 category and the context it occurs within.
2515
2516 An lvalue is an expression that represents a memory location. These expressions
2517 are [paths](#path-expressions) (which refer to local variables, function and
2518 method arguments, or static variables), dereferences (`*expr`), [indexing
2519 expressions](#index-expressions) (`expr[expr]`), and [field
2520 references](#field-expressions) (`expr.f`). All other expressions are rvalues.
2521
2522 The left operand of an [assignment](#assignment-expressions) or
2523 [compound-assignment](#compound-assignment-expressions) expression is
2524 an lvalue context, as is the single operand of a unary
2525 [borrow](#unary-operator-expressions). The discriminant or subject of
2526 a [match expression](#match-expressions) may be an lvalue context, if
2527 ref bindings are made, but is otherwise an rvalue context. All other
2528 expression contexts are rvalue contexts.
2529
2530 When an lvalue is evaluated in an _lvalue context_, it denotes a memory
2531 location; when evaluated in an _rvalue context_, it denotes the value held _in_
2532 that memory location.
2533
2534 ##### Temporary lifetimes
2535
2536 When an rvalue is used in an lvalue context, a temporary un-named
2537 lvalue is created and used instead. The lifetime of temporary values
2538 is typically the innermost enclosing statement; the tail expression of
2539 a block is considered part of the statement that encloses the block.
2540
2541 When a temporary rvalue is being created that is assigned into a `let`
2542 declaration, however, the temporary is created with the lifetime of
2543 the enclosing block instead, as using the enclosing statement (the
2544 `let` declaration) would be a guaranteed error (since a pointer to the
2545 temporary would be stored into a variable, but the temporary would be
2546 freed before the variable could be used). The compiler uses simple
2547 syntactic rules to decide which values are being assigned into a `let`
2548 binding, and therefore deserve a longer temporary lifetime.
2549
2550 Here are some examples:
2551
2552 - `let x = foo(&temp())`. The expression `temp()` is an rvalue. As it
2553   is being borrowed, a temporary is created which will be freed after
2554   the innermost enclosing statement (the `let` declaration, in this case).
2555 - `let x = temp().foo()`. This is the same as the previous example,
2556   except that the value of `temp()` is being borrowed via autoref on a
2557   method-call. Here we are assuming that `foo()` is an `&self` method
2558   defined in some trait, say `Foo`. In other words, the expression
2559   `temp().foo()` is equivalent to `Foo::foo(&temp())`.
2560 - `let x = &temp()`. Here, the same temporary is being assigned into
2561   `x`, rather than being passed as a parameter, and hence the
2562   temporary's lifetime is considered to be the enclosing block.
2563 - `let x = SomeStruct { foo: &temp() }`. As in the previous case, the
2564   temporary is assigned into a struct which is then assigned into a
2565   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2566 - `let x = [ &temp() ]`. As in the previous case, the
2567   temporary is assigned into an array which is then assigned into a
2568   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2569 - `let ref x = temp()`. In this case, the temporary is created using a ref binding,
2570   but the result is the same: the lifetime is extended to the enclosing block.
2571
2572 #### Moved and copied types
2573
2574 When a [local variable](#variables) is used as an
2575 [rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries), the variable will be copied
2576 if its type implements `Copy`. All others are moved.
2577
2578 ### Literal expressions
2579
2580 A _literal expression_ consists of one of the [literal](#literals) forms
2581 described earlier. It directly describes a number, character, string, boolean
2582 value, or the unit value.
2583
2584 ```{.literals}
2585 ();        // unit type
2586 "hello";   // string type
2587 '5';       // character type
2588 5;         // integer type
2589 ```
2590
2591 ### Path expressions
2592
2593 A [path](#paths) used as an expression context denotes either a local variable
2594 or an item. Path expressions are [lvalues](#lvalues,-rvalues-and-temporaries).
2595
2596 ### Tuple expressions
2597
2598 Tuples are written by enclosing zero or more comma-separated expressions in
2599 parentheses. They are used to create [tuple-typed](#tuple-types) values.
2600
2601 ```{.tuple}
2602 (0.0, 4.5);
2603 ("a", 4usize, true);
2604 ```
2605
2606 You can disambiguate a single-element tuple from a value in parentheses with a
2607 comma:
2608
2609 ```
2610 (0,); // single-element tuple
2611 (0); // zero in parentheses
2612 ```
2613
2614 ### Structure expressions
2615
2616 There are several forms of structure expressions. A _structure expression_
2617 consists of the [path](#paths) of a [structure item](#structures), followed by
2618 a brace-enclosed list of one or more comma-separated name-value pairs,
2619 providing the field values of a new instance of the structure. A field name
2620 can be any identifier, and is separated from its value expression by a colon.
2621 The location denoted by a structure field is mutable if and only if the
2622 enclosing structure is mutable.
2623
2624 A _tuple structure expression_ consists of the [path](#paths) of a [structure
2625 item](#structures), followed by a parenthesized list of one or more
2626 comma-separated expressions (in other words, the path of a structure item
2627 followed by a tuple expression). The structure item must be a tuple structure
2628 item.
2629
2630 A _unit-like structure expression_ consists only of the [path](#paths) of a
2631 [structure item](#structures).
2632
2633 The following are examples of structure expressions:
2634
2635 ```
2636 # struct Point { x: f64, y: f64 }
2637 # struct TuplePoint(f64, f64);
2638 # mod game { pub struct User<'a> { pub name: &'a str, pub age: u32, pub score: usize } }
2639 # struct Cookie; fn some_fn<T>(t: T) {}
2640 Point {x: 10.0, y: 20.0};
2641 TuplePoint(10.0, 20.0);
2642 let u = game::User {name: "Joe", age: 35, score: 100_000};
2643 some_fn::<Cookie>(Cookie);
2644 ```
2645
2646 A structure expression forms a new value of the named structure type. Note
2647 that for a given *unit-like* structure type, this will always be the same
2648 value.
2649
2650 A structure expression can terminate with the syntax `..` followed by an
2651 expression to denote a functional update. The expression following `..` (the
2652 base) must have the same structure type as the new structure type being formed.
2653 The entire expression denotes the result of constructing a new structure (with
2654 the same type as the base expression) with the given values for the fields that
2655 were explicitly specified and the values in the base expression for all other
2656 fields.
2657
2658 ```
2659 # struct Point3d { x: i32, y: i32, z: i32 }
2660 let base = Point3d {x: 1, y: 2, z: 3};
2661 Point3d {y: 0, z: 10, .. base};
2662 ```
2663
2664 ### Block expressions
2665
2666 A _block expression_ is similar to a module in terms of the declarations that
2667 are possible. Each block conceptually introduces a new namespace scope. Use
2668 items can bring new names into scopes and declared items are in scope for only
2669 the block itself.
2670
2671 A block will execute each statement sequentially, and then execute the
2672 expression (if given). If the block ends in a statement, its value is `()`:
2673
2674 ```
2675 let x: () = { println!("Hello."); };
2676 ```
2677
2678 If it ends in an expression, its value and type are that of the expression:
2679
2680 ```
2681 let x: i32 = { println!("Hello."); 5 };
2682
2683 assert_eq!(5, x);
2684 ```
2685
2686 ### Method-call expressions
2687
2688 A _method call_ consists of an expression followed by a single dot, an
2689 identifier, and a parenthesized expression-list. Method calls are resolved to
2690 methods on specific traits, either statically dispatching to a method if the
2691 exact `self`-type of the left-hand-side is known, or dynamically dispatching if
2692 the left-hand-side expression is an indirect [trait object](#trait-objects).
2693
2694 ### Field expressions
2695
2696 A _field expression_ consists of an expression followed by a single dot and an
2697 identifier, when not immediately followed by a parenthesized expression-list
2698 (the latter is a [method call expression](#method-call-expressions)). A field
2699 expression denotes a field of a [structure](#structure-types).
2700
2701 ```{.ignore .field}
2702 mystruct.myfield;
2703 foo().x;
2704 (Struct {a: 10, b: 20}).a;
2705 ```
2706
2707 A field access is an [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) referring to
2708 the value of that field. When the type providing the field inherits mutability,
2709 it can be [assigned](#assignment-expressions) to.
2710
2711 Also, if the type of the expression to the left of the dot is a
2712 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2713 to make the field access possible. In cases of ambiguity, we prefer
2714 fewer autoderefs to more.
2715
2716 ### Array expressions
2717
2718 An [array](#array,-and-slice-types) _expression_ is written by enclosing zero
2719 or more comma-separated expressions of uniform type in square brackets.
2720
2721 In the `[expr ';' expr]` form, the expression after the `';'` must be a
2722 constant expression that can be evaluated at compile time, such as a
2723 [literal](#literals) or a [static item](#static-items).
2724
2725 ```
2726 [1, 2, 3, 4];
2727 ["a", "b", "c", "d"];
2728 [0; 128];              // array with 128 zeros
2729 [0u8, 0u8, 0u8, 0u8];
2730 ```
2731
2732 ### Index expressions
2733
2734 [Array](#array,-and-slice-types)-typed expressions can be indexed by
2735 writing a square-bracket-enclosed expression (the index) after them. When the
2736 array is mutable, the resulting [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) can
2737 be assigned to.
2738
2739 Indices are zero-based, and may be of any integral type. Vector access is
2740 bounds-checked at compile-time for constant arrays being accessed with a constant index value.
2741 Otherwise a check will be performed at run-time that will put the thread in a _panicked state_ if it fails.
2742
2743 ```{should-fail}
2744 ([1, 2, 3, 4])[0];
2745
2746 let x = (["a", "b"])[10]; // compiler error: const index-expr is out of bounds
2747
2748 let n = 10;
2749 let y = (["a", "b"])[n]; // panics
2750
2751 let arr = ["a", "b"];
2752 arr[10]; // panics
2753 ```
2754
2755 Also, if the type of the expression to the left of the brackets is a
2756 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2757 to make the indexing possible. In cases of ambiguity, we prefer fewer
2758 autoderefs to more.
2759
2760 ### Range expressions
2761
2762 The `..` operator will construct an object of one of the `std::ops::Range` variants.
2763
2764 ```
2765 1..2;   // std::ops::Range
2766 3..;    // std::ops::RangeFrom
2767 ..4;    // std::ops::RangeTo
2768 ..;     // std::ops::RangeFull
2769 ```
2770
2771 The following expressions are equivalent.
2772
2773 ```
2774 let x = std::ops::Range {start: 0, end: 10};
2775 let y = 0..10;
2776
2777 assert_eq!(x, y);
2778 ```
2779
2780 ### Unary operator expressions
2781
2782 Rust defines the following unary operators. They are all written as prefix operators,
2783 before the expression they apply to.
2784
2785 * `-`
2786   : Negation. May only be applied to numeric types.
2787 * `*`
2788   : Dereference. When applied to a [pointer](#pointer-types) it denotes the
2789     pointed-to location. For pointers to mutable locations, the resulting
2790     [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) can be assigned to.
2791     On non-pointer types, it calls the `deref` method of the `std::ops::Deref`
2792     trait, or the `deref_mut` method of the `std::ops::DerefMut` trait (if
2793     implemented by the type and required for an outer expression that will or
2794     could mutate the dereference), and produces the result of dereferencing the
2795     `&` or `&mut` borrowed pointer returned from the overload method.
2796 * `!`
2797   : Logical negation. On the boolean type, this flips between `true` and
2798     `false`. On integer types, this inverts the individual bits in the
2799     two's complement representation of the value.
2800 * `&` and `&mut`
2801   : Borrowing. When applied to an lvalue, these operators produce a
2802     reference (pointer) to the lvalue. The lvalue is also placed into
2803     a borrowed state for the duration of the reference. For a shared
2804     borrow (`&`), this implies that the lvalue may not be mutated, but
2805     it may be read or shared again. For a mutable borrow (`&mut`), the
2806     lvalue may not be accessed in any way until the borrow expires.
2807     If the `&` or `&mut` operators are applied to an rvalue, a
2808     temporary value is created; the lifetime of this temporary value
2809     is defined by [syntactic rules](#temporary-lifetimes).
2810
2811 ### Binary operator expressions
2812
2813 Binary operators expressions are given in terms of [operator
2814 precedence](#operator-precedence).
2815
2816 #### Arithmetic operators
2817
2818 Binary arithmetic expressions are syntactic sugar for calls to built-in traits,
2819 defined in the `std::ops` module of the `std` library. This means that
2820 arithmetic operators can be overridden for user-defined types. The default
2821 meaning of the operators on standard types is given here.
2822
2823 * `+`
2824   : Addition and array/string concatenation.
2825     Calls the `add` method on the `std::ops::Add` trait.
2826 * `-`
2827   : Subtraction.
2828     Calls the `sub` method on the `std::ops::Sub` trait.
2829 * `*`
2830   : Multiplication.
2831     Calls the `mul` method on the `std::ops::Mul` trait.
2832 * `/`
2833   : Quotient.
2834     Calls the `div` method on the `std::ops::Div` trait.
2835 * `%`
2836   : Remainder.
2837     Calls the `rem` method on the `std::ops::Rem` trait.
2838
2839 #### Bitwise operators
2840
2841 Like the [arithmetic operators](#arithmetic-operators), bitwise operators are
2842 syntactic sugar for calls to methods of built-in traits. This means that
2843 bitwise operators can be overridden for user-defined types. The default
2844 meaning of the operators on standard types is given here. Bitwise `&`, `|` and
2845 `^` applied to boolean arguments are equivalent to logical `&&`, `||` and `!=`
2846 evaluated in non-lazy fashion.
2847
2848 * `&`
2849   : Bitwise AND.
2850     Calls the `bitand` method of the `std::ops::BitAnd` trait.
2851 * `|`
2852   : Bitwise inclusive OR.
2853     Calls the `bitor` method of the `std::ops::BitOr` trait.
2854 * `^`
2855   : Bitwise exclusive OR.
2856     Calls the `bitxor` method of the `std::ops::BitXor` trait.
2857 * `<<`
2858   : Left shift.
2859     Calls the `shl` method of the `std::ops::Shl` trait.
2860 * `>>`
2861   : Right shift (arithmetic).
2862     Calls the `shr` method of the `std::ops::Shr` trait.
2863
2864 #### Lazy boolean operators
2865
2866 The operators `||` and `&&` may be applied to operands of boolean type. The
2867 `||` operator denotes logical 'or', and the `&&` operator denotes logical
2868 'and'. They differ from `|` and `&` in that the right-hand operand is only
2869 evaluated when the left-hand operand does not already determine the result of
2870 the expression. That is, `||` only evaluates its right-hand operand when the
2871 left-hand operand evaluates to `false`, and `&&` only when it evaluates to
2872 `true`.
2873
2874 #### Comparison operators
2875
2876 Comparison operators are, like the [arithmetic
2877 operators](#arithmetic-operators), and [bitwise operators](#bitwise-operators),
2878 syntactic sugar for calls to built-in traits. This means that comparison
2879 operators can be overridden for user-defined types. The default meaning of the
2880 operators on standard types is given here.
2881
2882 * `==`
2883   : Equal to.
2884     Calls the `eq` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
2885 * `!=`
2886   : Unequal to.
2887     Calls the `ne` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
2888 * `<`
2889   : Less than.
2890     Calls the `lt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2891 * `>`
2892   : Greater than.
2893     Calls the `gt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2894 * `<=`
2895   : Less than or equal.
2896     Calls the `le` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2897 * `>=`
2898   : Greater than or equal.
2899     Calls the `ge` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2900
2901 #### Type cast expressions
2902
2903 A type cast expression is denoted with the binary operator `as`.
2904
2905 Executing an `as` expression casts the value on the left-hand side to the type
2906 on the right-hand side.
2907
2908 An example of an `as` expression:
2909
2910 ```
2911 # fn sum(values: &[f64]) -> f64 { 0.0 }
2912 # fn len(values: &[f64]) -> i32 { 0 }
2913
2914 fn average(values: &[f64]) -> f64 {
2915     let sum: f64 = sum(values);
2916     let size: f64 = len(values) as f64;
2917     sum / size
2918 }
2919 ```
2920
2921 Some of the conversions which can be done through the `as` operator
2922 can also be done implicitly at various points in the program, such as
2923 argument passing and assignment to a `let` binding with an explicit
2924 type. Implicit conversions are limited to "harmless" conversions that
2925 do not lose information and which have minimal or no risk of
2926 surprising side-effects on the dynamic execution semantics.
2927
2928 #### Assignment expressions
2929
2930 An _assignment expression_ consists of an
2931 [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) expression followed by an equals
2932 sign (`=`) and an [rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) expression.
2933
2934 Evaluating an assignment expression [either copies or
2935 moves](#moved-and-copied-types) its right-hand operand to its left-hand
2936 operand.
2937
2938 ```
2939 # let mut x = 0;
2940 # let y = 0;
2941 x = y;
2942 ```
2943
2944 #### Compound assignment expressions
2945
2946 The `+`, `-`, `*`, `/`, `%`, `&`, `|`, `^`, `<<`, and `>>` operators may be
2947 composed with the `=` operator. The expression `lval OP= val` is equivalent to
2948 `lval = lval OP val`. For example, `x = x + 1` may be written as `x += 1`.
2949
2950 Any such expression always has the [`unit`](#tuple-types) type.
2951
2952 #### Operator precedence
2953
2954 The precedence of Rust binary operators is ordered as follows, going from
2955 strong to weak:
2956
2957 ```{.text .precedence}
2958 as
2959 * / %
2960 + -
2961 << >>
2962 &
2963 ^
2964 |
2965 == != < > <= >=
2966 &&
2967 ||
2968 = ..
2969 ```
2970
2971 Operators at the same precedence level are evaluated left-to-right. [Unary
2972 operators](#unary-operator-expressions) have the same precedence level and are
2973 stronger than any of the binary operators.
2974
2975 ### Grouped expressions
2976
2977 An expression enclosed in parentheses evaluates to the result of the enclosed
2978 expression. Parentheses can be used to explicitly specify evaluation order
2979 within an expression.
2980
2981 An example of a parenthesized expression:
2982
2983 ```
2984 let x: i32 = (2 + 3) * 4;
2985 ```
2986
2987
2988 ### Call expressions
2989
2990 A _call expression_ invokes a function, providing zero or more input variables
2991 and an optional location to move the function's output into. If the function
2992 eventually returns, then the expression completes.
2993
2994 Some examples of call expressions:
2995
2996 ```
2997 # fn add(x: i32, y: i32) -> i32 { 0 }
2998
2999 let x: i32 = add(1i32, 2i32);
3000 let pi: Result<f32, _> = "3.14".parse();
3001 ```
3002
3003 ### Lambda expressions
3004
3005 A _lambda expression_ (sometimes called an "anonymous function expression")
3006 defines a function and denotes it as a value, in a single expression. A lambda
3007 expression is a pipe-symbol-delimited (`|`) list of identifiers followed by an
3008 expression.
3009
3010 A lambda expression denotes a function that maps a list of parameters
3011 (`ident_list`) onto the expression that follows the `ident_list`. The
3012 identifiers in the `ident_list` are the parameters to the function. These
3013 parameters' types need not be specified, as the compiler infers them from
3014 context.
3015
3016 Lambda expressions are most useful when passing functions as arguments to other
3017 functions, as an abbreviation for defining and capturing a separate function.
3018
3019 Significantly, lambda expressions _capture their environment_, which regular
3020 [function definitions](#functions) do not. The exact type of capture depends
3021 on the [function type](#function-types) inferred for the lambda expression. In
3022 the simplest and least-expensive form (analogous to a ```|| { }``` expression),
3023 the lambda expression captures its environment by reference, effectively
3024 borrowing pointers to all outer variables mentioned inside the function.
3025 Alternately, the compiler may infer that a lambda expression should copy or
3026 move values (depending on their type) from the environment into the lambda
3027 expression's captured environment.
3028
3029 In this example, we define a function `ten_times` that takes a higher-order
3030 function argument, and we then call it with a lambda expression as an argument:
3031
3032 ```
3033 fn ten_times<F>(f: F) where F: Fn(i32) {
3034     for index in 0..10 {
3035         f(index);
3036     }
3037 }
3038
3039 ten_times(|j| println!("hello, {}", j));
3040 ```
3041
3042 ### Infinite loops
3043
3044 A `loop` expression denotes an infinite loop.
3045
3046 A `loop` expression may optionally have a _label_. The label is written as
3047 a lifetime preceding the loop expression, as in `'foo: loop{ }`. If a
3048 label is present, then labeled `break` and `continue` expressions nested
3049 within this loop may exit out of this loop or return control to its head.
3050 See [break expressions](#break-expressions) and [continue
3051 expressions](#continue-expressions).
3052
3053 ### `break` expressions
3054
3055 A `break` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3056 executing a `break` expression immediately terminates the innermost loop
3057 enclosing it. It is only permitted in the body of a loop. If the label is
3058 present, then `break 'foo` terminates the loop with label `'foo`, which need not
3059 be the innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3060
3061 ### `continue` expressions
3062
3063 A `continue` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3064 executing a `continue` expression immediately terminates the current iteration
3065 of the innermost loop enclosing it, returning control to the loop *head*. In
3066 the case of a `while` loop, the head is the conditional expression controlling
3067 the loop. In the case of a `for` loop, the head is the call-expression
3068 controlling the loop. If the label is present, then `continue 'foo` returns
3069 control to the head of the loop with label `'foo`, which need not be the
3070 innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3071
3072 A `continue` expression is only permitted in the body of a loop.
3073
3074 ### `while` loops
3075
3076 A `while` loop begins by evaluating the boolean loop conditional expression.
3077 If the loop conditional expression evaluates to `true`, the loop body block
3078 executes and control returns to the loop conditional expression. If the loop
3079 conditional expression evaluates to `false`, the `while` expression completes.
3080
3081 An example:
3082
3083 ```
3084 let mut i = 0;
3085
3086 while i < 10 {
3087     println!("hello");
3088     i = i + 1;
3089 }
3090 ```
3091
3092 Like `loop` expressions, `while` loops can be controlled with `break` or
3093 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3094 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3095 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3096
3097 ### `for` expressions
3098
3099 A `for` expression is a syntactic construct for looping over elements provided
3100 by an implementation of `std::iter::IntoIterator`.
3101
3102 An example of a `for` loop over the contents of an array:
3103
3104 ```
3105 # type Foo = i32;
3106 # fn bar(f: &Foo) { }
3107 # let a = 0;
3108 # let b = 0;
3109 # let c = 0;
3110
3111 let v: &[Foo] = &[a, b, c];
3112
3113 for e in v {
3114     bar(e);
3115 }
3116 ```
3117
3118 An example of a for loop over a series of integers:
3119
3120 ```
3121 # fn bar(b:usize) { }
3122 for i in 0..256 {
3123     bar(i);
3124 }
3125 ```
3126
3127 Like `loop` expressions, `for` loops can be controlled with `break` or
3128 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3129 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3130 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3131
3132 ### `if` expressions
3133
3134 An `if` expression is a conditional branch in program control. The form of an
3135 `if` expression is a condition expression, followed by a consequent block, any
3136 number of `else if` conditions and blocks, and an optional trailing `else`
3137 block. The condition expressions must have type `bool`. If a condition
3138 expression evaluates to `true`, the consequent block is executed and any
3139 subsequent `else if` or `else` block is skipped. If a condition expression
3140 evaluates to `false`, the consequent block is skipped and any subsequent `else
3141 if` condition is evaluated. If all `if` and `else if` conditions evaluate to
3142 `false` then any `else` block is executed.
3143
3144 ### `match` expressions
3145
3146 A `match` expression branches on a *pattern*. The exact form of matching that
3147 occurs depends on the pattern. Patterns consist of some combination of
3148 literals, destructured arrays or enum constructors, structures and tuples,
3149 variable binding specifications, wildcards (`..`), and placeholders (`_`). A
3150 `match` expression has a *head expression*, which is the value to compare to
3151 the patterns. The type of the patterns must equal the type of the head
3152 expression.
3153
3154 In a pattern whose head expression has an `enum` type, a placeholder (`_`)
3155 stands for a *single* data field, whereas a wildcard `..` stands for *all* the
3156 fields of a particular variant.
3157
3158 A `match` behaves differently depending on whether or not the head expression
3159 is an [lvalue or an rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries). If the head
3160 expression is an rvalue, it is first evaluated into a temporary location, and
3161 the resulting value is sequentially compared to the patterns in the arms until
3162 a match is found. The first arm with a matching pattern is chosen as the branch
3163 target of the `match`, any variables bound by the pattern are assigned to local
3164 variables in the arm's block, and control enters the block.
3165
3166 When the head expression is an lvalue, the match does not allocate a temporary
3167 location (however, a by-value binding may copy or move from the lvalue). When
3168 possible, it is preferable to match on lvalues, as the lifetime of these
3169 matches inherits the lifetime of the lvalue, rather than being restricted to
3170 the inside of the match.
3171
3172 An example of a `match` expression:
3173
3174 ```
3175 let x = 1;
3176
3177 match x {
3178     1 => println!("one"),
3179     2 => println!("two"),
3180     3 => println!("three"),
3181     4 => println!("four"),
3182     5 => println!("five"),
3183     _ => println!("something else"),
3184 }
3185 ```
3186
3187 Patterns that bind variables default to binding to a copy or move of the
3188 matched value (depending on the matched value's type). This can be changed to
3189 bind to a reference by using the `ref` keyword, or to a mutable reference using
3190 `ref mut`.
3191
3192 Subpatterns can also be bound to variables by the use of the syntax `variable @
3193 subpattern`. For example:
3194
3195 ```
3196 let x = 1;
3197
3198 match x {
3199     e @ 1 ... 5 => println!("got a range element {}", e),
3200     _ => println!("anything"),
3201 }
3202 ```
3203
3204 Patterns can also dereference pointers by using the `&`, `&mut` and `box`
3205 symbols, as appropriate. For example, these two matches on `x: &i32` are
3206 equivalent:
3207
3208 ```
3209 # let x = &3;
3210 let y = match *x { 0 => "zero", _ => "some" };
3211 let z = match x { &0 => "zero", _ => "some" };
3212
3213 assert_eq!(y, z);
3214 ```
3215
3216 Multiple match patterns may be joined with the `|` operator. A range of values
3217 may be specified with `...`. For example:
3218
3219 ```
3220 # let x = 2;
3221
3222 let message = match x {
3223     0 | 1  => "not many",
3224     2 ... 9 => "a few",
3225     _      => "lots"
3226 };
3227 ```
3228
3229 Range patterns only work on scalar types (like integers and characters; not
3230 like arrays and structs, which have sub-components). A range pattern may not
3231 be a sub-range of another range pattern inside the same `match`.
3232
3233 Finally, match patterns can accept *pattern guards* to further refine the
3234 criteria for matching a case. Pattern guards appear after the pattern and
3235 consist of a bool-typed expression following the `if` keyword. A pattern guard
3236 may refer to the variables bound within the pattern they follow.
3237
3238 ```
3239 # let maybe_digit = Some(0);
3240 # fn process_digit(i: i32) { }
3241 # fn process_other(i: i32) { }
3242
3243 let message = match maybe_digit {
3244     Some(x) if x < 10 => process_digit(x),
3245     Some(x) => process_other(x),
3246     None => panic!()
3247 };
3248 ```
3249
3250 ### `if let` expressions
3251
3252 An `if let` expression is semantically identical to an `if` expression but in place
3253 of a condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3254 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the corresponding
3255 block will execute, otherwise flow proceeds to the first `else` block that follows.
3256
3257 ```
3258 let dish = ("Ham", "Eggs");
3259
3260 // this body will be skipped because the pattern is refuted
3261 if let ("Bacon", b) = dish {
3262     println!("Bacon is served with {}", b);
3263 }
3264
3265 // this body will execute
3266 if let ("Ham", b) = dish {
3267     println!("Ham is served with {}", b);
3268 }
3269 ```
3270
3271 ### `while let` loops
3272
3273 A `while let` loop is semantically identical to a `while` loop but in place of a
3274 condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3275 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the
3276 loop body block executes and control returns to the pattern matching statement.
3277 Otherwise, the while expression completes.
3278
3279 ### `return` expressions
3280
3281 Return expressions are denoted with the keyword `return`. Evaluating a `return`
3282 expression moves its argument into the designated output location for the
3283 current function call, destroys the current function activation frame, and
3284 transfers control to the caller frame.
3285
3286 An example of a `return` expression:
3287
3288 ```
3289 fn max(a: i32, b: i32) -> i32 {
3290     if a > b {
3291         return a;
3292     }
3293     return b;
3294 }
3295 ```
3296
3297 # Type system
3298
3299 ## Types
3300
3301 Every variable, item and value in a Rust program has a type. The _type_ of a
3302 *value* defines the interpretation of the memory holding it.
3303
3304 Built-in types and type-constructors are tightly integrated into the language,
3305 in nontrivial ways that are not possible to emulate in user-defined types.
3306 User-defined types have limited capabilities.
3307
3308 ### Primitive types
3309
3310 The primitive types are the following:
3311
3312 * The boolean type `bool` with values `true` and `false`.
3313 * The machine types (integer and floating-point).
3314 * The machine-dependent integer types.
3315
3316 #### Machine types
3317
3318 The machine types are the following:
3319
3320 * The unsigned word types `u8`, `u16`, `u32` and `u64`, with values drawn from
3321   the integer intervals [0, 2^8 - 1], [0, 2^16 - 1], [0, 2^32 - 1] and
3322   [0, 2^64 - 1] respectively.
3323
3324 * The signed two's complement word types `i8`, `i16`, `i32` and `i64`, with
3325   values drawn from the integer intervals [-(2^(7)), 2^7 - 1],
3326   [-(2^(15)), 2^15 - 1], [-(2^(31)), 2^31 - 1], [-(2^(63)), 2^63 - 1]
3327   respectively.
3328
3329 * The IEEE 754-2008 `binary32` and `binary64` floating-point types: `f32` and
3330   `f64`, respectively.
3331
3332 #### Machine-dependent integer types
3333
3334 The `usize` type is an unsigned integer type with the same number of bits as the
3335 platform's pointer type. It can represent every memory address in the process.
3336
3337 The `isize` type is a signed integer type with the same number of bits as the
3338 platform's pointer type. The theoretical upper bound on object and array size
3339 is the maximum `isize` value. This ensures that `isize` can be used to calculate
3340 differences between pointers into an object or array and can address every byte
3341 within an object along with one byte past the end.
3342
3343 ### Textual types
3344
3345 The types `char` and `str` hold textual data.
3346
3347 A value of type `char` is a [Unicode scalar value](
3348 http://www.unicode.org/glossary/#unicode_scalar_value) (i.e. a code point that
3349 is not a surrogate), represented as a 32-bit unsigned word in the 0x0000 to
3350 0xD7FF or 0xE000 to 0x10FFFF range. A `[char]` array is effectively an UCS-4 /
3351 UTF-32 string.
3352
3353 A value of type `str` is a Unicode string, represented as an array of 8-bit
3354 unsigned bytes holding a sequence of UTF-8 code points. Since `str` is of
3355 unknown size, it is not a _first-class_ type, but can only be instantiated
3356 through a pointer type, such as `&str`.
3357
3358 ### Tuple types
3359
3360 A tuple *type* is a heterogeneous product of other types, called the *elements*
3361 of the tuple. It has no nominal name and is instead structurally typed.
3362
3363 Tuple types and values are denoted by listing the types or values of their
3364 elements, respectively, in a parenthesized, comma-separated list.
3365
3366 Because tuple elements don't have a name, they can only be accessed by
3367 pattern-matching or by using `N` directly as a field to access the
3368 `N`th element.
3369
3370 An example of a tuple type and its use:
3371
3372 ```
3373 type Pair<'a> = (i32, &'a str);
3374 let p: Pair<'static> = (10, "ten");
3375 let (a, b) = p;
3376
3377 assert_eq!(a, 10);
3378 assert_eq!(b, "ten");
3379 assert_eq!(p.0, 10);
3380 assert_eq!(p.1, "ten");
3381 ```
3382
3383 For historical reasons and convenience, the tuple type with no elements (`()`)
3384 is often called â€˜unit’ or â€˜the unit type’.
3385
3386 ### Array, and Slice types
3387
3388 Rust has two different types for a list of items:
3389
3390 * `[T; N]`, an 'array'
3391 * `&[T]`, a 'slice'
3392
3393 An array has a fixed size, and can be allocated on either the stack or the
3394 heap.
3395
3396 A slice is a 'view' into an array. It doesn't own the data it points
3397 to, it borrows it.
3398
3399 Examples:
3400
3401 ```{rust}
3402 // A stack-allocated array
3403 let array: [i32; 3] = [1, 2, 3];
3404
3405 // A heap-allocated array
3406 let vector: Vec<i32> = vec![1, 2, 3];
3407
3408 // A slice into an array
3409 let slice: &[i32] = &vector[..];
3410 ```
3411
3412 As you can see, the `vec!` macro allows you to create a `Vec<T>` easily. The
3413 `vec!` macro is also part of the standard library, rather than the language.
3414
3415 All in-bounds elements of arrays and slices are always initialized, and access
3416 to an array or slice is always bounds-checked.
3417
3418 ### Structure types
3419
3420 A `struct` *type* is a heterogeneous product of other types, called the
3421 *fields* of the type.[^structtype]
3422
3423 [^structtype]: `struct` types are analogous to `struct` types in C,
3424     the *record* types of the ML family,
3425     or the *structure* types of the Lisp family.
3426
3427 New instances of a `struct` can be constructed with a [struct
3428 expression](#structure-expressions).
3429
3430 The memory layout of a `struct` is undefined by default to allow for compiler
3431 optimizations like field reordering, but it can be fixed with the
3432 `#[repr(...)]` attribute. In either case, fields may be given in any order in
3433 a corresponding struct *expression*; the resulting `struct` value will always
3434 have the same memory layout.
3435
3436 The fields of a `struct` may be qualified by [visibility
3437 modifiers](#visibility-and-privacy), to allow access to data in a
3438 structure outside a module.
3439
3440 A _tuple struct_ type is just like a structure type, except that the fields are
3441 anonymous.
3442
3443 A _unit-like struct_ type is like a structure type, except that it has no
3444 fields. The one value constructed by the associated [structure
3445 expression](#structure-expressions) is the only value that inhabits such a
3446 type.
3447
3448 ### Enumerated types
3449
3450 An *enumerated type* is a nominal, heterogeneous disjoint union type, denoted
3451 by the name of an [`enum` item](#enumerations). [^enumtype]
3452
3453 [^enumtype]: The `enum` type is analogous to a `data` constructor declaration in
3454              ML, or a *pick ADT* in Limbo.
3455
3456 An [`enum` item](#enumerations) declares both the type and a number of *variant
3457 constructors*, each of which is independently named and takes an optional tuple
3458 of arguments.
3459
3460 New instances of an `enum` can be constructed by calling one of the variant
3461 constructors, in a [call expression](#call-expressions).
3462
3463 Any `enum` value consumes as much memory as the largest variant constructor for
3464 its corresponding `enum` type.
3465
3466 Enum types cannot be denoted *structurally* as types, but must be denoted by
3467 named reference to an [`enum` item](#enumerations).
3468
3469 ### Recursive types
3470
3471 Nominal types &mdash; [enumerations](#enumerated-types) and
3472 [structures](#structure-types) &mdash; may be recursive. That is, each `enum`
3473 constructor or `struct` field may refer, directly or indirectly, to the
3474 enclosing `enum` or `struct` type itself. Such recursion has restrictions:
3475
3476 * Recursive types must include a nominal type in the recursion
3477   (not mere [type definitions](grammar.html#type-definitions),
3478    or other structural types such as [arrays](#array,-and-slice-types) or [tuples](#tuple-types)).
3479 * A recursive `enum` item must have at least one non-recursive constructor
3480   (in order to give the recursion a basis case).
3481 * The size of a recursive type must be finite;
3482   in other words the recursive fields of the type must be [pointer types](#pointer-types).
3483 * Recursive type definitions can cross module boundaries, but not module *visibility* boundaries,
3484   or crate boundaries (in order to simplify the module system and type checker).
3485
3486 An example of a *recursive* type and its use:
3487
3488 ```
3489 enum List<T> {
3490     Nil,
3491     Cons(T, Box<List<T>>)
3492 }
3493
3494 let a: List<i32> = List::Cons(7, Box::new(List::Cons(13, Box::new(List::Nil))));
3495 ```
3496
3497 ### Pointer types
3498
3499 All pointers in Rust are explicit first-class values. They can be copied,
3500 stored into data structures, and returned from functions. There are two
3501 varieties of pointer in Rust:
3502
3503 * References (`&`)
3504   : These point to memory _owned by some other value_.
3505     A reference type is written `&type`,
3506     or `&'a type` when you need to specify an explicit lifetime.
3507     Copying a reference is a "shallow" operation:
3508     it involves only copying the pointer itself.
3509     Releasing a reference has no effect on the value it points to,
3510     but a reference of a temporary value will keep it alive during the scope
3511     of the reference itself.
3512
3513 * Raw pointers (`*`)
3514   : Raw pointers are pointers without safety or liveness guarantees.
3515     Raw pointers are written as `*const T` or `*mut T`,
3516     for example `*const i32` means a raw pointer to a 32-bit integer.
3517     Copying or dropping a raw pointer has no effect on the lifecycle of any
3518     other value. Dereferencing a raw pointer or converting it to any other
3519     pointer type is an [`unsafe` operation](#unsafe-functions).
3520     Raw pointers are generally discouraged in Rust code;
3521     they exist to support interoperability with foreign code,
3522     and writing performance-critical or low-level functions.
3523
3524 The standard library contains additional 'smart pointer' types beyond references
3525 and raw pointers.
3526
3527 ### Function types
3528
3529 The function type constructor `fn` forms new function types. A function type
3530 consists of a possibly-empty set of function-type modifiers (such as `unsafe`
3531 or `extern`), a sequence of input types and an output type.
3532
3533 An example of a `fn` type:
3534
3535 ```
3536 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
3537     return x + y;
3538 }
3539
3540 let mut x = add(5,7);
3541
3542 type Binop = fn(i32, i32) -> i32;
3543 let bo: Binop = add;
3544 x = bo(5,7);
3545 ```
3546
3547 #### Function types for specific items
3548
3549 Internal to the compiler, there are also function types that are specific to a particular
3550 function item. In the following snippet, for example, the internal types of the functions
3551 `foo` and `bar` are different, despite the fact that they have the same signature:
3552
3553 ```
3554 fn foo() { }
3555 fn bar() { }
3556 ```
3557
3558 The types of `foo` and `bar` can both be implicitly coerced to the fn
3559 pointer type `fn()`. There is currently no syntax for unique fn types,
3560 though the compiler will emit a type like `fn() {foo}` in error
3561 messages to indicate "the unique fn type for the function `foo`".
3562
3563 ### Closure types
3564
3565 A [lambda expression](#lambda-expressions) produces a closure value with
3566 a unique, anonymous type that cannot be written out.
3567
3568 Depending on the requirements of the closure, its type implements one or
3569 more of the closure traits:
3570
3571 * `FnOnce`
3572   : The closure can be called once. A closure called as `FnOnce`
3573     can move out values from its environment.
3574
3575 * `FnMut`
3576   : The closure can be called multiple times as mutable. A closure called as
3577     `FnMut` can mutate values from its environment. `FnMut` inherits from
3578     `FnOnce` (i.e. anything implementing `FnMut` also implements `FnOnce`).
3579
3580 * `Fn`
3581   : The closure can be called multiple times through a shared reference.
3582     A closure called as `Fn` can neither move out from nor mutate values
3583     from its environment. `Fn` inherits from `FnMut`, which itself
3584     inherits from `FnOnce`.
3585
3586
3587 ### Trait objects
3588
3589 In Rust, a type like `&SomeTrait` or `Box<SomeTrait>` is called a _trait object_.
3590 Each instance of a trait object includes:
3591
3592  - a pointer to an instance of a type `T` that implements `SomeTrait`
3593  - a _virtual method table_, often just called a _vtable_, which contains, for
3594    each method of `SomeTrait` that `T` implements, a pointer to `T`'s
3595    implementation (i.e. a function pointer).
3596
3597 The purpose of trait objects is to permit "late binding" of methods. A call to
3598 a method on a trait object is only resolved to a vtable entry at compile time.
3599 The actual implementation for each vtable entry can vary on an object-by-object
3600 basis.
3601
3602 Note that for a trait object to be instantiated, the trait must be
3603 _object-safe_. Object safety rules are defined in [RFC 255].
3604
3605 [RFC 255]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0255-object-safety.md
3606
3607 Given a pointer-typed expression `E` of type `&T` or `Box<T>`, where `T`
3608 implements trait `R`, casting `E` to the corresponding pointer type `&R` or
3609 `Box<R>` results in a value of the _trait object_ `R`. This result is
3610 represented as a pair of pointers: the vtable pointer for the `T`
3611 implementation of `R`, and the pointer value of `E`.
3612
3613 An example of a trait object:
3614
3615 ```
3616 trait Printable {
3617     fn stringify(&self) -> String;
3618 }
3619
3620 impl Printable for i32 {
3621     fn stringify(&self) -> String { self.to_string() }
3622 }
3623
3624 fn print(a: Box<Printable>) {
3625     println!("{}", a.stringify());
3626 }
3627
3628 fn main() {
3629     print(Box::new(10) as Box<Printable>);
3630 }
3631 ```
3632
3633 In this example, the trait `Printable` occurs as a trait object in both the
3634 type signature of `print`, and the cast expression in `main`.
3635
3636 ### Type parameters
3637
3638 Within the body of an item that has type parameter declarations, the names of
3639 its type parameters are types:
3640
3641 ```ignore
3642 fn to_vec<A: Clone>(xs: &[A]) -> Vec<A> {
3643     if xs.is_empty() {
3644         return vec![];
3645     }
3646     let first: A = xs[0].clone();
3647     let mut rest: Vec<A> = to_vec(&xs[1..]);
3648     rest.insert(0, first);
3649     rest
3650 }
3651 ```
3652
3653 Here, `first` has type `A`, referring to `to_vec`'s `A` type parameter; and `rest`
3654 has type `Vec<A>`, a vector with element type `A`.
3655
3656 ### Self types
3657
3658 The special type `Self` has a meaning within traits and impls. In a trait definition, it refers
3659 to an implicit type parameter representing the "implementing" type. In an impl,
3660 it is an alias for the implementing type. For example, in:
3661
3662 ```
3663 trait Printable {
3664     fn make_string(&self) -> String;
3665 }
3666
3667 impl Printable for String {
3668     fn make_string(&self) -> String {
3669         (*self).clone()
3670     }
3671 }
3672 ```
3673
3674 The notation `&self` is a shorthand for `self: &Self`. In this case,
3675 in the impl, `Self` refers to the value of type `String` that is the
3676 receiver for a call to the method `make_string`.
3677
3678 ## Subtyping
3679
3680 Subtyping is implicit and can occur at any stage in type checking or
3681 inference. Subtyping in Rust is very restricted and occurs only due to
3682 variance with respect to lifetimes and between types with higher ranked
3683 lifetimes. If we were to erase lifetimes from types, then the only subtyping
3684 would be due to type equality.
3685
3686 Consider the following example: string literals always have `'static`
3687 lifetime. Nevertheless, we can assign `s` to `t`:
3688
3689 ```
3690 fn bar<'a>() {
3691     let s: &'static str = "hi";
3692     let t: &'a str = s;
3693 }
3694 ```
3695 Since `'static` "lives longer" than `'a`, `&'static str` is a subtype of
3696 `&'a str`.
3697
3698 ## Type coercions
3699
3700 Coercions are defined in [RFC401]. A coercion is implicit and has no syntax.
3701
3702 [RFC401]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0401-coercions.md
3703
3704 ### Coercion sites
3705
3706 A coercion can only occur at certain coercion sites in a program; these are
3707 typically places where the desired type is explicit or can be derived by
3708 propagation from explicit types (without type inference). Possible coercion
3709 sites are:
3710
3711 * `let` statements where an explicit type is given.
3712
3713    For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3714
3715    ```rust
3716    let _: i8 = 128;
3717    ```
3718
3719 * `static` and `const` statements (similar to `let` statements).
3720
3721 * Arguments for function calls
3722
3723   The value being coerced is the actual parameter, and it is coerced to
3724   the type of the formal parameter.
3725
3726   For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3727
3728   ```rust
3729   fn bar(_: i8) { }
3730
3731   fn main() {
3732       bar(128);
3733   }
3734   ```
3735
3736 * Instantiations of struct or variant fields
3737
3738   For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3739
3740   ```rust
3741   struct Foo { x: i8 }
3742
3743   fn main() {
3744       Foo { x: 128 };
3745   }
3746   ```
3747
3748 * Function results, either the final line of a block if it is not
3749   semicolon-terminated or any expression in a `return` statement
3750
3751   For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3752
3753   ```rust
3754   fn foo() -> i8 {
3755       128
3756   }
3757   ```
3758
3759 If the expression in one of these coercion sites is a coercion-propagating
3760 expression, then the relevant sub-expressions in that expression are also
3761 coercion sites. Propagation recurses from these new coercion sites.
3762 Propagating expressions and their relevant sub-expressions are:
3763
3764 * Array literals, where the array has type `[U; n]`. Each sub-expression in
3765 the array literal is a coercion site for coercion to type `U`.
3766
3767 * Array literals with repeating syntax, where the array has type `[U; n]`. The
3768 repeated sub-expression is a coercion site for coercion to type `U`.
3769
3770 * Tuples, where a tuple is a coercion site to type `(U_0, U_1, ..., U_n)`.
3771 Each sub-expression is a coercion site to the respective type, e.g. the
3772 zeroth sub-expression is a coercion site to type `U_0`.
3773
3774 * Parenthesised sub-expressions (`(e)`): if the expression has type `U`, then
3775 the sub-expression is a coercion site to `U`.
3776
3777 * Blocks: if a block has type `U`, then the last expression in the block (if
3778 it is not semicolon-terminated) is a coercion site to `U`. This includes
3779 blocks which are part of control flow statements, such as `if`/`else`, if
3780 the block has a known type.
3781
3782 ### Coercion types
3783
3784 Coercion is allowed between the following types:
3785
3786 * `T` to `U` if `T` is a subtype of `U` (*reflexive case*)
3787
3788 * `T_1` to `T_3` where `T_1` coerces to `T_2` and `T_2` coerces to `T_3`
3789 (*transitive case*)
3790
3791     Note that this is not fully supported yet
3792
3793 * `&mut T` to `&T`
3794
3795 * `*mut T` to `*const T`
3796
3797 * `&T` to `*const T`
3798
3799 * `&mut T` to `*mut T`
3800
3801 * `&T` to `&U` if `T` implements `Deref<Target = U>`. For example:
3802
3803   ```rust
3804   use std::ops::Deref;
3805
3806   struct CharContainer {
3807       value: char
3808   }
3809
3810   impl Deref for CharContainer {
3811       type Target = char;
3812
3813       fn deref<'a>(&'a self) -> &'a char {
3814           &self.value
3815       }
3816   }
3817
3818   fn foo(arg: &char) {}
3819
3820   fn main() {
3821       let x = &mut CharContainer { value: 'y' };
3822       foo(x); //&mut CharContainer is coerced to &char.
3823   }
3824   ```
3825
3826 * `&mut T` to `&mut U` if `T` implements `DerefMut<Target = U>`.
3827
3828 * TyCtor(`T`) to TyCtor(coerce_inner(`T`)), where TyCtor(`T`) is one of
3829     - `&T`
3830     - `&mut T`
3831     - `*const T`
3832     - `*mut T`
3833     - `Box<T>`
3834
3835     and where
3836     - coerce_inner(`[T, ..n]`) = `[T]`
3837     - coerce_inner(`T`) = `U` where `T` is a concrete type which implements the
3838     trait `U`.
3839
3840     In the future, coerce_inner will be recursively extended to tuples and
3841     structs. In addition, coercions from sub-traits to super-traits will be
3842     added. See [RFC401] for more details.
3843
3844 # Special traits
3845
3846 Several traits define special evaluation behavior.
3847
3848 ## The `Copy` trait
3849
3850 The `Copy` trait changes the semantics of a type implementing it. Values whose
3851 type implements `Copy` are copied rather than moved upon assignment.
3852
3853 ## The `Sized` trait
3854
3855 The `Sized` trait indicates that the size of this type is known at compile-time.
3856
3857 ## The `Drop` trait
3858
3859 The `Drop` trait provides a destructor, to be run whenever a value of this type
3860 is to be destroyed.
3861
3862 ## The `Deref` trait
3863
3864 The `Deref<Target = U>` trait allows a type to implicitly implement all the methods
3865 of the type `U`. When attempting to resolve a method call, the compiler will search
3866 the top-level type for the implementation of the called method. If no such method is
3867 found, `.deref()` is called and the compiler continues to search for the method
3868 implementation in the returned type `U`.
3869
3870 # Memory model
3871
3872 A Rust program's memory consists of a static set of *items* and a *heap*.
3873 Immutable portions of the heap may be safely shared between threads, mutable
3874 portions may not be safely shared, but several mechanisms for effectively-safe
3875 sharing of mutable values, built on unsafe code but enforcing a safe locking
3876 discipline, exist in the standard library.
3877
3878 Allocations in the stack consist of *variables*, and allocations in the heap
3879 consist of *boxes*.
3880
3881 ### Memory allocation and lifetime
3882
3883 The _items_ of a program are those functions, modules and types that have their
3884 value calculated at compile-time and stored uniquely in the memory image of the
3885 rust process. Items are neither dynamically allocated nor freed.
3886
3887 The _heap_ is a general term that describes boxes.  The lifetime of an
3888 allocation in the heap depends on the lifetime of the box values pointing to
3889 it. Since box values may themselves be passed in and out of frames, or stored
3890 in the heap, heap allocations may outlive the frame they are allocated within.
3891
3892 ### Memory ownership
3893
3894 When a stack frame is exited, its local allocations are all released, and its
3895 references to boxes are dropped.
3896
3897 ### Variables
3898
3899 A _variable_ is a component of a stack frame, either a named function parameter,
3900 an anonymous [temporary](#lvalues,-rvalues-and-temporaries), or a named local
3901 variable.
3902
3903 A _local variable_ (or *stack-local* allocation) holds a value directly,
3904 allocated within the stack's memory. The value is a part of the stack frame.
3905
3906 Local variables are immutable unless declared otherwise like: `let mut x = ...`.
3907
3908 Function parameters are immutable unless declared with `mut`. The `mut` keyword
3909 applies only to the following parameter (so `|mut x, y|` and `fn f(mut x:
3910 Box<i32>, y: Box<i32>)` declare one mutable variable `x` and one immutable
3911 variable `y`).
3912
3913 Methods that take either `self` or `Box<Self>` can optionally place them in a
3914 mutable variable by prefixing them with `mut` (similar to regular arguments):
3915
3916 ```
3917 trait Changer {
3918     fn change(mut self) -> Self;
3919     fn modify(mut self: Box<Self>) -> Box<Self>;
3920 }
3921 ```
3922
3923 Local variables are not initialized when allocated; the entire frame worth of
3924 local variables are allocated at once, on frame-entry, in an uninitialized
3925 state. Subsequent statements within a function may or may not initialize the
3926 local variables. Local variables can be used only after they have been
3927 initialized; this is enforced by the compiler.
3928
3929 # Linkage
3930
3931 The Rust compiler supports various methods to link crates together both
3932 statically and dynamically. This section will explore the various methods to
3933 link Rust crates together, and more information about native libraries can be
3934 found in the [ffi section of the book][ffi].
3935
3936 In one session of compilation, the compiler can generate multiple artifacts
3937 through the usage of either command line flags or the `crate_type` attribute.
3938 If one or more command line flag is specified, all `crate_type` attributes will
3939 be ignored in favor of only building the artifacts specified by command line.
3940
3941 * `--crate-type=bin`, `#[crate_type = "bin"]` - A runnable executable will be
3942   produced. This requires that there is a `main` function in the crate which
3943   will be run when the program begins executing. This will link in all Rust and
3944   native dependencies, producing a distributable binary.
3945
3946 * `--crate-type=lib`, `#[crate_type = "lib"]` - A Rust library will be produced.
3947   This is an ambiguous concept as to what exactly is produced because a library
3948   can manifest itself in several forms. The purpose of this generic `lib` option
3949   is to generate the "compiler recommended" style of library. The output library
3950   will always be usable by rustc, but the actual type of library may change from
3951   time-to-time. The remaining output types are all different flavors of
3952   libraries, and the `lib` type can be seen as an alias for one of them (but the
3953   actual one is compiler-defined).
3954
3955 * `--crate-type=dylib`, `#[crate_type = "dylib"]` - A dynamic Rust library will
3956   be produced. This is different from the `lib` output type in that this forces
3957   dynamic library generation. The resulting dynamic library can be used as a
3958   dependency for other libraries and/or executables. This output type will
3959   create `*.so` files on linux, `*.dylib` files on osx, and `*.dll` files on
3960   windows.
3961
3962 * `--crate-type=staticlib`, `#[crate_type = "staticlib"]` - A static system
3963   library will be produced. This is different from other library outputs in that
3964   the Rust compiler will never attempt to link to `staticlib` outputs. The
3965   purpose of this output type is to create a static library containing all of
3966   the local crate's code along with all upstream dependencies. The static
3967   library is actually a `*.a` archive on linux and osx and a `*.lib` file on
3968   windows. This format is recommended for use in situations such as linking
3969   Rust code into an existing non-Rust application because it will not have
3970   dynamic dependencies on other Rust code.
3971
3972 * `--crate-type=rlib`, `#[crate_type = "rlib"]` - A "Rust library" file will be
3973   produced. This is used as an intermediate artifact and can be thought of as a
3974   "static Rust library". These `rlib` files, unlike `staticlib` files, are
3975   interpreted by the Rust compiler in future linkage. This essentially means
3976   that `rustc` will look for metadata in `rlib` files like it looks for metadata
3977   in dynamic libraries. This form of output is used to produce statically linked
3978   executables as well as `staticlib` outputs.
3979
3980 Note that these outputs are stackable in the sense that if multiple are
3981 specified, then the compiler will produce each form of output at once without
3982 having to recompile. However, this only applies for outputs specified by the
3983 same method. If only `crate_type` attributes are specified, then they will all
3984 be built, but if one or more `--crate-type` command line flag is specified,
3985 then only those outputs will be built.
3986
3987 With all these different kinds of outputs, if crate A depends on crate B, then
3988 the compiler could find B in various different forms throughout the system. The
3989 only forms looked for by the compiler, however, are the `rlib` format and the
3990 dynamic library format. With these two options for a dependent library, the
3991 compiler must at some point make a choice between these two formats. With this
3992 in mind, the compiler follows these rules when determining what format of
3993 dependencies will be used:
3994
3995 1. If a static library is being produced, all upstream dependencies are
3996    required to be available in `rlib` formats. This requirement stems from the
3997    reason that a dynamic library cannot be converted into a static format.
3998
3999    Note that it is impossible to link in native dynamic dependencies to a static
4000    library, and in this case warnings will be printed about all unlinked native
4001    dynamic dependencies.
4002
4003 2. If an `rlib` file is being produced, then there are no restrictions on what
4004    format the upstream dependencies are available in. It is simply required that
4005    all upstream dependencies be available for reading metadata from.
4006
4007    The reason for this is that `rlib` files do not contain any of their upstream
4008    dependencies. It wouldn't be very efficient for all `rlib` files to contain a
4009    copy of `libstd.rlib`!
4010
4011 3. If an executable is being produced and the `-C prefer-dynamic` flag is not
4012    specified, then dependencies are first attempted to be found in the `rlib`
4013    format. If some dependencies are not available in an rlib format, then
4014    dynamic linking is attempted (see below).
4015
4016 4. If a dynamic library or an executable that is being dynamically linked is
4017    being produced, then the compiler will attempt to reconcile the available
4018    dependencies in either the rlib or dylib format to create a final product.
4019
4020    A major goal of the compiler is to ensure that a library never appears more
4021    than once in any artifact. For example, if dynamic libraries B and C were
4022    each statically linked to library A, then a crate could not link to B and C
4023    together because there would be two copies of A. The compiler allows mixing
4024    the rlib and dylib formats, but this restriction must be satisfied.
4025
4026    The compiler currently implements no method of hinting what format a library
4027    should be linked with. When dynamically linking, the compiler will attempt to
4028    maximize dynamic dependencies while still allowing some dependencies to be
4029    linked in via an rlib.
4030
4031    For most situations, having all libraries available as a dylib is recommended
4032    if dynamically linking. For other situations, the compiler will emit a
4033    warning if it is unable to determine which formats to link each library with.
4034
4035 In general, `--crate-type=bin` or `--crate-type=lib` should be sufficient for
4036 all compilation needs, and the other options are just available if more
4037 fine-grained control is desired over the output format of a Rust crate.
4038
4039 # Appendix: Rationales and design trade-offs
4040
4041 *TODO*.
4042
4043 # Appendix: Influences
4044
4045 Rust is not a particularly original language, with design elements coming from
4046 a wide range of sources. Some of these are listed below (including elements
4047 that have since been removed):
4048
4049 * SML, OCaml: algebraic data types, pattern matching, type inference,
4050   semicolon statement separation
4051 * C++: references, RAII, smart pointers, move semantics, monomorphisation,
4052   memory model
4053 * ML Kit, Cyclone: region based memory management
4054 * Haskell (GHC): typeclasses, type families
4055 * Newsqueak, Alef, Limbo: channels, concurrency
4056 * Erlang: message passing, thread failure, ~~linked thread failure~~,
4057   ~~lightweight concurrency~~
4058 * Swift: optional bindings
4059 * Scheme: hygienic macros
4060 * C#: attributes
4061 * Ruby: ~~block syntax~~
4062 * NIL, Hermes: ~~typestate~~
4063 * [Unicode Annex #31](http://www.unicode.org/reports/tr31/): identifier and
4064   pattern syntax
4065
4066 [ffi]: book/ffi.html
4067 [plugin]: book/compiler-plugins.html