]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/doc/reference.md
fixup #24754
[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 Rust's grammar is defined over Unicode code points, each conventionally denoted
33 `U+XXXX`, for 4 or more hexadecimal digits `X`. _Most_ of Rust's grammar is
34 confined to the ASCII range of Unicode, and is described in this document by a
35 dialect of Extended Backus-Naur Form (EBNF), specifically a dialect of EBNF
36 supported by common automated LL(k) parsing tools such as `llgen`, rather than
37 the dialect given in ISO 14977. The dialect can be defined self-referentially
38 as follows:
39
40 ```{.ebnf .notation}
41 grammar : rule + ;
42 rule    : nonterminal ':' productionrule ';' ;
43 productionrule : production [ '|' production ] * ;
44 production : term * ;
45 term : element repeats ;
46 element : LITERAL | IDENTIFIER | '[' productionrule ']' ;
47 repeats : [ '*' | '+' ] NUMBER ? | NUMBER ? | '?' ;
48 ```
49
50 Where:
51
52 - Whitespace in the grammar is ignored.
53 - Square brackets are used to group rules.
54 - `LITERAL` is a single printable ASCII character, or an escaped hexadecimal
55   ASCII code of the form `\xQQ`, in single quotes, denoting the corresponding
56   Unicode code point `U+00QQ`.
57 - `IDENTIFIER` is a nonempty string of ASCII letters and underscores.
58 - The `repeat` forms apply to the adjacent `element`, and are as follows:
59   - `?` means zero or one repetition
60   - `*` means zero or more repetitions
61   - `+` means one or more repetitions
62   - NUMBER trailing a repeat symbol gives a maximum repetition count
63   - NUMBER on its own gives an exact repetition count
64
65 This EBNF dialect should hopefully be familiar to many readers.
66
67 ## Unicode productions
68
69 A few productions in Rust's grammar permit Unicode code points outside the ASCII
70 range. We define these productions in terms of character properties specified
71 in the Unicode standard, rather than in terms of ASCII-range code points. The
72 section [Special Unicode Productions](#special-unicode-productions) lists these
73 productions.
74
75 ## String table productions
76
77 Some rules in the grammar — notably [unary
78 operators](#unary-operator-expressions), [binary
79 operators](#binary-operator-expressions), and [keywords](#keywords) — are
80 given in a simplified form: as a listing of a table of unquoted, printable
81 whitespace-separated strings. These cases form a subset of the rules regarding
82 the [token](#tokens) rule, and are assumed to be the result of a
83 lexical-analysis phase feeding the parser, driven by a DFA, operating over the
84 disjunction of all such string table entries.
85
86 When such a string enclosed in double-quotes (`"`) occurs inside the grammar,
87 it is an implicit reference to a single member of such a string table
88 production. See [tokens](#tokens) for more information.
89
90 # Lexical structure
91
92 ## Input format
93
94 Rust input is interpreted as a sequence of Unicode code points encoded in UTF-8.
95 Most Rust grammar rules are defined in terms of printable ASCII-range
96 code points, but a small number are defined in terms of Unicode properties or
97 explicit code point lists. [^inputformat]
98
99 [^inputformat]: Substitute definitions for the special Unicode productions are
100   provided to the grammar verifier, restricted to ASCII range, when verifying the
101   grammar in this document.
102
103 ## Special Unicode Productions
104
105 The following productions in the Rust grammar are defined in terms of Unicode
106 properties: `ident`, `non_null`, `non_star`, `non_eol`, `non_slash_or_star`,
107 `non_single_quote` and `non_double_quote`.
108
109 ### Identifiers
110
111 The `ident` production is any nonempty Unicode string of the following form:
112
113 - The first character has property `XID_start`
114 - The remaining characters have property `XID_continue`
115
116 that does _not_ occur in the set of [keywords](#keywords).
117
118 > **Note**: `XID_start` and `XID_continue` as character properties cover the
119 > character ranges used to form the more familiar C and Java language-family
120 > identifiers.
121
122 ### Delimiter-restricted productions
123
124 Some productions are defined by exclusion of particular Unicode characters:
125
126 - `non_null` is any single Unicode character aside from `U+0000` (null)
127 - `non_eol` is `non_null` restricted to exclude `U+000A` (`'\n'`)
128 - `non_star` is `non_null` restricted to exclude `U+002A` (`*`)
129 - `non_slash_or_star` is `non_null` restricted to exclude `U+002F` (`/`) and `U+002A` (`*`)
130 - `non_single_quote` is `non_null` restricted to exclude `U+0027`  (`'`)
131 - `non_double_quote` is `non_null` restricted to exclude `U+0022` (`"`)
132
133 ## Comments
134
135 ```{.ebnf .gram}
136 comment : block_comment | line_comment ;
137 block_comment : "/*" block_comment_body * "*/" ;
138 block_comment_body : [block_comment | character] * ;
139 line_comment : "//" non_eol * ;
140 ```
141
142 Comments in Rust code follow the general C++ style of line and block-comment
143 forms. Nested block comments are supported.
144
145 Line comments beginning with exactly _three_ slashes (`///`), and block
146 comments beginning with exactly one repeated asterisk in the block-open
147 sequence (`/**`), are interpreted as a special syntax for `doc`
148 [attributes](#attributes). That is, they are equivalent to writing
149 `#[doc="..."]` around the body of the comment (this includes the comment
150 characters themselves, i.e. `/// Foo` turns into `#[doc="/// Foo"]`).
151
152 Line comments beginning with `//!` and block comments beginning with `/*!` are
153 doc comments that apply to the parent of the comment, rather than the item
154 that follows.  That is, they are equivalent to writing `#![doc="..."]` around
155 the body of the comment. `//!` comments are usually used to display
156 information on the crate index page.
157
158 Non-doc comments are interpreted as a form of whitespace.
159
160 ## Whitespace
161
162 ```{.ebnf .gram}
163 whitespace_char : '\x20' | '\x09' | '\x0a' | '\x0d' ;
164 whitespace : [ whitespace_char | comment ] + ;
165 ```
166
167 The `whitespace_char` production is any nonempty Unicode string consisting of
168 any of the following Unicode characters: `U+0020` (space, `' '`), `U+0009`
169 (tab, `'\t'`), `U+000A` (LF, `'\n'`), `U+000D` (CR, `'\r'`).
170
171 Rust is a "free-form" language, meaning that all forms of whitespace serve only
172 to separate _tokens_ in the grammar, and have no semantic significance.
173
174 A Rust program has identical meaning if each whitespace element is replaced
175 with any other legal whitespace element, such as a single space character.
176
177 ## Tokens
178
179 ```{.ebnf .gram}
180 simple_token : keyword | unop | binop ;
181 token : simple_token | ident | literal | symbol | whitespace token ;
182 ```
183
184 Tokens are primitive productions in the grammar defined by regular
185 (non-recursive) languages. "Simple" tokens are given in [string table
186 production](#string-table-productions) form, and occur in the rest of the
187 grammar as double-quoted strings. Other tokens have exact rules given.
188
189 ### Keywords
190
191 <p id="keyword-table-marker"></p>
192
193 |          |          |          |          |         |
194 |----------|----------|----------|----------|---------|
195 | abstract | alignof  | as       | become   | box     |
196 | break    | const    | continue | crate    | do      |
197 | else     | enum     | extern   | false    | final   |
198 | fn       | for      | if       | impl     | in      |
199 | let      | loop     | macro    | match    | mod     |
200 | move     | mut      | offsetof | override | priv    |
201 | proc     | pub      | pure     | ref      | return  |
202 | Self     | self     | sizeof   | static   | struct  |
203 | super    | trait    | true     | type     | typeof  |
204 | unsafe   | unsized  | use      | virtual  | where   |
205 | while    | yield    |          |          |         |
206
207
208 Each of these keywords has special meaning in its grammar, and all of them are
209 excluded from the `ident` rule.
210
211 Note that some of these keywords are reserved, and do not currently do
212 anything.
213
214 ### Literals
215
216 A literal is an expression consisting of a single token, rather than a sequence
217 of tokens, that immediately and directly denotes the value it evaluates to,
218 rather than referring to it by name or some other evaluation rule. A literal is
219 a form of constant expression, so is evaluated (primarily) at compile time.
220
221 ```{.ebnf .gram}
222 lit_suffix : ident;
223 literal : [ string_lit | char_lit | byte_string_lit | byte_lit | num_lit ] lit_suffix ?;
224 ```
225
226 The optional suffix is only used for certain numeric literals, but is
227 reserved for future extension, that is, the above gives the lexical
228 grammar, but a Rust parser will reject everything but the 12 special
229 cases mentioned in [Number literals](#number-literals) below.
230
231 #### Examples
232
233 ##### Characters and strings
234
235 |                                              | Example         | `#` sets   | Characters  | Escapes             |
236 |----------------------------------------------|-----------------|------------|-------------|---------------------|
237 | [Character](#character-literals)             | `'H'`           | `N/A`      | All Unicode | `\'` & [Byte](#byte-escapes) & [Unicode](#unicode-escapes) |
238 | [String](#string-literals)                   | `"hello"`       | `N/A`      | All Unicode | `\"` & [Byte](#byte-escapes) & [Unicode](#unicode-escapes) |
239 | [Raw](#raw-string-literals)                  | `r#"hello"#`    | `0...`     | All Unicode | `N/A`                                                      |
240 | [Byte](#byte-literals)                       | `b'H'`          | `N/A`      | All ASCII   | `\'` & [Byte](#byte-escapes)                               |
241 | [Byte string](#byte-string-literals)         | `b"hello"`      | `N/A`      | All ASCII   | `\"` & [Byte](#byte-escapes)                               |
242 | [Raw byte string](#raw-byte-string-literals) | `br#"hello"#`   | `0...`     | All ASCII   | `N/A`                                                      |
243
244 ##### Byte escapes
245
246 |   | Name |
247 |---|------|
248 | `\x7F` | 8-bit character code (exactly 2 digits) |
249 | `\n` | Newline |
250 | `\r` | Carriage return |
251 | `\t` | Tab |
252 | `\\` | Backslash |
253
254 ##### Unicode escapes
255 |   | Name |
256 |---|------|
257 | `\u{7FFF}` | 24-bit Unicode character code (up to 6 digits) |
258
259 ##### Numbers
260
261 | [Number literals](#number-literals)`*` | Example | Exponentiation | Suffixes |
262 |----------------------------------------|---------|----------------|----------|
263 | Decimal integer | `98_222` | `N/A` | Integer suffixes |
264 | Hex integer | `0xff` | `N/A` | Integer suffixes |
265 | Octal integer | `0o77` | `N/A` | Integer suffixes |
266 | Binary integer | `0b1111_0000` | `N/A` | Integer suffixes |
267 | Floating-point | `123.0E+77` | `Optional` | Floating-point suffixes |
268
269 `*` All number literals allow `_` as a visual separator: `1_234.0E+18f64`
270
271 ##### Suffixes
272 | Integer | Floating-point |
273 |---------|----------------|
274 | `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64`, `is` (`isize`), `us` (`usize`) | `f32`, `f64` |
275
276 #### Character and string literals
277
278 ```{.ebnf .gram}
279 char_lit : '\x27' char_body '\x27' ;
280 string_lit : '"' string_body * '"' | 'r' raw_string ;
281
282 char_body : non_single_quote
283           | '\x5c' [ '\x27' | common_escape | unicode_escape ] ;
284
285 string_body : non_double_quote
286             | '\x5c' [ '\x22' | common_escape | unicode_escape ] ;
287 raw_string : '"' raw_string_body '"' | '#' raw_string '#' ;
288
289 common_escape : '\x5c'
290               | 'n' | 'r' | 't' | '0'
291               | 'x' hex_digit 2
292
293 unicode_escape : 'u' '{' hex_digit+ 6 '}';
294
295 hex_digit : 'a' | 'b' | 'c' | 'd' | 'e' | 'f'
296           | 'A' | 'B' | 'C' | 'D' | 'E' | 'F'
297           | dec_digit ;
298 oct_digit : '0' | '1' | '2' | '3' | '4' | '5' | '6' | '7' ;
299 dec_digit : '0' | nonzero_dec ;
300 nonzero_dec: '1' | '2' | '3' | '4'
301            | '5' | '6' | '7' | '8' | '9' ;
302 ```
303
304 ##### Character literals
305
306 A _character literal_ is a single Unicode character enclosed within two
307 `U+0027` (single-quote) characters, with the exception of `U+0027` itself,
308 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`).
309
310 ##### String literals
311
312 A _string literal_ is a sequence of any Unicode characters enclosed within two
313 `U+0022` (double-quote) characters, with the exception of `U+0022` itself,
314 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`), or a _raw
315 string literal_.
316
317 A multi-line string literal may be defined by terminating each line with a
318 `U+005C` character (`\`) immediately before the newline. This causes the
319 `U+005C` character, the newline, and all whitespace at the beginning of the
320 next line to be ignored.
321
322 ```rust
323 let a = "foobar";
324 let b = "foo\
325          bar";
326
327 assert_eq!(a,b);
328 ```
329
330 ##### Character escapes
331
332 Some additional _escapes_ are available in either character or non-raw string
333 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
334 following forms:
335
336 * An _8-bit code point escape_ starts with `U+0078` (`x`) and is
337   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the Unicode code point
338   equal to the provided hex value.
339 * A _24-bit code point escape_ starts with `U+0075` (`u`) and is followed
340   by up to six _hex digits_ surrounded by braces `U+007B` (`{`) and `U+007D`
341   (`}`). It denotes the Unicode code point equal to the provided hex value.
342 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
343   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the Unicode values `U+000A` (LF),
344   `U+000D` (CR) or `U+0009` (HT) respectively.
345 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
346   escaped in order to denote *itself*.
347
348 ##### Raw string literals
349
350 Raw string literals do not process any escapes. They start with the character
351 `U+0072` (`r`), followed by zero or more of the character `U+0023` (`#`) and a
352 `U+0022` (double-quote) character. The _raw string body_ is not defined in the
353 EBNF grammar above: it can contain any sequence of Unicode characters and is
354 terminated only by another `U+0022` (double-quote) character, followed by the
355 same number of `U+0023` (`#`) characters that preceded the opening `U+0022`
356 (double-quote) character.
357
358 All Unicode characters contained in the raw string body represent themselves,
359 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
360 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
361 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
362
363 Examples for string literals:
364
365 ```
366 "foo"; r"foo";                     // foo
367 "\"foo\""; r#""foo""#;             // "foo"
368
369 "foo #\"# bar";
370 r##"foo #"# bar"##;                // foo #"# bar
371
372 "\x52"; "R"; r"R";                 // R
373 "\\x52"; r"\x52";                  // \x52
374 ```
375
376 #### Byte and byte string literals
377
378 ```{.ebnf .gram}
379 byte_lit : "b\x27" byte_body '\x27' ;
380 byte_string_lit : "b\x22" string_body * '\x22' | "br" raw_byte_string ;
381
382 byte_body : ascii_non_single_quote
383           | '\x5c' [ '\x27' | common_escape ] ;
384
385 byte_string_body : ascii_non_double_quote
386             | '\x5c' [ '\x22' | common_escape ] ;
387 raw_byte_string : '"' raw_byte_string_body '"' | '#' raw_byte_string '#' ;
388
389 ```
390
391 ##### Byte literals
392
393 A _byte literal_ is a single ASCII character (in the `U+0000` to `U+007F`
394 range) enclosed within two `U+0027` (single-quote) characters, with the
395 exception of `U+0027` itself, which must be _escaped_ by a preceding U+005C
396 character (`\`), or a single _escape_. It is equivalent to a `u8` unsigned
397 8-bit integer _number literal_.
398
399 ##### Byte string literals
400
401 A non-raw _byte string literal_ is a sequence of ASCII characters and _escapes_,
402 preceded by the characters `U+0062` (`b`) and `U+0022` (double-quote), and
403 followed by the character `U+0022`. If the character `U+0022` is present within
404 the literal, it must be _escaped_ by a preceding `U+005C` (`\`) character.
405 Alternatively, a byte string literal can be a _raw byte string literal_, defined
406 below. A byte string literal is equivalent to a `&'static [u8]` borrowed array
407 of unsigned 8-bit integers.
408
409 Some additional _escapes_ are available in either byte or non-raw byte string
410 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
411 following forms:
412
413 * A _byte escape_ escape starts with `U+0078` (`x`) and is
414   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the byte
415   equal to the provided hex value.
416 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
417   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the bytes values `0x0A` (ASCII LF),
418   `0x0D` (ASCII CR) or `0x09` (ASCII HT) respectively.
419 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
420   escaped in order to denote its ASCII encoding `0x5C`.
421
422 ##### Raw byte string literals
423
424 Raw byte string literals do not process any escapes. They start with the
425 character `U+0062` (`b`), followed by `U+0072` (`r`), followed by zero or more
426 of the character `U+0023` (`#`), and a `U+0022` (double-quote) character. The
427 _raw string body_ is not defined in the EBNF grammar above: it can contain any
428 sequence of ASCII characters and is terminated only by another `U+0022`
429 (double-quote) character, followed by the same number of `U+0023` (`#`)
430 characters that preceded the opening `U+0022` (double-quote) character. A raw
431 byte string literal can not contain any non-ASCII byte.
432
433 All characters contained in the raw string body represent their ASCII encoding,
434 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
435 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
436 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
437
438 Examples for byte string literals:
439
440 ```
441 b"foo"; br"foo";                     // foo
442 b"\"foo\""; br#""foo""#;             // "foo"
443
444 b"foo #\"# bar";
445 br##"foo #"# bar"##;                 // foo #"# bar
446
447 b"\x52"; b"R"; br"R";                // R
448 b"\\x52"; br"\x52";                  // \x52
449 ```
450
451 #### Number literals
452
453 ```{.ebnf .gram}
454 num_lit : nonzero_dec [ dec_digit | '_' ] * float_suffix ?
455         | '0' [       [ dec_digit | '_' ] * float_suffix ?
456               | 'b'   [ '1' | '0' | '_' ] +
457               | 'o'   [ oct_digit | '_' ] +
458               | 'x'   [ hex_digit | '_' ] +  ] ;
459
460 float_suffix : [ exponent | '.' dec_lit exponent ? ] ? ;
461
462 exponent : ['E' | 'e'] ['-' | '+' ] ? dec_lit ;
463 dec_lit : [ dec_digit | '_' ] + ;
464 ```
465
466 A _number literal_ is either an _integer literal_ or a _floating-point
467 literal_. The grammar for recognizing the two kinds of literals is mixed.
468
469 ##### Integer literals
470
471 An _integer literal_ has one of four forms:
472
473 * A _decimal literal_ starts with a *decimal digit* and continues with any
474   mixture of *decimal digits* and _underscores_.
475 * A _hex literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0078`
476   (`0x`) and continues as any mixture of hex digits and underscores.
477 * An _octal literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+006F`
478   (`0o`) and continues as any mixture of octal digits and underscores.
479 * A _binary literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0062`
480   (`0b`) and continues as any mixture of binary digits and underscores.
481
482 Like any literal, an integer literal may be followed (immediately,
483 without any spaces) by an _integer suffix_, which forcibly sets the
484 type of the literal. The integer suffix must be the name of one of the
485 integral types: `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64`,
486 `isize`, or `usize`.
487
488 The type of an _unsuffixed_ integer literal is determined by type inference.
489 If an integer type can be _uniquely_ determined from the surrounding program
490 context, the unsuffixed integer literal has that type. If the program context
491 underconstrains the type, it defaults to the signed 32-bit integer `i32`; if
492 the program context overconstrains the type, it is considered a static type
493 error.
494
495 Examples of integer literals of various forms:
496
497 ```
498 123i32;                            // type i32
499 123u32;                            // type u32
500 123_u32;                           // type u32
501 0xff_u8;                           // type u8
502 0o70_i16;                          // type i16
503 0b1111_1111_1001_0000_i32;         // type i32
504 0usize;                            // type usize
505 ```
506
507 ##### Floating-point literals
508
509 A _floating-point literal_ has one of two forms:
510
511 * A _decimal literal_ followed by a period character `U+002E` (`.`). This is
512   optionally followed by another decimal literal, with an optional _exponent_.
513 * A single _decimal literal_ followed by an _exponent_.
514
515 By default, a floating-point literal has a generic type, and, like integer
516 literals, the type must be uniquely determined from the context. There are two valid
517 _floating-point suffixes_, `f32` and `f64` (the 32-bit and 64-bit floating point
518 types), which explicitly determine the type of the literal.
519
520 Examples of floating-point literals of various forms:
521
522 ```
523 123.0f64;        // type f64
524 0.1f64;          // type f64
525 0.1f32;          // type f32
526 12E+99_f64;      // type f64
527 let x: f64 = 2.; // type f64
528 ```
529
530 This last example is different because it is not possible to use the suffix
531 syntax with a floating point literal ending in a period. `2.f64` would attempt
532 to call a method named `f64` on `2`.
533
534 The representation semantics of floating-point numbers are described in
535 ["Machine Types"](#machine-types).
536
537 #### Boolean literals
538
539 The two values of the boolean type are written `true` and `false`.
540
541 ### Symbols
542
543 ```{.ebnf .gram}
544 symbol : "::" | "->"
545        | '#' | '[' | ']' | '(' | ')' | '{' | '}'
546        | ',' | ';' ;
547 ```
548
549 Symbols are a general class of printable [token](#tokens) that play structural
550 roles in a variety of grammar productions. They are catalogued here for
551 completeness as the set of remaining miscellaneous printable tokens that do not
552 otherwise appear as [unary operators](#unary-operator-expressions), [binary
553 operators](#binary-operator-expressions), or [keywords](#keywords).
554
555
556 ## Paths
557
558 ```{.ebnf .gram}
559 expr_path : [ "::" ] ident [ "::" expr_path_tail ] + ;
560 expr_path_tail : '<' type_expr [ ',' type_expr ] + '>'
561                | expr_path ;
562
563 type_path : ident [ type_path_tail ] + ;
564 type_path_tail : '<' type_expr [ ',' type_expr ] + '>'
565                | "::" type_path ;
566 ```
567
568 A _path_ is a sequence of one or more path components _logically_ separated by
569 a namespace qualifier (`::`). If a path consists of only one component, it may
570 refer to either an [item](#items) or a [variable](#variables) in a local control
571 scope. If a path has multiple components, it refers to an item.
572
573 Every item has a _canonical path_ within its crate, but the path naming an item
574 is only meaningful within a given crate. There is no global namespace across
575 crates; an item's canonical path merely identifies it within the crate.
576
577 Two examples of simple paths consisting of only identifier components:
578
579 ```{.ignore}
580 x;
581 x::y::z;
582 ```
583
584 Path components are usually [identifiers](#identifiers), but the trailing
585 component of a path may be an angle-bracket-enclosed list of type arguments. In
586 [expression](#expressions) context, the type argument list is given after a
587 final (`::`) namespace qualifier in order to disambiguate it from a relational
588 expression involving the less-than symbol (`<`). In type expression context,
589 the final namespace qualifier is omitted.
590
591 Two examples of paths with type arguments:
592
593 ```
594 # struct HashMap<K, V>(K,V);
595 # fn f() {
596 # fn id<T>(t: T) -> T { t }
597 type T = HashMap<i32,String>; // Type arguments used in a type expression
598 let x  = id::<i32>(10);       // Type arguments used in a call expression
599 # }
600 ```
601
602 Paths can be denoted with various leading qualifiers to change the meaning of
603 how it is resolved:
604
605 * Paths starting with `::` are considered to be global paths where the
606   components of the path start being resolved from the crate root. Each
607   identifier in the path must resolve to an item.
608
609 ```rust
610 mod a {
611     pub fn foo() {}
612 }
613 mod b {
614     pub fn foo() {
615         ::a::foo(); // call a's foo function
616     }
617 }
618 # fn main() {}
619 ```
620
621 * Paths starting with the keyword `super` begin resolution relative to the
622   parent module. Each further identifier must resolve to an item.
623
624 ```rust
625 mod a {
626     pub fn foo() {}
627 }
628 mod b {
629     pub fn foo() {
630         super::a::foo(); // call a's foo function
631     }
632 }
633 # fn main() {}
634 ```
635
636 * Paths starting with the keyword `self` begin resolution relative to the
637   current module. Each further identifier must resolve to an item.
638
639 ```rust
640 fn foo() {}
641 fn bar() {
642     self::foo();
643 }
644 # fn main() {}
645 ```
646
647 # Syntax extensions
648
649 A number of minor features of Rust are not central enough to have their own
650 syntax, and yet are not implementable as functions. Instead, they are given
651 names, and invoked through a consistent syntax: `some_extension!(...)`.
652
653 Users of `rustc` can define new syntax extensions in two ways:
654
655 * [Compiler plugins][plugin] can include arbitrary
656   Rust code that manipulates syntax trees at compile time.
657
658 * [Macros](book/macros.html) define new syntax in a higher-level,
659   declarative way.
660
661 ## Macros
662
663 ```{.ebnf .gram}
664 expr_macro_rules : "macro_rules" '!' ident '(' macro_rule * ')' ;
665 macro_rule : '(' matcher * ')' "=>" '(' transcriber * ')' ';' ;
666 matcher : '(' matcher * ')' | '[' matcher * ']'
667         | '{' matcher * '}' | '$' ident ':' ident
668         | '$' '(' matcher * ')' sep_token? [ '*' | '+' ]
669         | non_special_token ;
670 transcriber : '(' transcriber * ')' | '[' transcriber * ']'
671             | '{' transcriber * '}' | '$' ident
672             | '$' '(' transcriber * ')' sep_token? [ '*' | '+' ]
673             | non_special_token ;
674 ```
675
676 `macro_rules` allows users to define syntax extension in a declarative way.  We
677 call such extensions "macros by example" or simply "macros" â€” to be distinguished
678 from the "procedural macros" defined in [compiler plugins][plugin].
679
680 Currently, macros can expand to expressions, statements, items, or patterns.
681
682 (A `sep_token` is any token other than `*` and `+`. A `non_special_token` is
683 any token other than a delimiter or `$`.)
684
685 The macro expander looks up macro invocations by name, and tries each macro
686 rule in turn. It transcribes the first successful match. Matching and
687 transcription are closely related to each other, and we will describe them
688 together.
689
690 ### Macro By Example
691
692 The macro expander matches and transcribes every token that does not begin with
693 a `$` literally, including delimiters. For parsing reasons, delimiters must be
694 balanced, but they are otherwise not special.
695
696 In the matcher, `$` _name_ `:` _designator_ matches the nonterminal in the Rust
697 syntax named by _designator_. Valid designators are `item`, `block`, `stmt`,
698 `pat`, `expr`, `ty` (type), `ident`, `path`, `tt` (either side of the `=>`
699 in macro rules). In the transcriber, the designator is already known, and so
700 only the name of a matched nonterminal comes after the dollar sign.
701
702 In both the matcher and transcriber, the Kleene star-like operator indicates
703 repetition. The Kleene star operator consists of `$` and parentheses, optionally
704 followed by a separator token, followed by `*` or `+`. `*` means zero or more
705 repetitions, `+` means at least one repetition. The parentheses are not matched or
706 transcribed. On the matcher side, a name is bound to _all_ of the names it
707 matches, in a structure that mimics the structure of the repetition encountered
708 on a successful match. The job of the transcriber is to sort that structure
709 out.
710
711 The rules for transcription of these repetitions are called "Macro By Example".
712 Essentially, one "layer" of repetition is discharged at a time, and all of them
713 must be discharged by the time a name is transcribed. Therefore, `( $( $i:ident
714 ),* ) => ( $i )` is an invalid macro, but `( $( $i:ident ),* ) => ( $( $i:ident
715 ),*  )` is acceptable (if trivial).
716
717 When Macro By Example encounters a repetition, it examines all of the `$`
718 _name_ s that occur in its body. At the "current layer", they all must repeat
719 the same number of times, so ` ( $( $i:ident ),* ; $( $j:ident ),* ) => ( $(
720 ($i,$j) ),* )` is valid if given the argument `(a,b,c ; d,e,f)`, but not
721 `(a,b,c ; d,e)`. The repetition walks through the choices at that layer in
722 lockstep, so the former input transcribes to `( (a,d), (b,e), (c,f) )`.
723
724 Nested repetitions are allowed.
725
726 ### Parsing limitations
727
728 The parser used by the macro system is reasonably powerful, but the parsing of
729 Rust syntax is restricted in two ways:
730
731 1. The parser will always parse as much as possible. If it attempts to match
732    `$i:expr [ , ]` against `8 [ , ]`, it will attempt to parse `i` as an array
733    index operation and fail. Adding a separator can solve this problem.
734 2. The parser must have eliminated all ambiguity by the time it reaches a `$`
735    _name_ `:` _designator_. This requirement most often affects name-designator
736    pairs when they occur at the beginning of, or immediately after, a `$(...)*`;
737    requiring a distinctive token in front can solve the problem.
738
739 # Crates and source files
740
741 Rust is a *compiled* language. Its semantics obey a *phase distinction* between
742 compile-time and run-time. Those semantic rules that have a *static
743 interpretation* govern the success or failure of compilation. Those semantics
744 that have a *dynamic interpretation* govern the behavior of the program at
745 run-time.
746
747 The compilation model centers on artifacts called _crates_. Each compilation
748 processes a single crate in source form, and if successful, produces a single
749 crate in binary form: either an executable or a library.[^cratesourcefile]
750
751 [^cratesourcefile]: A crate is somewhat analogous to an *assembly* in the
752     ECMA-335 CLI model, a *library* in the SML/NJ Compilation Manager, a *unit*
753     in the Owens and Flatt module system, or a *configuration* in Mesa.
754
755 A _crate_ is a unit of compilation and linking, as well as versioning,
756 distribution and runtime loading. A crate contains a _tree_ of nested
757 [module](#modules) scopes. The top level of this tree is a module that is
758 anonymous (from the point of view of paths within the module) and any item
759 within a crate has a canonical [module path](#paths) denoting its location
760 within the crate's module tree.
761
762 The Rust compiler is always invoked with a single source file as input, and
763 always produces a single output crate. The processing of that source file may
764 result in other source files being loaded as modules. Source files have the
765 extension `.rs`.
766
767 A Rust source file describes a module, the name and location of which &mdash;
768 in the module tree of the current crate &mdash; are defined from outside the
769 source file: either by an explicit `mod_item` in a referencing source file, or
770 by the name of the crate itself.
771
772 Each source file contains a sequence of zero or more `item` definitions, and
773 may optionally begin with any number of `attributes` that apply to the
774 containing module. Attributes on the anonymous crate module define important
775 metadata that influences the behavior of the compiler.
776
777 ```no_run
778 // Crate name
779 #![crate_name = "projx"]
780
781 // Specify the output type
782 #![crate_type = "lib"]
783
784 // Turn on a warning
785 #![warn(non_camel_case_types)]
786 ```
787
788 A crate that contains a `main` function can be compiled to an executable. If a
789 `main` function is present, its return type must be [`unit`](#primitive-types)
790 and it must take no arguments.
791
792 # Items and attributes
793
794 Crates contain [items](#items), each of which may have some number of
795 [attributes](#attributes) attached to it.
796
797 ## Items
798
799 ```{.ebnf .gram}
800 item : extern_crate_decl | use_decl | mod_item | fn_item | type_item
801      | struct_item | enum_item | static_item | trait_item | impl_item
802      | extern_block ;
803 ```
804
805 An _item_ is a component of a crate. Items are organized within a crate by a
806 nested set of [modules](#modules). Every crate has a single "outermost"
807 anonymous module; all further items within the crate have [paths](#paths)
808 within the module tree of the crate.
809
810 Items are entirely determined at compile-time, generally remain fixed during
811 execution, and may reside in read-only memory.
812
813 There are several kinds of item:
814
815 * [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations)
816 * [`use` declarations](#use-declarations)
817 * [modules](#modules)
818 * [functions](#functions)
819 * [type definitions](#type-definitions)
820 * [structures](#structures)
821 * [enumerations](#enumerations)
822 * [static items](#static-items)
823 * [traits](#traits)
824 * [implementations](#implementations)
825
826 Some items form an implicit scope for the declaration of sub-items. In other
827 words, within a function or module, declarations of items can (in many cases)
828 be mixed with the statements, control blocks, and similar artifacts that
829 otherwise compose the item body. The meaning of these scoped items is the same
830 as if the item was declared outside the scope &mdash; it is still a static item
831 &mdash; except that the item's *path name* within the module namespace is
832 qualified by the name of the enclosing item, or is private to the enclosing
833 item (in the case of functions). The grammar specifies the exact locations in
834 which sub-item declarations may appear.
835
836 ### Type Parameters
837
838 All items except modules may be *parameterized* by type. Type parameters are
839 given as a comma-separated list of identifiers enclosed in angle brackets
840 (`<...>`), after the name of the item and before its definition. The type
841 parameters of an item are considered "part of the name", not part of the type
842 of the item. A referencing [path](#paths) must (in principle) provide type
843 arguments as a list of comma-separated types enclosed within angle brackets, in
844 order to refer to the type-parameterized item. In practice, the type-inference
845 system can usually infer such argument types from context. There are no
846 general type-parametric types, only type-parametric items. That is, Rust has
847 no notion of type abstraction: there are no first-class "forall" types.
848
849 ### Modules
850
851 ```{.ebnf .gram}
852 mod_item : "mod" ident ( ';' | '{' mod '}' );
853 mod : item * ;
854 ```
855
856 A module is a container for zero or more [items](#items).
857
858 A _module item_ is a module, surrounded in braces, named, and prefixed with the
859 keyword `mod`. A module item introduces a new, named module into the tree of
860 modules making up a crate. Modules can nest arbitrarily.
861
862 An example of a module:
863
864 ```
865 mod math {
866     type Complex = (f64, f64);
867     fn sin(f: f64) -> f64 {
868         /* ... */
869 # panic!();
870     }
871     fn cos(f: f64) -> f64 {
872         /* ... */
873 # panic!();
874     }
875     fn tan(f: f64) -> f64 {
876         /* ... */
877 # panic!();
878     }
879 }
880 ```
881
882 Modules and types share the same namespace. Declaring a named type with
883 the same name as a module in scope is forbidden: that is, a type definition,
884 trait, struct, enumeration, or type parameter can't shadow the name of a module
885 in scope, or vice versa.
886
887 A module without a body is loaded from an external file, by default with the
888 same name as the module, plus the `.rs` extension. When a nested submodule is
889 loaded from an external file, it is loaded from a subdirectory path that
890 mirrors the module hierarchy.
891
892 ```{.ignore}
893 // Load the `vec` module from `vec.rs`
894 mod vec;
895
896 mod thread {
897     // Load the `local_data` module from `thread/local_data.rs`
898     mod local_data;
899 }
900 ```
901
902 The directories and files used for loading external file modules can be
903 influenced with the `path` attribute.
904
905 ```{.ignore}
906 #[path = "thread_files"]
907 mod thread {
908     // Load the `local_data` module from `thread_files/tls.rs`
909     #[path = "tls.rs"]
910     mod local_data;
911 }
912 ```
913
914 ##### Extern crate declarations
915
916 ```{.ebnf .gram}
917 extern_crate_decl : "extern" "crate" crate_name
918 crate_name: ident | ( string_lit "as" ident )
919 ```
920
921 An _`extern crate` declaration_ specifies a dependency on an external crate.
922 The external crate is then bound into the declaring scope as the `ident`
923 provided in the `extern_crate_decl`.
924
925 The external crate is resolved to a specific `soname` at compile time, and a
926 runtime linkage requirement to that `soname` is passed to the linker for
927 loading at runtime. The `soname` is resolved at compile time by scanning the
928 compiler's library path and matching the optional `crateid` provided as a
929 string literal against the `crateid` attributes that were declared on the
930 external crate when it was compiled. If no `crateid` is provided, a default
931 `name` attribute is assumed, equal to the `ident` given in the
932 `extern_crate_decl`.
933
934 Three examples of `extern crate` declarations:
935
936 ```{.ignore}
937 extern crate pcre;
938
939 extern crate std; // equivalent to: extern crate std as std;
940
941 extern crate std as ruststd; // linking to 'std' under another name
942 ```
943
944 ##### Use declarations
945
946 ```{.ebnf .gram}
947 use_decl : "pub" ? "use" [ path "as" ident
948                           | path_glob ] ;
949
950 path_glob : ident [ "::" [ path_glob
951                           | '*' ] ] ?
952           | '{' path_item [ ',' path_item ] * '}' ;
953
954 path_item : ident | "self" ;
955 ```
956
957 A _use declaration_ creates one or more local name bindings synonymous with
958 some other [path](#paths). Usually a `use` declaration is used to shorten the
959 path required to refer to a module item. These declarations may appear at the
960 top of [modules](#modules) and [blocks](#blocks).
961
962 > **Note**: Unlike in many languages,
963 > `use` declarations in Rust do *not* declare linkage dependency with external crates.
964 > Rather, [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations) declare linkage dependencies.
965
966 Use declarations support a number of convenient shortcuts:
967
968 * Rebinding the target name as a new local name, using the syntax `use p::q::r as x;`
969 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element,
970   using the glob-like brace syntax `use a::b::{c,d,e,f};`
971 * Binding all paths matching a given prefix, using the asterisk wildcard syntax
972   `use a::b::*;`
973 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element
974   and their immediate parent module, using the `self` keyword, such as
975   `use a::b::{self, c, d};`
976
977 An example of `use` declarations:
978
979 ```rust
980 use std::option::Option::{Some, None};
981 use std::collections::hash_map::{self, HashMap};
982
983 fn foo<T>(_: T){}
984 fn bar(map1: HashMap<String, usize>, map2: hash_map::HashMap<String, usize>){}
985
986 fn main() {
987     // Equivalent to 'foo(vec![std::option::Option::Some(1.0f64),
988     // std::option::Option::None]);'
989     foo(vec![Some(1.0f64), None]);
990
991     // Both `hash_map` and `HashMap` are in scope.
992     let map1 = HashMap::new();
993     let map2 = hash_map::HashMap::new();
994     bar(map1, map2);
995 }
996 ```
997
998 Like items, `use` declarations are private to the containing module, by
999 default. Also like items, a `use` declaration can be public, if qualified by
1000 the `pub` keyword. Such a `use` declaration serves to _re-export_ a name. A
1001 public `use` declaration can therefore _redirect_ some public name to a
1002 different target definition: even a definition with a private canonical path,
1003 inside a different module. If a sequence of such redirections form a cycle or
1004 cannot be resolved unambiguously, they represent a compile-time error.
1005
1006 An example of re-exporting:
1007
1008 ```
1009 # fn main() { }
1010 mod quux {
1011     pub use quux::foo::{bar, baz};
1012
1013     pub mod foo {
1014         pub fn bar() { }
1015         pub fn baz() { }
1016     }
1017 }
1018 ```
1019
1020 In this example, the module `quux` re-exports two public names defined in
1021 `foo`.
1022
1023 Also note that the paths contained in `use` items are relative to the crate
1024 root. So, in the previous example, the `use` refers to `quux::foo::{bar,
1025 baz}`, and not simply to `foo::{bar, baz}`. This also means that top-level
1026 module declarations should be at the crate root if direct usage of the declared
1027 modules within `use` items is desired. It is also possible to use `self` and
1028 `super` at the beginning of a `use` item to refer to the current and direct
1029 parent modules respectively. All rules regarding accessing declared modules in
1030 `use` declarations applies to both module declarations and `extern crate`
1031 declarations.
1032
1033 An example of what will and will not work for `use` items:
1034
1035 ```
1036 # #![allow(unused_imports)]
1037 use foo::baz::foobaz;    // good: foo is at the root of the crate
1038
1039 mod foo {
1040
1041     mod example {
1042         pub mod iter {}
1043     }
1044
1045     use foo::example::iter; // good: foo is at crate root
1046 //  use example::iter;      // bad:  core is not at the crate root
1047     use self::baz::foobaz;  // good: self refers to module 'foo'
1048     use foo::bar::foobar;   // good: foo is at crate root
1049
1050     pub mod bar {
1051         pub fn foobar() { }
1052     }
1053
1054     pub mod baz {
1055         use super::bar::foobar; // good: super refers to module 'foo'
1056         pub fn foobaz() { }
1057     }
1058 }
1059
1060 fn main() {}
1061 ```
1062
1063 ### Functions
1064
1065 A _function item_ defines a sequence of [statements](#statements) and an
1066 optional final [expression](#expressions), along with a name and a set of
1067 parameters. Functions are declared with the keyword `fn`. Functions declare a
1068 set of *input* [*variables*](#variables) as parameters, through which the caller
1069 passes arguments into the function, and the *output* [*type*](#types)
1070 of the value the function will return to its caller on completion.
1071
1072 A function may also be copied into a first-class *value*, in which case the
1073 value has the corresponding [*function type*](#function-types), and can be used
1074 otherwise exactly as a function item (with a minor additional cost of calling
1075 the function indirectly).
1076
1077 Every control path in a function logically ends with a `return` expression or a
1078 diverging expression. If the outermost block of a function has a
1079 value-producing expression in its final-expression position, that expression is
1080 interpreted as an implicit `return` expression applied to the final-expression.
1081
1082 An example of a function:
1083
1084 ```
1085 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
1086     return x + y;
1087 }
1088 ```
1089
1090 As with `let` bindings, function arguments are irrefutable patterns, so any
1091 pattern that is valid in a let binding is also valid as an argument.
1092
1093 ```
1094 fn first((value, _): (i32, i32)) -> i32 { value }
1095 ```
1096
1097
1098 #### Generic functions
1099
1100 A _generic function_ allows one or more _parameterized types_ to appear in its
1101 signature. Each type parameter must be explicitly declared, in an
1102 angle-bracket-enclosed, comma-separated list following the function name.
1103
1104 ```{.ignore}
1105 fn iter<T, F>(seq: &[T], f: F) where T: Copy, F: Fn(T) {
1106     for elt in seq { f(*elt); }
1107 }
1108 fn map<T, U, F>(seq: &[T], f: F) -> Vec<U> where T: Copy, U: Copy, F: Fn(T) -> U {
1109     let mut acc = vec![];
1110     for elt in seq { acc.push(f(*elt)); }
1111     acc
1112 }
1113 ```
1114
1115 Inside the function signature and body, the name of the type parameter can be
1116 used as a type name. [Trait](#traits) bounds can be specified for type parameters
1117 to allow methods with that trait to be called on values of that type. This is
1118 specified using the `where` syntax, as in the above example.
1119
1120 When a generic function is referenced, its type is instantiated based on the
1121 context of the reference. For example, calling the `iter` function defined
1122 above on `[1, 2]` will instantiate type parameter `T` with `i32`, and require
1123 the closure parameter to have type `Fn(i32)`.
1124
1125 The type parameters can also be explicitly supplied in a trailing
1126 [path](#paths) component after the function name. This might be necessary if
1127 there is not sufficient context to determine the type parameters. For example,
1128 `mem::size_of::<u32>() == 4`.
1129
1130 #### Unsafety
1131
1132 Unsafe operations are those that potentially violate the memory-safety
1133 guarantees of Rust's static semantics.
1134
1135 The following language level features cannot be used in the safe subset of
1136 Rust:
1137
1138 - Dereferencing a [raw pointer](#pointer-types).
1139 - Reading or writing a [mutable static variable](#mutable-statics).
1140 - Calling an unsafe function (including an intrinsic or foreign function).
1141
1142 ##### Unsafe functions
1143
1144 Unsafe functions are functions that are not safe in all contexts and/or for all
1145 possible inputs. Such a function must be prefixed with the keyword `unsafe` and
1146 can only be called from an `unsafe` block or another `unsafe` function.
1147
1148 ##### Unsafe blocks
1149
1150 A block of code can be prefixed with the `unsafe` keyword, to permit calling
1151 `unsafe` functions or dereferencing raw pointers within a safe function.
1152
1153 When a programmer has sufficient conviction that a sequence of potentially
1154 unsafe operations is actually safe, they can encapsulate that sequence (taken
1155 as a whole) within an `unsafe` block. The compiler will consider uses of such
1156 code safe, in the surrounding context.
1157
1158 Unsafe blocks are used to wrap foreign libraries, make direct use of hardware
1159 or implement features not directly present in the language. For example, Rust
1160 provides the language features necessary to implement memory-safe concurrency
1161 in the language but the implementation of threads and message passing is in the
1162 standard library.
1163
1164 Rust's type system is a conservative approximation of the dynamic safety
1165 requirements, so in some cases there is a performance cost to using safe code.
1166 For example, a doubly-linked list is not a tree structure and can only be
1167 represented with reference-counted pointers in safe code. By using `unsafe`
1168 blocks to represent the reverse links as raw pointers, it can be implemented
1169 with only boxes.
1170
1171 ##### Behavior considered undefined
1172
1173 The following is a list of behavior which is forbidden in all Rust code,
1174 including within `unsafe` blocks and `unsafe` functions. Type checking provides
1175 the guarantee that these issues are never caused by safe code.
1176
1177 * Data races
1178 * Dereferencing a null/dangling raw pointer
1179 * Reads of [undef](http://llvm.org/docs/LangRef.html#undefined-values)
1180   (uninitialized) memory
1181 * Breaking the [pointer aliasing
1182   rules](http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointer-aliasing-rules)
1183   with raw pointers (a subset of the rules used by C)
1184 * `&mut` and `&` follow LLVM’s scoped [noalias] model, except if the `&T`
1185   contains an `UnsafeCell<U>`. Unsafe code must not violate these aliasing
1186   guarantees.
1187 * Mutating an immutable value/reference without `UnsafeCell<U>`
1188 * Invoking undefined behavior via compiler intrinsics:
1189   * Indexing outside of the bounds of an object with `std::ptr::offset`
1190     (`offset` intrinsic), with
1191     the exception of one byte past the end which is permitted.
1192   * Using `std::ptr::copy_nonoverlapping_memory` (`memcpy32`/`memcpy64`
1193     intrinsics) on overlapping buffers
1194 * Invalid values in primitive types, even in private fields/locals:
1195   * Dangling/null references or boxes
1196   * A value other than `false` (0) or `true` (1) in a `bool`
1197   * A discriminant in an `enum` not included in the type definition
1198   * A value in a `char` which is a surrogate or above `char::MAX`
1199   * Non-UTF-8 byte sequences in a `str`
1200 * Unwinding into Rust from foreign code or unwinding from Rust into foreign
1201   code. Rust's failure system is not compatible with exception handling in
1202   other languages. Unwinding must be caught and handled at FFI boundaries.
1203
1204 [noalias]: http://llvm.org/docs/LangRef.html#noalias
1205
1206 ##### Behavior not considered unsafe
1207
1208 This is a list of behavior not considered *unsafe* in Rust terms, but that may
1209 be undesired.
1210
1211 * Deadlocks
1212 * Reading data from private fields (`std::repr`)
1213 * Leaks due to reference count cycles, even in the global heap
1214 * Exiting without calling destructors
1215 * Sending signals
1216 * Accessing/modifying the file system
1217 * Unsigned integer overflow (well-defined as wrapping)
1218 * Signed integer overflow (well-defined as two’s complement representation
1219   wrapping)
1220
1221 #### Diverging functions
1222
1223 A special kind of function can be declared with a `!` character where the
1224 output type would normally be. For example:
1225
1226 ```
1227 fn my_err(s: &str) -> ! {
1228     println!("{}", s);
1229     panic!();
1230 }
1231 ```
1232
1233 We call such functions "diverging" because they never return a value to the
1234 caller. Every control path in a diverging function must end with a `panic!()` or
1235 a call to another diverging function on every control path. The `!` annotation
1236 does *not* denote a type.
1237
1238 It might be necessary to declare a diverging function because as mentioned
1239 previously, the typechecker checks that every control path in a function ends
1240 with a [`return`](#return-expressions) or diverging expression. So, if `my_err`
1241 were declared without the `!` annotation, the following code would not
1242 typecheck:
1243
1244 ```
1245 # fn my_err(s: &str) -> ! { panic!() }
1246
1247 fn f(i: i32) -> i32 {
1248    if i == 42 {
1249      return 42;
1250    }
1251    else {
1252      my_err("Bad number!");
1253    }
1254 }
1255 ```
1256
1257 This will not compile without the `!` annotation on `my_err`, since the `else`
1258 branch of the conditional in `f` does not return an `i32`, as required by the
1259 signature of `f`. Adding the `!` annotation to `my_err` informs the
1260 typechecker that, should control ever enter `my_err`, no further type judgments
1261 about `f` need to hold, since control will never resume in any context that
1262 relies on those judgments. Thus the return type on `f` only needs to reflect
1263 the `if` branch of the conditional.
1264
1265 #### Extern functions
1266
1267 Extern functions are part of Rust's foreign function interface, providing the
1268 opposite functionality to [external blocks](#external-blocks). Whereas
1269 external blocks allow Rust code to call foreign code, extern functions with
1270 bodies defined in Rust code _can be called by foreign code_. They are defined
1271 in the same way as any other Rust function, except that they have the `extern`
1272 modifier.
1273
1274 ```
1275 // Declares an extern fn, the ABI defaults to "C"
1276 extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1277
1278 // Declares an extern fn with "stdcall" ABI
1279 extern "stdcall" fn new_i32_stdcall() -> i32 { 0 }
1280 ```
1281
1282 Unlike normal functions, extern fns have an `extern "ABI" fn()`. This is the
1283 same type as the functions declared in an extern block.
1284
1285 ```
1286 # extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1287 let fptr: extern "C" fn() -> i32 = new_i32;
1288 ```
1289
1290 Extern functions may be called directly from Rust code as Rust uses large,
1291 contiguous stack segments like C.
1292
1293 ### Type aliases
1294
1295 A _type alias_ defines a new name for an existing [type](#types). Type
1296 aliases are declared with the keyword `type`. Every value has a single,
1297 specific type, but may implement several different traits, or be compatible with
1298 several different type constraints.
1299
1300 For example, the following defines the type `Point` as a synonym for the type
1301 `(u8, u8)`, the type of pairs of unsigned 8 bit integers:
1302
1303 ```
1304 type Point = (u8, u8);
1305 let p: Point = (41, 68);
1306 ```
1307
1308 ### Structures
1309
1310 A _structure_ is a nominal [structure type](#structure-types) defined with the
1311 keyword `struct`.
1312
1313 An example of a `struct` item and its use:
1314
1315 ```
1316 struct Point {x: i32, y: i32}
1317 let p = Point {x: 10, y: 11};
1318 let px: i32 = p.x;
1319 ```
1320
1321 A _tuple structure_ is a nominal [tuple type](#tuple-types), also defined with
1322 the keyword `struct`. For example:
1323
1324 ```
1325 struct Point(i32, i32);
1326 let p = Point(10, 11);
1327 let px: i32 = match p { Point(x, _) => x };
1328 ```
1329
1330 A _unit-like struct_ is a structure without any fields, defined by leaving off
1331 the list of fields entirely. Such types will have a single value, just like
1332 the [unit value `()`](#unit-and-boolean-literals) of the unit type. For
1333 example:
1334
1335 ```
1336 struct Cookie;
1337 let c = [Cookie, Cookie, Cookie, Cookie];
1338 ```
1339
1340 The precise memory layout of a structure is not specified. One can specify a
1341 particular layout using the [`repr` attribute](#ffi-attributes).
1342
1343 ### Enumerations
1344
1345 An _enumeration_ is a simultaneous definition of a nominal [enumerated
1346 type](#enumerated-types) as well as a set of *constructors*, that can be used
1347 to create or pattern-match values of the corresponding enumerated type.
1348
1349 Enumerations are declared with the keyword `enum`.
1350
1351 An example of an `enum` item and its use:
1352
1353 ```
1354 enum Animal {
1355   Dog,
1356   Cat
1357 }
1358
1359 let mut a: Animal = Animal::Dog;
1360 a = Animal::Cat;
1361 ```
1362
1363 Enumeration constructors can have either named or unnamed fields:
1364
1365 ```rust
1366 enum Animal {
1367     Dog (String, f64),
1368     Cat { name: String, weight: f64 }
1369 }
1370
1371 let mut a: Animal = Animal::Dog("Cocoa".to_string(), 37.2);
1372 a = Animal::Cat { name: "Spotty".to_string(), weight: 2.7 };
1373 ```
1374
1375 In this example, `Cat` is a _struct-like enum variant_,
1376 whereas `Dog` is simply called an enum variant.
1377
1378 Enums have a discriminant. You can assign them explicitly:
1379
1380 ```
1381 enum Foo {
1382     Bar = 123,
1383 }
1384 ```
1385
1386 If a discriminant isn't assigned, they start at zero, and add one for each
1387 variant, in order.
1388
1389 You can cast an enum to get this value:
1390
1391 ```
1392 # enum Foo { Bar = 123 }
1393 let x = Foo::Bar as u32; // x is now 123u32
1394 ```
1395
1396 This only works as long as none of the variants have data attached. If
1397 it were `Bar(i32)`, this is disallowed.
1398
1399 ### Constant items
1400
1401 ```{.ebnf .gram}
1402 const_item : "const" ident ':' type '=' expr ';' ;
1403 ```
1404
1405 A *constant item* is a named _constant value_ which is not associated with a
1406 specific memory location in the program. Constants are essentially inlined
1407 wherever they are used, meaning that they are copied directly into the relevant
1408 context when used. References to the same constant are not necessarily
1409 guaranteed to refer to the same memory address.
1410
1411 Constant values must not have destructors, and otherwise permit most forms of
1412 data. Constants may refer to the address of other constants, in which case the
1413 address will have the `static` lifetime. The compiler is, however, still at
1414 liberty to translate the constant many times, so the address referred to may not
1415 be stable.
1416
1417 Constants must be explicitly typed. The type may be `bool`, `char`, a number, or
1418 a type derived from those primitive types. The derived types are references with
1419 the `static` lifetime, fixed-size arrays, tuples, enum variants, and structs.
1420
1421 ```
1422 const BIT1: u32 = 1 << 0;
1423 const BIT2: u32 = 1 << 1;
1424
1425 const BITS: [u32; 2] = [BIT1, BIT2];
1426 const STRING: &'static str = "bitstring";
1427
1428 struct BitsNStrings<'a> {
1429     mybits: [u32; 2],
1430     mystring: &'a str
1431 }
1432
1433 const BITS_N_STRINGS: BitsNStrings<'static> = BitsNStrings {
1434     mybits: BITS,
1435     mystring: STRING
1436 };
1437 ```
1438
1439 ### Static items
1440
1441 ```{.ebnf .gram}
1442 static_item : "static" ident ':' type '=' expr ';' ;
1443 ```
1444
1445 A *static item* is similar to a *constant*, except that it represents a precise
1446 memory location in the program. A static is never "inlined" at the usage site,
1447 and all references to it refer to the same memory location. Static items have
1448 the `static` lifetime, which outlives all other lifetimes in a Rust program.
1449 Static items may be placed in read-only memory if they do not contain any
1450 interior mutability.
1451
1452 Statics may contain interior mutability through the `UnsafeCell` language item.
1453 All access to a static is safe, but there are a number of restrictions on
1454 statics:
1455
1456 * Statics may not contain any destructors.
1457 * The types of static values must ascribe to `Sync` to allow threadsafe access.
1458 * Statics may not refer to other statics by value, only by reference.
1459 * Constants cannot refer to statics.
1460
1461 Constants should in general be preferred over statics, unless large amounts of
1462 data are being stored, or single-address and mutability properties are required.
1463
1464 #### Mutable statics
1465
1466 If a static item is declared with the `mut` keyword, then it is allowed to
1467 be modified by the program. One of Rust's goals is to make concurrency bugs
1468 hard to run into, and this is obviously a very large source of race conditions
1469 or other bugs. For this reason, an `unsafe` block is required when either
1470 reading or writing a mutable static variable. Care should be taken to ensure
1471 that modifications to a mutable static are safe with respect to other threads
1472 running in the same process.
1473
1474 Mutable statics are still very useful, however. They can be used with C
1475 libraries and can also be bound from C libraries (in an `extern` block).
1476
1477 ```
1478 # fn atomic_add(_: &mut u32, _: u32) -> u32 { 2 }
1479
1480 static mut LEVELS: u32 = 0;
1481
1482 // This violates the idea of no shared state, and this doesn't internally
1483 // protect against races, so this function is `unsafe`
1484 unsafe fn bump_levels_unsafe1() -> u32 {
1485     let ret = LEVELS;
1486     LEVELS += 1;
1487     return ret;
1488 }
1489
1490 // Assuming that we have an atomic_add function which returns the old value,
1491 // this function is "safe" but the meaning of the return value may not be what
1492 // callers expect, so it's still marked as `unsafe`
1493 unsafe fn bump_levels_unsafe2() -> u32 {
1494     return atomic_add(&mut LEVELS, 1);
1495 }
1496 ```
1497
1498 Mutable statics have the same restrictions as normal statics, except that the
1499 type of the value is not required to ascribe to `Sync`.
1500
1501 ### Traits
1502
1503 A _trait_ describes a set of method types.
1504
1505 Traits can include default implementations of methods, written in terms of some
1506 unknown [`self` type](#self-types); the `self` type may either be completely
1507 unspecified, or constrained by some other trait.
1508
1509 Traits are implemented for specific types through separate
1510 [implementations](#implementations).
1511
1512 ```
1513 # type Surface = i32;
1514 # type BoundingBox = i32;
1515 trait Shape {
1516     fn draw(&self, Surface);
1517     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox;
1518 }
1519 ```
1520
1521 This defines a trait with two methods. All values that have
1522 [implementations](#implementations) of this trait in scope can have their
1523 `draw` and `bounding_box` methods called, using `value.bounding_box()`
1524 [syntax](#method-call-expressions).
1525
1526 Type parameters can be specified for a trait to make it generic. These appear
1527 after the trait name, using the same syntax used in [generic
1528 functions](#generic-functions).
1529
1530 ```
1531 trait Seq<T> {
1532    fn len(&self) -> u32;
1533    fn elt_at(&self, n: u32) -> T;
1534    fn iter<F>(&self, F) where F: Fn(T);
1535 }
1536 ```
1537
1538 Generic functions may use traits as _bounds_ on their type parameters. This
1539 will have two effects: only types that have the trait may instantiate the
1540 parameter, and within the generic function, the methods of the trait can be
1541 called on values that have the parameter's type. For example:
1542
1543 ```
1544 # type Surface = i32;
1545 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); }
1546 fn draw_twice<T: Shape>(surface: Surface, sh: T) {
1547     sh.draw(surface);
1548     sh.draw(surface);
1549 }
1550 ```
1551
1552 Traits also define an [trait object](#trait-objects) with the same name as the
1553 trait. Values of this type are created by [casting](#type-cast-expressions)
1554 pointer values (pointing to a type for which an implementation of the given
1555 trait is in scope) to pointers to the trait name, used as a type.
1556
1557 ```
1558 # trait Shape { fn dummy(&self) { } }
1559 # impl Shape for i32 { }
1560 # let mycircle = 0i32;
1561 let myshape: Box<Shape> = Box::new(mycircle) as Box<Shape>;
1562 ```
1563
1564 The resulting value is a box containing the value that was cast, along with
1565 information that identifies the methods of the implementation that was used.
1566 Values with a trait type can have [methods called](#method-call-expressions) on
1567 them, for any method in the trait, and can be used to instantiate type
1568 parameters that are bounded by the trait.
1569
1570 Trait methods may be static, which means that they lack a `self` argument.
1571 This means that they can only be called with function call syntax (`f(x)`) and
1572 not method call syntax (`obj.f()`). The way to refer to the name of a static
1573 method is to qualify it with the trait name, treating the trait name like a
1574 module. For example:
1575
1576 ```
1577 trait Num {
1578     fn from_i32(n: i32) -> Self;
1579 }
1580 impl Num for f64 {
1581     fn from_i32(n: i32) -> f64 { n as f64 }
1582 }
1583 let x: f64 = Num::from_i32(42);
1584 ```
1585
1586 Traits may inherit from other traits. For example, in
1587
1588 ```
1589 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1590 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1591 ```
1592
1593 the syntax `Circle : Shape` means that types that implement `Circle` must also
1594 have an implementation for `Shape`. Multiple supertraits are separated by `+`,
1595 `trait Circle : Shape + PartialEq { }`. In an implementation of `Circle` for a
1596 given type `T`, methods can refer to `Shape` methods, since the typechecker
1597 checks that any type with an implementation of `Circle` also has an
1598 implementation of `Shape`.
1599
1600 In type-parameterized functions, methods of the supertrait may be called on
1601 values of subtrait-bound type parameters. Referring to the previous example of
1602 `trait Circle : Shape`:
1603
1604 ```
1605 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1606 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1607 fn radius_times_area<T: Circle>(c: T) -> f64 {
1608     // `c` is both a Circle and a Shape
1609     c.radius() * c.area()
1610 }
1611 ```
1612
1613 Likewise, supertrait methods may also be called on trait objects.
1614
1615 ```{.ignore}
1616 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1617 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1618 # impl Shape for i32 { fn area(&self) -> f64 { 0.0 } }
1619 # impl Circle for i32 { fn radius(&self) -> f64 { 0.0 } }
1620 # let mycircle = 0i32;
1621 let mycircle = Box::new(mycircle) as Box<Circle>;
1622 let nonsense = mycircle.radius() * mycircle.area();
1623 ```
1624
1625 ### Implementations
1626
1627 An _implementation_ is an item that implements a [trait](#traits) for a
1628 specific type.
1629
1630 Implementations are defined with the keyword `impl`.
1631
1632 ```
1633 # #[derive(Copy, Clone)]
1634 # struct Point {x: f64, y: f64};
1635 # type Surface = i32;
1636 # struct BoundingBox {x: f64, y: f64, width: f64, height: f64};
1637 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); fn bounding_box(&self) -> BoundingBox; }
1638 # fn do_draw_circle(s: Surface, c: Circle) { }
1639 struct Circle {
1640     radius: f64,
1641     center: Point,
1642 }
1643
1644 impl Copy for Circle {}
1645
1646 impl Clone for Circle {
1647     fn clone(&self) -> Circle { *self }
1648 }
1649
1650 impl Shape for Circle {
1651     fn draw(&self, s: Surface) { do_draw_circle(s, *self); }
1652     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox {
1653         let r = self.radius;
1654         BoundingBox{x: self.center.x - r, y: self.center.y - r,
1655          width: 2.0 * r, height: 2.0 * r}
1656     }
1657 }
1658 ```
1659
1660 It is possible to define an implementation without referring to a trait. The
1661 methods in such an implementation can only be used as direct calls on the
1662 values of the type that the implementation targets. In such an implementation,
1663 the trait type and `for` after `impl` are omitted. Such implementations are
1664 limited to nominal types (enums, structs), and the implementation must appear
1665 in the same module or a sub-module as the `self` type:
1666
1667 ```
1668 struct Point {x: i32, y: i32}
1669
1670 impl Point {
1671     fn log(&self) {
1672         println!("Point is at ({}, {})", self.x, self.y);
1673     }
1674 }
1675
1676 let my_point = Point {x: 10, y:11};
1677 my_point.log();
1678 ```
1679
1680 When a trait _is_ specified in an `impl`, all methods declared as part of the
1681 trait must be implemented, with matching types and type parameter counts.
1682
1683 An implementation can take type parameters, which can be different from the
1684 type parameters taken by the trait it implements. Implementation parameters
1685 are written after the `impl` keyword.
1686
1687 ```
1688 # trait Seq<T> { fn dummy(&self, _: T) { } }
1689 impl<T> Seq<T> for Vec<T> {
1690    /* ... */
1691 }
1692 impl Seq<bool> for u32 {
1693    /* Treat the integer as a sequence of bits */
1694 }
1695 ```
1696
1697 ### External blocks
1698
1699 ```{.ebnf .gram}
1700 extern_block_item : "extern" '{' extern_block '}' ;
1701 extern_block : [ foreign_fn ] * ;
1702 ```
1703
1704 External blocks form the basis for Rust's foreign function interface.
1705 Declarations in an external block describe symbols in external, non-Rust
1706 libraries.
1707
1708 Functions within external blocks are declared in the same way as other Rust
1709 functions, with the exception that they may not have a body and are instead
1710 terminated by a semicolon.
1711
1712 Functions within external blocks may be called by Rust code, just like
1713 functions defined in Rust. The Rust compiler automatically translates between
1714 the Rust ABI and the foreign ABI.
1715
1716 A number of [attributes](#attributes) control the behavior of external blocks.
1717
1718 By default external blocks assume that the library they are calling uses the
1719 standard C "cdecl" ABI. Other ABIs may be specified using an `abi` string, as
1720 shown here:
1721
1722 ```ignore
1723 // Interface to the Windows API
1724 extern "stdcall" { }
1725 ```
1726
1727 The `link` attribute allows the name of the library to be specified. When
1728 specified the compiler will attempt to link against the native library of the
1729 specified name.
1730
1731 ```{.ignore}
1732 #[link(name = "crypto")]
1733 extern { }
1734 ```
1735
1736 The type of a function declared in an extern block is `extern "abi" fn(A1, ...,
1737 An) -> R`, where `A1...An` are the declared types of its arguments and `R` is
1738 the declared return type.
1739
1740 ## Visibility and Privacy
1741
1742 These two terms are often used interchangeably, and what they are attempting to
1743 convey is the answer to the question "Can this item be used at this location?"
1744
1745 Rust's name resolution operates on a global hierarchy of namespaces. Each level
1746 in the hierarchy can be thought of as some item. The items are one of those
1747 mentioned above, but also include external crates. Declaring or defining a new
1748 module can be thought of as inserting a new tree into the hierarchy at the
1749 location of the definition.
1750
1751 To control whether interfaces can be used across modules, Rust checks each use
1752 of an item to see whether it should be allowed or not. This is where privacy
1753 warnings are generated, or otherwise "you used a private item of another module
1754 and weren't allowed to."
1755
1756 By default, everything in Rust is *private*, with one exception. Enum variants
1757 in a `pub` enum are also public by default. You are allowed to alter this
1758 default visibility with the `priv` keyword. When an item is declared as `pub`,
1759 it can be thought of as being accessible to the outside world. For example:
1760
1761 ```
1762 # fn main() {}
1763 // Declare a private struct
1764 struct Foo;
1765
1766 // Declare a public struct with a private field
1767 pub struct Bar {
1768     field: i32
1769 }
1770
1771 // Declare a public enum with two public variants
1772 pub enum State {
1773     PubliclyAccessibleState,
1774     PubliclyAccessibleState2,
1775 }
1776 ```
1777
1778 With the notion of an item being either public or private, Rust allows item
1779 accesses in two cases:
1780
1781 1. If an item is public, then it can be used externally through any of its
1782    public ancestors.
1783 2. If an item is private, it may be accessed by the current module and its
1784    descendants.
1785
1786 These two cases are surprisingly powerful for creating module hierarchies
1787 exposing public APIs while hiding internal implementation details. To help
1788 explain, here's a few use cases and what they would entail:
1789
1790 * A library developer needs to expose functionality to crates which link
1791   against their library. As a consequence of the first case, this means that
1792   anything which is usable externally must be `pub` from the root down to the
1793   destination item. Any private item in the chain will disallow external
1794   accesses.
1795
1796 * A crate needs a global available "helper module" to itself, but it doesn't
1797   want to expose the helper module as a public API. To accomplish this, the
1798   root of the crate's hierarchy would have a private module which then
1799   internally has a "public api". Because the entire crate is a descendant of
1800   the root, then the entire local crate can access this private module through
1801   the second case.
1802
1803 * When writing unit tests for a module, it's often a common idiom to have an
1804   immediate child of the module to-be-tested named `mod test`. This module
1805   could access any items of the parent module through the second case, meaning
1806   that internal implementation details could also be seamlessly tested from the
1807   child module.
1808
1809 In the second case, it mentions that a private item "can be accessed" by the
1810 current module and its descendants, but the exact meaning of accessing an item
1811 depends on what the item is. Accessing a module, for example, would mean
1812 looking inside of it (to import more items). On the other hand, accessing a
1813 function would mean that it is invoked. Additionally, path expressions and
1814 import statements are considered to access an item in the sense that the
1815 import/expression is only valid if the destination is in the current visibility
1816 scope.
1817
1818 Here's an example of a program which exemplifies the three cases outlined
1819 above:
1820
1821 ```
1822 // This module is private, meaning that no external crate can access this
1823 // module. Because it is private at the root of this current crate, however, any
1824 // module in the crate may access any publicly visible item in this module.
1825 mod crate_helper_module {
1826
1827     // This function can be used by anything in the current crate
1828     pub fn crate_helper() {}
1829
1830     // This function *cannot* be used by anything else in the crate. It is not
1831     // publicly visible outside of the `crate_helper_module`, so only this
1832     // current module and its descendants may access it.
1833     fn implementation_detail() {}
1834 }
1835
1836 // This function is "public to the root" meaning that it's available to external
1837 // crates linking against this one.
1838 pub fn public_api() {}
1839
1840 // Similarly to 'public_api', this module is public so external crates may look
1841 // inside of it.
1842 pub mod submodule {
1843     use crate_helper_module;
1844
1845     pub fn my_method() {
1846         // Any item in the local crate may invoke the helper module's public
1847         // interface through a combination of the two rules above.
1848         crate_helper_module::crate_helper();
1849     }
1850
1851     // This function is hidden to any module which is not a descendant of
1852     // `submodule`
1853     fn my_implementation() {}
1854
1855     #[cfg(test)]
1856     mod test {
1857
1858         #[test]
1859         fn test_my_implementation() {
1860             // Because this module is a descendant of `submodule`, it's allowed
1861             // to access private items inside of `submodule` without a privacy
1862             // violation.
1863             super::my_implementation();
1864         }
1865     }
1866 }
1867
1868 # fn main() {}
1869 ```
1870
1871 For a rust program to pass the privacy checking pass, all paths must be valid
1872 accesses given the two rules above. This includes all use statements,
1873 expressions, types, etc.
1874
1875 ### Re-exporting and Visibility
1876
1877 Rust allows publicly re-exporting items through a `pub use` directive. Because
1878 this is a public directive, this allows the item to be used in the current
1879 module through the rules above. It essentially allows public access into the
1880 re-exported item. For example, this program is valid:
1881
1882 ```
1883 pub use self::implementation::api;
1884
1885 mod implementation {
1886     pub mod api {
1887         pub fn f() {}
1888     }
1889 }
1890
1891 # fn main() {}
1892 ```
1893
1894 This means that any external crate referencing `implementation::api::f` would
1895 receive a privacy violation, while the path `api::f` would be allowed.
1896
1897 When re-exporting a private item, it can be thought of as allowing the "privacy
1898 chain" being short-circuited through the reexport instead of passing through
1899 the namespace hierarchy as it normally would.
1900
1901 ## Attributes
1902
1903 ```{.ebnf .gram}
1904 attribute : '#' '!' ? '[' meta_item ']' ;
1905 meta_item : ident [ '=' literal
1906                   | '(' meta_seq ')' ] ? ;
1907 meta_seq : meta_item [ ',' meta_seq ] ? ;
1908 ```
1909
1910 Any item declaration may have an _attribute_ applied to it. Attributes in Rust
1911 are modeled on Attributes in ECMA-335, with the syntax coming from ECMA-334
1912 (C#). An attribute is a general, free-form metadatum that is interpreted
1913 according to name, convention, and language and compiler version. Attributes
1914 may appear as any of:
1915
1916 * A single identifier, the attribute name
1917 * An identifier followed by the equals sign '=' and a literal, providing a
1918   key/value pair
1919 * An identifier followed by a parenthesized list of sub-attribute arguments
1920
1921 Attributes with a bang ("!") after the hash ("#") apply to the item that the
1922 attribute is declared within. Attributes that do not have a bang after the hash
1923 apply to the item that follows the attribute.
1924
1925 An example of attributes:
1926
1927 ```{.rust}
1928 // General metadata applied to the enclosing module or crate.
1929 #![crate_type = "lib"]
1930
1931 // A function marked as a unit test
1932 #[test]
1933 fn test_foo() {
1934   /* ... */
1935 }
1936
1937 // A conditionally-compiled module
1938 #[cfg(target_os="linux")]
1939 mod bar {
1940   /* ... */
1941 }
1942
1943 // A lint attribute used to suppress a warning/error
1944 #[allow(non_camel_case_types)]
1945 type int8_t = i8;
1946 ```
1947
1948 > **Note:** At some point in the future, the compiler will distinguish between
1949 > language-reserved and user-available attributes. Until then, there is
1950 > effectively no difference between an attribute handled by a loadable syntax
1951 > extension and the compiler.
1952
1953 ### Crate-only attributes
1954
1955 - `crate_name` - specify the crate's crate name.
1956 - `crate_type` - see [linkage](#linkage).
1957 - `feature` - see [compiler features](#compiler-features).
1958 - `no_builtins` - disable optimizing certain code patterns to invocations of
1959                   library functions that are assumed to exist
1960 - `no_main` - disable emitting the `main` symbol. Useful when some other
1961    object being linked to defines `main`.
1962 - `no_start` - disable linking to the `native` crate, which specifies the
1963   "start" language item.
1964 - `no_std` - disable linking to the `std` crate.
1965 - `plugin` â€” load a list of named crates as compiler plugins, e.g.
1966              `#![plugin(foo, bar)]`. Optional arguments for each plugin,
1967              i.e. `#![plugin(foo(... args ...))]`, are provided to the plugin's
1968              registrar function.  The `plugin` feature gate is required to use
1969              this attribute.
1970
1971 ### Module-only attributes
1972
1973 - `no_implicit_prelude` - disable injecting `use std::prelude::*` in this
1974   module.
1975 - `path` - specifies the file to load the module from. `#[path="foo.rs"] mod
1976   bar;` is equivalent to `mod bar { /* contents of foo.rs */ }`. The path is
1977   taken relative to the directory that the current module is in.
1978
1979 ### Function-only attributes
1980
1981 - `main` - indicates that this function should be passed to the entry point,
1982   rather than the function in the crate root named `main`.
1983 - `plugin_registrar` - mark this function as the registration point for
1984   [compiler plugins][plugin], such as loadable syntax extensions.
1985 - `start` - indicates that this function should be used as the entry point,
1986   overriding the "start" language item. See the "start" [language
1987   item](#language-items) for more details.
1988 - `test` - indicates that this function is a test function, to only be compiled
1989   in case of `--test`.
1990 - `should_panic` - indicates that this test function should panic, inverting the success condition.
1991 - `cold` - The function is unlikely to be executed, so optimize it (and calls
1992   to it) differently.
1993
1994 ### Static-only attributes
1995
1996 - `thread_local` - on a `static mut`, this signals that the value of this
1997   static may change depending on the current thread. The exact consequences of
1998   this are implementation-defined.
1999
2000 ### FFI attributes
2001
2002 On an `extern` block, the following attributes are interpreted:
2003
2004 - `link_args` - specify arguments to the linker, rather than just the library
2005   name and type. This is feature gated and the exact behavior is
2006   implementation-defined (due to variety of linker invocation syntax).
2007 - `link` - indicate that a native library should be linked to for the
2008   declarations in this block to be linked correctly. `link` supports an optional `kind`
2009   key with three possible values: `dylib`, `static`, and `framework`. See [external blocks](#external-blocks) for more about external blocks. Two
2010   examples: `#[link(name = "readline")]` and
2011   `#[link(name = "CoreFoundation", kind = "framework")]`.
2012
2013 On declarations inside an `extern` block, the following attributes are
2014 interpreted:
2015
2016 - `link_name` - the name of the symbol that this function or static should be
2017   imported as.
2018 - `linkage` - on a static, this specifies the [linkage
2019   type](http://llvm.org/docs/LangRef.html#linkage-types).
2020
2021 On `enum`s:
2022
2023 - `repr` - on C-like enums, this sets the underlying type used for
2024   representation. Takes one argument, which is the primitive
2025   type this enum should be represented for, or `C`, which specifies that it
2026   should be the default `enum` size of the C ABI for that platform. Note that
2027   enum representation in C is undefined, and this may be incorrect when the C
2028   code is compiled with certain flags.
2029
2030 On `struct`s:
2031
2032 - `repr` - specifies the representation to use for this struct. Takes a list
2033   of options. The currently accepted ones are `C` and `packed`, which may be
2034   combined. `C` will use a C ABI compatible struct layout, and `packed` will
2035   remove any padding between fields (note that this is very fragile and may
2036   break platforms which require aligned access).
2037
2038 ### Macro-related attributes
2039
2040 - `macro_use` on a `mod` â€” macros defined in this module will be visible in the
2041   module's parent, after this module has been included.
2042
2043 - `macro_use` on an `extern crate` â€” load macros from this crate.  An optional
2044   list of names `#[macro_use(foo, bar)]` restricts the import to just those
2045   macros named.  The `extern crate` must appear at the crate root, not inside
2046   `mod`, which ensures proper function of the [`$crate` macro
2047   variable](book/macros.html#the-variable-$crate).
2048
2049 - `macro_reexport` on an `extern crate` â€” re-export the named macros.
2050
2051 - `macro_export` - export a macro for cross-crate usage.
2052
2053 - `no_link` on an `extern crate` â€” even if we load this crate for macros, don't
2054   link it into the output.
2055
2056 See the [macros section of the
2057 book](book/macros.html#scoping-and-macro-import/export) for more information on
2058 macro scope.
2059
2060
2061 ### Miscellaneous attributes
2062
2063 - `export_name` - on statics and functions, this determines the name of the
2064   exported symbol.
2065 - `link_section` - on statics and functions, this specifies the section of the
2066   object file that this item's contents will be placed into.
2067 - `no_mangle` - on any item, do not apply the standard name mangling. Set the
2068   symbol for this item to its identifier.
2069 - `packed` - on structs or enums, eliminate any padding that would be used to
2070   align fields.
2071 - `simd` - on certain tuple structs, derive the arithmetic operators, which
2072   lower to the target's SIMD instructions, if any; the `simd` feature gate
2073   is necessary to use this attribute.
2074 - `static_assert` - on statics whose type is `bool`, terminates compilation
2075   with an error if it is not initialized to `true`.
2076 - `unsafe_destructor` - allow implementations of the "drop" language item
2077   where the type it is implemented for does not implement the "send" language
2078   item; the `unsafe_destructor` feature gate is needed to use this attribute
2079 - `unsafe_no_drop_flag` - on structs, remove the flag that prevents
2080   destructors from being run twice. Destructors might be run multiple times on
2081   the same object with this attribute.
2082 - `doc` - Doc comments such as `/// foo` are equivalent to `#[doc = "foo"]`.
2083 - `rustc_on_unimplemented` - Write a custom note to be shown along with the error
2084    when the trait is found to be unimplemented on a type.
2085    You may use format arguments like `{T}`, `{A}` to correspond to the
2086    types at the point of use corresponding to the type parameters of the
2087    trait of the same name. `{Self}` will be replaced with the type that is supposed
2088    to implement the trait but doesn't. To use this, the `on_unimplemented` feature gate
2089    must be enabled.
2090
2091 ### Conditional compilation
2092
2093 Sometimes one wants to have different compiler outputs from the same code,
2094 depending on build target, such as targeted operating system, or to enable
2095 release builds.
2096
2097 There are two kinds of configuration options, one that is either defined or not
2098 (`#[cfg(foo)]`), and the other that contains a string that can be checked
2099 against (`#[cfg(bar = "baz")]` (currently only compiler-defined configuration
2100 options can have the latter form).
2101
2102 ```
2103 // The function is only included in the build when compiling for OSX
2104 #[cfg(target_os = "macos")]
2105 fn macos_only() {
2106   // ...
2107 }
2108
2109 // This function is only included when either foo or bar is defined
2110 #[cfg(any(foo, bar))]
2111 fn needs_foo_or_bar() {
2112   // ...
2113 }
2114
2115 // This function is only included when compiling for a unixish OS with a 32-bit
2116 // architecture
2117 #[cfg(all(unix, target_pointer_width = "32"))]
2118 fn on_32bit_unix() {
2119   // ...
2120 }
2121
2122 // This function is only included when foo is not defined
2123 #[cfg(not(foo))]
2124 fn needs_not_foo() {
2125   // ...
2126 }
2127 ```
2128
2129 This illustrates some conditional compilation can be achieved using the
2130 `#[cfg(...)]` attribute. `any`, `all` and `not` can be used to assemble
2131 arbitrarily complex configurations through nesting.
2132
2133 The following configurations must be defined by the implementation:
2134
2135 * `target_arch = "..."`. Target CPU architecture, such as `"x86"`, `"x86_64"`
2136   `"mips"`, `"powerpc"`, `"arm"`, or `"aarch64"`.
2137 * `target_endian = "..."`. Endianness of the target CPU, either `"little"` or
2138   `"big"`.
2139 * `target_family = "..."`. Operating system family of the target, e. g.
2140   `"unix"` or `"windows"`. The value of this configuration option is defined
2141   as a configuration itself, like `unix` or `windows`.
2142 * `target_os = "..."`. Operating system of the target, examples include
2143   `"windows"`, `"macos"`, `"ios"`, `"linux"`, `"android"`, `"freebsd"`, `"dragonfly"`,
2144   `"bitrig"` or `"openbsd"`.
2145 * `target_pointer_width = "..."`. Target pointer width in bits. This is set
2146   to `"32"` for targets with 32-bit pointers, and likewise set to `"64"` for
2147   64-bit pointers.
2148 * `unix`. See `target_family`.
2149 * `windows`. See `target_family`.
2150
2151 You can also set another attribute based on a `cfg` variable with `cfg_attr`:
2152
2153 ```rust,ignore
2154 #[cfg_attr(a, b)]
2155 ```
2156
2157 Will be the same as `#[b]` if `a` is set by `cfg`, and nothing otherwise.
2158
2159 ### Lint check attributes
2160
2161 A lint check names a potentially undesirable coding pattern, such as
2162 unreachable code or omitted documentation, for the static entity to which the
2163 attribute applies.
2164
2165 For any lint check `C`:
2166
2167 * `allow(C)` overrides the check for `C` so that violations will go
2168    unreported,
2169 * `deny(C)` signals an error after encountering a violation of `C`,
2170 * `forbid(C)` is the same as `deny(C)`, but also forbids changing the lint
2171    level afterwards,
2172 * `warn(C)` warns about violations of `C` but continues compilation.
2173
2174 The lint checks supported by the compiler can be found via `rustc -W help`,
2175 along with their default settings.  [Compiler
2176 plugins](book/plugins.html#lint-plugins) can provide additional lint checks.
2177
2178 ```{.ignore}
2179 mod m1 {
2180     // Missing documentation is ignored here
2181     #[allow(missing_docs)]
2182     pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2183
2184     // Missing documentation signals a warning here
2185     #[warn(missing_docs)]
2186     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2187
2188     // Missing documentation signals an error here
2189     #[deny(missing_docs)]
2190     pub fn undocumented_end() -> i32 { 3 }
2191 }
2192 ```
2193
2194 This example shows how one can use `allow` and `warn` to toggle a particular
2195 check on and off:
2196
2197 ```{.ignore}
2198 #[warn(missing_docs)]
2199 mod m2{
2200     #[allow(missing_docs)]
2201     mod nested {
2202         // Missing documentation is ignored here
2203         pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2204
2205         // Missing documentation signals a warning here,
2206         // despite the allow above.
2207         #[warn(missing_docs)]
2208         pub fn undocumented_two() -> i32 { 2 }
2209     }
2210
2211     // Missing documentation signals a warning here
2212     pub fn undocumented_too() -> i32 { 3 }
2213 }
2214 ```
2215
2216 This example shows how one can use `forbid` to disallow uses of `allow` for
2217 that lint check:
2218
2219 ```{.ignore}
2220 #[forbid(missing_docs)]
2221 mod m3 {
2222     // Attempting to toggle warning signals an error here
2223     #[allow(missing_docs)]
2224     /// Returns 2.
2225     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2226 }
2227 ```
2228
2229 ### Language items
2230
2231 Some primitive Rust operations are defined in Rust code, rather than being
2232 implemented directly in C or assembly language. The definitions of these
2233 operations have to be easy for the compiler to find. The `lang` attribute
2234 makes it possible to declare these operations. For example, the `str` module
2235 in the Rust standard library defines the string equality function:
2236
2237 ```{.ignore}
2238 #[lang="str_eq"]
2239 pub fn eq_slice(a: &str, b: &str) -> bool {
2240     // details elided
2241 }
2242 ```
2243
2244 The name `str_eq` has a special meaning to the Rust compiler, and the presence
2245 of this definition means that it will use this definition when generating calls
2246 to the string equality function.
2247
2248 A complete list of the built-in language items will be added in the future.
2249
2250 ### Inline attributes
2251
2252 The inline attribute is used to suggest to the compiler to perform an inline
2253 expansion and place a copy of the function or static in the caller rather than
2254 generating code to call the function or access the static where it is defined.
2255
2256 The compiler automatically inlines functions based on internal heuristics.
2257 Incorrectly inlining functions can actually making the program slower, so it
2258 should be used with care.
2259
2260 Immutable statics are always considered inlineable unless marked with
2261 `#[inline(never)]`. It is undefined whether two different inlineable statics
2262 have the same memory address. In other words, the compiler is free to collapse
2263 duplicate inlineable statics together.
2264
2265 `#[inline]` and `#[inline(always)]` always causes the function to be serialized
2266 into crate metadata to allow cross-crate inlining.
2267
2268 There are three different types of inline attributes:
2269
2270 * `#[inline]` hints the compiler to perform an inline expansion.
2271 * `#[inline(always)]` asks the compiler to always perform an inline expansion.
2272 * `#[inline(never)]` asks the compiler to never perform an inline expansion.
2273
2274 ### `derive`
2275
2276 The `derive` attribute allows certain traits to be automatically implemented
2277 for data structures. For example, the following will create an `impl` for the
2278 `PartialEq` and `Clone` traits for `Foo`, the type parameter `T` will be given
2279 the `PartialEq` or `Clone` constraints for the appropriate `impl`:
2280
2281 ```
2282 #[derive(PartialEq, Clone)]
2283 struct Foo<T> {
2284     a: i32,
2285     b: T
2286 }
2287 ```
2288
2289 The generated `impl` for `PartialEq` is equivalent to
2290
2291 ```
2292 # struct Foo<T> { a: i32, b: T }
2293 impl<T: PartialEq> PartialEq for Foo<T> {
2294     fn eq(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2295         self.a == other.a && self.b == other.b
2296     }
2297
2298     fn ne(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2299         self.a != other.a || self.b != other.b
2300     }
2301 }
2302 ```
2303
2304 ### Compiler Features
2305
2306 Certain aspects of Rust may be implemented in the compiler, but they're not
2307 necessarily ready for every-day use. These features are often of "prototype
2308 quality" or "almost production ready", but may not be stable enough to be
2309 considered a full-fledged language feature.
2310
2311 For this reason, Rust recognizes a special crate-level attribute of the form:
2312
2313 ```{.ignore}
2314 #![feature(feature1, feature2, feature3)]
2315 ```
2316
2317 This directive informs the compiler that the feature list: `feature1`,
2318 `feature2`, and `feature3` should all be enabled. This is only recognized at a
2319 crate-level, not at a module-level. Without this directive, all features are
2320 considered off, and using the features will result in a compiler error.
2321
2322 The currently implemented features of the reference compiler are:
2323
2324 * `advanced_slice_patterns` - See the [match expressions](#match-expressions)
2325                               section for discussion; the exact semantics of
2326                               slice patterns are subject to change, so some types
2327                               are still unstable.
2328
2329 * `slice_patterns` - OK, actually, slice patterns are just scary and
2330                      completely unstable.
2331
2332 * `asm` - The `asm!` macro provides a means for inline assembly. This is often
2333           useful, but the exact syntax for this feature along with its
2334           semantics are likely to change, so this macro usage must be opted
2335           into.
2336
2337 * `associated_types` - Allows type aliases in traits. Experimental.
2338
2339 * `box_patterns` - Allows `box` patterns, the exact semantics of which
2340                    is subject to change.
2341
2342 * `box_syntax` - Allows use of `box` expressions, the exact semantics of which
2343                  is subject to change.
2344
2345 * `concat_idents` - Allows use of the `concat_idents` macro, which is in many
2346                     ways insufficient for concatenating identifiers, and may be
2347                     removed entirely for something more wholesome.
2348
2349 * `custom_attribute` - Allows the usage of attributes unknown to the compiler
2350                        so that new attributes can be added in a backwards compatible
2351                        manner (RFC 572).
2352
2353 * `custom_derive` - Allows the use of `#[derive(Foo,Bar)]` as sugar for
2354                     `#[derive_Foo] #[derive_Bar]`, which can be user-defined syntax
2355                     extensions.
2356
2357 * `intrinsics` - Allows use of the "rust-intrinsics" ABI. Compiler intrinsics
2358                  are inherently unstable and no promise about them is made.
2359
2360 * `lang_items` - Allows use of the `#[lang]` attribute. Like `intrinsics`,
2361                  lang items are inherently unstable and no promise about them
2362                  is made.
2363
2364 * `link_args` - This attribute is used to specify custom flags to the linker,
2365                 but usage is strongly discouraged. The compiler's usage of the
2366                 system linker is not guaranteed to continue in the future, and
2367                 if the system linker is not used then specifying custom flags
2368                 doesn't have much meaning.
2369
2370 * `link_llvm_intrinsics` â€“ Allows linking to LLVM intrinsics via
2371                            `#[link_name="llvm.*"]`.
2372
2373 * `linkage` - Allows use of the `linkage` attribute, which is not portable.
2374
2375 * `log_syntax` - Allows use of the `log_syntax` macro attribute, which is a
2376                  nasty hack that will certainly be removed.
2377
2378 * `main` - Allows use of the `#[main]` attribute, which changes the entry point
2379            into a Rust program. This capability is subject to change.
2380
2381 * `macro_reexport` - Allows macros to be re-exported from one crate after being imported
2382                      from another. This feature was originally designed with the sole
2383                      use case of the Rust standard library in mind, and is subject to
2384                      change.
2385
2386 * `non_ascii_idents` - The compiler supports the use of non-ascii identifiers,
2387                        but the implementation is a little rough around the
2388                        edges, so this can be seen as an experimental feature
2389                        for now until the specification of identifiers is fully
2390                        fleshed out.
2391
2392 * `no_std` - Allows the `#![no_std]` crate attribute, which disables the implicit
2393              `extern crate std`. This typically requires use of the unstable APIs
2394              behind the libstd "facade", such as libcore and libcollections. It
2395              may also cause problems when using syntax extensions, including
2396              `#[derive]`.
2397
2398 * `on_unimplemented` - Allows the `#[rustc_on_unimplemented]` attribute, which allows
2399                        trait definitions to add specialized notes to error messages
2400                        when an implementation was expected but not found.
2401
2402 * `optin_builtin_traits` - Allows the definition of default and negative trait
2403                            implementations. Experimental.
2404
2405 * `plugin` - Usage of [compiler plugins][plugin] for custom lints or syntax extensions.
2406              These depend on compiler internals and are subject to change.
2407
2408 * `plugin_registrar` - Indicates that a crate provides [compiler plugins][plugin].
2409
2410 * `quote` - Allows use of the `quote_*!` family of macros, which are
2411             implemented very poorly and will likely change significantly
2412             with a proper implementation.
2413
2414 * `rustc_attrs` - Gates internal `#[rustc_*]` attributes which may be
2415                   for internal use only or have meaning added to them in the future.
2416
2417 * `rustc_diagnostic_macros`- A mysterious feature, used in the implementation
2418                              of rustc, not meant for mortals.
2419
2420 * `simd` - Allows use of the `#[simd]` attribute, which is overly simple and
2421            not the SIMD interface we want to expose in the long term.
2422
2423 * `simd_ffi` - Allows use of SIMD vectors in signatures for foreign functions.
2424                The SIMD interface is subject to change.
2425
2426 * `staged_api` - Allows usage of stability markers and `#![staged_api]` in a
2427                  crate. Stability markers are also attributes: `#[stable]`,
2428                  `#[unstable]`, and `#[deprecated]` are the three levels.
2429
2430 * `static_assert` - The `#[static_assert]` functionality is experimental and
2431                     unstable. The attribute can be attached to a `static` of
2432                     type `bool` and the compiler will error if the `bool` is
2433                     `false` at compile time. This version of this functionality
2434                     is unintuitive and suboptimal.
2435
2436 * `start` - Allows use of the `#[start]` attribute, which changes the entry point
2437             into a Rust program. This capability, especially the signature for the
2438             annotated function, is subject to change.
2439
2440 * `struct_inherit` - Allows using struct inheritance, which is barely
2441                      implemented and will probably be removed. Don't use this.
2442
2443 * `struct_variant` - Structural enum variants (those with named fields). It is
2444                      currently unknown whether this style of enum variant is as
2445                      fully supported as the tuple-forms, and it's not certain
2446                      that this style of variant should remain in the language.
2447                      For now this style of variant is hidden behind a feature
2448                      flag.
2449
2450 * `thread_local` - The usage of the `#[thread_local]` attribute is experimental
2451                    and should be seen as unstable. This attribute is used to
2452                    declare a `static` as being unique per-thread leveraging
2453                    LLVM's implementation which works in concert with the kernel
2454                    loader and dynamic linker. This is not necessarily available
2455                    on all platforms, and usage of it is discouraged.
2456
2457 * `trace_macros` - Allows use of the `trace_macros` macro, which is a nasty
2458                    hack that will certainly be removed.
2459
2460 * `unboxed_closures` - Rust's new closure design, which is currently a work in
2461                        progress feature with many known bugs.
2462
2463 * `unsafe_destructor` - Allows use of the `#[unsafe_destructor]` attribute,
2464                         which is considered wildly unsafe and will be
2465                         obsoleted by language improvements.
2466
2467 * `unsafe_no_drop_flag` - Allows use of the `#[unsafe_no_drop_flag]` attribute,
2468                           which removes hidden flag added to a type that
2469                           implements the `Drop` trait. The design for the
2470                           `Drop` flag is subject to change, and this feature
2471                           may be removed in the future.
2472
2473 * `unmarked_api` - Allows use of items within a `#![staged_api]` crate
2474                    which have not been marked with a stability marker.
2475                    Such items should not be allowed by the compiler to exist,
2476                    so if you need this there probably is a compiler bug.
2477
2478 * `visible_private_types` - Allows public APIs to expose otherwise private
2479                             types, e.g. as the return type of a public function.
2480                             This capability may be removed in the future.
2481
2482 * `allow_internal_unstable` - Allows `macro_rules!` macros to be tagged with the
2483                               `#[allow_internal_unstable]` attribute, designed
2484                               to allow `std` macros to call
2485                               `#[unstable]`/feature-gated functionality
2486                               internally without imposing on callers
2487                               (i.e. making them behave like function calls in
2488                               terms of encapsulation).
2489
2490 If a feature is promoted to a language feature, then all existing programs will
2491 start to receive compilation warnings about #[feature] directives which enabled
2492 the new feature (because the directive is no longer necessary). However, if a
2493 feature is decided to be removed from the language, errors will be issued (if
2494 there isn't a parser error first). The directive in this case is no longer
2495 necessary, and it's likely that existing code will break if the feature isn't
2496 removed.
2497
2498 If an unknown feature is found in a directive, it results in a compiler error.
2499 An unknown feature is one which has never been recognized by the compiler.
2500
2501 # Statements and expressions
2502
2503 Rust is _primarily_ an expression language. This means that most forms of
2504 value-producing or effect-causing evaluation are directed by the uniform syntax
2505 category of _expressions_. Each kind of expression can typically _nest_ within
2506 each other kind of expression, and rules for evaluation of expressions involve
2507 specifying both the value produced by the expression and the order in which its
2508 sub-expressions are themselves evaluated.
2509
2510 In contrast, statements in Rust serve _mostly_ to contain and explicitly
2511 sequence expression evaluation.
2512
2513 ## Statements
2514
2515 A _statement_ is a component of a block, which is in turn a component of an
2516 outer [expression](#expressions) or [function](#functions).
2517
2518 Rust has two kinds of statement: [declaration
2519 statements](#declaration-statements) and [expression
2520 statements](#expression-statements).
2521
2522 ### Declaration statements
2523
2524 A _declaration statement_ is one that introduces one or more *names* into the
2525 enclosing statement block. The declared names may denote new variables or new
2526 items.
2527
2528 #### Item declarations
2529
2530 An _item declaration statement_ has a syntactic form identical to an
2531 [item](#items) declaration within a module. Declaring an item &mdash; a
2532 function, enumeration, structure, type, static, trait, implementation or module
2533 &mdash; locally within a statement block is simply a way of restricting its
2534 scope to a narrow region containing all of its uses; it is otherwise identical
2535 in meaning to declaring the item outside the statement block.
2536
2537 > **Note**: there is no implicit capture of the function's dynamic environment when
2538 > declaring a function-local item.
2539
2540 #### Variable declarations
2541
2542 ```{.ebnf .gram}
2543 let_decl : "let" pat [':' type ] ? [ init ] ? ';' ;
2544 init : [ '=' ] expr ;
2545 ```
2546
2547 A _variable declaration_ introduces a new set of variable, given by a pattern. The
2548 pattern may be followed by a type annotation, and/or an initializer expression.
2549 When no type annotation is given, the compiler will infer the type, or signal
2550 an error if insufficient type information is available for definite inference.
2551 Any variables introduced by a variable declaration are visible from the point of
2552 declaration until the end of the enclosing block scope.
2553
2554 ### Expression statements
2555
2556 An _expression statement_ is one that evaluates an [expression](#expressions)
2557 and ignores its result. The type of an expression statement `e;` is always
2558 `()`, regardless of the type of `e`. As a rule, an expression statement's
2559 purpose is to trigger the effects of evaluating its expression.
2560
2561 ## Expressions
2562
2563 An expression may have two roles: it always produces a *value*, and it may have
2564 *effects* (otherwise known as "side effects"). An expression *evaluates to* a
2565 value, and has effects during *evaluation*. Many expressions contain
2566 sub-expressions (operands). The meaning of each kind of expression dictates
2567 several things:
2568
2569 * Whether or not to evaluate the sub-expressions when evaluating the expression
2570 * The order in which to evaluate the sub-expressions
2571 * How to combine the sub-expressions' values to obtain the value of the expression
2572
2573 In this way, the structure of expressions dictates the structure of execution.
2574 Blocks are just another kind of expression, so blocks, statements, expressions,
2575 and blocks again can recursively nest inside each other to an arbitrary depth.
2576
2577 #### Lvalues, rvalues and temporaries
2578
2579 Expressions are divided into two main categories: _lvalues_ and _rvalues_.
2580 Likewise within each expression, sub-expressions may occur in _lvalue context_
2581 or _rvalue context_. The evaluation of an expression depends both on its own
2582 category and the context it occurs within.
2583
2584 An lvalue is an expression that represents a memory location. These expressions
2585 are [paths](#path-expressions) (which refer to local variables, function and
2586 method arguments, or static variables), dereferences (`*expr`), [indexing
2587 expressions](#index-expressions) (`expr[expr]`), and [field
2588 references](#field-expressions) (`expr.f`). All other expressions are rvalues.
2589
2590 The left operand of an [assignment](#assignment-expressions) or
2591 [compound-assignment](#compound-assignment-expressions) expression is an lvalue
2592 context, as is the single operand of a unary
2593 [borrow](#unary-operator-expressions). All other expression contexts are
2594 rvalue contexts.
2595
2596 When an lvalue is evaluated in an _lvalue context_, it denotes a memory
2597 location; when evaluated in an _rvalue context_, it denotes the value held _in_
2598 that memory location.
2599
2600 When an rvalue is used in an lvalue context, a temporary un-named lvalue is
2601 created and used instead. A temporary's lifetime equals the largest lifetime
2602 of any reference that points to it.
2603
2604 #### Moved and copied types
2605
2606 When a [local variable](#variables) is used as an
2607 [rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) the variable will either be moved
2608 or copied, depending on its type. All values whose type implements `Copy` are
2609 copied, all others are moved.
2610
2611 ### Literal expressions
2612
2613 A _literal expression_ consists of one of the [literal](#literals) forms
2614 described earlier. It directly describes a number, character, string, boolean
2615 value, or the unit value.
2616
2617 ```{.literals}
2618 ();        // unit type
2619 "hello";   // string type
2620 '5';       // character type
2621 5;         // integer type
2622 ```
2623
2624 ### Path expressions
2625
2626 A [path](#paths) used as an expression context denotes either a local variable
2627 or an item. Path expressions are [lvalues](#lvalues,-rvalues-and-temporaries).
2628
2629 ### Tuple expressions
2630
2631 Tuples are written by enclosing zero or more comma-separated expressions in
2632 parentheses. They are used to create [tuple-typed](#tuple-types) values.
2633
2634 ```{.tuple}
2635 (0,);
2636 (0.0, 4.5);
2637 ("a", 4us, true);
2638 ```
2639
2640 ### Unit expressions
2641
2642 The expression `()` denotes the _unit value_, the only value of the type with
2643 the same name.
2644
2645 ### Structure expressions
2646
2647 ```{.ebnf .gram}
2648 struct_expr : expr_path '{' ident ':' expr
2649                       [ ',' ident ':' expr ] *
2650                       [ ".." expr ] '}' |
2651               expr_path '(' expr
2652                       [ ',' expr ] * ')' |
2653               expr_path ;
2654 ```
2655
2656 There are several forms of structure expressions. A _structure expression_
2657 consists of the [path](#paths) of a [structure item](#structures), followed by
2658 a brace-enclosed list of one or more comma-separated name-value pairs,
2659 providing the field values of a new instance of the structure. A field name
2660 can be any identifier, and is separated from its value expression by a colon.
2661 The location denoted by a structure field is mutable if and only if the
2662 enclosing structure is mutable.
2663
2664 A _tuple structure expression_ consists of the [path](#paths) of a [structure
2665 item](#structures), followed by a parenthesized list of one or more
2666 comma-separated expressions (in other words, the path of a structure item
2667 followed by a tuple expression). The structure item must be a tuple structure
2668 item.
2669
2670 A _unit-like structure expression_ consists only of the [path](#paths) of a
2671 [structure item](#structures).
2672
2673 The following are examples of structure expressions:
2674
2675 ```
2676 # struct Point { x: f64, y: f64 }
2677 # struct TuplePoint(f64, f64);
2678 # mod game { pub struct User<'a> { pub name: &'a str, pub age: u32, pub score: usize } }
2679 # struct Cookie; fn some_fn<T>(t: T) {}
2680 Point {x: 10.0, y: 20.0};
2681 TuplePoint(10.0, 20.0);
2682 let u = game::User {name: "Joe", age: 35, score: 100_000};
2683 some_fn::<Cookie>(Cookie);
2684 ```
2685
2686 A structure expression forms a new value of the named structure type. Note
2687 that for a given *unit-like* structure type, this will always be the same
2688 value.
2689
2690 A structure expression can terminate with the syntax `..` followed by an
2691 expression to denote a functional update. The expression following `..` (the
2692 base) must have the same structure type as the new structure type being formed.
2693 The entire expression denotes the result of constructing a new structure (with
2694 the same type as the base expression) with the given values for the fields that
2695 were explicitly specified and the values in the base expression for all other
2696 fields.
2697
2698 ```
2699 # struct Point3d { x: i32, y: i32, z: i32 }
2700 let base = Point3d {x: 1, y: 2, z: 3};
2701 Point3d {y: 0, z: 10, .. base};
2702 ```
2703
2704 ### Block expressions
2705
2706 ```{.ebnf .gram}
2707 block_expr : '{' [ stmt ';' | item ] *
2708                  [ expr ] '}' ;
2709 ```
2710
2711 A _block expression_ is similar to a module in terms of the declarations that
2712 are possible. Each block conceptually introduces a new namespace scope. Use
2713 items can bring new names into scopes and declared items are in scope for only
2714 the block itself.
2715
2716 A block will execute each statement sequentially, and then execute the
2717 expression (if given). If the block ends in a statement, its value is `()`:
2718
2719 ```
2720 let x: () = { println!("Hello."); };
2721 ```
2722
2723 If it ends in an expression, its value and type are that of the expression:
2724
2725 ```
2726 let x: i32 = { println!("Hello."); 5 };
2727
2728 assert_eq!(5, x);
2729 ```
2730
2731 ### Method-call expressions
2732
2733 ```{.ebnf .gram}
2734 method_call_expr : expr '.' ident paren_expr_list ;
2735 ```
2736
2737 A _method call_ consists of an expression followed by a single dot, an
2738 identifier, and a parenthesized expression-list. Method calls are resolved to
2739 methods on specific traits, either statically dispatching to a method if the
2740 exact `self`-type of the left-hand-side is known, or dynamically dispatching if
2741 the left-hand-side expression is an indirect [trait object](#trait-objects).
2742
2743 ### Field expressions
2744
2745 ```{.ebnf .gram}
2746 field_expr : expr '.' ident ;
2747 ```
2748
2749 A _field expression_ consists of an expression followed by a single dot and an
2750 identifier, when not immediately followed by a parenthesized expression-list
2751 (the latter is a [method call expression](#method-call-expressions)). A field
2752 expression denotes a field of a [structure](#structure-types).
2753
2754 ```{.ignore .field}
2755 mystruct.myfield;
2756 foo().x;
2757 (Struct {a: 10, b: 20}).a;
2758 ```
2759
2760 A field access is an [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) referring to
2761 the value of that field. When the type providing the field inherits mutability,
2762 it can be [assigned](#assignment-expressions) to.
2763
2764 Also, if the type of the expression to the left of the dot is a pointer, it is
2765 automatically dereferenced to make the field access possible.
2766
2767 ### Array expressions
2768
2769 ```{.ebnf .gram}
2770 array_expr : '[' "mut" ? array_elems? ']' ;
2771
2772 array_elems : [expr [',' expr]*] | [expr ';' expr] ;
2773 ```
2774
2775 An [array](#array,-and-slice-types) _expression_ is written by enclosing zero
2776 or more comma-separated expressions of uniform type in square brackets.
2777
2778 In the `[expr ';' expr]` form, the expression after the `';'` must be a
2779 constant expression that can be evaluated at compile time, such as a
2780 [literal](#literals) or a [static item](#static-items).
2781
2782 ```
2783 [1, 2, 3, 4];
2784 ["a", "b", "c", "d"];
2785 [0; 128];              // array with 128 zeros
2786 [0u8, 0u8, 0u8, 0u8];
2787 ```
2788
2789 ### Index expressions
2790
2791 ```{.ebnf .gram}
2792 idx_expr : expr '[' expr ']' ;
2793 ```
2794
2795 [Array](#array,-and-slice-types)-typed expressions can be indexed by
2796 writing a square-bracket-enclosed expression (the index) after them. When the
2797 array is mutable, the resulting [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) can
2798 be assigned to.
2799
2800 Indices are zero-based, and may be of any integral type. Vector access is
2801 bounds-checked at run-time. When the check fails, it will put the thread in a
2802 _panicked state_.
2803
2804 ```{should-fail}
2805 ([1, 2, 3, 4])[0];
2806 (["a", "b"])[10]; // panics
2807 ```
2808
2809 ### Range expressions
2810
2811 ```{.ebnf .gram}
2812 range_expr : expr ".." expr |
2813              expr ".." |
2814              ".." expr |
2815              ".." ;
2816 ```
2817
2818 The `..` operator will construct an object of one of the `std::ops::Range` variants.
2819
2820 ```
2821 1..2;   // std::ops::Range
2822 3..;    // std::ops::RangeFrom
2823 ..4;    // std::ops::RangeTo
2824 ..;     // std::ops::RangeFull
2825 ```
2826
2827 The following expressions are equivalent.
2828
2829 ```
2830 let x = std::ops::Range {start: 0, end: 10};
2831 let y = 0..10;
2832
2833 assert_eq!(x,y);
2834 ```
2835
2836 ### Unary operator expressions
2837
2838 Rust defines three unary operators. They are all written as prefix operators,
2839 before the expression they apply to.
2840
2841 * `-`
2842   : Negation. May only be applied to numeric types.
2843 * `*`
2844   : Dereference. When applied to a [pointer](#pointer-types) it denotes the
2845     pointed-to location. For pointers to mutable locations, the resulting
2846     [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) can be assigned to.
2847     On non-pointer types, it calls the `deref` method of the `std::ops::Deref`
2848     trait, or the `deref_mut` method of the `std::ops::DerefMut` trait (if
2849     implemented by the type and required for an outer expression that will or
2850     could mutate the dereference), and produces the result of dereferencing the
2851     `&` or `&mut` borrowed pointer returned from the overload method.
2852
2853 * `!`
2854   : Logical negation. On the boolean type, this flips between `true` and
2855     `false`. On integer types, this inverts the individual bits in the
2856     two's complement representation of the value.
2857
2858 ### Binary operator expressions
2859
2860 ```{.ebnf .gram}
2861 binop_expr : expr binop expr ;
2862 ```
2863
2864 Binary operators expressions are given in terms of [operator
2865 precedence](#operator-precedence).
2866
2867 #### Arithmetic operators
2868
2869 Binary arithmetic expressions are syntactic sugar for calls to built-in traits,
2870 defined in the `std::ops` module of the `std` library. This means that
2871 arithmetic operators can be overridden for user-defined types. The default
2872 meaning of the operators on standard types is given here.
2873
2874 * `+`
2875   : Addition and array/string concatenation.
2876     Calls the `add` method on the `std::ops::Add` trait.
2877 * `-`
2878   : Subtraction.
2879     Calls the `sub` method on the `std::ops::Sub` trait.
2880 * `*`
2881   : Multiplication.
2882     Calls the `mul` method on the `std::ops::Mul` trait.
2883 * `/`
2884   : Quotient.
2885     Calls the `div` method on the `std::ops::Div` trait.
2886 * `%`
2887   : Remainder.
2888     Calls the `rem` method on the `std::ops::Rem` trait.
2889
2890 #### Bitwise operators
2891
2892 Like the [arithmetic operators](#arithmetic-operators), bitwise operators are
2893 syntactic sugar for calls to methods of built-in traits. This means that
2894 bitwise operators can be overridden for user-defined types. The default
2895 meaning of the operators on standard types is given here.
2896
2897 * `&`
2898   : And.
2899     Calls the `bitand` method of the `std::ops::BitAnd` trait.
2900 * `|`
2901   : Inclusive or.
2902     Calls the `bitor` method of the `std::ops::BitOr` trait.
2903 * `^`
2904   : Exclusive or.
2905     Calls the `bitxor` method of the `std::ops::BitXor` trait.
2906 * `<<`
2907   : Left shift.
2908     Calls the `shl` method of the `std::ops::Shl` trait.
2909 * `>>`
2910   : Right shift.
2911     Calls the `shr` method of the `std::ops::Shr` trait.
2912
2913 #### Lazy boolean operators
2914
2915 The operators `||` and `&&` may be applied to operands of boolean type. The
2916 `||` operator denotes logical 'or', and the `&&` operator denotes logical
2917 'and'. They differ from `|` and `&` in that the right-hand operand is only
2918 evaluated when the left-hand operand does not already determine the result of
2919 the expression. That is, `||` only evaluates its right-hand operand when the
2920 left-hand operand evaluates to `false`, and `&&` only when it evaluates to
2921 `true`.
2922
2923 #### Comparison operators
2924
2925 Comparison operators are, like the [arithmetic
2926 operators](#arithmetic-operators), and [bitwise operators](#bitwise-operators),
2927 syntactic sugar for calls to built-in traits. This means that comparison
2928 operators can be overridden for user-defined types. The default meaning of the
2929 operators on standard types is given here.
2930
2931 * `==`
2932   : Equal to.
2933     Calls the `eq` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
2934 * `!=`
2935   : Unequal to.
2936     Calls the `ne` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
2937 * `<`
2938   : Less than.
2939     Calls the `lt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2940 * `>`
2941   : Greater than.
2942     Calls the `gt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2943 * `<=`
2944   : Less than or equal.
2945     Calls the `le` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2946 * `>=`
2947   : Greater than or equal.
2948     Calls the `ge` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2949
2950 #### Type cast expressions
2951
2952 A type cast expression is denoted with the binary operator `as`.
2953
2954 Executing an `as` expression casts the value on the left-hand side to the type
2955 on the right-hand side.
2956
2957 An example of an `as` expression:
2958
2959 ```
2960 # fn sum(v: &[f64]) -> f64 { 0.0 }
2961 # fn len(v: &[f64]) -> i32 { 0 }
2962
2963 fn avg(v: &[f64]) -> f64 {
2964   let sum: f64 = sum(v);
2965   let sz: f64 = len(v) as f64;
2966   return sum / sz;
2967 }
2968 ```
2969
2970 #### Assignment expressions
2971
2972 An _assignment expression_ consists of an
2973 [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) expression followed by an equals
2974 sign (`=`) and an [rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) expression.
2975
2976 Evaluating an assignment expression [either copies or
2977 moves](#moved-and-copied-types) its right-hand operand to its left-hand
2978 operand.
2979
2980 ```
2981 # let mut x = 0;
2982 # let y = 0;
2983
2984 x = y;
2985 ```
2986
2987 #### Compound assignment expressions
2988
2989 The `+`, `-`, `*`, `/`, `%`, `&`, `|`, `^`, `<<`, and `>>` operators may be
2990 composed with the `=` operator. The expression `lval OP= val` is equivalent to
2991 `lval = lval OP val`. For example, `x = x + 1` may be written as `x += 1`.
2992
2993 Any such expression always has the [`unit`](#primitive-types) type.
2994
2995 #### Operator precedence
2996
2997 The precedence of Rust binary operators is ordered as follows, going from
2998 strong to weak:
2999
3000 ```{.text .precedence}
3001 as
3002 * / %
3003 + -
3004 << >>
3005 &
3006 ^
3007 |
3008 == != < > <= >=
3009 &&
3010 ||
3011 = ..
3012 ```
3013
3014 Operators at the same precedence level are evaluated left-to-right. [Unary
3015 operators](#unary-operator-expressions) have the same precedence level and are
3016 stronger than any of the binary operators.
3017
3018 ### Grouped expressions
3019
3020 An expression enclosed in parentheses evaluates to the result of the enclosed
3021 expression. Parentheses can be used to explicitly specify evaluation order
3022 within an expression.
3023
3024 ```{.ebnf .gram}
3025 paren_expr : '(' expr ')' ;
3026 ```
3027
3028 An example of a parenthesized expression:
3029
3030 ```
3031 let x: i32 = (2 + 3) * 4;
3032 ```
3033
3034
3035 ### Call expressions
3036
3037 ```{.ebnf .gram}
3038 expr_list : [ expr [ ',' expr ]* ] ? ;
3039 paren_expr_list : '(' expr_list ')' ;
3040 call_expr : expr paren_expr_list ;
3041 ```
3042
3043 A _call expression_ invokes a function, providing zero or more input variables
3044 and an optional location to move the function's output into. If the function
3045 eventually returns, then the expression completes.
3046
3047 Some examples of call expressions:
3048
3049 ```
3050 # fn add(x: i32, y: i32) -> i32 { 0 }
3051
3052 let x: i32 = add(1i32, 2i32);
3053 let pi: Result<f32, _> = "3.14".parse();
3054 ```
3055
3056 ### Lambda expressions
3057
3058 ```{.ebnf .gram}
3059 ident_list : [ ident [ ',' ident ]* ] ? ;
3060 lambda_expr : '|' ident_list '|' expr ;
3061 ```
3062
3063 A _lambda expression_ (sometimes called an "anonymous function expression")
3064 defines a function and denotes it as a value, in a single expression. A lambda
3065 expression is a pipe-symbol-delimited (`|`) list of identifiers followed by an
3066 expression.
3067
3068 A lambda expression denotes a function that maps a list of parameters
3069 (`ident_list`) onto the expression that follows the `ident_list`. The
3070 identifiers in the `ident_list` are the parameters to the function. These
3071 parameters' types need not be specified, as the compiler infers them from
3072 context.
3073
3074 Lambda expressions are most useful when passing functions as arguments to other
3075 functions, as an abbreviation for defining and capturing a separate function.
3076
3077 Significantly, lambda expressions _capture their environment_, which regular
3078 [function definitions](#functions) do not. The exact type of capture depends
3079 on the [function type](#function-types) inferred for the lambda expression. In
3080 the simplest and least-expensive form (analogous to a ```|| { }``` expression),
3081 the lambda expression captures its environment by reference, effectively
3082 borrowing pointers to all outer variables mentioned inside the function.
3083 Alternately, the compiler may infer that a lambda expression should copy or
3084 move values (depending on their type) from the environment into the lambda
3085 expression's captured environment.
3086
3087 In this example, we define a function `ten_times` that takes a higher-order
3088 function argument, and call it with a lambda expression as an argument:
3089
3090 ```
3091 fn ten_times<F>(f: F) where F: Fn(i32) {
3092     let mut i = 0i32;
3093     while i < 10 {
3094         f(i);
3095         i += 1;
3096     }
3097 }
3098
3099 ten_times(|j| println!("hello, {}", j));
3100 ```
3101
3102 ### Infinite loops
3103
3104 A `loop` expression denotes an infinite loop.
3105
3106 ```{.ebnf .gram}
3107 loop_expr : [ lifetime ':' ] "loop" '{' block '}';
3108 ```
3109
3110 A `loop` expression may optionally have a _label_. The label is written as
3111 a lifetime preceding the loop expression, as in `'foo: loop{ }`. If a
3112 label is present, then labeled `break` and `continue` expressions nested
3113 within this loop may exit out of this loop or return control to its head.
3114 See [Break expressions](#break-expressions) and [Continue
3115 expressions](#continue-expressions).
3116
3117 ### Break expressions
3118
3119 ```{.ebnf .gram}
3120 break_expr : "break" [ lifetime ];
3121 ```
3122
3123 A `break` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3124 executing a `break` expression immediately terminates the innermost loop
3125 enclosing it. It is only permitted in the body of a loop. If the label is
3126 present, then `break 'foo` terminates the loop with label `'foo`, which need not
3127 be the innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3128
3129 ### Continue expressions
3130
3131 ```{.ebnf .gram}
3132 continue_expr : "continue" [ lifetime ];
3133 ```
3134
3135 A `continue` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3136 executing a `continue` expression immediately terminates the current iteration
3137 of the innermost loop enclosing it, returning control to the loop *head*. In
3138 the case of a `while` loop, the head is the conditional expression controlling
3139 the loop. In the case of a `for` loop, the head is the call-expression
3140 controlling the loop. If the label is present, then `continue 'foo` returns
3141 control to the head of the loop with label `'foo`, which need not be the
3142 innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3143
3144 A `continue` expression is only permitted in the body of a loop.
3145
3146 ### While loops
3147
3148 ```{.ebnf .gram}
3149 while_expr : [ lifetime ':' ] "while" no_struct_literal_expr '{' block '}' ;
3150 ```
3151
3152 A `while` loop begins by evaluating the boolean loop conditional expression.
3153 If the loop conditional expression evaluates to `true`, the loop body block
3154 executes and control returns to the loop conditional expression. If the loop
3155 conditional expression evaluates to `false`, the `while` expression completes.
3156
3157 An example:
3158
3159 ```
3160 let mut i = 0;
3161
3162 while i < 10 {
3163     println!("hello");
3164     i = i + 1;
3165 }
3166 ```
3167
3168 Like `loop` expressions, `while` loops can be controlled with `break` or
3169 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3170 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3171 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3172
3173 ### For expressions
3174
3175 ```{.ebnf .gram}
3176 for_expr : [ lifetime ':' ] "for" pat "in" no_struct_literal_expr '{' block '}' ;
3177 ```
3178
3179 A `for` expression is a syntactic construct for looping over elements provided
3180 by an implementation of `std::iter::Iterator`.
3181
3182 An example of a for loop over the contents of an array:
3183
3184 ```
3185 # type Foo = i32;
3186 # fn bar(f: Foo) { }
3187 # let a = 0;
3188 # let b = 0;
3189 # let c = 0;
3190
3191 let v: &[Foo] = &[a, b, c];
3192
3193 for e in v.iter() {
3194     bar(*e);
3195 }
3196 ```
3197
3198 An example of a for loop over a series of integers:
3199
3200 ```
3201 # fn bar(b:usize) { }
3202 for i in 0..256 {
3203     bar(i);
3204 }
3205 ```
3206
3207 Like `loop` expressions, `for` loops can be controlled with `break` or
3208 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3209 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3210 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3211
3212 ### If expressions
3213
3214 ```{.ebnf .gram}
3215 if_expr : "if" no_struct_literal_expr '{' block '}'
3216           else_tail ? ;
3217
3218 else_tail : "else" [ if_expr | if_let_expr
3219                    | '{' block '}' ] ;
3220 ```
3221
3222 An `if` expression is a conditional branch in program control. The form of an
3223 `if` expression is a condition expression, followed by a consequent block, any
3224 number of `else if` conditions and blocks, and an optional trailing `else`
3225 block. The condition expressions must have type `bool`. If a condition
3226 expression evaluates to `true`, the consequent block is executed and any
3227 subsequent `else if` or `else` block is skipped. If a condition expression
3228 evaluates to `false`, the consequent block is skipped and any subsequent `else
3229 if` condition is evaluated. If all `if` and `else if` conditions evaluate to
3230 `false` then any `else` block is executed.
3231
3232 ### Match expressions
3233
3234 ```{.ebnf .gram}
3235 match_expr : "match" no_struct_literal_expr '{' match_arm * '}' ;
3236
3237 match_arm : attribute * match_pat "=>" [ expr "," | '{' block '}' ] ;
3238
3239 match_pat : pat [ '|' pat ] * [ "if" expr ] ? ;
3240 ```
3241
3242 A `match` expression branches on a *pattern*. The exact form of matching that
3243 occurs depends on the pattern. Patterns consist of some combination of
3244 literals, destructured arrays or enum constructors, structures and tuples,
3245 variable binding specifications, wildcards (`..`), and placeholders (`_`). A
3246 `match` expression has a *head expression*, which is the value to compare to
3247 the patterns. The type of the patterns must equal the type of the head
3248 expression.
3249
3250 In a pattern whose head expression has an `enum` type, a placeholder (`_`)
3251 stands for a *single* data field, whereas a wildcard `..` stands for *all* the
3252 fields of a particular variant.
3253
3254 A `match` behaves differently depending on whether or not the head expression
3255 is an [lvalue or an rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries). If the head
3256 expression is an rvalue, it is first evaluated into a temporary location, and
3257 the resulting value is sequentially compared to the patterns in the arms until
3258 a match is found. The first arm with a matching pattern is chosen as the branch
3259 target of the `match`, any variables bound by the pattern are assigned to local
3260 variables in the arm's block, and control enters the block.
3261
3262 When the head expression is an lvalue, the match does not allocate a temporary
3263 location (however, a by-value binding may copy or move from the lvalue). When
3264 possible, it is preferable to match on lvalues, as the lifetime of these
3265 matches inherits the lifetime of the lvalue, rather than being restricted to
3266 the inside of the match.
3267
3268 An example of a `match` expression:
3269
3270 ```
3271 let x = 1;
3272
3273 match x {
3274     1 => println!("one"),
3275     2 => println!("two"),
3276     3 => println!("three"),
3277     4 => println!("four"),
3278     5 => println!("five"),
3279     _ => println!("something else"),
3280 }
3281 ```
3282
3283 Patterns that bind variables default to binding to a copy or move of the
3284 matched value (depending on the matched value's type). This can be changed to
3285 bind to a reference by using the `ref` keyword, or to a mutable reference using
3286 `ref mut`.
3287
3288 Subpatterns can also be bound to variables by the use of the syntax `variable @
3289 subpattern`. For example:
3290
3291 ```
3292 let x = 1;
3293
3294 match x {
3295     e @ 1 ... 5 => println!("got a range element {}", e),
3296     _ => println!("anything"),
3297 }
3298 ```
3299
3300 Patterns can also dereference pointers by using the `&`, `&mut` and `box`
3301 symbols, as appropriate. For example, these two matches on `x: &i32` are
3302 equivalent:
3303
3304 ```
3305 # let x = &3;
3306 let y = match *x { 0 => "zero", _ => "some" };
3307 let z = match x { &0 => "zero", _ => "some" };
3308
3309 assert_eq!(y, z);
3310 ```
3311
3312 A pattern that's just an identifier, like `Nil` in the previous example, could
3313 either refer to an enum variant that's in scope, or bind a new variable. The
3314 compiler resolves this ambiguity by forbidding variable bindings that occur in
3315 `match` patterns from shadowing names of variants that are in scope. For
3316 example, wherever `List` is in scope, a `match` pattern would not be able to
3317 bind `Nil` as a new name. The compiler interprets a variable pattern `x` as a
3318 binding _only_ if there is no variant named `x` in scope. A convention you can
3319 use to avoid conflicts is simply to name variants with upper-case letters, and
3320 local variables with lower-case letters.
3321
3322 Multiple match patterns may be joined with the `|` operator. A range of values
3323 may be specified with `...`. For example:
3324
3325 ```
3326 # let x = 2;
3327
3328 let message = match x {
3329   0 | 1  => "not many",
3330   2 ... 9 => "a few",
3331   _      => "lots"
3332 };
3333 ```
3334
3335 Range patterns only work on scalar types (like integers and characters; not
3336 like arrays and structs, which have sub-components). A range pattern may not
3337 be a sub-range of another range pattern inside the same `match`.
3338
3339 Finally, match patterns can accept *pattern guards* to further refine the
3340 criteria for matching a case. Pattern guards appear after the pattern and
3341 consist of a bool-typed expression following the `if` keyword. A pattern guard
3342 may refer to the variables bound within the pattern they follow.
3343
3344 ```
3345 # let maybe_digit = Some(0);
3346 # fn process_digit(i: i32) { }
3347 # fn process_other(i: i32) { }
3348
3349 let message = match maybe_digit {
3350   Some(x) if x < 10 => process_digit(x),
3351   Some(x) => process_other(x),
3352   None => panic!()
3353 };
3354 ```
3355
3356 ### If let expressions
3357
3358 ```{.ebnf .gram}
3359 if_let_expr : "if" "let" pat '=' expr '{' block '}'
3360                else_tail ? ;
3361 else_tail : "else" [ if_expr | if_let_expr | '{' block '}' ] ;
3362 ```
3363
3364 An `if let` expression is semantically identical to an `if` expression but in place
3365 of a condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3366 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the corresponding
3367 block will execute, otherwise flow proceeds to the first `else` block that follows.
3368
3369 ### While let loops
3370
3371 ```{.ebnf .gram}
3372 while_let_expr : "while" "let" pat '=' expr '{' block '}' ;
3373 ```
3374
3375 A `while let` loop is semantically identical to a `while` loop but in place of a
3376 condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3377 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the
3378 loop body block executes and control returns to the pattern matching statement.
3379 Otherwise, the while expression completes.
3380
3381 ### Return expressions
3382
3383 ```{.ebnf .gram}
3384 return_expr : "return" expr ? ;
3385 ```
3386
3387 Return expressions are denoted with the keyword `return`. Evaluating a `return`
3388 expression moves its argument into the designated output location for the
3389 current function call, destroys the current function activation frame, and
3390 transfers control to the caller frame.
3391
3392 An example of a `return` expression:
3393
3394 ```
3395 fn max(a: i32, b: i32) -> i32 {
3396    if a > b {
3397       return a;
3398    }
3399    return b;
3400 }
3401 ```
3402
3403 # Type system
3404
3405 ## Types
3406
3407 Every variable, item and value in a Rust program has a type. The _type_ of a
3408 *value* defines the interpretation of the memory holding it.
3409
3410 Built-in types and type-constructors are tightly integrated into the language,
3411 in nontrivial ways that are not possible to emulate in user-defined types.
3412 User-defined types have limited capabilities.
3413
3414 ### Primitive types
3415
3416 The primitive types are the following:
3417
3418 * The "unit" type `()`, having the single "unit" value `()` (occasionally called
3419   "nil"). [^unittype]
3420 * The boolean type `bool` with values `true` and `false`.
3421 * The machine types.
3422 * The machine-dependent integer and floating-point types.
3423
3424 [^unittype]: The "unit" value `()` is *not* a sentinel "null pointer" value for
3425     reference variables; the "unit" type is the implicit return type from functions
3426     otherwise lacking a return type, and can be used in other contexts (such as
3427     message-sending or type-parametric code) as a zero-size type.]
3428
3429 #### Machine types
3430
3431 The machine types are the following:
3432
3433 * The unsigned word types `u8`, `u16`, `u32` and `u64`, with values drawn from
3434   the integer intervals [0, 2^8 - 1], [0, 2^16 - 1], [0, 2^32 - 1] and
3435   [0, 2^64 - 1] respectively.
3436
3437 * The signed two's complement word types `i8`, `i16`, `i32` and `i64`, with
3438   values drawn from the integer intervals [-(2^(7)), 2^7 - 1],
3439   [-(2^(15)), 2^15 - 1], [-(2^(31)), 2^31 - 1], [-(2^(63)), 2^63 - 1]
3440   respectively.
3441
3442 * The IEEE 754-2008 `binary32` and `binary64` floating-point types: `f32` and
3443   `f64`, respectively.
3444
3445 #### Machine-dependent integer types
3446
3447 The `usize` type is an unsigned integer type with the same number of bits as the
3448 platform's pointer type. It can represent every memory address in the process.
3449
3450 The `isize` type is a signed integer type with the same number of bits as the
3451 platform's pointer type. The theoretical upper bound on object and array size
3452 is the maximum `isize` value. This ensures that `isize` can be used to calculate
3453 differences between pointers into an object or array and can address every byte
3454 within an object along with one byte past the end.
3455
3456 ### Textual types
3457
3458 The types `char` and `str` hold textual data.
3459
3460 A value of type `char` is a [Unicode scalar value](
3461 http://www.unicode.org/glossary/#unicode_scalar_value) (i.e. a code point that
3462 is not a surrogate), represented as a 32-bit unsigned word in the 0x0000 to
3463 0xD7FF or 0xE000 to 0x10FFFF range. A `[char]` array is effectively an UCS-4 /
3464 UTF-32 string.
3465
3466 A value of type `str` is a Unicode string, represented as an array of 8-bit
3467 unsigned bytes holding a sequence of UTF-8 code points. Since `str` is of
3468 unknown size, it is not a _first-class_ type, but can only be instantiated
3469 through a pointer type, such as `&str` or `String`.
3470
3471 ### Tuple types
3472
3473 A tuple *type* is a heterogeneous product of other types, called the *elements*
3474 of the tuple. It has no nominal name and is instead structurally typed.
3475
3476 Tuple types and values are denoted by listing the types or values of their
3477 elements, respectively, in a parenthesized, comma-separated list.
3478
3479 Because tuple elements don't have a name, they can only be accessed by
3480 pattern-matching or by using `N` directly as a field to access the
3481 `N`th element.
3482
3483 An example of a tuple type and its use:
3484
3485 ```
3486 type Pair<'a> = (i32, &'a str);
3487 let p: Pair<'static> = (10, "hello");
3488 let (a, b) = p;
3489 assert!(b != "world");
3490 assert!(p.0 == 10);
3491 ```
3492
3493 ### Array, and Slice types
3494
3495 Rust has two different types for a list of items:
3496
3497 * `[T; N]`, an 'array'.
3498 * `&[T]`, a 'slice'.
3499
3500 An array has a fixed size, and can be allocated on either the stack or the
3501 heap.
3502
3503 A slice is a 'view' into an array. It doesn't own the data it points
3504 to, it borrows it.
3505
3506 An example of each kind:
3507
3508 ```{rust}
3509 let vec: Vec<i32> = vec![1, 2, 3];
3510 let arr: [i32; 3] = [1, 2, 3];
3511 let s: &[i32] = &vec[..];
3512 ```
3513
3514 As you can see, the `vec!` macro allows you to create a `Vec<T>` easily. The
3515 `vec!` macro is also part of the standard library, rather than the language.
3516
3517 All in-bounds elements of arrays, and slices are always initialized, and access
3518 to an array or slice is always bounds-checked.
3519
3520 ### Structure types
3521
3522 A `struct` *type* is a heterogeneous product of other types, called the
3523 *fields* of the type.[^structtype]
3524
3525 [^structtype]: `struct` types are analogous `struct` types in C,
3526     the *record* types of the ML family,
3527     or the *structure* types of the Lisp family.
3528
3529 New instances of a `struct` can be constructed with a [struct
3530 expression](#structure-expressions).
3531
3532 The memory layout of a `struct` is undefined by default to allow for compiler
3533 optimizations like field reordering, but it can be fixed with the
3534 `#[repr(...)]` attribute. In either case, fields may be given in any order in
3535 a corresponding struct *expression*; the resulting `struct` value will always
3536 have the same memory layout.
3537
3538 The fields of a `struct` may be qualified by [visibility
3539 modifiers](#re-exporting-and-visibility), to allow access to data in a
3540 structure outside a module.
3541
3542 A _tuple struct_ type is just like a structure type, except that the fields are
3543 anonymous.
3544
3545 A _unit-like struct_ type is like a structure type, except that it has no
3546 fields. The one value constructed by the associated [structure
3547 expression](#structure-expressions) is the only value that inhabits such a
3548 type.
3549
3550 ### Enumerated types
3551
3552 An *enumerated type* is a nominal, heterogeneous disjoint union type, denoted
3553 by the name of an [`enum` item](#enumerations). [^enumtype]
3554
3555 [^enumtype]: The `enum` type is analogous to a `data` constructor declaration in
3556              ML, or a *pick ADT* in Limbo.
3557
3558 An [`enum` item](#enumerations) declares both the type and a number of *variant
3559 constructors*, each of which is independently named and takes an optional tuple
3560 of arguments.
3561
3562 New instances of an `enum` can be constructed by calling one of the variant
3563 constructors, in a [call expression](#call-expressions).
3564
3565 Any `enum` value consumes as much memory as the largest variant constructor for
3566 its corresponding `enum` type.
3567
3568 Enum types cannot be denoted *structurally* as types, but must be denoted by
3569 named reference to an [`enum` item](#enumerations).
3570
3571 ### Recursive types
3572
3573 Nominal types &mdash; [enumerations](#enumerated-types) and
3574 [structures](#structure-types) &mdash; may be recursive. That is, each `enum`
3575 constructor or `struct` field may refer, directly or indirectly, to the
3576 enclosing `enum` or `struct` type itself. Such recursion has restrictions:
3577
3578 * Recursive types must include a nominal type in the recursion
3579   (not mere [type definitions](#type-definitions),
3580    or other structural types such as [arrays](#array,-and-slice-types) or [tuples](#tuple-types)).
3581 * A recursive `enum` item must have at least one non-recursive constructor
3582   (in order to give the recursion a basis case).
3583 * The size of a recursive type must be finite;
3584   in other words the recursive fields of the type must be [pointer types](#pointer-types).
3585 * Recursive type definitions can cross module boundaries, but not module *visibility* boundaries,
3586   or crate boundaries (in order to simplify the module system and type checker).
3587
3588 An example of a *recursive* type and its use:
3589
3590 ```
3591 enum List<T> {
3592     Nil,
3593     Cons(T, Box<List<T>>)
3594 }
3595
3596 let a: List<i32> = List::Cons(7, Box::new(List::Cons(13, Box::new(List::Nil))));
3597 ```
3598
3599 ### Pointer types
3600
3601 All pointers in Rust are explicit first-class values. They can be copied,
3602 stored into data structures, and returned from functions. There are two
3603 varieties of pointer in Rust:
3604
3605 * References (`&`)
3606   : These point to memory _owned by some other value_.
3607     A reference type is written `&type` for some lifetime-variable `f`,
3608     or just `&'a type` when you need an explicit lifetime.
3609     Copying a reference is a "shallow" operation:
3610     it involves only copying the pointer itself.
3611     Releasing a reference typically has no effect on the value it points to,
3612     with the exception of temporary values, which are released when the last
3613     reference to them is released.
3614
3615 * Raw pointers (`*`)
3616   : Raw pointers are pointers without safety or liveness guarantees.
3617     Raw pointers are written as `*const T` or `*mut T`,
3618     for example `*const int` means a raw pointer to an integer.
3619     Copying or dropping a raw pointer has no effect on the lifecycle of any
3620     other value. Dereferencing a raw pointer or converting it to any other
3621     pointer type is an [`unsafe` operation](#unsafe-functions).
3622     Raw pointers are generally discouraged in Rust code;
3623     they exist to support interoperability with foreign code,
3624     and writing performance-critical or low-level functions.
3625
3626 The standard library contains additional 'smart pointer' types beyond references
3627 and raw pointers.
3628
3629 ### Function types
3630
3631 The function type constructor `fn` forms new function types. A function type
3632 consists of a possibly-empty set of function-type modifiers (such as `unsafe`
3633 or `extern`), a sequence of input types and an output type.
3634
3635 An example of a `fn` type:
3636
3637 ```
3638 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
3639   return x + y;
3640 }
3641
3642 let mut x = add(5,7);
3643
3644 type Binop = fn(i32, i32) -> i32;
3645 let bo: Binop = add;
3646 x = bo(5,7);
3647 ```
3648
3649 ### Closure types
3650
3651 ```{.ebnf .notation}
3652 closure_type := [ 'unsafe' ] [ '<' lifetime-list '>' ] '|' arg-list '|'
3653                 [ ':' bound-list ] [ '->' type ]
3654 lifetime-list := lifetime | lifetime ',' lifetime-list
3655 arg-list := ident ':' type | ident ':' type ',' arg-list
3656 bound-list := bound | bound '+' bound-list
3657 bound := path | lifetime
3658 ```
3659
3660 The type of a closure mapping an input of type `A` to an output of type `B` is
3661 `|A| -> B`. A closure with no arguments or return values has type `||`.
3662
3663 An example of creating and calling a closure:
3664
3665 ```rust
3666 let captured_var = 10;
3667
3668 let closure_no_args = || println!("captured_var={}", captured_var);
3669
3670 let closure_args = |arg: i32| -> i32 {
3671   println!("captured_var={}, arg={}", captured_var, arg);
3672   arg // Note lack of semicolon after 'arg'
3673 };
3674
3675 fn call_closure<F: Fn(), G: Fn(i32) -> i32>(c1: F, c2: G) {
3676   c1();
3677   c2(2);
3678 }
3679
3680 call_closure(closure_no_args, closure_args);
3681
3682 ```
3683
3684 ### Trait objects
3685
3686 Every trait item (see [traits](#traits)) defines a type with the same name as
3687 the trait. This type is called the _trait object_ of the trait. Trait objects
3688 permit "late binding" of methods, dispatched using _virtual method tables_
3689 ("vtables"). Whereas most calls to trait methods are "early bound" (statically
3690 resolved) to specific implementations at compile time, a call to a method on an
3691 trait objects is only resolved to a vtable entry at compile time. The actual
3692 implementation for each vtable entry can vary on an object-by-object basis.
3693
3694 Given a pointer-typed expression `E` of type `&T` or `Box<T>`, where `T`
3695 implements trait `R`, casting `E` to the corresponding pointer type `&R` or
3696 `Box<R>` results in a value of the _trait object_ `R`. This result is
3697 represented as a pair of pointers: the vtable pointer for the `T`
3698 implementation of `R`, and the pointer value of `E`.
3699
3700 An example of a trait object:
3701
3702 ```
3703 trait Printable {
3704   fn stringify(&self) -> String;
3705 }
3706
3707 impl Printable for i32 {
3708   fn stringify(&self) -> String { self.to_string() }
3709 }
3710
3711 fn print(a: Box<Printable>) {
3712    println!("{}", a.stringify());
3713 }
3714
3715 fn main() {
3716    print(Box::new(10) as Box<Printable>);
3717 }
3718 ```
3719
3720 In this example, the trait `Printable` occurs as a trait object in both the
3721 type signature of `print`, and the cast expression in `main`.
3722
3723 ### Type parameters
3724
3725 Within the body of an item that has type parameter declarations, the names of
3726 its type parameters are types:
3727
3728 ```ignore
3729 fn map<A: Clone, B: Clone>(f: |A| -> B, xs: &[A]) -> Vec<B> {
3730     if xs.is_empty() {
3731        return vec![];
3732     }
3733     let first: B = f(xs[0].clone());
3734     let mut rest: Vec<B> = map(f, xs.slice(1, xs.len()));
3735     rest.insert(0, first);
3736     return rest;
3737 }
3738 ```
3739
3740 Here, `first` has type `B`, referring to `map`'s `B` type parameter; and `rest`
3741 has type `Vec<B>`, a vector type with element type `B`.
3742
3743 ### Self types
3744
3745 The special type `self` has a meaning within methods inside an impl item. It
3746 refers to the type of the implicit `self` argument. For example, in:
3747
3748 ```
3749 trait Printable {
3750   fn make_string(&self) -> String;
3751 }
3752
3753 impl Printable for String {
3754     fn make_string(&self) -> String {
3755         (*self).clone()
3756     }
3757 }
3758 ```
3759
3760 `self` refers to the value of type `String` that is the receiver for a call to
3761 the method `make_string`.
3762
3763 # Special traits
3764
3765 Several traits define special evaluation behavior.
3766
3767 ## The `Copy` trait
3768
3769 The `Copy` trait changes the semantics of a type implementing it. Values whose
3770 type implements `Copy` are copied rather than moved upon assignment.
3771
3772 ## The `Sized` trait
3773
3774 The `Sized` trait indicates that the size of this type is known at compile-time.
3775
3776 ## The `Drop` trait
3777
3778 The `Drop` trait provides a destructor, to be run whenever a value of this type
3779 is to be destroyed.
3780
3781 # Memory model
3782
3783 A Rust program's memory consists of a static set of *items* and a *heap*.
3784 Immutable portions of the heap may be safely shared between threads, mutable
3785 portions may not be safely shared, but several mechanisms for effectively-safe
3786 sharing of mutable values, built on unsafe code but enforcing a safe locking
3787 discipline, exist in the standard library.
3788
3789 Allocations in the stack consist of *variables*, and allocations in the heap
3790 consist of *boxes*.
3791
3792 ### Memory allocation and lifetime
3793
3794 The _items_ of a program are those functions, modules and types that have their
3795 value calculated at compile-time and stored uniquely in the memory image of the
3796 rust process. Items are neither dynamically allocated nor freed.
3797
3798 The _heap_ is a general term that describes boxes.  The lifetime of an
3799 allocation in the heap depends on the lifetime of the box values pointing to
3800 it. Since box values may themselves be passed in and out of frames, or stored
3801 in the heap, heap allocations may outlive the frame they are allocated within.
3802
3803 ### Memory ownership
3804
3805 When a stack frame is exited, its local allocations are all released, and its
3806 references to boxes are dropped.
3807
3808 ### Variables
3809
3810 A _variable_ is a component of a stack frame, either a named function parameter,
3811 an anonymous [temporary](#lvalues,-rvalues-and-temporaries), or a named local
3812 variable.
3813
3814 A _local variable_ (or *stack-local* allocation) holds a value directly,
3815 allocated within the stack's memory. The value is a part of the stack frame.
3816
3817 Local variables are immutable unless declared otherwise like: `let mut x = ...`.
3818
3819 Function parameters are immutable unless declared with `mut`. The `mut` keyword
3820 applies only to the following parameter (so `|mut x, y|` and `fn f(mut x:
3821 Box<i32>, y: Box<i32>)` declare one mutable variable `x` and one immutable
3822 variable `y`).
3823
3824 Methods that take either `self` or `Box<Self>` can optionally place them in a
3825 mutable variable by prefixing them with `mut` (similar to regular arguments):
3826
3827 ```
3828 trait Changer {
3829     fn change(mut self) -> Self;
3830     fn modify(mut self: Box<Self>) -> Box<Self>;
3831 }
3832 ```
3833
3834 Local variables are not initialized when allocated; the entire frame worth of
3835 local variables are allocated at once, on frame-entry, in an uninitialized
3836 state. Subsequent statements within a function may or may not initialize the
3837 local variables. Local variables can be used only after they have been
3838 initialized; this is enforced by the compiler.
3839
3840 # Linkage
3841
3842 The Rust compiler supports various methods to link crates together both
3843 statically and dynamically. This section will explore the various methods to
3844 link Rust crates together, and more information about native libraries can be
3845 found in the [ffi section of the book][ffi].
3846
3847 In one session of compilation, the compiler can generate multiple artifacts
3848 through the usage of either command line flags or the `crate_type` attribute.
3849 If one or more command line flag is specified, all `crate_type` attributes will
3850 be ignored in favor of only building the artifacts specified by command line.
3851
3852 * `--crate-type=bin`, `#[crate_type = "bin"]` - A runnable executable will be
3853   produced. This requires that there is a `main` function in the crate which
3854   will be run when the program begins executing. This will link in all Rust and
3855   native dependencies, producing a distributable binary.
3856
3857 * `--crate-type=lib`, `#[crate_type = "lib"]` - A Rust library will be produced.
3858   This is an ambiguous concept as to what exactly is produced because a library
3859   can manifest itself in several forms. The purpose of this generic `lib` option
3860   is to generate the "compiler recommended" style of library. The output library
3861   will always be usable by rustc, but the actual type of library may change from
3862   time-to-time. The remaining output types are all different flavors of
3863   libraries, and the `lib` type can be seen as an alias for one of them (but the
3864   actual one is compiler-defined).
3865
3866 * `--crate-type=dylib`, `#[crate_type = "dylib"]` - A dynamic Rust library will
3867   be produced. This is different from the `lib` output type in that this forces
3868   dynamic library generation. The resulting dynamic library can be used as a
3869   dependency for other libraries and/or executables. This output type will
3870   create `*.so` files on linux, `*.dylib` files on osx, and `*.dll` files on
3871   windows.
3872
3873 * `--crate-type=staticlib`, `#[crate_type = "staticlib"]` - A static system
3874   library will be produced. This is different from other library outputs in that
3875   the Rust compiler will never attempt to link to `staticlib` outputs. The
3876   purpose of this output type is to create a static library containing all of
3877   the local crate's code along with all upstream dependencies. The static
3878   library is actually a `*.a` archive on linux and osx and a `*.lib` file on
3879   windows. This format is recommended for use in situations such as linking
3880   Rust code into an existing non-Rust application because it will not have
3881   dynamic dependencies on other Rust code.
3882
3883 * `--crate-type=rlib`, `#[crate_type = "rlib"]` - A "Rust library" file will be
3884   produced. This is used as an intermediate artifact and can be thought of as a
3885   "static Rust library". These `rlib` files, unlike `staticlib` files, are
3886   interpreted by the Rust compiler in future linkage. This essentially means
3887   that `rustc` will look for metadata in `rlib` files like it looks for metadata
3888   in dynamic libraries. This form of output is used to produce statically linked
3889   executables as well as `staticlib` outputs.
3890
3891 Note that these outputs are stackable in the sense that if multiple are
3892 specified, then the compiler will produce each form of output at once without
3893 having to recompile. However, this only applies for outputs specified by the
3894 same method. If only `crate_type` attributes are specified, then they will all
3895 be built, but if one or more `--crate-type` command line flag is specified,
3896 then only those outputs will be built.
3897
3898 With all these different kinds of outputs, if crate A depends on crate B, then
3899 the compiler could find B in various different forms throughout the system. The
3900 only forms looked for by the compiler, however, are the `rlib` format and the
3901 dynamic library format. With these two options for a dependent library, the
3902 compiler must at some point make a choice between these two formats. With this
3903 in mind, the compiler follows these rules when determining what format of
3904 dependencies will be used:
3905
3906 1. If a static library is being produced, all upstream dependencies are
3907    required to be available in `rlib` formats. This requirement stems from the
3908    reason that a dynamic library cannot be converted into a static format.
3909
3910    Note that it is impossible to link in native dynamic dependencies to a static
3911    library, and in this case warnings will be printed about all unlinked native
3912    dynamic dependencies.
3913
3914 2. If an `rlib` file is being produced, then there are no restrictions on what
3915    format the upstream dependencies are available in. It is simply required that
3916    all upstream dependencies be available for reading metadata from.
3917
3918    The reason for this is that `rlib` files do not contain any of their upstream
3919    dependencies. It wouldn't be very efficient for all `rlib` files to contain a
3920    copy of `libstd.rlib`!
3921
3922 3. If an executable is being produced and the `-C prefer-dynamic` flag is not
3923    specified, then dependencies are first attempted to be found in the `rlib`
3924    format. If some dependencies are not available in an rlib format, then
3925    dynamic linking is attempted (see below).
3926
3927 4. If a dynamic library or an executable that is being dynamically linked is
3928    being produced, then the compiler will attempt to reconcile the available
3929    dependencies in either the rlib or dylib format to create a final product.
3930
3931    A major goal of the compiler is to ensure that a library never appears more
3932    than once in any artifact. For example, if dynamic libraries B and C were
3933    each statically linked to library A, then a crate could not link to B and C
3934    together because there would be two copies of A. The compiler allows mixing
3935    the rlib and dylib formats, but this restriction must be satisfied.
3936
3937    The compiler currently implements no method of hinting what format a library
3938    should be linked with. When dynamically linking, the compiler will attempt to
3939    maximize dynamic dependencies while still allowing some dependencies to be
3940    linked in via an rlib.
3941
3942    For most situations, having all libraries available as a dylib is recommended
3943    if dynamically linking. For other situations, the compiler will emit a
3944    warning if it is unable to determine which formats to link each library with.
3945
3946 In general, `--crate-type=bin` or `--crate-type=lib` should be sufficient for
3947 all compilation needs, and the other options are just available if more
3948 fine-grained control is desired over the output format of a Rust crate.
3949
3950 # Appendix: Rationales and design tradeoffs
3951
3952 *TODO*.
3953
3954 # Appendix: Influences
3955
3956 Rust is not a particularly original language, with design elements coming from
3957 a wide range of sources. Some of these are listed below (including elements
3958 that have since been removed):
3959
3960 * SML, OCaml: algebraic datatypes, pattern matching, type inference,
3961   semicolon statement separation
3962 * C++: references, RAII, smart pointers, move semantics, monomorphisation,
3963   memory model
3964 * ML Kit, Cyclone: region based memory management
3965 * Haskell (GHC): typeclasses, type families
3966 * Newsqueak, Alef, Limbo: channels, concurrency
3967 * Erlang: message passing, task failure, ~~linked task failure~~,
3968   ~~lightweight concurrency~~
3969 * Swift: optional bindings
3970 * Scheme: hygienic macros
3971 * C#: attributes
3972 * Ruby: ~~block syntax~~
3973 * NIL, Hermes: ~~typestate~~
3974 * [Unicode Annex #31](http://www.unicode.org/reports/tr31/): identifier and
3975   pattern syntax
3976
3977 [ffi]: book/ffi.html
3978 [plugin]: book/plugins.html