]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/doc/reference.md
Rollup merge of #28225 - jackwilsonv:patch-3, r=steveklabnik
[rust.git] / src / doc / reference.md
1 % The Rust Reference
2
3 # Introduction
4
5 This document is the primary reference for the Rust programming language. It
6 provides three kinds of material:
7
8   - Chapters that informally describe each language construct and their use.
9   - Chapters that informally describe the memory model, concurrency model,
10     runtime services, linkage model and debugging facilities.
11   - Appendix chapters providing rationale and references to languages that
12     influenced the design.
13
14 This document does not serve as an introduction to the language. Background
15 familiarity with the language is assumed. A separate [book] is available to
16 help acquire such background familiarity.
17
18 This document also does not serve as a reference to the [standard] library
19 included in the language distribution. Those libraries are documented
20 separately by extracting documentation attributes from their source code. Many
21 of the features that one might expect to be language features are library
22 features in Rust, so what you're looking for may be there, not here.
23
24 You may also be interested in the [grammar].
25
26 [book]: book/index.html
27 [standard]: std/index.html
28 [grammar]: grammar.html
29
30 # Notation
31
32 ## Unicode productions
33
34 A few productions in Rust's grammar permit Unicode code points outside the
35 ASCII range. We define these productions in terms of character properties
36 specified in the Unicode standard, rather than in terms of ASCII-range code
37 points. The grammar has a [Special Unicode Productions][unicodeproductions]
38 section that lists these productions.
39
40 [unicodeproductions]: grammar.html#special-unicode-productions
41
42 ## String table productions
43
44 Some rules in the grammar — notably [unary
45 operators](#unary-operator-expressions), [binary
46 operators](#binary-operator-expressions), and [keywords][keywords] — are
47 given in a simplified form: as a listing of a table of unquoted, printable
48 whitespace-separated strings. These cases form a subset of the rules regarding
49 the [token](#tokens) rule, and are assumed to be the result of a
50 lexical-analysis phase feeding the parser, driven by a DFA, operating over the
51 disjunction of all such string table entries.
52
53 [keywords]: grammar.html#keywords
54
55 When such a string enclosed in double-quotes (`"`) occurs inside the grammar,
56 it is an implicit reference to a single member of such a string table
57 production. See [tokens](#tokens) for more information.
58
59 # Lexical structure
60
61 ## Input format
62
63 Rust input is interpreted as a sequence of Unicode code points encoded in UTF-8.
64 Most Rust grammar rules are defined in terms of printable ASCII-range
65 code points, but a small number are defined in terms of Unicode properties or
66 explicit code point lists. [^inputformat]
67
68 [^inputformat]: Substitute definitions for the special Unicode productions are
69   provided to the grammar verifier, restricted to ASCII range, when verifying the
70   grammar in this document.
71
72 ## Identifiers
73
74 An identifier is any nonempty Unicode[^non_ascii_idents] string of the following form:
75
76 [^non_ascii_idents]: Non-ASCII characters in identifiers are currently feature
77   gated. This is expected to improve soon.
78
79 - The first character has property `XID_start`
80 - The remaining characters have property `XID_continue`
81
82 that does _not_ occur in the set of [keywords][keywords].
83
84 > **Note**: `XID_start` and `XID_continue` as character properties cover the
85 > character ranges used to form the more familiar C and Java language-family
86 > identifiers.
87
88 ## Comments
89
90 Comments in Rust code follow the general C++ style of line (`//`) and
91 block (`/* ... */`) comment forms. Nested block comments are supported.
92
93 Line comments beginning with exactly _three_ slashes (`///`), and block
94 comments beginning with exactly one repeated asterisk in the block-open
95 sequence (`/**`), are interpreted as a special syntax for `doc`
96 [attributes](#attributes). That is, they are equivalent to writing
97 `#[doc="..."]` around the body of the comment, i.e., `/// Foo` turns into
98 `#[doc="Foo"]`.
99
100 Line comments beginning with `//!` and block comments beginning with `/*!` are
101 doc comments that apply to the parent of the comment, rather than the item
102 that follows.  That is, they are equivalent to writing `#![doc="..."]` around
103 the body of the comment. `//!` comments are usually used to document
104 modules that occupy a source file.
105
106 Non-doc comments are interpreted as a form of whitespace.
107
108 ## Whitespace
109
110 Whitespace is any non-empty string containing only the following characters:
111
112 - `U+0020` (space, `' '`)
113 - `U+0009` (tab, `'\t'`)
114 - `U+000A` (LF, `'\n'`)
115 - `U+000D` (CR, `'\r'`)
116
117 Rust is a "free-form" language, meaning that all forms of whitespace serve only
118 to separate _tokens_ in the grammar, and have no semantic significance.
119
120 A Rust program has identical meaning if each whitespace element is replaced
121 with any other legal whitespace element, such as a single space character.
122
123 ## Tokens
124
125 Tokens are primitive productions in the grammar defined by regular
126 (non-recursive) languages. "Simple" tokens are given in [string table
127 production](#string-table-productions) form, and occur in the rest of the
128 grammar as double-quoted strings. Other tokens have exact rules given.
129
130 ### Literals
131
132 A literal is an expression consisting of a single token, rather than a sequence
133 of tokens, that immediately and directly denotes the value it evaluates to,
134 rather than referring to it by name or some other evaluation rule. A literal is
135 a form of constant expression, so is evaluated (primarily) at compile time.
136
137 #### Examples
138
139 ##### Characters and strings
140
141 |                                              | Example         | `#` sets   | Characters  | Escapes             |
142 |----------------------------------------------|-----------------|------------|-------------|---------------------|
143 | [Character](#character-literals)             | `'H'`           | `N/A`      | All Unicode | `\'` & [Byte](#byte-escapes) & [Unicode](#unicode-escapes) |
144 | [String](#string-literals)                   | `"hello"`       | `N/A`      | All Unicode | `\"` & [Byte](#byte-escapes) & [Unicode](#unicode-escapes) |
145 | [Raw](#raw-string-literals)                  | `r#"hello"#`    | `0...`     | All Unicode | `N/A`                                                      |
146 | [Byte](#byte-literals)                       | `b'H'`          | `N/A`      | All ASCII   | `\'` & [Byte](#byte-escapes)                               |
147 | [Byte string](#byte-string-literals)         | `b"hello"`      | `N/A`      | All ASCII   | `\"` & [Byte](#byte-escapes)                               |
148 | [Raw byte string](#raw-byte-string-literals) | `br#"hello"#`   | `0...`     | All ASCII   | `N/A`                                                      |
149
150 ##### Byte escapes
151
152 |   | Name |
153 |---|------|
154 | `\x7F` | 8-bit character code (exactly 2 digits) |
155 | `\n` | Newline |
156 | `\r` | Carriage return |
157 | `\t` | Tab |
158 | `\\` | Backslash |
159
160 ##### Unicode escapes
161 |   | Name |
162 |---|------|
163 | `\u{7FFF}` | 24-bit Unicode character code (up to 6 digits) |
164
165 ##### Numbers
166
167 | [Number literals](#number-literals)`*` | Example | Exponentiation | Suffixes |
168 |----------------------------------------|---------|----------------|----------|
169 | Decimal integer | `98_222` | `N/A` | Integer suffixes |
170 | Hex integer | `0xff` | `N/A` | Integer suffixes |
171 | Octal integer | `0o77` | `N/A` | Integer suffixes |
172 | Binary integer | `0b1111_0000` | `N/A` | Integer suffixes |
173 | Floating-point | `123.0E+77` | `Optional` | Floating-point suffixes |
174
175 `*` All number literals allow `_` as a visual separator: `1_234.0E+18f64`
176
177 ##### Suffixes
178 | Integer | Floating-point |
179 |---------|----------------|
180 | `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64`, `isize`, `usize` | `f32`, `f64` |
181
182 #### Character and string literals
183
184 ##### Character literals
185
186 A _character literal_ is a single Unicode character enclosed within two
187 `U+0027` (single-quote) characters, with the exception of `U+0027` itself,
188 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`).
189
190 ##### String literals
191
192 A _string literal_ is a sequence of any Unicode characters enclosed within two
193 `U+0022` (double-quote) characters, with the exception of `U+0022` itself,
194 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`).
195
196 Line-break characters are allowed in string literals. Normally they represent
197 themselves (i.e. no translation), but as a special exception, when a `U+005C`
198 character (`\`) occurs immediately before the newline, the `U+005C` character,
199 the newline, and all whitespace at the beginning of the next line are ignored.
200 Thus `a` and `b` are equal:
201
202 ```rust
203 let a = "foobar";
204 let b = "foo\
205          bar";
206
207 assert_eq!(a,b);
208 ```
209
210 ##### Character escapes
211
212 Some additional _escapes_ are available in either character or non-raw string
213 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
214 following forms:
215
216 * An _8-bit code point escape_ starts with `U+0078` (`x`) and is
217   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the Unicode code point
218   equal to the provided hex value.
219 * A _24-bit code point escape_ starts with `U+0075` (`u`) and is followed
220   by up to six _hex digits_ surrounded by braces `U+007B` (`{`) and `U+007D`
221   (`}`). It denotes the Unicode code point equal to the provided hex value.
222 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
223   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the Unicode values `U+000A` (LF),
224   `U+000D` (CR) or `U+0009` (HT) respectively.
225 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
226   escaped in order to denote *itself*.
227
228 ##### Raw string literals
229
230 Raw string literals do not process any escapes. They start with the character
231 `U+0072` (`r`), followed by zero or more of the character `U+0023` (`#`) and a
232 `U+0022` (double-quote) character. The _raw string body_ can contain any sequence
233 of Unicode characters and is terminated only by another `U+0022` (double-quote)
234 character, followed by the same number of `U+0023` (`#`) characters that preceded
235 the opening `U+0022` (double-quote) character.
236
237 All Unicode characters contained in the raw string body represent themselves,
238 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
239 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
240 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
241
242 Examples for string literals:
243
244 ```
245 "foo"; r"foo";                     // foo
246 "\"foo\""; r#""foo""#;             // "foo"
247
248 "foo #\"# bar";
249 r##"foo #"# bar"##;                // foo #"# bar
250
251 "\x52"; "R"; r"R";                 // R
252 "\\x52"; r"\x52";                  // \x52
253 ```
254
255 #### Byte and byte string literals
256
257 ##### Byte literals
258
259 A _byte literal_ is a single ASCII character (in the `U+0000` to `U+007F`
260 range) or a single _escape_ preceded by the characters `U+0062` (`b`) and
261 `U+0027` (single-quote), and followed by the character `U+0027`. If the character
262 `U+0027` is present within the literal, it must be _escaped_ by a preceding
263 `U+005C` (`\`) character. It is equivalent to a `u8` unsigned 8-bit integer
264 _number literal_.
265
266 ##### Byte string literals
267
268 A non-raw _byte string literal_ is a sequence of ASCII characters and _escapes_,
269 preceded by the characters `U+0062` (`b`) and `U+0022` (double-quote), and
270 followed by the character `U+0022`. If the character `U+0022` is present within
271 the literal, it must be _escaped_ by a preceding `U+005C` (`\`) character.
272 Alternatively, a byte string literal can be a _raw byte string literal_, defined
273 below. A byte string literal of length `n` is equivalent to a `&'static [u8; n]` borrowed fixed-sized array
274 of unsigned 8-bit integers.
275
276 Some additional _escapes_ are available in either byte or non-raw byte string
277 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
278 following forms:
279
280 * A _byte escape_ escape starts with `U+0078` (`x`) and is
281   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the byte
282   equal to the provided hex value.
283 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
284   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the bytes values `0x0A` (ASCII LF),
285   `0x0D` (ASCII CR) or `0x09` (ASCII HT) respectively.
286 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
287   escaped in order to denote its ASCII encoding `0x5C`.
288
289 ##### Raw byte string literals
290
291 Raw byte string literals do not process any escapes. They start with the
292 character `U+0062` (`b`), followed by `U+0072` (`r`), followed by zero or more
293 of the character `U+0023` (`#`), and a `U+0022` (double-quote) character. The
294 _raw string body_ can contain any sequence of ASCII characters and is terminated
295 only by another `U+0022` (double-quote) character, followed by the same number of
296 `U+0023` (`#`) characters that preceded the opening `U+0022` (double-quote)
297 character. A raw byte string literal can not contain any non-ASCII byte.
298
299 All characters contained in the raw string body represent their ASCII encoding,
300 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
301 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
302 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
303
304 Examples for byte string literals:
305
306 ```
307 b"foo"; br"foo";                     // foo
308 b"\"foo\""; br#""foo""#;             // "foo"
309
310 b"foo #\"# bar";
311 br##"foo #"# bar"##;                 // foo #"# bar
312
313 b"\x52"; b"R"; br"R";                // R
314 b"\\x52"; br"\x52";                  // \x52
315 ```
316
317 #### Number literals
318
319 A _number literal_ is either an _integer literal_ or a _floating-point
320 literal_. The grammar for recognizing the two kinds of literals is mixed.
321
322 ##### Integer literals
323
324 An _integer literal_ has one of four forms:
325
326 * A _decimal literal_ starts with a *decimal digit* and continues with any
327   mixture of *decimal digits* and _underscores_.
328 * A _hex literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0078`
329   (`0x`) and continues as any mixture of hex digits and underscores.
330 * An _octal literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+006F`
331   (`0o`) and continues as any mixture of octal digits and underscores.
332 * A _binary literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0062`
333   (`0b`) and continues as any mixture of binary digits and underscores.
334
335 Like any literal, an integer literal may be followed (immediately,
336 without any spaces) by an _integer suffix_, which forcibly sets the
337 type of the literal. The integer suffix must be the name of one of the
338 integral types: `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64`,
339 `isize`, or `usize`.
340
341 The type of an _unsuffixed_ integer literal is determined by type inference:
342
343 * If an integer type can be _uniquely_ determined from the surrounding
344   program context, the unsuffixed integer literal has that type.
345
346 * If the program context under-constrains the type, it defaults to the
347   signed 32-bit integer `i32`.
348
349 * If the program context over-constrains the type, it is considered a
350   static type error.
351
352 Examples of integer literals of various forms:
353
354 ```
355 123i32;                            // type i32
356 123u32;                            // type u32
357 123_u32;                           // type u32
358 0xff_u8;                           // type u8
359 0o70_i16;                          // type i16
360 0b1111_1111_1001_0000_i32;         // type i32
361 0usize;                            // type usize
362 ```
363
364 ##### Floating-point literals
365
366 A _floating-point literal_ has one of two forms:
367
368 * A _decimal literal_ followed by a period character `U+002E` (`.`). This is
369   optionally followed by another decimal literal, with an optional _exponent_.
370 * A single _decimal literal_ followed by an _exponent_.
371
372 Like integer literals, a floating-point literal may be followed by a
373 suffix, so long as the pre-suffix part does not end with `U+002E` (`.`).
374 The suffix forcibly sets the type of the literal. There are two valid
375 _floating-point suffixes_, `f32` and `f64` (the 32-bit and 64-bit floating point
376 types), which explicitly determine the type of the literal.
377
378 The type of an _unsuffixed_ floating-point literal is determined by
379 type inference:
380
381 * If a floating-point type can be _uniquely_ determined from the
382   surrounding program context, the unsuffixed floating-point literal
383   has that type.
384
385 * If the program context under-constrains the type, it defaults to `f64`.
386
387 * If the program context over-constrains the type, it is considered a
388   static type error.
389
390 Examples of floating-point literals of various forms:
391
392 ```
393 123.0f64;        // type f64
394 0.1f64;          // type f64
395 0.1f32;          // type f32
396 12E+99_f64;      // type f64
397 let x: f64 = 2.; // type f64
398 ```
399
400 This last example is different because it is not possible to use the suffix
401 syntax with a floating point literal ending in a period. `2.f64` would attempt
402 to call a method named `f64` on `2`.
403
404 The representation semantics of floating-point numbers are described in
405 ["Machine Types"](#machine-types).
406
407 #### Boolean literals
408
409 The two values of the boolean type are written `true` and `false`.
410
411 ### Symbols
412
413 Symbols are a general class of printable [token](#tokens) that play structural
414 roles in a variety of grammar productions. They are catalogued here for
415 completeness as the set of remaining miscellaneous printable tokens that do not
416 otherwise appear as [unary operators](#unary-operator-expressions), [binary
417 operators](#binary-operator-expressions), or [keywords][keywords].
418
419
420 ## Paths
421
422 A _path_ is a sequence of one or more path components _logically_ separated by
423 a namespace qualifier (`::`). If a path consists of only one component, it may
424 refer to either an [item](#items) or a [variable](#variables) in a local control
425 scope. If a path has multiple components, it refers to an item.
426
427 Every item has a _canonical path_ within its crate, but the path naming an item
428 is only meaningful within a given crate. There is no global namespace across
429 crates; an item's canonical path merely identifies it within the crate.
430
431 Two examples of simple paths consisting of only identifier components:
432
433 ```{.ignore}
434 x;
435 x::y::z;
436 ```
437
438 Path components are usually [identifiers](#identifiers), but they may
439 also include angle-bracket-enclosed lists of type arguments. In
440 [expression](#expressions) context, the type argument list is given
441 after a `::` namespace qualifier in order to disambiguate it from a
442 relational expression involving the less-than symbol (`<`). In type
443 expression context, the final namespace qualifier is omitted.
444
445 Two examples of paths with type arguments:
446
447 ```
448 # struct HashMap<K, V>(K,V);
449 # fn f() {
450 # fn id<T>(t: T) -> T { t }
451 type T = HashMap<i32,String>; // Type arguments used in a type expression
452 let x  = id::<i32>(10);       // Type arguments used in a call expression
453 # }
454 ```
455
456 Paths can be denoted with various leading qualifiers to change the meaning of
457 how it is resolved:
458
459 * Paths starting with `::` are considered to be global paths where the
460   components of the path start being resolved from the crate root. Each
461   identifier in the path must resolve to an item.
462
463 ```rust
464 mod a {
465     pub fn foo() {}
466 }
467 mod b {
468     pub fn foo() {
469         ::a::foo(); // call a's foo function
470     }
471 }
472 # fn main() {}
473 ```
474
475 * Paths starting with the keyword `super` begin resolution relative to the
476   parent module. Each further identifier must resolve to an item.
477
478 ```rust
479 mod a {
480     pub fn foo() {}
481 }
482 mod b {
483     pub fn foo() {
484         super::a::foo(); // call a's foo function
485     }
486 }
487 # fn main() {}
488 ```
489
490 * Paths starting with the keyword `self` begin resolution relative to the
491   current module. Each further identifier must resolve to an item.
492
493 ```rust
494 fn foo() {}
495 fn bar() {
496     self::foo();
497 }
498 # fn main() {}
499 ```
500
501 # Syntax extensions
502
503 A number of minor features of Rust are not central enough to have their own
504 syntax, and yet are not implementable as functions. Instead, they are given
505 names, and invoked through a consistent syntax: `some_extension!(...)`.
506
507 Users of `rustc` can define new syntax extensions in two ways:
508
509 * [Compiler plugins][plugin] can include arbitrary Rust code that
510   manipulates syntax trees at compile time. Note that the interface
511   for compiler plugins is considered highly unstable.
512
513 * [Macros](book/macros.html) define new syntax in a higher-level,
514   declarative way.
515
516 ## Macros
517
518 `macro_rules` allows users to define syntax extension in a declarative way.  We
519 call such extensions "macros by example" or simply "macros" â€” to be distinguished
520 from the "procedural macros" defined in [compiler plugins][plugin].
521
522 Currently, macros can expand to expressions, statements, items, or patterns.
523
524 (A `sep_token` is any token other than `*` and `+`. A `non_special_token` is
525 any token other than a delimiter or `$`.)
526
527 The macro expander looks up macro invocations by name, and tries each macro
528 rule in turn. It transcribes the first successful match. Matching and
529 transcription are closely related to each other, and we will describe them
530 together.
531
532 ### Macro By Example
533
534 The macro expander matches and transcribes every token that does not begin with
535 a `$` literally, including delimiters. For parsing reasons, delimiters must be
536 balanced, but they are otherwise not special.
537
538 In the matcher, `$` _name_ `:` _designator_ matches the nonterminal in the Rust
539 syntax named by _designator_. Valid designators are `item`, `block`, `stmt`,
540 `pat`, `expr`, `ty` (type), `ident`, `path`, `tt` (either side of the `=>`
541 in macro rules), and `meta` (contents of an attribute). In the transcriber, the
542 designator is already known, and so only the name of a matched nonterminal comes
543 after the dollar sign.
544
545 In both the matcher and transcriber, the Kleene star-like operator indicates
546 repetition. The Kleene star operator consists of `$` and parentheses, optionally
547 followed by a separator token, followed by `*` or `+`. `*` means zero or more
548 repetitions, `+` means at least one repetition. The parentheses are not matched or
549 transcribed. On the matcher side, a name is bound to _all_ of the names it
550 matches, in a structure that mimics the structure of the repetition encountered
551 on a successful match. The job of the transcriber is to sort that structure
552 out.
553
554 The rules for transcription of these repetitions are called "Macro By Example".
555 Essentially, one "layer" of repetition is discharged at a time, and all of them
556 must be discharged by the time a name is transcribed. Therefore, `( $( $i:ident
557 ),* ) => ( $i )` is an invalid macro, but `( $( $i:ident ),* ) => ( $( $i:ident
558 ),*  )` is acceptable (if trivial).
559
560 When Macro By Example encounters a repetition, it examines all of the `$`
561 _name_ s that occur in its body. At the "current layer", they all must repeat
562 the same number of times, so ` ( $( $i:ident ),* ; $( $j:ident ),* ) => ( $(
563 ($i,$j) ),* )` is valid if given the argument `(a,b,c ; d,e,f)`, but not
564 `(a,b,c ; d,e)`. The repetition walks through the choices at that layer in
565 lockstep, so the former input transcribes to `(a,d), (b,e), (c,f)`.
566
567 Nested repetitions are allowed.
568
569 ### Parsing limitations
570
571 The parser used by the macro system is reasonably powerful, but the parsing of
572 Rust syntax is restricted in two ways:
573
574 1. Macro definitions are required to include suitable separators after parsing
575    expressions and other bits of the Rust grammar. This implies that
576    a macro definition like `$i:expr [ , ]` is not legal, because `[` could be part
577    of an expression. A macro definition like `$i:expr,` or `$i:expr;` would be legal,
578    however, because `,` and `;` are legal separators. See [RFC 550] for more information.
579 2. The parser must have eliminated all ambiguity by the time it reaches a `$`
580    _name_ `:` _designator_. This requirement most often affects name-designator
581    pairs when they occur at the beginning of, or immediately after, a `$(...)*`;
582    requiring a distinctive token in front can solve the problem.
583
584 [RFC 550]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0550-macro-future-proofing.md
585
586 # Crates and source files
587
588 Although Rust, like any other language, can be implemented by an interpreter as
589 well as a compiler, the only existing implementation is a compiler &mdash;
590 from now on referred to as *the* Rust compiler &mdash; and the language has
591 always been designed to be compiled. For these reasons, this section assumes a
592 compiler.
593
594 Rust's semantics obey a *phase distinction* between compile-time and
595 run-time.[^phase-distinction] Semantic rules that have a *static
596 interpretation* govern the success or failure of compilation, while
597 semantic rules
598 that have a *dynamic interpretation* govern the behavior of the program at
599 run-time.
600
601 [^phase-distinction]: This distinction would also exist in an interpreter.
602     Static checks like syntactic analysis, type checking, and lints should
603     happen before the program is executed regardless of when it is executed.
604
605 The compilation model centers on artifacts called _crates_. Each compilation
606 processes a single crate in source form, and if successful, produces a single
607 crate in binary form: either an executable or some sort of
608 library.[^cratesourcefile]
609
610 [^cratesourcefile]: A crate is somewhat analogous to an *assembly* in the
611     ECMA-335 CLI model, a *library* in the SML/NJ Compilation Manager, a *unit*
612     in the Owens and Flatt module system, or a *configuration* in Mesa.
613
614 A _crate_ is a unit of compilation and linking, as well as versioning,
615 distribution and runtime loading. A crate contains a _tree_ of nested
616 [module](#modules) scopes. The top level of this tree is a module that is
617 anonymous (from the point of view of paths within the module) and any item
618 within a crate has a canonical [module path](#paths) denoting its location
619 within the crate's module tree.
620
621 The Rust compiler is always invoked with a single source file as input, and
622 always produces a single output crate. The processing of that source file may
623 result in other source files being loaded as modules. Source files have the
624 extension `.rs`.
625
626 A Rust source file describes a module, the name and location of which &mdash;
627 in the module tree of the current crate &mdash; are defined from outside the
628 source file: either by an explicit `mod_item` in a referencing source file, or
629 by the name of the crate itself. Every source file is a module, but not every
630 module needs its own source file: [module definitions](#modules) can be nested
631 within one file.
632
633 Each source file contains a sequence of zero or more `item` definitions, and
634 may optionally begin with any number of [attributes](#items-and-attributes)
635 that apply to the containing module, most of which influence the behavior of
636 the compiler. The anonymous crate module can have additional attributes that
637 apply to the crate as a whole.
638
639 ```no_run
640 // Specify the crate name.
641 #![crate_name = "projx"]
642
643 // Specify the type of output artifact.
644 #![crate_type = "lib"]
645
646 // Turn on a warning.
647 // This can be done in any module, not just the anonymous crate module.
648 #![warn(non_camel_case_types)]
649 ```
650
651 A crate that contains a `main` function can be compiled to an executable. If a
652 `main` function is present, its return type must be [`unit`](#tuple-types)
653 and it must take no arguments.
654
655 # Items and attributes
656
657 Crates contain [items](#items), each of which may have some number of
658 [attributes](#attributes) attached to it.
659
660 ## Items
661
662 An _item_ is a component of a crate. Items are organized within a crate by a
663 nested set of [modules](#modules). Every crate has a single "outermost"
664 anonymous module; all further items within the crate have [paths](#paths)
665 within the module tree of the crate.
666
667 Items are entirely determined at compile-time, generally remain fixed during
668 execution, and may reside in read-only memory.
669
670 There are several kinds of item:
671
672 * [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations)
673 * [`use` declarations](#use-declarations)
674 * [modules](#modules)
675 * [functions](#functions)
676 * [type definitions](grammar.html#type-definitions)
677 * [structures](#structures)
678 * [enumerations](#enumerations)
679 * [constant items](#constant-items)
680 * [static items](#static-items)
681 * [traits](#traits)
682 * [implementations](#implementations)
683
684 Some items form an implicit scope for the declaration of sub-items. In other
685 words, within a function or module, declarations of items can (in many cases)
686 be mixed with the statements, control blocks, and similar artifacts that
687 otherwise compose the item body. The meaning of these scoped items is the same
688 as if the item was declared outside the scope &mdash; it is still a static item
689 &mdash; except that the item's *path name* within the module namespace is
690 qualified by the name of the enclosing item, or is private to the enclosing
691 item (in the case of functions). The grammar specifies the exact locations in
692 which sub-item declarations may appear.
693
694 ### Type Parameters
695
696 All items except modules, constants and statics may be *parameterized* by type.
697 Type parameters are given as a comma-separated list of identifiers enclosed in
698 angle brackets (`<...>`), after the name of the item and before its definition.
699 The type parameters of an item are considered "part of the name", not part of
700 the type of the item. A referencing [path](#paths) must (in principle) provide
701 type arguments as a list of comma-separated types enclosed within angle
702 brackets, in order to refer to the type-parameterized item. In practice, the
703 type-inference system can usually infer such argument types from context. There
704 are no general type-parametric types, only type-parametric items. That is, Rust
705 has no notion of type abstraction: there are no higher-ranked (or "forall") types
706 abstracted over other types, though higher-ranked types do exist for lifetimes.
707
708 ### Modules
709
710 A module is a container for zero or more [items](#items).
711
712 A _module item_ is a module, surrounded in braces, named, and prefixed with the
713 keyword `mod`. A module item introduces a new, named module into the tree of
714 modules making up a crate. Modules can nest arbitrarily.
715
716 An example of a module:
717
718 ```
719 mod math {
720     type Complex = (f64, f64);
721     fn sin(f: f64) -> f64 {
722         /* ... */
723 # panic!();
724     }
725     fn cos(f: f64) -> f64 {
726         /* ... */
727 # panic!();
728     }
729     fn tan(f: f64) -> f64 {
730         /* ... */
731 # panic!();
732     }
733 }
734 ```
735
736 Modules and types share the same namespace. Declaring a named type with
737 the same name as a module in scope is forbidden: that is, a type definition,
738 trait, struct, enumeration, or type parameter can't shadow the name of a module
739 in scope, or vice versa.
740
741 A module without a body is loaded from an external file, by default with the
742 same name as the module, plus the `.rs` extension. When a nested submodule is
743 loaded from an external file, it is loaded from a subdirectory path that
744 mirrors the module hierarchy.
745
746 ```{.ignore}
747 // Load the `vec` module from `vec.rs`
748 mod vec;
749
750 mod thread {
751     // Load the `local_data` module from `thread/local_data.rs`
752     // or `thread/local_data/mod.rs`.
753     mod local_data;
754 }
755 ```
756
757 The directories and files used for loading external file modules can be
758 influenced with the `path` attribute.
759
760 ```{.ignore}
761 #[path = "thread_files"]
762 mod thread {
763     // Load the `local_data` module from `thread_files/tls.rs`
764     #[path = "tls.rs"]
765     mod local_data;
766 }
767 ```
768
769 #### Extern crate declarations
770
771 An _`extern crate` declaration_ specifies a dependency on an external crate.
772 The external crate is then bound into the declaring scope as the `ident`
773 provided in the `extern_crate_decl`.
774
775 The external crate is resolved to a specific `soname` at compile time, and a
776 runtime linkage requirement to that `soname` is passed to the linker for
777 loading at runtime. The `soname` is resolved at compile time by scanning the
778 compiler's library path and matching the optional `crateid` provided against
779 the `crateid` attributes that were declared on the external crate when it was
780 compiled. If no `crateid` is provided, a default `name` attribute is assumed,
781 equal to the `ident` given in the `extern_crate_decl`.
782
783 Three examples of `extern crate` declarations:
784
785 ```{.ignore}
786 extern crate pcre;
787
788 extern crate std; // equivalent to: extern crate std as std;
789
790 extern crate std as ruststd; // linking to 'std' under another name
791 ```
792
793 #### Use declarations
794
795 A _use declaration_ creates one or more local name bindings synonymous with
796 some other [path](#paths). Usually a `use` declaration is used to shorten the
797 path required to refer to a module item. These declarations may appear at the
798 top of [modules](#modules) and [blocks](grammar.html#block-expressions).
799
800 > **Note**: Unlike in many languages,
801 > `use` declarations in Rust do *not* declare linkage dependency with external crates.
802 > Rather, [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations) declare linkage dependencies.
803
804 Use declarations support a number of convenient shortcuts:
805
806 * Rebinding the target name as a new local name, using the syntax `use p::q::r as x;`
807 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element,
808   using the glob-like brace syntax `use a::b::{c,d,e,f};`
809 * Binding all paths matching a given prefix, using the asterisk wildcard syntax
810   `use a::b::*;`
811 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element
812   and their immediate parent module, using the `self` keyword, such as
813   `use a::b::{self, c, d};`
814
815 An example of `use` declarations:
816
817 ```rust
818 use std::option::Option::{Some, None};
819 use std::collections::hash_map::{self, HashMap};
820
821 fn foo<T>(_: T){}
822 fn bar(map1: HashMap<String, usize>, map2: hash_map::HashMap<String, usize>){}
823
824 fn main() {
825     // Equivalent to 'foo(vec![std::option::Option::Some(1.0f64),
826     // std::option::Option::None]);'
827     foo(vec![Some(1.0f64), None]);
828
829     // Both `hash_map` and `HashMap` are in scope.
830     let map1 = HashMap::new();
831     let map2 = hash_map::HashMap::new();
832     bar(map1, map2);
833 }
834 ```
835
836 Like items, `use` declarations are private to the containing module, by
837 default. Also like items, a `use` declaration can be public, if qualified by
838 the `pub` keyword. Such a `use` declaration serves to _re-export_ a name. A
839 public `use` declaration can therefore _redirect_ some public name to a
840 different target definition: even a definition with a private canonical path,
841 inside a different module. If a sequence of such redirections form a cycle or
842 cannot be resolved unambiguously, they represent a compile-time error.
843
844 An example of re-exporting:
845
846 ```
847 # fn main() { }
848 mod quux {
849     pub use quux::foo::{bar, baz};
850
851     pub mod foo {
852         pub fn bar() { }
853         pub fn baz() { }
854     }
855 }
856 ```
857
858 In this example, the module `quux` re-exports two public names defined in
859 `foo`.
860
861 Also note that the paths contained in `use` items are relative to the crate
862 root. So, in the previous example, the `use` refers to `quux::foo::{bar,
863 baz}`, and not simply to `foo::{bar, baz}`. This also means that top-level
864 module declarations should be at the crate root if direct usage of the declared
865 modules within `use` items is desired. It is also possible to use `self` and
866 `super` at the beginning of a `use` item to refer to the current and direct
867 parent modules respectively. All rules regarding accessing declared modules in
868 `use` declarations apply to both module declarations and `extern crate`
869 declarations.
870
871 An example of what will and will not work for `use` items:
872
873 ```
874 # #![allow(unused_imports)]
875 use foo::baz::foobaz;    // good: foo is at the root of the crate
876
877 mod foo {
878
879     mod example {
880         pub mod iter {}
881     }
882
883     use foo::example::iter; // good: foo is at crate root
884 //  use example::iter;      // bad:  core is not at the crate root
885     use self::baz::foobaz;  // good: self refers to module 'foo'
886     use foo::bar::foobar;   // good: foo is at crate root
887
888     pub mod bar {
889         pub fn foobar() { }
890     }
891
892     pub mod baz {
893         use super::bar::foobar; // good: super refers to module 'foo'
894         pub fn foobaz() { }
895     }
896 }
897
898 fn main() {}
899 ```
900
901 ### Functions
902
903 A _function item_ defines a sequence of [statements](#statements) and an
904 optional final [expression](#expressions), along with a name and a set of
905 parameters. Functions are declared with the keyword `fn`. Functions declare a
906 set of *input* [*variables*](#variables) as parameters, through which the caller
907 passes arguments into the function, and the *output* [*type*](#types)
908 of the value the function will return to its caller on completion.
909
910 A function may also be copied into a first-class *value*, in which case the
911 value has the corresponding [*function type*](#function-types), and can be used
912 otherwise exactly as a function item (with a minor additional cost of calling
913 the function indirectly).
914
915 Every control path in a function logically ends with a `return` expression or a
916 diverging expression. If the outermost block of a function has a
917 value-producing expression in its final-expression position, that expression is
918 interpreted as an implicit `return` expression applied to the final-expression.
919
920 An example of a function:
921
922 ```
923 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
924     return x + y;
925 }
926 ```
927
928 As with `let` bindings, function arguments are irrefutable patterns, so any
929 pattern that is valid in a let binding is also valid as an argument.
930
931 ```
932 fn first((value, _): (i32, i32)) -> i32 { value }
933 ```
934
935
936 #### Generic functions
937
938 A _generic function_ allows one or more _parameterized types_ to appear in its
939 signature. Each type parameter must be explicitly declared, in an
940 angle-bracket-enclosed, comma-separated list following the function name.
941
942 ```rust,ignore
943 // foo is generic over A and B
944
945 fn foo<A, B>(x: A, y: B) {
946 ```
947
948 Inside the function signature and body, the name of the type parameter can be
949 used as a type name. [Trait](#traits) bounds can be specified for type parameters
950 to allow methods with that trait to be called on values of that type. This is
951 specified using the `where` syntax:
952
953 ```rust,ignore
954 fn foo<T>(x: T) where T: Debug {
955 ```
956
957 When a generic function is referenced, its type is instantiated based on the
958 context of the reference. For example, calling the `foo` function here:
959
960 ```
961 use std::fmt::Debug;
962
963 fn foo<T>(x: &[T]) where T: Debug {
964     // details elided
965     # ()
966 }
967
968 foo(&[1, 2]);
969 ```
970
971 will instantiate type parameter `T` with `i32`.
972
973 The type parameters can also be explicitly supplied in a trailing
974 [path](#paths) component after the function name. This might be necessary if
975 there is not sufficient context to determine the type parameters. For example,
976 `mem::size_of::<u32>() == 4`.
977
978 #### Unsafety
979
980 Unsafe operations are those that potentially violate the memory-safety
981 guarantees of Rust's static semantics.
982
983 The following language level features cannot be used in the safe subset of
984 Rust:
985
986 - Dereferencing a [raw pointer](#pointer-types).
987 - Reading or writing a [mutable static variable](#mutable-statics).
988 - Calling an unsafe function (including an intrinsic or foreign function).
989
990 ##### Unsafe functions
991
992 Unsafe functions are functions that are not safe in all contexts and/or for all
993 possible inputs. Such a function must be prefixed with the keyword `unsafe` and
994 can only be called from an `unsafe` block or another `unsafe` function.
995
996 ##### Unsafe blocks
997
998 A block of code can be prefixed with the `unsafe` keyword, to permit calling
999 `unsafe` functions or dereferencing raw pointers within a safe function.
1000
1001 When a programmer has sufficient conviction that a sequence of potentially
1002 unsafe operations is actually safe, they can encapsulate that sequence (taken
1003 as a whole) within an `unsafe` block. The compiler will consider uses of such
1004 code safe, in the surrounding context.
1005
1006 Unsafe blocks are used to wrap foreign libraries, make direct use of hardware
1007 or implement features not directly present in the language. For example, Rust
1008 provides the language features necessary to implement memory-safe concurrency
1009 in the language but the implementation of threads and message passing is in the
1010 standard library.
1011
1012 Rust's type system is a conservative approximation of the dynamic safety
1013 requirements, so in some cases there is a performance cost to using safe code.
1014 For example, a doubly-linked list is not a tree structure and can only be
1015 represented with reference-counted pointers in safe code. By using `unsafe`
1016 blocks to represent the reverse links as raw pointers, it can be implemented
1017 with only boxes.
1018
1019 ##### Behavior considered undefined
1020
1021 The following is a list of behavior which is forbidden in all Rust code,
1022 including within `unsafe` blocks and `unsafe` functions. Type checking provides
1023 the guarantee that these issues are never caused by safe code.
1024
1025 * Data races
1026 * Dereferencing a null/dangling raw pointer
1027 * Reads of [undef](http://llvm.org/docs/LangRef.html#undefined-values)
1028   (uninitialized) memory
1029 * Breaking the [pointer aliasing
1030   rules](http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointer-aliasing-rules)
1031   with raw pointers (a subset of the rules used by C)
1032 * `&mut` and `&` follow LLVM’s scoped [noalias] model, except if the `&T`
1033   contains an `UnsafeCell<U>`. Unsafe code must not violate these aliasing
1034   guarantees.
1035 * Mutating non-mutable data (that is, data reached through a shared reference or
1036   data owned by a `let` binding), unless that data is contained within an `UnsafeCell<U>`.
1037 * Invoking undefined behavior via compiler intrinsics:
1038   * Indexing outside of the bounds of an object with `std::ptr::offset`
1039     (`offset` intrinsic), with
1040     the exception of one byte past the end which is permitted.
1041   * Using `std::ptr::copy_nonoverlapping_memory` (`memcpy32`/`memcpy64`
1042     intrinsics) on overlapping buffers
1043 * Invalid values in primitive types, even in private fields/locals:
1044   * Dangling/null references or boxes
1045   * A value other than `false` (0) or `true` (1) in a `bool`
1046   * A discriminant in an `enum` not included in the type definition
1047   * A value in a `char` which is a surrogate or above `char::MAX`
1048   * Non-UTF-8 byte sequences in a `str`
1049 * Unwinding into Rust from foreign code or unwinding from Rust into foreign
1050   code. Rust's failure system is not compatible with exception handling in
1051   other languages. Unwinding must be caught and handled at FFI boundaries.
1052
1053 [noalias]: http://llvm.org/docs/LangRef.html#noalias
1054
1055 ##### Behavior not considered unsafe
1056
1057 This is a list of behavior not considered *unsafe* in Rust terms, but that may
1058 be undesired.
1059
1060 * Deadlocks
1061 * Leaks of memory and other resources
1062 * Exiting without calling destructors
1063 * Integer overflow
1064   - Overflow is considered "unexpected" behavior and is always user-error,
1065     unless the `wrapping` primitives are used. In non-optimized builds, the compiler
1066     will insert debug checks that panic on overflow, but in optimized builds overflow
1067     instead results in wrapped values. See [RFC 560] for the rationale and more details.
1068
1069 [RFC 560]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0560-integer-overflow.md
1070
1071 #### Diverging functions
1072
1073 A special kind of function can be declared with a `!` character where the
1074 output type would normally be. For example:
1075
1076 ```
1077 fn my_err(s: &str) -> ! {
1078     println!("{}", s);
1079     panic!();
1080 }
1081 ```
1082
1083 We call such functions "diverging" because they never return a value to the
1084 caller. Every control path in a diverging function must end with a `panic!()` or
1085 a call to another diverging function on every control path. The `!` annotation
1086 does *not* denote a type.
1087
1088 It might be necessary to declare a diverging function because as mentioned
1089 previously, the typechecker checks that every control path in a function ends
1090 with a [`return`](#return-expressions) or diverging expression. So, if `my_err`
1091 were declared without the `!` annotation, the following code would not
1092 typecheck:
1093
1094 ```
1095 # fn my_err(s: &str) -> ! { panic!() }
1096
1097 fn f(i: i32) -> i32 {
1098    if i == 42 {
1099      return 42;
1100    }
1101    else {
1102      my_err("Bad number!");
1103    }
1104 }
1105 ```
1106
1107 This will not compile without the `!` annotation on `my_err`, since the `else`
1108 branch of the conditional in `f` does not return an `i32`, as required by the
1109 signature of `f`. Adding the `!` annotation to `my_err` informs the
1110 typechecker that, should control ever enter `my_err`, no further type judgments
1111 about `f` need to hold, since control will never resume in any context that
1112 relies on those judgments. Thus the return type on `f` only needs to reflect
1113 the `if` branch of the conditional.
1114
1115 #### Extern functions
1116
1117 Extern functions are part of Rust's foreign function interface, providing the
1118 opposite functionality to [external blocks](#external-blocks). Whereas
1119 external blocks allow Rust code to call foreign code, extern functions with
1120 bodies defined in Rust code _can be called by foreign code_. They are defined
1121 in the same way as any other Rust function, except that they have the `extern`
1122 modifier.
1123
1124 ```
1125 // Declares an extern fn, the ABI defaults to "C"
1126 extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1127
1128 // Declares an extern fn with "stdcall" ABI
1129 extern "stdcall" fn new_i32_stdcall() -> i32 { 0 }
1130 ```
1131
1132 Unlike normal functions, extern fns have type `extern "ABI" fn()`. This is the
1133 same type as the functions declared in an extern block.
1134
1135 ```
1136 # extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1137 let fptr: extern "C" fn() -> i32 = new_i32;
1138 ```
1139
1140 Extern functions may be called directly from Rust code as Rust uses large,
1141 contiguous stack segments like C.
1142
1143 ### Type aliases
1144
1145 A _type alias_ defines a new name for an existing [type](#types). Type
1146 aliases are declared with the keyword `type`. Every value has a single,
1147 specific type, but may implement several different traits, or be compatible with
1148 several different type constraints.
1149
1150 For example, the following defines the type `Point` as a synonym for the type
1151 `(u8, u8)`, the type of pairs of unsigned 8 bit integers:
1152
1153 ```
1154 type Point = (u8, u8);
1155 let p: Point = (41, 68);
1156 ```
1157
1158 ### Structures
1159
1160 A _structure_ is a nominal [structure type](#structure-types) defined with the
1161 keyword `struct`.
1162
1163 An example of a `struct` item and its use:
1164
1165 ```
1166 struct Point {x: i32, y: i32}
1167 let p = Point {x: 10, y: 11};
1168 let px: i32 = p.x;
1169 ```
1170
1171 A _tuple structure_ is a nominal [tuple type](#tuple-types), also defined with
1172 the keyword `struct`. For example:
1173
1174 ```
1175 struct Point(i32, i32);
1176 let p = Point(10, 11);
1177 let px: i32 = match p { Point(x, _) => x };
1178 ```
1179
1180 A _unit-like struct_ is a structure without any fields, defined by leaving off
1181 the list of fields entirely. Such types will have a single value. For example:
1182
1183 ```
1184 struct Cookie;
1185 let c = [Cookie, Cookie, Cookie, Cookie];
1186 ```
1187
1188 The precise memory layout of a structure is not specified. One can specify a
1189 particular layout using the [`repr` attribute](#ffi-attributes).
1190
1191 ### Enumerations
1192
1193 An _enumeration_ is a simultaneous definition of a nominal [enumerated
1194 type](#enumerated-types) as well as a set of *constructors*, that can be used
1195 to create or pattern-match values of the corresponding enumerated type.
1196
1197 Enumerations are declared with the keyword `enum`.
1198
1199 An example of an `enum` item and its use:
1200
1201 ```
1202 enum Animal {
1203     Dog,
1204     Cat,
1205 }
1206
1207 let mut a: Animal = Animal::Dog;
1208 a = Animal::Cat;
1209 ```
1210
1211 Enumeration constructors can have either named or unnamed fields:
1212
1213 ```rust
1214 enum Animal {
1215     Dog (String, f64),
1216     Cat { name: String, weight: f64 }
1217 }
1218
1219 let mut a: Animal = Animal::Dog("Cocoa".to_string(), 37.2);
1220 a = Animal::Cat { name: "Spotty".to_string(), weight: 2.7 };
1221 ```
1222
1223 In this example, `Cat` is a _struct-like enum variant_,
1224 whereas `Dog` is simply called an enum variant.
1225
1226 Enums have a discriminant. You can assign them explicitly:
1227
1228 ```
1229 enum Foo {
1230     Bar = 123,
1231 }
1232 ```
1233
1234 If a discriminant isn't assigned, they start at zero, and add one for each
1235 variant, in order.
1236
1237 You can cast an enum to get this value:
1238
1239 ```
1240 # enum Foo { Bar = 123 }
1241 let x = Foo::Bar as u32; // x is now 123u32
1242 ```
1243
1244 This only works as long as none of the variants have data attached. If
1245 it were `Bar(i32)`, this is disallowed.
1246
1247 ### Constant items
1248
1249 A *constant item* is a named _constant value_ which is not associated with a
1250 specific memory location in the program. Constants are essentially inlined
1251 wherever they are used, meaning that they are copied directly into the relevant
1252 context when used. References to the same constant are not necessarily
1253 guaranteed to refer to the same memory address.
1254
1255 Constant values must not have destructors, and otherwise permit most forms of
1256 data. Constants may refer to the address of other constants, in which case the
1257 address will have the `static` lifetime. The compiler is, however, still at
1258 liberty to translate the constant many times, so the address referred to may not
1259 be stable.
1260
1261 Constants must be explicitly typed. The type may be `bool`, `char`, a number, or
1262 a type derived from those primitive types. The derived types are references with
1263 the `static` lifetime, fixed-size arrays, tuples, enum variants, and structs.
1264
1265 ```
1266 const BIT1: u32 = 1 << 0;
1267 const BIT2: u32 = 1 << 1;
1268
1269 const BITS: [u32; 2] = [BIT1, BIT2];
1270 const STRING: &'static str = "bitstring";
1271
1272 struct BitsNStrings<'a> {
1273     mybits: [u32; 2],
1274     mystring: &'a str
1275 }
1276
1277 const BITS_N_STRINGS: BitsNStrings<'static> = BitsNStrings {
1278     mybits: BITS,
1279     mystring: STRING
1280 };
1281 ```
1282
1283 ### Static items
1284
1285 A *static item* is similar to a *constant*, except that it represents a precise
1286 memory location in the program. A static is never "inlined" at the usage site,
1287 and all references to it refer to the same memory location. Static items have
1288 the `static` lifetime, which outlives all other lifetimes in a Rust program.
1289 Static items may be placed in read-only memory if they do not contain any
1290 interior mutability.
1291
1292 Statics may contain interior mutability through the `UnsafeCell` language item.
1293 All access to a static is safe, but there are a number of restrictions on
1294 statics:
1295
1296 * Statics may not contain any destructors.
1297 * The types of static values must ascribe to `Sync` to allow thread-safe access.
1298 * Statics may not refer to other statics by value, only by reference.
1299 * Constants cannot refer to statics.
1300
1301 Constants should in general be preferred over statics, unless large amounts of
1302 data are being stored, or single-address and mutability properties are required.
1303
1304 #### Mutable statics
1305
1306 If a static item is declared with the `mut` keyword, then it is allowed to
1307 be modified by the program. One of Rust's goals is to make concurrency bugs
1308 hard to run into, and this is obviously a very large source of race conditions
1309 or other bugs. For this reason, an `unsafe` block is required when either
1310 reading or writing a mutable static variable. Care should be taken to ensure
1311 that modifications to a mutable static are safe with respect to other threads
1312 running in the same process.
1313
1314 Mutable statics are still very useful, however. They can be used with C
1315 libraries and can also be bound from C libraries (in an `extern` block).
1316
1317 ```
1318 # fn atomic_add(_: &mut u32, _: u32) -> u32 { 2 }
1319
1320 static mut LEVELS: u32 = 0;
1321
1322 // This violates the idea of no shared state, and this doesn't internally
1323 // protect against races, so this function is `unsafe`
1324 unsafe fn bump_levels_unsafe1() -> u32 {
1325     let ret = LEVELS;
1326     LEVELS += 1;
1327     return ret;
1328 }
1329
1330 // Assuming that we have an atomic_add function which returns the old value,
1331 // this function is "safe" but the meaning of the return value may not be what
1332 // callers expect, so it's still marked as `unsafe`
1333 unsafe fn bump_levels_unsafe2() -> u32 {
1334     return atomic_add(&mut LEVELS, 1);
1335 }
1336 ```
1337
1338 Mutable statics have the same restrictions as normal statics, except that the
1339 type of the value is not required to ascribe to `Sync`.
1340
1341 ### Traits
1342
1343 A _trait_ describes an abstract interface that types can
1344 implement. This interface consists of associated items, which come in
1345 three varieties:
1346
1347 - functions
1348 - constants
1349 - types
1350
1351 Associated functions whose first parameter is named `self` are called
1352 methods and may be invoked using `.` notation (e.g., `x.foo()`).
1353
1354 All traits define an implicit type parameter `Self` that refers to
1355 "the type that is implementing this interface". Traits may also
1356 contain additional type parameters. These type parameters (including
1357 `Self`) may be constrained by other traits and so forth as usual.
1358
1359 Trait bounds on `Self` are considered "supertraits". These are
1360 required to be acyclic.  Supertraits are somewhat different from other
1361 constraints in that they affect what methods are available in the
1362 vtable when the trait is used as a [trait object](#trait-objects).
1363
1364 Traits are implemented for specific types through separate
1365 [implementations](#implementations).
1366
1367 Consider the following trait:
1368
1369 ```
1370 # type Surface = i32;
1371 # type BoundingBox = i32;
1372 trait Shape {
1373     fn draw(&self, Surface);
1374     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox;
1375 }
1376 ```
1377
1378 This defines a trait with two methods. All values that have
1379 [implementations](#implementations) of this trait in scope can have their
1380 `draw` and `bounding_box` methods called, using `value.bounding_box()`
1381 [syntax](#method-call-expressions).
1382
1383 Traits can include default implementations of methods, as in:
1384
1385 ```
1386 trait Foo {
1387     fn bar(&self);
1388     fn baz(&self) { println!("We called baz."); }
1389 }
1390 ```
1391
1392 Here the `baz` method has a default implementation, so types that implement
1393 `Foo` need only implement `bar`. It is also possible for implementing types
1394 to override a method that has a default implementation.
1395
1396 Type parameters can be specified for a trait to make it generic. These appear
1397 after the trait name, using the same syntax used in [generic
1398 functions](#generic-functions).
1399
1400 ```
1401 trait Seq<T> {
1402    fn len(&self) -> u32;
1403    fn elt_at(&self, n: u32) -> T;
1404    fn iter<F>(&self, F) where F: Fn(T);
1405 }
1406 ```
1407
1408 It is also possible to define associated types for a trait. Consider the
1409 following example of a `Container` trait. Notice how the type is available
1410 for use in the method signatures:
1411
1412 ```
1413 trait Container {
1414     type E;
1415     fn empty() -> Self;
1416     fn insert(&mut self, Self::E);
1417 }
1418 ```
1419
1420 In order for a type to implement this trait, it must not only provide
1421 implementations for every method, but it must specify the type `E`. Here's
1422 an implementation of `Container` for the standard library type `Vec`:
1423
1424 ```
1425 # trait Container {
1426 #     type E;
1427 #     fn empty() -> Self;
1428 #     fn insert(&mut self, Self::E);
1429 # }
1430 impl<T> Container for Vec<T> {
1431     type E = T;
1432     fn empty() -> Vec<T> { Vec::new() }
1433     fn insert(&mut self, x: T) { self.push(x); }
1434 }
1435 ```
1436
1437 Generic functions may use traits as _bounds_ on their type parameters. This
1438 will have two effects:
1439
1440 - Only types that have the trait may instantiate the parameter.
1441 - Within the generic function, the methods of the trait can be
1442   called on values that have the parameter's type.
1443
1444 For example:
1445
1446 ```
1447 # type Surface = i32;
1448 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); }
1449 fn draw_twice<T: Shape>(surface: Surface, sh: T) {
1450     sh.draw(surface);
1451     sh.draw(surface);
1452 }
1453 ```
1454
1455 Traits also define a [trait object](#trait-objects) with the same
1456 name as the trait. Values of this type are created by coercing from a
1457 pointer of some specific type to a pointer of trait type. For example,
1458 `&T` could be coerced to `&Shape` if `T: Shape` holds (and similarly
1459 for `Box<T>`). This coercion can either be implicit or
1460 [explicit](#type-cast-expressions). Here is an example of an explicit
1461 coercion:
1462
1463 ```
1464 trait Shape { }
1465 impl Shape for i32 { }
1466 let mycircle = 0i32;
1467 let myshape: Box<Shape> = Box::new(mycircle) as Box<Shape>;
1468 ```
1469
1470 The resulting value is a box containing the value that was cast, along with
1471 information that identifies the methods of the implementation that was used.
1472 Values with a trait type can have [methods called](#method-call-expressions) on
1473 them, for any method in the trait, and can be used to instantiate type
1474 parameters that are bounded by the trait.
1475
1476 Trait methods may be static, which means that they lack a `self` argument.
1477 This means that they can only be called with function call syntax (`f(x)`) and
1478 not method call syntax (`obj.f()`). The way to refer to the name of a static
1479 method is to qualify it with the trait name, treating the trait name like a
1480 module. For example:
1481
1482 ```
1483 trait Num {
1484     fn from_i32(n: i32) -> Self;
1485 }
1486 impl Num for f64 {
1487     fn from_i32(n: i32) -> f64 { n as f64 }
1488 }
1489 let x: f64 = Num::from_i32(42);
1490 ```
1491
1492 Traits may inherit from other traits. For example, in
1493
1494 ```
1495 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1496 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1497 ```
1498
1499 the syntax `Circle : Shape` means that types that implement `Circle` must also
1500 have an implementation for `Shape`. Multiple supertraits are separated by `+`,
1501 `trait Circle : Shape + PartialEq { }`. In an implementation of `Circle` for a
1502 given type `T`, methods can refer to `Shape` methods, since the typechecker
1503 checks that any type with an implementation of `Circle` also has an
1504 implementation of `Shape`:
1505
1506 ```rust
1507 struct Foo;
1508
1509 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1510 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1511 # impl Shape for Foo {
1512 #     fn area(&self) -> f64 {
1513 #         0.0
1514 #     }
1515 # }
1516 impl Circle for Foo {
1517     fn radius(&self) -> f64 {
1518         println!("calling area: {}", self.area());
1519
1520         0.0
1521     }
1522 }
1523
1524 let c = Foo;
1525 c.radius();
1526 ```
1527
1528 In type-parameterized functions, methods of the supertrait may be called on
1529 values of subtrait-bound type parameters. Referring to the previous example of
1530 `trait Circle : Shape`:
1531
1532 ```
1533 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1534 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1535 fn radius_times_area<T: Circle>(c: T) -> f64 {
1536     // `c` is both a Circle and a Shape
1537     c.radius() * c.area()
1538 }
1539 ```
1540
1541 Likewise, supertrait methods may also be called on trait objects.
1542
1543 ```{.ignore}
1544 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1545 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1546 # impl Shape for i32 { fn area(&self) -> f64 { 0.0 } }
1547 # impl Circle for i32 { fn radius(&self) -> f64 { 0.0 } }
1548 # let mycircle = 0i32;
1549 let mycircle = Box::new(mycircle) as Box<Circle>;
1550 let nonsense = mycircle.radius() * mycircle.area();
1551 ```
1552
1553 ### Implementations
1554
1555 An _implementation_ is an item that implements a [trait](#traits) for a
1556 specific type.
1557
1558 Implementations are defined with the keyword `impl`.
1559
1560 ```
1561 # #[derive(Copy, Clone)]
1562 # struct Point {x: f64, y: f64};
1563 # type Surface = i32;
1564 # struct BoundingBox {x: f64, y: f64, width: f64, height: f64};
1565 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); fn bounding_box(&self) -> BoundingBox; }
1566 # fn do_draw_circle(s: Surface, c: Circle) { }
1567 struct Circle {
1568     radius: f64,
1569     center: Point,
1570 }
1571
1572 impl Copy for Circle {}
1573
1574 impl Clone for Circle {
1575     fn clone(&self) -> Circle { *self }
1576 }
1577
1578 impl Shape for Circle {
1579     fn draw(&self, s: Surface) { do_draw_circle(s, *self); }
1580     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox {
1581         let r = self.radius;
1582         BoundingBox{x: self.center.x - r, y: self.center.y - r,
1583          width: 2.0 * r, height: 2.0 * r}
1584     }
1585 }
1586 ```
1587
1588 It is possible to define an implementation without referring to a trait. The
1589 methods in such an implementation can only be used as direct calls on the
1590 values of the type that the implementation targets. In such an implementation,
1591 the trait type and `for` after `impl` are omitted. Such implementations are
1592 limited to nominal types (enums, structs), and the implementation must appear
1593 in the same crate as the `self` type:
1594
1595 ```
1596 struct Point {x: i32, y: i32}
1597
1598 impl Point {
1599     fn log(&self) {
1600         println!("Point is at ({}, {})", self.x, self.y);
1601     }
1602 }
1603
1604 let my_point = Point {x: 10, y:11};
1605 my_point.log();
1606 ```
1607
1608 When a trait _is_ specified in an `impl`, all methods declared as part of the
1609 trait must be implemented, with matching types and type parameter counts.
1610
1611 An implementation can take type parameters, which can be different from the
1612 type parameters taken by the trait it implements. Implementation parameters
1613 are written after the `impl` keyword.
1614
1615 ```
1616 # trait Seq<T> { fn dummy(&self, _: T) { } }
1617 impl<T> Seq<T> for Vec<T> {
1618    /* ... */
1619 }
1620 impl Seq<bool> for u32 {
1621    /* Treat the integer as a sequence of bits */
1622 }
1623 ```
1624
1625 ### External blocks
1626
1627 External blocks form the basis for Rust's foreign function interface.
1628 Declarations in an external block describe symbols in external, non-Rust
1629 libraries.
1630
1631 Functions within external blocks are declared in the same way as other Rust
1632 functions, with the exception that they may not have a body and are instead
1633 terminated by a semicolon.
1634
1635 Functions within external blocks may be called by Rust code, just like
1636 functions defined in Rust. The Rust compiler automatically translates between
1637 the Rust ABI and the foreign ABI.
1638
1639 A number of [attributes](#attributes) control the behavior of external blocks.
1640
1641 By default external blocks assume that the library they are calling uses the
1642 standard C "cdecl" ABI. Other ABIs may be specified using an `abi` string, as
1643 shown here:
1644
1645 ```ignore
1646 // Interface to the Windows API
1647 extern "stdcall" { }
1648 ```
1649
1650 The `link` attribute allows the name of the library to be specified. When
1651 specified the compiler will attempt to link against the native library of the
1652 specified name.
1653
1654 ```{.ignore}
1655 #[link(name = "crypto")]
1656 extern { }
1657 ```
1658
1659 The type of a function declared in an extern block is `extern "abi" fn(A1, ...,
1660 An) -> R`, where `A1...An` are the declared types of its arguments and `R` is
1661 the declared return type.
1662
1663 It is valid to add the `link` attribute on an empty extern block. You can use
1664 this to satisfy the linking requirements of extern blocks elsewhere in your code
1665 (including upstream crates) instead of adding the attribute to each extern block.
1666
1667 ## Visibility and Privacy
1668
1669 These two terms are often used interchangeably, and what they are attempting to
1670 convey is the answer to the question "Can this item be used at this location?"
1671
1672 Rust's name resolution operates on a global hierarchy of namespaces. Each level
1673 in the hierarchy can be thought of as some item. The items are one of those
1674 mentioned above, but also include external crates. Declaring or defining a new
1675 module can be thought of as inserting a new tree into the hierarchy at the
1676 location of the definition.
1677
1678 To control whether interfaces can be used across modules, Rust checks each use
1679 of an item to see whether it should be allowed or not. This is where privacy
1680 warnings are generated, or otherwise "you used a private item of another module
1681 and weren't allowed to."
1682
1683 By default, everything in Rust is *private*, with one exception. Enum variants
1684 in a `pub` enum are also public by default. When an item is declared as `pub`,
1685 it can be thought of as being accessible to the outside world. For example:
1686
1687 ```
1688 # fn main() {}
1689 // Declare a private struct
1690 struct Foo;
1691
1692 // Declare a public struct with a private field
1693 pub struct Bar {
1694     field: i32
1695 }
1696
1697 // Declare a public enum with two public variants
1698 pub enum State {
1699     PubliclyAccessibleState,
1700     PubliclyAccessibleState2,
1701 }
1702 ```
1703
1704 With the notion of an item being either public or private, Rust allows item
1705 accesses in two cases:
1706
1707 1. If an item is public, then it can be used externally through any of its
1708    public ancestors.
1709 2. If an item is private, it may be accessed by the current module and its
1710    descendants.
1711
1712 These two cases are surprisingly powerful for creating module hierarchies
1713 exposing public APIs while hiding internal implementation details. To help
1714 explain, here's a few use cases and what they would entail:
1715
1716 * A library developer needs to expose functionality to crates which link
1717   against their library. As a consequence of the first case, this means that
1718   anything which is usable externally must be `pub` from the root down to the
1719   destination item. Any private item in the chain will disallow external
1720   accesses.
1721
1722 * A crate needs a global available "helper module" to itself, but it doesn't
1723   want to expose the helper module as a public API. To accomplish this, the
1724   root of the crate's hierarchy would have a private module which then
1725   internally has a "public API". Because the entire crate is a descendant of
1726   the root, then the entire local crate can access this private module through
1727   the second case.
1728
1729 * When writing unit tests for a module, it's often a common idiom to have an
1730   immediate child of the module to-be-tested named `mod test`. This module
1731   could access any items of the parent module through the second case, meaning
1732   that internal implementation details could also be seamlessly tested from the
1733   child module.
1734
1735 In the second case, it mentions that a private item "can be accessed" by the
1736 current module and its descendants, but the exact meaning of accessing an item
1737 depends on what the item is. Accessing a module, for example, would mean
1738 looking inside of it (to import more items). On the other hand, accessing a
1739 function would mean that it is invoked. Additionally, path expressions and
1740 import statements are considered to access an item in the sense that the
1741 import/expression is only valid if the destination is in the current visibility
1742 scope.
1743
1744 Here's an example of a program which exemplifies the three cases outlined
1745 above:
1746
1747 ```
1748 // This module is private, meaning that no external crate can access this
1749 // module. Because it is private at the root of this current crate, however, any
1750 // module in the crate may access any publicly visible item in this module.
1751 mod crate_helper_module {
1752
1753     // This function can be used by anything in the current crate
1754     pub fn crate_helper() {}
1755
1756     // This function *cannot* be used by anything else in the crate. It is not
1757     // publicly visible outside of the `crate_helper_module`, so only this
1758     // current module and its descendants may access it.
1759     fn implementation_detail() {}
1760 }
1761
1762 // This function is "public to the root" meaning that it's available to external
1763 // crates linking against this one.
1764 pub fn public_api() {}
1765
1766 // Similarly to 'public_api', this module is public so external crates may look
1767 // inside of it.
1768 pub mod submodule {
1769     use crate_helper_module;
1770
1771     pub fn my_method() {
1772         // Any item in the local crate may invoke the helper module's public
1773         // interface through a combination of the two rules above.
1774         crate_helper_module::crate_helper();
1775     }
1776
1777     // This function is hidden to any module which is not a descendant of
1778     // `submodule`
1779     fn my_implementation() {}
1780
1781     #[cfg(test)]
1782     mod test {
1783
1784         #[test]
1785         fn test_my_implementation() {
1786             // Because this module is a descendant of `submodule`, it's allowed
1787             // to access private items inside of `submodule` without a privacy
1788             // violation.
1789             super::my_implementation();
1790         }
1791     }
1792 }
1793
1794 # fn main() {}
1795 ```
1796
1797 For a rust program to pass the privacy checking pass, all paths must be valid
1798 accesses given the two rules above. This includes all use statements,
1799 expressions, types, etc.
1800
1801 ### Re-exporting and Visibility
1802
1803 Rust allows publicly re-exporting items through a `pub use` directive. Because
1804 this is a public directive, this allows the item to be used in the current
1805 module through the rules above. It essentially allows public access into the
1806 re-exported item. For example, this program is valid:
1807
1808 ```
1809 pub use self::implementation::api;
1810
1811 mod implementation {
1812     pub mod api {
1813         pub fn f() {}
1814     }
1815 }
1816
1817 # fn main() {}
1818 ```
1819
1820 This means that any external crate referencing `implementation::api::f` would
1821 receive a privacy violation, while the path `api::f` would be allowed.
1822
1823 When re-exporting a private item, it can be thought of as allowing the "privacy
1824 chain" being short-circuited through the reexport instead of passing through
1825 the namespace hierarchy as it normally would.
1826
1827 ## Attributes
1828
1829 Any item declaration may have an _attribute_ applied to it. Attributes in Rust
1830 are modeled on Attributes in ECMA-335, with the syntax coming from ECMA-334
1831 (C#). An attribute is a general, free-form metadatum that is interpreted
1832 according to name, convention, and language and compiler version. Attributes
1833 may appear as any of:
1834
1835 * A single identifier, the attribute name
1836 * An identifier followed by the equals sign '=' and a literal, providing a
1837   key/value pair
1838 * An identifier followed by a parenthesized list of sub-attribute arguments
1839
1840 Attributes with a bang ("!") after the hash ("#") apply to the item that the
1841 attribute is declared within. Attributes that do not have a bang after the hash
1842 apply to the item that follows the attribute.
1843
1844 An example of attributes:
1845
1846 ```{.rust}
1847 // General metadata applied to the enclosing module or crate.
1848 #![crate_type = "lib"]
1849
1850 // A function marked as a unit test
1851 #[test]
1852 fn test_foo() {
1853   /* ... */
1854 }
1855
1856 // A conditionally-compiled module
1857 #[cfg(target_os="linux")]
1858 mod bar {
1859   /* ... */
1860 }
1861
1862 // A lint attribute used to suppress a warning/error
1863 #[allow(non_camel_case_types)]
1864 type int8_t = i8;
1865 ```
1866
1867 > **Note:** At some point in the future, the compiler will distinguish between
1868 > language-reserved and user-available attributes. Until then, there is
1869 > effectively no difference between an attribute handled by a loadable syntax
1870 > extension and the compiler.
1871
1872 ### Crate-only attributes
1873
1874 - `crate_name` - specify the crate's crate name.
1875 - `crate_type` - see [linkage](#linkage).
1876 - `feature` - see [compiler features](#compiler-features).
1877 - `no_builtins` - disable optimizing certain code patterns to invocations of
1878                   library functions that are assumed to exist
1879 - `no_main` - disable emitting the `main` symbol. Useful when some other
1880    object being linked to defines `main`.
1881 - `no_start` - disable linking to the `native` crate, which specifies the
1882   "start" language item.
1883 - `no_std` - disable linking to the `std` crate.
1884 - `plugin` - load a list of named crates as compiler plugins, e.g.
1885              `#![plugin(foo, bar)]`. Optional arguments for each plugin,
1886              i.e. `#![plugin(foo(... args ...))]`, are provided to the plugin's
1887              registrar function.  The `plugin` feature gate is required to use
1888              this attribute.
1889 - `recursion_limit` - Sets the maximum depth for potentially
1890                       infinitely-recursive compile-time operations like
1891                       auto-dereference or macro expansion. The default is
1892                       `#![recursion_limit="64"]`.
1893
1894 ### Module-only attributes
1895
1896 - `no_implicit_prelude` - disable injecting `use std::prelude::*` in this
1897   module.
1898 - `path` - specifies the file to load the module from. `#[path="foo.rs"] mod
1899   bar;` is equivalent to `mod bar { /* contents of foo.rs */ }`. The path is
1900   taken relative to the directory that the current module is in.
1901
1902 ### Function-only attributes
1903
1904 - `main` - indicates that this function should be passed to the entry point,
1905   rather than the function in the crate root named `main`.
1906 - `plugin_registrar` - mark this function as the registration point for
1907   [compiler plugins][plugin], such as loadable syntax extensions.
1908 - `start` - indicates that this function should be used as the entry point,
1909   overriding the "start" language item. See the "start" [language
1910   item](#language-items) for more details.
1911 - `test` - indicates that this function is a test function, to only be compiled
1912   in case of `--test`.
1913 - `should_panic` - indicates that this test function should panic, inverting the success condition.
1914 - `cold` - The function is unlikely to be executed, so optimize it (and calls
1915   to it) differently.
1916
1917 ### Static-only attributes
1918
1919 - `thread_local` - on a `static mut`, this signals that the value of this
1920   static may change depending on the current thread. The exact consequences of
1921   this are implementation-defined.
1922
1923 ### FFI attributes
1924
1925 On an `extern` block, the following attributes are interpreted:
1926
1927 - `link_args` - specify arguments to the linker, rather than just the library
1928   name and type. This is feature gated and the exact behavior is
1929   implementation-defined (due to variety of linker invocation syntax).
1930 - `link` - indicate that a native library should be linked to for the
1931   declarations in this block to be linked correctly. `link` supports an optional
1932   `kind` key with three possible values: `dylib`, `static`, and `framework`. See
1933   [external blocks](#external-blocks) for more about external blocks. Two
1934   examples: `#[link(name = "readline")]` and
1935   `#[link(name = "CoreFoundation", kind = "framework")]`.
1936 - `linked_from` - indicates what native library this block of FFI items is
1937   coming from. This attribute is of the form `#[linked_from = "foo"]` where
1938   `foo` is the name of a library in either `#[link]` or a `-l` flag. This
1939   attribute is currently required to export symbols from a Rust dynamic library
1940   on Windows, and it is feature gated behind the `linked_from` feature.
1941
1942 On declarations inside an `extern` block, the following attributes are
1943 interpreted:
1944
1945 - `link_name` - the name of the symbol that this function or static should be
1946   imported as.
1947 - `linkage` - on a static, this specifies the [linkage
1948   type](http://llvm.org/docs/LangRef.html#linkage-types).
1949
1950 On `enum`s:
1951
1952 - `repr` - on C-like enums, this sets the underlying type used for
1953   representation. Takes one argument, which is the primitive
1954   type this enum should be represented for, or `C`, which specifies that it
1955   should be the default `enum` size of the C ABI for that platform. Note that
1956   enum representation in C is undefined, and this may be incorrect when the C
1957   code is compiled with certain flags.
1958
1959 On `struct`s:
1960
1961 - `repr` - specifies the representation to use for this struct. Takes a list
1962   of options. The currently accepted ones are `C` and `packed`, which may be
1963   combined. `C` will use a C ABI compatible struct layout, and `packed` will
1964   remove any padding between fields (note that this is very fragile and may
1965   break platforms which require aligned access).
1966
1967 ### Macro-related attributes
1968
1969 - `macro_use` on a `mod` â€” macros defined in this module will be visible in the
1970   module's parent, after this module has been included.
1971
1972 - `macro_use` on an `extern crate` â€” load macros from this crate.  An optional
1973   list of names `#[macro_use(foo, bar)]` restricts the import to just those
1974   macros named.  The `extern crate` must appear at the crate root, not inside
1975   `mod`, which ensures proper function of the [`$crate` macro
1976   variable](book/macros.html#the-variable-$crate).
1977
1978 - `macro_reexport` on an `extern crate` â€” re-export the named macros.
1979
1980 - `macro_export` - export a macro for cross-crate usage.
1981
1982 - `no_link` on an `extern crate` â€” even if we load this crate for macros, don't
1983   link it into the output.
1984
1985 See the [macros section of the
1986 book](book/macros.html#scoping-and-macro-import/export) for more information on
1987 macro scope.
1988
1989
1990 ### Miscellaneous attributes
1991
1992 - `export_name` - on statics and functions, this determines the name of the
1993   exported symbol.
1994 - `link_section` - on statics and functions, this specifies the section of the
1995   object file that this item's contents will be placed into.
1996 - `no_mangle` - on any item, do not apply the standard name mangling. Set the
1997   symbol for this item to its identifier.
1998 - `simd` - on certain tuple structs, derive the arithmetic operators, which
1999   lower to the target's SIMD instructions, if any; the `simd` feature gate
2000   is necessary to use this attribute.
2001 - `unsafe_no_drop_flag` - on structs, remove the flag that prevents
2002   destructors from being run twice. Destructors might be run multiple times on
2003   the same object with this attribute. To use this, the `unsafe_no_drop_flag` feature
2004   gate must be enabled.
2005 - `doc` - Doc comments such as `/// foo` are equivalent to `#[doc = "foo"]`.
2006 - `rustc_on_unimplemented` - Write a custom note to be shown along with the error
2007    when the trait is found to be unimplemented on a type.
2008    You may use format arguments like `{T}`, `{A}` to correspond to the
2009    types at the point of use corresponding to the type parameters of the
2010    trait of the same name. `{Self}` will be replaced with the type that is supposed
2011    to implement the trait but doesn't. To use this, the `on_unimplemented` feature gate
2012    must be enabled.
2013
2014 ### Conditional compilation
2015
2016 Sometimes one wants to have different compiler outputs from the same code,
2017 depending on build target, such as targeted operating system, or to enable
2018 release builds.
2019
2020 There are two kinds of configuration options, one that is either defined or not
2021 (`#[cfg(foo)]`), and the other that contains a string that can be checked
2022 against (`#[cfg(bar = "baz")]`). Currently, only compiler-defined configuration
2023 options can have the latter form.
2024
2025 ```
2026 // The function is only included in the build when compiling for OSX
2027 #[cfg(target_os = "macos")]
2028 fn macos_only() {
2029   // ...
2030 }
2031
2032 // This function is only included when either foo or bar is defined
2033 #[cfg(any(foo, bar))]
2034 fn needs_foo_or_bar() {
2035   // ...
2036 }
2037
2038 // This function is only included when compiling for a unixish OS with a 32-bit
2039 // architecture
2040 #[cfg(all(unix, target_pointer_width = "32"))]
2041 fn on_32bit_unix() {
2042   // ...
2043 }
2044
2045 // This function is only included when foo is not defined
2046 #[cfg(not(foo))]
2047 fn needs_not_foo() {
2048   // ...
2049 }
2050 ```
2051
2052 This illustrates some conditional compilation can be achieved using the
2053 `#[cfg(...)]` attribute. `any`, `all` and `not` can be used to assemble
2054 arbitrarily complex configurations through nesting.
2055
2056 The following configurations must be defined by the implementation:
2057
2058 * `debug_assertions`. Enabled by default when compiling without optimizations.
2059   This can be used to enable extra debugging code in development but not in
2060   production.  For example, it controls the behavior of the standard library's
2061   `debug_assert!` macro.
2062 * `target_arch = "..."`. Target CPU architecture, such as `"x86"`, `"x86_64"`
2063   `"mips"`, `"powerpc"`, `"arm"`, or `"aarch64"`.
2064 * `target_endian = "..."`. Endianness of the target CPU, either `"little"` or
2065   `"big"`.
2066 * `target_env = ".."` - an option provided by the compiler by default
2067   describing the runtime environment of the target platform. Some examples of
2068   this are `musl` for builds targeting the MUSL libc implementation, `msvc` for
2069   Windows builds targeting MSVC, and `gnu` frequently the rest of the time. This
2070   option may also be blank on some platforms.
2071 * `target_family = "..."`. Operating system family of the target, e. g.
2072   `"unix"` or `"windows"`. The value of this configuration option is defined
2073   as a configuration itself, like `unix` or `windows`.
2074 * `target_os = "..."`. Operating system of the target, examples include
2075   `"windows"`, `"macos"`, `"ios"`, `"linux"`, `"android"`, `"freebsd"`, `"dragonfly"`,
2076   `"bitrig"` , `"openbsd"` or `"netbsd"`.
2077 * `target_pointer_width = "..."`. Target pointer width in bits. This is set
2078   to `"32"` for targets with 32-bit pointers, and likewise set to `"64"` for
2079   64-bit pointers.
2080 * `test`. Enabled when compiling the test harness (using the `--test` flag).
2081 * `unix`. See `target_family`.
2082 * `windows`. See `target_family`.
2083
2084 You can also set another attribute based on a `cfg` variable with `cfg_attr`:
2085
2086 ```rust,ignore
2087 #[cfg_attr(a, b)]
2088 ```
2089
2090 Will be the same as `#[b]` if `a` is set by `cfg`, and nothing otherwise.
2091
2092 ### Lint check attributes
2093
2094 A lint check names a potentially undesirable coding pattern, such as
2095 unreachable code or omitted documentation, for the static entity to which the
2096 attribute applies.
2097
2098 For any lint check `C`:
2099
2100 * `allow(C)` overrides the check for `C` so that violations will go
2101    unreported,
2102 * `deny(C)` signals an error after encountering a violation of `C`,
2103 * `forbid(C)` is the same as `deny(C)`, but also forbids changing the lint
2104    level afterwards,
2105 * `warn(C)` warns about violations of `C` but continues compilation.
2106
2107 The lint checks supported by the compiler can be found via `rustc -W help`,
2108 along with their default settings.  [Compiler
2109 plugins](book/compiler-plugins.html#lint-plugins) can provide additional lint checks.
2110
2111 ```{.ignore}
2112 mod m1 {
2113     // Missing documentation is ignored here
2114     #[allow(missing_docs)]
2115     pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2116
2117     // Missing documentation signals a warning here
2118     #[warn(missing_docs)]
2119     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2120
2121     // Missing documentation signals an error here
2122     #[deny(missing_docs)]
2123     pub fn undocumented_end() -> i32 { 3 }
2124 }
2125 ```
2126
2127 This example shows how one can use `allow` and `warn` to toggle a particular
2128 check on and off:
2129
2130 ```{.ignore}
2131 #[warn(missing_docs)]
2132 mod m2{
2133     #[allow(missing_docs)]
2134     mod nested {
2135         // Missing documentation is ignored here
2136         pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2137
2138         // Missing documentation signals a warning here,
2139         // despite the allow above.
2140         #[warn(missing_docs)]
2141         pub fn undocumented_two() -> i32 { 2 }
2142     }
2143
2144     // Missing documentation signals a warning here
2145     pub fn undocumented_too() -> i32 { 3 }
2146 }
2147 ```
2148
2149 This example shows how one can use `forbid` to disallow uses of `allow` for
2150 that lint check:
2151
2152 ```{.ignore}
2153 #[forbid(missing_docs)]
2154 mod m3 {
2155     // Attempting to toggle warning signals an error here
2156     #[allow(missing_docs)]
2157     /// Returns 2.
2158     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2159 }
2160 ```
2161
2162 ### Language items
2163
2164 Some primitive Rust operations are defined in Rust code, rather than being
2165 implemented directly in C or assembly language. The definitions of these
2166 operations have to be easy for the compiler to find. The `lang` attribute
2167 makes it possible to declare these operations. For example, the `str` module
2168 in the Rust standard library defines the string equality function:
2169
2170 ```{.ignore}
2171 #[lang = "str_eq"]
2172 pub fn eq_slice(a: &str, b: &str) -> bool {
2173     // details elided
2174 }
2175 ```
2176
2177 The name `str_eq` has a special meaning to the Rust compiler, and the presence
2178 of this definition means that it will use this definition when generating calls
2179 to the string equality function.
2180
2181 The set of language items is currently considered unstable. A complete
2182 list of the built-in language items will be added in the future.
2183
2184 ### Inline attributes
2185
2186 The inline attribute suggests that the compiler should place a copy of
2187 the function or static in the caller, rather than generating code to
2188 call the function or access the static where it is defined.
2189
2190 The compiler automatically inlines functions based on internal heuristics.
2191 Incorrectly inlining functions can actually make the program slower, so it
2192 should be used with care.
2193
2194 `#[inline]` and `#[inline(always)]` always cause the function to be serialized
2195 into the crate metadata to allow cross-crate inlining.
2196
2197 There are three different types of inline attributes:
2198
2199 * `#[inline]` hints the compiler to perform an inline expansion.
2200 * `#[inline(always)]` asks the compiler to always perform an inline expansion.
2201 * `#[inline(never)]` asks the compiler to never perform an inline expansion.
2202
2203 ### `derive`
2204
2205 The `derive` attribute allows certain traits to be automatically implemented
2206 for data structures. For example, the following will create an `impl` for the
2207 `PartialEq` and `Clone` traits for `Foo`, the type parameter `T` will be given
2208 the `PartialEq` or `Clone` constraints for the appropriate `impl`:
2209
2210 ```
2211 #[derive(PartialEq, Clone)]
2212 struct Foo<T> {
2213     a: i32,
2214     b: T
2215 }
2216 ```
2217
2218 The generated `impl` for `PartialEq` is equivalent to
2219
2220 ```
2221 # struct Foo<T> { a: i32, b: T }
2222 impl<T: PartialEq> PartialEq for Foo<T> {
2223     fn eq(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2224         self.a == other.a && self.b == other.b
2225     }
2226
2227     fn ne(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2228         self.a != other.a || self.b != other.b
2229     }
2230 }
2231 ```
2232
2233 ### Compiler Features
2234
2235 Certain aspects of Rust may be implemented in the compiler, but they're not
2236 necessarily ready for every-day use. These features are often of "prototype
2237 quality" or "almost production ready", but may not be stable enough to be
2238 considered a full-fledged language feature.
2239
2240 For this reason, Rust recognizes a special crate-level attribute of the form:
2241
2242 ```{.ignore}
2243 #![feature(feature1, feature2, feature3)]
2244 ```
2245
2246 This directive informs the compiler that the feature list: `feature1`,
2247 `feature2`, and `feature3` should all be enabled. This is only recognized at a
2248 crate-level, not at a module-level. Without this directive, all features are
2249 considered off, and using the features will result in a compiler error.
2250
2251 The currently implemented features of the reference compiler are:
2252
2253 * `advanced_slice_patterns` - See the [match expressions](#match-expressions)
2254                               section for discussion; the exact semantics of
2255                               slice patterns are subject to change, so some types
2256                               are still unstable.
2257
2258 * `slice_patterns` - OK, actually, slice patterns are just scary and
2259                      completely unstable.
2260
2261 * `asm` - The `asm!` macro provides a means for inline assembly. This is often
2262           useful, but the exact syntax for this feature along with its
2263           semantics are likely to change, so this macro usage must be opted
2264           into.
2265
2266 * `associated_consts` - Allows constants to be defined in `impl` and `trait`
2267                         blocks, so that they can be associated with a type or
2268                         trait in a similar manner to methods and associated
2269                         types.
2270
2271 * `box_patterns` - Allows `box` patterns, the exact semantics of which
2272                    is subject to change.
2273
2274 * `box_syntax` - Allows use of `box` expressions, the exact semantics of which
2275                  is subject to change.
2276
2277 * `concat_idents` - Allows use of the `concat_idents` macro, which is in many
2278                     ways insufficient for concatenating identifiers, and may be
2279                     removed entirely for something more wholesome.
2280
2281 * `custom_attribute` - Allows the usage of attributes unknown to the compiler
2282                        so that new attributes can be added in a backwards compatible
2283                        manner (RFC 572).
2284
2285 * `custom_derive` - Allows the use of `#[derive(Foo,Bar)]` as sugar for
2286                     `#[derive_Foo] #[derive_Bar]`, which can be user-defined syntax
2287                     extensions.
2288
2289 * `intrinsics` - Allows use of the "rust-intrinsics" ABI. Compiler intrinsics
2290                  are inherently unstable and no promise about them is made.
2291
2292 * `lang_items` - Allows use of the `#[lang]` attribute. Like `intrinsics`,
2293                  lang items are inherently unstable and no promise about them
2294                  is made.
2295
2296 * `link_args` - This attribute is used to specify custom flags to the linker,
2297                 but usage is strongly discouraged. The compiler's usage of the
2298                 system linker is not guaranteed to continue in the future, and
2299                 if the system linker is not used then specifying custom flags
2300                 doesn't have much meaning.
2301
2302 * `link_llvm_intrinsics` â€“ Allows linking to LLVM intrinsics via
2303                            `#[link_name="llvm.*"]`.
2304
2305 * `linkage` - Allows use of the `linkage` attribute, which is not portable.
2306
2307 * `log_syntax` - Allows use of the `log_syntax` macro attribute, which is a
2308                  nasty hack that will certainly be removed.
2309
2310 * `main` - Allows use of the `#[main]` attribute, which changes the entry point
2311            into a Rust program. This capability is subject to change.
2312
2313 * `macro_reexport` - Allows macros to be re-exported from one crate after being imported
2314                      from another. This feature was originally designed with the sole
2315                      use case of the Rust standard library in mind, and is subject to
2316                      change.
2317
2318 * `non_ascii_idents` - The compiler supports the use of non-ascii identifiers,
2319                        but the implementation is a little rough around the
2320                        edges, so this can be seen as an experimental feature
2321                        for now until the specification of identifiers is fully
2322                        fleshed out.
2323
2324 * `no_std` - Allows the `#![no_std]` crate attribute, which disables the implicit
2325              `extern crate std`. This typically requires use of the unstable APIs
2326              behind the libstd "facade", such as libcore and libcollections. It
2327              may also cause problems when using syntax extensions, including
2328              `#[derive]`.
2329
2330 * `on_unimplemented` - Allows the `#[rustc_on_unimplemented]` attribute, which allows
2331                        trait definitions to add specialized notes to error messages
2332                        when an implementation was expected but not found.
2333
2334 * `optin_builtin_traits` - Allows the definition of default and negative trait
2335                            implementations. Experimental.
2336
2337 * `plugin` - Usage of [compiler plugins][plugin] for custom lints or syntax extensions.
2338              These depend on compiler internals and are subject to change.
2339
2340 * `plugin_registrar` - Indicates that a crate provides [compiler plugins][plugin].
2341
2342 * `quote` - Allows use of the `quote_*!` family of macros, which are
2343             implemented very poorly and will likely change significantly
2344             with a proper implementation.
2345
2346 * `rustc_attrs` - Gates internal `#[rustc_*]` attributes which may be
2347                   for internal use only or have meaning added to them in the future.
2348
2349 * `rustc_diagnostic_macros`- A mysterious feature, used in the implementation
2350                              of rustc, not meant for mortals.
2351
2352 * `simd` - Allows use of the `#[simd]` attribute, which is overly simple and
2353            not the SIMD interface we want to expose in the long term.
2354
2355 * `simd_ffi` - Allows use of SIMD vectors in signatures for foreign functions.
2356                The SIMD interface is subject to change.
2357
2358 * `staged_api` - Allows usage of stability markers and `#![staged_api]` in a
2359                  crate. Stability markers are also attributes: `#[stable]`,
2360                  `#[unstable]`, and `#[deprecated]` are the three levels.
2361
2362 * `start` - Allows use of the `#[start]` attribute, which changes the entry point
2363             into a Rust program. This capability, especially the signature for the
2364             annotated function, is subject to change.
2365
2366 * `struct_inherit` - Allows using struct inheritance, which is barely
2367                      implemented and will probably be removed. Don't use this.
2368
2369 * `struct_variant` - Structural enum variants (those with named fields). It is
2370                      currently unknown whether this style of enum variant is as
2371                      fully supported as the tuple-forms, and it's not certain
2372                      that this style of variant should remain in the language.
2373                      For now this style of variant is hidden behind a feature
2374                      flag.
2375
2376 * `thread_local` - The usage of the `#[thread_local]` attribute is experimental
2377                    and should be seen as unstable. This attribute is used to
2378                    declare a `static` as being unique per-thread leveraging
2379                    LLVM's implementation which works in concert with the kernel
2380                    loader and dynamic linker. This is not necessarily available
2381                    on all platforms, and usage of it is discouraged.
2382
2383 * `trace_macros` - Allows use of the `trace_macros` macro, which is a nasty
2384                    hack that will certainly be removed.
2385
2386 * `unboxed_closures` - Rust's new closure design, which is currently a work in
2387                        progress feature with many known bugs.
2388
2389 * `unsafe_no_drop_flag` - Allows use of the `#[unsafe_no_drop_flag]` attribute,
2390                           which removes hidden flag added to a type that
2391                           implements the `Drop` trait. The design for the
2392                           `Drop` flag is subject to change, and this feature
2393                           may be removed in the future.
2394
2395 * `unmarked_api` - Allows use of items within a `#![staged_api]` crate
2396                    which have not been marked with a stability marker.
2397                    Such items should not be allowed by the compiler to exist,
2398                    so if you need this there probably is a compiler bug.
2399
2400 * `visible_private_types` - Allows public APIs to expose otherwise private
2401                             types, e.g. as the return type of a public function.
2402                             This capability may be removed in the future.
2403
2404 * `allow_internal_unstable` - Allows `macro_rules!` macros to be tagged with the
2405                               `#[allow_internal_unstable]` attribute, designed
2406                               to allow `std` macros to call
2407                               `#[unstable]`/feature-gated functionality
2408                               internally without imposing on callers
2409                               (i.e. making them behave like function calls in
2410                               terms of encapsulation).
2411 * - `default_type_parameter_fallback` - Allows type parameter defaults to
2412                                         influence type inference.
2413
2414 If a feature is promoted to a language feature, then all existing programs will
2415 start to receive compilation warnings about `#![feature]` directives which enabled
2416 the new feature (because the directive is no longer necessary). However, if a
2417 feature is decided to be removed from the language, errors will be issued (if
2418 there isn't a parser error first). The directive in this case is no longer
2419 necessary, and it's likely that existing code will break if the feature isn't
2420 removed.
2421
2422 If an unknown feature is found in a directive, it results in a compiler error.
2423 An unknown feature is one which has never been recognized by the compiler.
2424
2425 # Statements and expressions
2426
2427 Rust is _primarily_ an expression language. This means that most forms of
2428 value-producing or effect-causing evaluation are directed by the uniform syntax
2429 category of _expressions_. Each kind of expression can typically _nest_ within
2430 each other kind of expression, and rules for evaluation of expressions involve
2431 specifying both the value produced by the expression and the order in which its
2432 sub-expressions are themselves evaluated.
2433
2434 In contrast, statements in Rust serve _mostly_ to contain and explicitly
2435 sequence expression evaluation.
2436
2437 ## Statements
2438
2439 A _statement_ is a component of a block, which is in turn a component of an
2440 outer [expression](#expressions) or [function](#functions).
2441
2442 Rust has two kinds of statement: [declaration
2443 statements](#declaration-statements) and [expression
2444 statements](#expression-statements).
2445
2446 ### Declaration statements
2447
2448 A _declaration statement_ is one that introduces one or more *names* into the
2449 enclosing statement block. The declared names may denote new variables or new
2450 items.
2451
2452 #### Item declarations
2453
2454 An _item declaration statement_ has a syntactic form identical to an
2455 [item](#items) declaration within a module. Declaring an item &mdash; a
2456 function, enumeration, structure, type, static, trait, implementation or module
2457 &mdash; locally within a statement block is simply a way of restricting its
2458 scope to a narrow region containing all of its uses; it is otherwise identical
2459 in meaning to declaring the item outside the statement block.
2460
2461 > **Note**: there is no implicit capture of the function's dynamic environment when
2462 > declaring a function-local item.
2463
2464 #### Variable declarations
2465
2466 A _variable declaration_ introduces a new set of variable, given by a pattern. The
2467 pattern may be followed by a type annotation, and/or an initializer expression.
2468 When no type annotation is given, the compiler will infer the type, or signal
2469 an error if insufficient type information is available for definite inference.
2470 Any variables introduced by a variable declaration are visible from the point of
2471 declaration until the end of the enclosing block scope.
2472
2473 ### Expression statements
2474
2475 An _expression statement_ is one that evaluates an [expression](#expressions)
2476 and ignores its result. The type of an expression statement `e;` is always
2477 `()`, regardless of the type of `e`. As a rule, an expression statement's
2478 purpose is to trigger the effects of evaluating its expression.
2479
2480 ## Expressions
2481
2482 An expression may have two roles: it always produces a *value*, and it may have
2483 *effects* (otherwise known as "side effects"). An expression *evaluates to* a
2484 value, and has effects during *evaluation*. Many expressions contain
2485 sub-expressions (operands). The meaning of each kind of expression dictates
2486 several things:
2487
2488 * Whether or not to evaluate the sub-expressions when evaluating the expression
2489 * The order in which to evaluate the sub-expressions
2490 * How to combine the sub-expressions' values to obtain the value of the expression
2491
2492 In this way, the structure of expressions dictates the structure of execution.
2493 Blocks are just another kind of expression, so blocks, statements, expressions,
2494 and blocks again can recursively nest inside each other to an arbitrary depth.
2495
2496 #### Lvalues, rvalues and temporaries
2497
2498 Expressions are divided into two main categories: _lvalues_ and _rvalues_.
2499 Likewise within each expression, sub-expressions may occur in _lvalue context_
2500 or _rvalue context_. The evaluation of an expression depends both on its own
2501 category and the context it occurs within.
2502
2503 An lvalue is an expression that represents a memory location. These expressions
2504 are [paths](#path-expressions) (which refer to local variables, function and
2505 method arguments, or static variables), dereferences (`*expr`), [indexing
2506 expressions](#index-expressions) (`expr[expr]`), and [field
2507 references](#field-expressions) (`expr.f`). All other expressions are rvalues.
2508
2509 The left operand of an [assignment](#assignment-expressions) or
2510 [compound-assignment](#compound-assignment-expressions) expression is
2511 an lvalue context, as is the single operand of a unary
2512 [borrow](#unary-operator-expressions). The discriminant or subject of
2513 a [match expression](#match-expressions) may be an lvalue context, if
2514 ref bindings are made, but is otherwise an rvalue context. All other
2515 expression contexts are rvalue contexts.
2516
2517 When an lvalue is evaluated in an _lvalue context_, it denotes a memory
2518 location; when evaluated in an _rvalue context_, it denotes the value held _in_
2519 that memory location.
2520
2521 ##### Temporary lifetimes
2522
2523 When an rvalue is used in an lvalue context, a temporary un-named
2524 lvalue is created and used instead. The lifetime of temporary values
2525 is typically the innermost enclosing statement; the tail expression of
2526 a block is considered part of the statement that encloses the block.
2527
2528 When a temporary rvalue is being created that is assigned into a `let`
2529 declaration, however, the temporary is created with the lifetime of
2530 the enclosing block instead, as using the enclosing statement (the
2531 `let` declaration) would be a guaranteed error (since a pointer to the
2532 temporary would be stored into a variable, but the temporary would be
2533 freed before the variable could be used). The compiler uses simple
2534 syntactic rules to decide which values are being assigned into a `let`
2535 binding, and therefore deserve a longer temporary lifetime.
2536
2537 Here are some examples:
2538
2539 - `let x = foo(&temp())`. The expression `temp()` is an rvalue. As it
2540   is being borrowed, a temporary is created which will be freed after
2541   the innermost enclosing statement (the `let` declaration, in this case).
2542 - `let x = temp().foo()`. This is the same as the previous example,
2543   except that the value of `temp()` is being borrowed via autoref on a
2544   method-call. Here we are assuming that `foo()` is an `&self` method
2545   defined in some trait, say `Foo`. In other words, the expression
2546   `temp().foo()` is equivalent to `Foo::foo(&temp())`.
2547 - `let x = &temp()`. Here, the same temporary is being assigned into
2548   `x`, rather than being passed as a parameter, and hence the
2549   temporary's lifetime is considered to be the enclosing block.
2550 - `let x = SomeStruct { foo: &temp() }`. As in the previous case, the
2551   temporary is assigned into a struct which is then assigned into a
2552   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2553 - `let x = [ &temp() ]`. As in the previous case, the
2554   temporary is assigned into an array which is then assigned into a
2555   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2556 - `let ref x = temp()`. In this case, the temporary is created using a ref binding,
2557   but the result is the same: the lifetime is extended to the enclosing block.
2558
2559 #### Moved and copied types
2560
2561 When a [local variable](#variables) is used as an
2562 [rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries), the variable will be copied
2563 if its type implements `Copy`. All others are moved.
2564
2565 ### Literal expressions
2566
2567 A _literal expression_ consists of one of the [literal](#literals) forms
2568 described earlier. It directly describes a number, character, string, boolean
2569 value, or the unit value.
2570
2571 ```{.literals}
2572 ();        // unit type
2573 "hello";   // string type
2574 '5';       // character type
2575 5;         // integer type
2576 ```
2577
2578 ### Path expressions
2579
2580 A [path](#paths) used as an expression context denotes either a local variable
2581 or an item. Path expressions are [lvalues](#lvalues,-rvalues-and-temporaries).
2582
2583 ### Tuple expressions
2584
2585 Tuples are written by enclosing zero or more comma-separated expressions in
2586 parentheses. They are used to create [tuple-typed](#tuple-types) values.
2587
2588 ```{.tuple}
2589 (0.0, 4.5);
2590 ("a", 4usize, true);
2591 ```
2592
2593 You can disambiguate a single-element tuple from a value in parentheses with a
2594 comma:
2595
2596 ```
2597 (0,); // single-element tuple
2598 (0); // zero in parentheses
2599 ```
2600
2601 ### Structure expressions
2602
2603 There are several forms of structure expressions. A _structure expression_
2604 consists of the [path](#paths) of a [structure item](#structures), followed by
2605 a brace-enclosed list of one or more comma-separated name-value pairs,
2606 providing the field values of a new instance of the structure. A field name
2607 can be any identifier, and is separated from its value expression by a colon.
2608 The location denoted by a structure field is mutable if and only if the
2609 enclosing structure is mutable.
2610
2611 A _tuple structure expression_ consists of the [path](#paths) of a [structure
2612 item](#structures), followed by a parenthesized list of one or more
2613 comma-separated expressions (in other words, the path of a structure item
2614 followed by a tuple expression). The structure item must be a tuple structure
2615 item.
2616
2617 A _unit-like structure expression_ consists only of the [path](#paths) of a
2618 [structure item](#structures).
2619
2620 The following are examples of structure expressions:
2621
2622 ```
2623 # struct Point { x: f64, y: f64 }
2624 # struct TuplePoint(f64, f64);
2625 # mod game { pub struct User<'a> { pub name: &'a str, pub age: u32, pub score: usize } }
2626 # struct Cookie; fn some_fn<T>(t: T) {}
2627 Point {x: 10.0, y: 20.0};
2628 TuplePoint(10.0, 20.0);
2629 let u = game::User {name: "Joe", age: 35, score: 100_000};
2630 some_fn::<Cookie>(Cookie);
2631 ```
2632
2633 A structure expression forms a new value of the named structure type. Note
2634 that for a given *unit-like* structure type, this will always be the same
2635 value.
2636
2637 A structure expression can terminate with the syntax `..` followed by an
2638 expression to denote a functional update. The expression following `..` (the
2639 base) must have the same structure type as the new structure type being formed.
2640 The entire expression denotes the result of constructing a new structure (with
2641 the same type as the base expression) with the given values for the fields that
2642 were explicitly specified and the values in the base expression for all other
2643 fields.
2644
2645 ```
2646 # struct Point3d { x: i32, y: i32, z: i32 }
2647 let base = Point3d {x: 1, y: 2, z: 3};
2648 Point3d {y: 0, z: 10, .. base};
2649 ```
2650
2651 ### Block expressions
2652
2653 A _block expression_ is similar to a module in terms of the declarations that
2654 are possible. Each block conceptually introduces a new namespace scope. Use
2655 items can bring new names into scopes and declared items are in scope for only
2656 the block itself.
2657
2658 A block will execute each statement sequentially, and then execute the
2659 expression (if given). If the block ends in a statement, its value is `()`:
2660
2661 ```
2662 let x: () = { println!("Hello."); };
2663 ```
2664
2665 If it ends in an expression, its value and type are that of the expression:
2666
2667 ```
2668 let x: i32 = { println!("Hello."); 5 };
2669
2670 assert_eq!(5, x);
2671 ```
2672
2673 ### Method-call expressions
2674
2675 A _method call_ consists of an expression followed by a single dot, an
2676 identifier, and a parenthesized expression-list. Method calls are resolved to
2677 methods on specific traits, either statically dispatching to a method if the
2678 exact `self`-type of the left-hand-side is known, or dynamically dispatching if
2679 the left-hand-side expression is an indirect [trait object](#trait-objects).
2680
2681 ### Field expressions
2682
2683 A _field expression_ consists of an expression followed by a single dot and an
2684 identifier, when not immediately followed by a parenthesized expression-list
2685 (the latter is a [method call expression](#method-call-expressions)). A field
2686 expression denotes a field of a [structure](#structure-types).
2687
2688 ```{.ignore .field}
2689 mystruct.myfield;
2690 foo().x;
2691 (Struct {a: 10, b: 20}).a;
2692 ```
2693
2694 A field access is an [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) referring to
2695 the value of that field. When the type providing the field inherits mutability,
2696 it can be [assigned](#assignment-expressions) to.
2697
2698 Also, if the type of the expression to the left of the dot is a
2699 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2700 to make the field access possible. In cases of ambiguity, we prefer
2701 fewer autoderefs to more.
2702
2703 ### Array expressions
2704
2705 An [array](#array,-and-slice-types) _expression_ is written by enclosing zero
2706 or more comma-separated expressions of uniform type in square brackets.
2707
2708 In the `[expr ';' expr]` form, the expression after the `';'` must be a
2709 constant expression that can be evaluated at compile time, such as a
2710 [literal](#literals) or a [static item](#static-items).
2711
2712 ```
2713 [1, 2, 3, 4];
2714 ["a", "b", "c", "d"];
2715 [0; 128];              // array with 128 zeros
2716 [0u8, 0u8, 0u8, 0u8];
2717 ```
2718
2719 ### Index expressions
2720
2721 [Array](#array,-and-slice-types)-typed expressions can be indexed by
2722 writing a square-bracket-enclosed expression (the index) after them. When the
2723 array is mutable, the resulting [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) can
2724 be assigned to.
2725
2726 Indices are zero-based, and may be of any integral type. Vector access is
2727 bounds-checked at compile-time for constant arrays being accessed with a constant index value.
2728 Otherwise a check will be performed at run-time that will put the thread in a _panicked state_ if it fails.
2729
2730 ```{should-fail}
2731 ([1, 2, 3, 4])[0];
2732
2733 let x = (["a", "b"])[10]; // compiler error: const index-expr is out of bounds
2734
2735 let n = 10;
2736 let y = (["a", "b"])[n]; // panics
2737
2738 let arr = ["a", "b"];
2739 arr[10]; // panics
2740 ```
2741
2742 Also, if the type of the expression to the left of the brackets is a
2743 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2744 to make the indexing possible. In cases of ambiguity, we prefer fewer
2745 autoderefs to more.
2746
2747 ### Range expressions
2748
2749 The `..` operator will construct an object of one of the `std::ops::Range` variants.
2750
2751 ```
2752 1..2;   // std::ops::Range
2753 3..;    // std::ops::RangeFrom
2754 ..4;    // std::ops::RangeTo
2755 ..;     // std::ops::RangeFull
2756 ```
2757
2758 The following expressions are equivalent.
2759
2760 ```
2761 let x = std::ops::Range {start: 0, end: 10};
2762 let y = 0..10;
2763
2764 assert_eq!(x,y);
2765 ```
2766
2767 ### Unary operator expressions
2768
2769 Rust defines the following unary operators. They are all written as prefix operators,
2770 before the expression they apply to.
2771
2772 * `-`
2773   : Negation. May only be applied to numeric types.
2774 * `*`
2775   : Dereference. When applied to a [pointer](#pointer-types) it denotes the
2776     pointed-to location. For pointers to mutable locations, the resulting
2777     [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) can be assigned to.
2778     On non-pointer types, it calls the `deref` method of the `std::ops::Deref`
2779     trait, or the `deref_mut` method of the `std::ops::DerefMut` trait (if
2780     implemented by the type and required for an outer expression that will or
2781     could mutate the dereference), and produces the result of dereferencing the
2782     `&` or `&mut` borrowed pointer returned from the overload method.
2783 * `!`
2784   : Logical negation. On the boolean type, this flips between `true` and
2785     `false`. On integer types, this inverts the individual bits in the
2786     two's complement representation of the value.
2787 * `&` and `&mut`
2788   : Borrowing. When applied to an lvalue, these operators produce a
2789     reference (pointer) to the lvalue. The lvalue is also placed into
2790     a borrowed state for the duration of the reference. For a shared
2791     borrow (`&`), this implies that the lvalue may not be mutated, but
2792     it may be read or shared again. For a mutable borrow (`&mut`), the
2793     lvalue may not be accessed in any way until the borrow expires.
2794     If the `&` or `&mut` operators are applied to an rvalue, a
2795     temporary value is created; the lifetime of this temporary value
2796     is defined by [syntactic rules](#temporary-lifetimes).
2797
2798 ### Binary operator expressions
2799
2800 Binary operators expressions are given in terms of [operator
2801 precedence](#operator-precedence).
2802
2803 #### Arithmetic operators
2804
2805 Binary arithmetic expressions are syntactic sugar for calls to built-in traits,
2806 defined in the `std::ops` module of the `std` library. This means that
2807 arithmetic operators can be overridden for user-defined types. The default
2808 meaning of the operators on standard types is given here.
2809
2810 * `+`
2811   : Addition and array/string concatenation.
2812     Calls the `add` method on the `std::ops::Add` trait.
2813 * `-`
2814   : Subtraction.
2815     Calls the `sub` method on the `std::ops::Sub` trait.
2816 * `*`
2817   : Multiplication.
2818     Calls the `mul` method on the `std::ops::Mul` trait.
2819 * `/`
2820   : Quotient.
2821     Calls the `div` method on the `std::ops::Div` trait.
2822 * `%`
2823   : Remainder.
2824     Calls the `rem` method on the `std::ops::Rem` trait.
2825
2826 #### Bitwise operators
2827
2828 Like the [arithmetic operators](#arithmetic-operators), bitwise operators are
2829 syntactic sugar for calls to methods of built-in traits. This means that
2830 bitwise operators can be overridden for user-defined types. The default
2831 meaning of the operators on standard types is given here. Bitwise `&`, `|` and
2832 `^` applied to boolean arguments are equivalent to logical `&&`, `||` and `!=`
2833 evaluated in non-lazy fashion.
2834
2835 * `&`
2836   : Bitwise AND.
2837     Calls the `bitand` method of the `std::ops::BitAnd` trait.
2838 * `|`
2839   : Bitwise inclusive OR.
2840     Calls the `bitor` method of the `std::ops::BitOr` trait.
2841 * `^`
2842   : Bitwise exclusive OR.
2843     Calls the `bitxor` method of the `std::ops::BitXor` trait.
2844 * `<<`
2845   : Left shift.
2846     Calls the `shl` method of the `std::ops::Shl` trait.
2847 * `>>`
2848   : Right shift (arithmetic).
2849     Calls the `shr` method of the `std::ops::Shr` trait.
2850
2851 #### Lazy boolean operators
2852
2853 The operators `||` and `&&` may be applied to operands of boolean type. The
2854 `||` operator denotes logical 'or', and the `&&` operator denotes logical
2855 'and'. They differ from `|` and `&` in that the right-hand operand is only
2856 evaluated when the left-hand operand does not already determine the result of
2857 the expression. That is, `||` only evaluates its right-hand operand when the
2858 left-hand operand evaluates to `false`, and `&&` only when it evaluates to
2859 `true`.
2860
2861 #### Comparison operators
2862
2863 Comparison operators are, like the [arithmetic
2864 operators](#arithmetic-operators), and [bitwise operators](#bitwise-operators),
2865 syntactic sugar for calls to built-in traits. This means that comparison
2866 operators can be overridden for user-defined types. The default meaning of the
2867 operators on standard types is given here.
2868
2869 * `==`
2870   : Equal to.
2871     Calls the `eq` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
2872 * `!=`
2873   : Unequal to.
2874     Calls the `ne` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
2875 * `<`
2876   : Less than.
2877     Calls the `lt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2878 * `>`
2879   : Greater than.
2880     Calls the `gt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2881 * `<=`
2882   : Less than or equal.
2883     Calls the `le` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2884 * `>=`
2885   : Greater than or equal.
2886     Calls the `ge` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2887
2888 #### Type cast expressions
2889
2890 A type cast expression is denoted with the binary operator `as`.
2891
2892 Executing an `as` expression casts the value on the left-hand side to the type
2893 on the right-hand side.
2894
2895 An example of an `as` expression:
2896
2897 ```
2898 # fn sum(values: &[f64]) -> f64 { 0.0 }
2899 # fn len(values: &[f64]) -> i32 { 0 }
2900
2901 fn average(values: &[f64]) -> f64 {
2902   let sum: f64 = sum(values);
2903   let size: f64 = len(values) as f64;
2904   sum / size
2905 }
2906 ```
2907
2908 Some of the conversions which can be done through the `as` operator
2909 can also be done implicitly at various points in the program, such as
2910 argument passing and assignment to a `let` binding with an explicit
2911 type. Implicit conversions are limited to "harmless" conversions that
2912 do not lose information and which have minimal or no risk of
2913 surprising side-effects on the dynamic execution semantics.
2914
2915 #### Assignment expressions
2916
2917 An _assignment expression_ consists of an
2918 [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) expression followed by an equals
2919 sign (`=`) and an [rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) expression.
2920
2921 Evaluating an assignment expression [either copies or
2922 moves](#moved-and-copied-types) its right-hand operand to its left-hand
2923 operand.
2924
2925 ```
2926 # let mut x = 0;
2927 # let y = 0;
2928 x = y;
2929 ```
2930
2931 #### Compound assignment expressions
2932
2933 The `+`, `-`, `*`, `/`, `%`, `&`, `|`, `^`, `<<`, and `>>` operators may be
2934 composed with the `=` operator. The expression `lval OP= val` is equivalent to
2935 `lval = lval OP val`. For example, `x = x + 1` may be written as `x += 1`.
2936
2937 Any such expression always has the [`unit`](#tuple-types) type.
2938
2939 #### Operator precedence
2940
2941 The precedence of Rust binary operators is ordered as follows, going from
2942 strong to weak:
2943
2944 ```{.text .precedence}
2945 as
2946 * / %
2947 + -
2948 << >>
2949 &
2950 ^
2951 |
2952 == != < > <= >=
2953 &&
2954 ||
2955 = ..
2956 ```
2957
2958 Operators at the same precedence level are evaluated left-to-right. [Unary
2959 operators](#unary-operator-expressions) have the same precedence level and are
2960 stronger than any of the binary operators.
2961
2962 ### Grouped expressions
2963
2964 An expression enclosed in parentheses evaluates to the result of the enclosed
2965 expression. Parentheses can be used to explicitly specify evaluation order
2966 within an expression.
2967
2968 An example of a parenthesized expression:
2969
2970 ```
2971 let x: i32 = (2 + 3) * 4;
2972 ```
2973
2974
2975 ### Call expressions
2976
2977 A _call expression_ invokes a function, providing zero or more input variables
2978 and an optional location to move the function's output into. If the function
2979 eventually returns, then the expression completes.
2980
2981 Some examples of call expressions:
2982
2983 ```
2984 # fn add(x: i32, y: i32) -> i32 { 0 }
2985
2986 let x: i32 = add(1i32, 2i32);
2987 let pi: Result<f32, _> = "3.14".parse();
2988 ```
2989
2990 ### Lambda expressions
2991
2992 A _lambda expression_ (sometimes called an "anonymous function expression")
2993 defines a function and denotes it as a value, in a single expression. A lambda
2994 expression is a pipe-symbol-delimited (`|`) list of identifiers followed by an
2995 expression.
2996
2997 A lambda expression denotes a function that maps a list of parameters
2998 (`ident_list`) onto the expression that follows the `ident_list`. The
2999 identifiers in the `ident_list` are the parameters to the function. These
3000 parameters' types need not be specified, as the compiler infers them from
3001 context.
3002
3003 Lambda expressions are most useful when passing functions as arguments to other
3004 functions, as an abbreviation for defining and capturing a separate function.
3005
3006 Significantly, lambda expressions _capture their environment_, which regular
3007 [function definitions](#functions) do not. The exact type of capture depends
3008 on the [function type](#function-types) inferred for the lambda expression. In
3009 the simplest and least-expensive form (analogous to a ```|| { }``` expression),
3010 the lambda expression captures its environment by reference, effectively
3011 borrowing pointers to all outer variables mentioned inside the function.
3012 Alternately, the compiler may infer that a lambda expression should copy or
3013 move values (depending on their type) from the environment into the lambda
3014 expression's captured environment.
3015
3016 In this example, we define a function `ten_times` that takes a higher-order
3017 function argument, and we then call it with a lambda expression as an argument:
3018
3019 ```
3020 fn ten_times<F>(f: F) where F: Fn(i32) {
3021     for index in 0..10 {
3022         f(index);
3023     }
3024 }
3025
3026 ten_times(|j| println!("hello, {}", j));
3027 ```
3028
3029 ### Infinite loops
3030
3031 A `loop` expression denotes an infinite loop.
3032
3033 A `loop` expression may optionally have a _label_. The label is written as
3034 a lifetime preceding the loop expression, as in `'foo: loop{ }`. If a
3035 label is present, then labeled `break` and `continue` expressions nested
3036 within this loop may exit out of this loop or return control to its head.
3037 See [Break expressions](#break-expressions) and [Continue
3038 expressions](#continue-expressions).
3039
3040 ### Break expressions
3041
3042 A `break` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3043 executing a `break` expression immediately terminates the innermost loop
3044 enclosing it. It is only permitted in the body of a loop. If the label is
3045 present, then `break 'foo` terminates the loop with label `'foo`, which need not
3046 be the innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3047
3048 ### Continue expressions
3049
3050 A `continue` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3051 executing a `continue` expression immediately terminates the current iteration
3052 of the innermost loop enclosing it, returning control to the loop *head*. In
3053 the case of a `while` loop, the head is the conditional expression controlling
3054 the loop. In the case of a `for` loop, the head is the call-expression
3055 controlling the loop. If the label is present, then `continue 'foo` returns
3056 control to the head of the loop with label `'foo`, which need not be the
3057 innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3058
3059 A `continue` expression is only permitted in the body of a loop.
3060
3061 ### While loops
3062
3063 A `while` loop begins by evaluating the boolean loop conditional expression.
3064 If the loop conditional expression evaluates to `true`, the loop body block
3065 executes and control returns to the loop conditional expression. If the loop
3066 conditional expression evaluates to `false`, the `while` expression completes.
3067
3068 An example:
3069
3070 ```
3071 let mut i = 0;
3072
3073 while i < 10 {
3074     println!("hello");
3075     i = i + 1;
3076 }
3077 ```
3078
3079 Like `loop` expressions, `while` loops can be controlled with `break` or
3080 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3081 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3082 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3083
3084 ### For expressions
3085
3086 A `for` expression is a syntactic construct for looping over elements provided
3087 by an implementation of `std::iter::IntoIterator`.
3088
3089 An example of a for loop over the contents of an array:
3090
3091 ```
3092 # type Foo = i32;
3093 # fn bar(f: &Foo) { }
3094 # let a = 0;
3095 # let b = 0;
3096 # let c = 0;
3097
3098 let v: &[Foo] = &[a, b, c];
3099
3100 for e in v {
3101     bar(e);
3102 }
3103 ```
3104
3105 An example of a for loop over a series of integers:
3106
3107 ```
3108 # fn bar(b:usize) { }
3109 for i in 0..256 {
3110     bar(i);
3111 }
3112 ```
3113
3114 Like `loop` expressions, `for` loops can be controlled with `break` or
3115 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3116 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3117 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3118
3119 ### If expressions
3120
3121 An `if` expression is a conditional branch in program control. The form of an
3122 `if` expression is a condition expression, followed by a consequent block, any
3123 number of `else if` conditions and blocks, and an optional trailing `else`
3124 block. The condition expressions must have type `bool`. If a condition
3125 expression evaluates to `true`, the consequent block is executed and any
3126 subsequent `else if` or `else` block is skipped. If a condition expression
3127 evaluates to `false`, the consequent block is skipped and any subsequent `else
3128 if` condition is evaluated. If all `if` and `else if` conditions evaluate to
3129 `false` then any `else` block is executed.
3130
3131 ### Match expressions
3132
3133 A `match` expression branches on a *pattern*. The exact form of matching that
3134 occurs depends on the pattern. Patterns consist of some combination of
3135 literals, destructured arrays or enum constructors, structures and tuples,
3136 variable binding specifications, wildcards (`..`), and placeholders (`_`). A
3137 `match` expression has a *head expression*, which is the value to compare to
3138 the patterns. The type of the patterns must equal the type of the head
3139 expression.
3140
3141 In a pattern whose head expression has an `enum` type, a placeholder (`_`)
3142 stands for a *single* data field, whereas a wildcard `..` stands for *all* the
3143 fields of a particular variant.
3144
3145 A `match` behaves differently depending on whether or not the head expression
3146 is an [lvalue or an rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries). If the head
3147 expression is an rvalue, it is first evaluated into a temporary location, and
3148 the resulting value is sequentially compared to the patterns in the arms until
3149 a match is found. The first arm with a matching pattern is chosen as the branch
3150 target of the `match`, any variables bound by the pattern are assigned to local
3151 variables in the arm's block, and control enters the block.
3152
3153 When the head expression is an lvalue, the match does not allocate a temporary
3154 location (however, a by-value binding may copy or move from the lvalue). When
3155 possible, it is preferable to match on lvalues, as the lifetime of these
3156 matches inherits the lifetime of the lvalue, rather than being restricted to
3157 the inside of the match.
3158
3159 An example of a `match` expression:
3160
3161 ```
3162 let x = 1;
3163
3164 match x {
3165     1 => println!("one"),
3166     2 => println!("two"),
3167     3 => println!("three"),
3168     4 => println!("four"),
3169     5 => println!("five"),
3170     _ => println!("something else"),
3171 }
3172 ```
3173
3174 Patterns that bind variables default to binding to a copy or move of the
3175 matched value (depending on the matched value's type). This can be changed to
3176 bind to a reference by using the `ref` keyword, or to a mutable reference using
3177 `ref mut`.
3178
3179 Subpatterns can also be bound to variables by the use of the syntax `variable @
3180 subpattern`. For example:
3181
3182 ```
3183 let x = 1;
3184
3185 match x {
3186     e @ 1 ... 5 => println!("got a range element {}", e),
3187     _ => println!("anything"),
3188 }
3189 ```
3190
3191 Patterns can also dereference pointers by using the `&`, `&mut` and `box`
3192 symbols, as appropriate. For example, these two matches on `x: &i32` are
3193 equivalent:
3194
3195 ```
3196 # let x = &3;
3197 let y = match *x { 0 => "zero", _ => "some" };
3198 let z = match x { &0 => "zero", _ => "some" };
3199
3200 assert_eq!(y, z);
3201 ```
3202
3203 Multiple match patterns may be joined with the `|` operator. A range of values
3204 may be specified with `...`. For example:
3205
3206 ```
3207 # let x = 2;
3208
3209 let message = match x {
3210   0 | 1  => "not many",
3211   2 ... 9 => "a few",
3212   _      => "lots"
3213 };
3214 ```
3215
3216 Range patterns only work on scalar types (like integers and characters; not
3217 like arrays and structs, which have sub-components). A range pattern may not
3218 be a sub-range of another range pattern inside the same `match`.
3219
3220 Finally, match patterns can accept *pattern guards* to further refine the
3221 criteria for matching a case. Pattern guards appear after the pattern and
3222 consist of a bool-typed expression following the `if` keyword. A pattern guard
3223 may refer to the variables bound within the pattern they follow.
3224
3225 ```
3226 # let maybe_digit = Some(0);
3227 # fn process_digit(i: i32) { }
3228 # fn process_other(i: i32) { }
3229
3230 let message = match maybe_digit {
3231   Some(x) if x < 10 => process_digit(x),
3232   Some(x) => process_other(x),
3233   None => panic!()
3234 };
3235 ```
3236
3237 ### If let expressions
3238
3239 An `if let` expression is semantically identical to an `if` expression but in place
3240 of a condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3241 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the corresponding
3242 block will execute, otherwise flow proceeds to the first `else` block that follows.
3243
3244 ```
3245 let dish = ("Ham", "Eggs");
3246
3247 // this body will be skipped because the pattern is refuted
3248 if let ("Bacon", b) = dish {
3249     println!("Bacon is served with {}", b);
3250 }
3251
3252 // this body will execute
3253 if let ("Ham", b) = dish {
3254     println!("Ham is served with {}", b);
3255 }
3256 ```
3257
3258 ### While let loops
3259
3260 A `while let` loop is semantically identical to a `while` loop but in place of a
3261 condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3262 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the
3263 loop body block executes and control returns to the pattern matching statement.
3264 Otherwise, the while expression completes.
3265
3266 ### Return expressions
3267
3268 Return expressions are denoted with the keyword `return`. Evaluating a `return`
3269 expression moves its argument into the designated output location for the
3270 current function call, destroys the current function activation frame, and
3271 transfers control to the caller frame.
3272
3273 An example of a `return` expression:
3274
3275 ```
3276 fn max(a: i32, b: i32) -> i32 {
3277    if a > b {
3278       return a;
3279    }
3280    return b;
3281 }
3282 ```
3283
3284 # Type system
3285
3286 ## Types
3287
3288 Every variable, item and value in a Rust program has a type. The _type_ of a
3289 *value* defines the interpretation of the memory holding it.
3290
3291 Built-in types and type-constructors are tightly integrated into the language,
3292 in nontrivial ways that are not possible to emulate in user-defined types.
3293 User-defined types have limited capabilities.
3294
3295 ### Primitive types
3296
3297 The primitive types are the following:
3298
3299 * The boolean type `bool` with values `true` and `false`.
3300 * The machine types (integer and floating-point).
3301 * The machine-dependent integer types.
3302
3303 #### Machine types
3304
3305 The machine types are the following:
3306
3307 * The unsigned word types `u8`, `u16`, `u32` and `u64`, with values drawn from
3308   the integer intervals [0, 2^8 - 1], [0, 2^16 - 1], [0, 2^32 - 1] and
3309   [0, 2^64 - 1] respectively.
3310
3311 * The signed two's complement word types `i8`, `i16`, `i32` and `i64`, with
3312   values drawn from the integer intervals [-(2^(7)), 2^7 - 1],
3313   [-(2^(15)), 2^15 - 1], [-(2^(31)), 2^31 - 1], [-(2^(63)), 2^63 - 1]
3314   respectively.
3315
3316 * The IEEE 754-2008 `binary32` and `binary64` floating-point types: `f32` and
3317   `f64`, respectively.
3318
3319 #### Machine-dependent integer types
3320
3321 The `usize` type is an unsigned integer type with the same number of bits as the
3322 platform's pointer type. It can represent every memory address in the process.
3323
3324 The `isize` type is a signed integer type with the same number of bits as the
3325 platform's pointer type. The theoretical upper bound on object and array size
3326 is the maximum `isize` value. This ensures that `isize` can be used to calculate
3327 differences between pointers into an object or array and can address every byte
3328 within an object along with one byte past the end.
3329
3330 ### Textual types
3331
3332 The types `char` and `str` hold textual data.
3333
3334 A value of type `char` is a [Unicode scalar value](
3335 http://www.unicode.org/glossary/#unicode_scalar_value) (i.e. a code point that
3336 is not a surrogate), represented as a 32-bit unsigned word in the 0x0000 to
3337 0xD7FF or 0xE000 to 0x10FFFF range. A `[char]` array is effectively an UCS-4 /
3338 UTF-32 string.
3339
3340 A value of type `str` is a Unicode string, represented as an array of 8-bit
3341 unsigned bytes holding a sequence of UTF-8 code points. Since `str` is of
3342 unknown size, it is not a _first-class_ type, but can only be instantiated
3343 through a pointer type, such as `&str`.
3344
3345 ### Tuple types
3346
3347 A tuple *type* is a heterogeneous product of other types, called the *elements*
3348 of the tuple. It has no nominal name and is instead structurally typed.
3349
3350 Tuple types and values are denoted by listing the types or values of their
3351 elements, respectively, in a parenthesized, comma-separated list.
3352
3353 Because tuple elements don't have a name, they can only be accessed by
3354 pattern-matching or by using `N` directly as a field to access the
3355 `N`th element.
3356
3357 An example of a tuple type and its use:
3358
3359 ```
3360 type Pair<'a> = (i32, &'a str);
3361 let p: Pair<'static> = (10, "ten");
3362 let (a, b) = p;
3363
3364 assert_eq!(a, 10);
3365 assert_eq!(b, "ten");
3366 assert_eq!(p.0, 10);
3367 assert_eq!(p.1, "ten");
3368 ```
3369
3370 For historical reasons and convenience, the tuple type with no elements (`()`)
3371 is often called â€˜unit’ or â€˜the unit type’.
3372
3373 ### Array, and Slice types
3374
3375 Rust has two different types for a list of items:
3376
3377 * `[T; N]`, an 'array'
3378 * `&[T]`, a 'slice'
3379
3380 An array has a fixed size, and can be allocated on either the stack or the
3381 heap.
3382
3383 A slice is a 'view' into an array. It doesn't own the data it points
3384 to, it borrows it.
3385
3386 Examples:
3387
3388 ```{rust}
3389 // A stack-allocated array
3390 let array: [i32; 3] = [1, 2, 3];
3391
3392 // A heap-allocated array
3393 let vector: Vec<i32> = vec![1, 2, 3];
3394
3395 // A slice into an array
3396 let slice: &[i32] = &vector[..];
3397 ```
3398
3399 As you can see, the `vec!` macro allows you to create a `Vec<T>` easily. The
3400 `vec!` macro is also part of the standard library, rather than the language.
3401
3402 All in-bounds elements of arrays and slices are always initialized, and access
3403 to an array or slice is always bounds-checked.
3404
3405 ### Structure types
3406
3407 A `struct` *type* is a heterogeneous product of other types, called the
3408 *fields* of the type.[^structtype]
3409
3410 [^structtype]: `struct` types are analogous to `struct` types in C,
3411     the *record* types of the ML family,
3412     or the *structure* types of the Lisp family.
3413
3414 New instances of a `struct` can be constructed with a [struct
3415 expression](#structure-expressions).
3416
3417 The memory layout of a `struct` is undefined by default to allow for compiler
3418 optimizations like field reordering, but it can be fixed with the
3419 `#[repr(...)]` attribute. In either case, fields may be given in any order in
3420 a corresponding struct *expression*; the resulting `struct` value will always
3421 have the same memory layout.
3422
3423 The fields of a `struct` may be qualified by [visibility
3424 modifiers](#visibility-and-privacy), to allow access to data in a
3425 structure outside a module.
3426
3427 A _tuple struct_ type is just like a structure type, except that the fields are
3428 anonymous.
3429
3430 A _unit-like struct_ type is like a structure type, except that it has no
3431 fields. The one value constructed by the associated [structure
3432 expression](#structure-expressions) is the only value that inhabits such a
3433 type.
3434
3435 ### Enumerated types
3436
3437 An *enumerated type* is a nominal, heterogeneous disjoint union type, denoted
3438 by the name of an [`enum` item](#enumerations). [^enumtype]
3439
3440 [^enumtype]: The `enum` type is analogous to a `data` constructor declaration in
3441              ML, or a *pick ADT* in Limbo.
3442
3443 An [`enum` item](#enumerations) declares both the type and a number of *variant
3444 constructors*, each of which is independently named and takes an optional tuple
3445 of arguments.
3446
3447 New instances of an `enum` can be constructed by calling one of the variant
3448 constructors, in a [call expression](#call-expressions).
3449
3450 Any `enum` value consumes as much memory as the largest variant constructor for
3451 its corresponding `enum` type.
3452
3453 Enum types cannot be denoted *structurally* as types, but must be denoted by
3454 named reference to an [`enum` item](#enumerations).
3455
3456 ### Recursive types
3457
3458 Nominal types &mdash; [enumerations](#enumerated-types) and
3459 [structures](#structure-types) &mdash; may be recursive. That is, each `enum`
3460 constructor or `struct` field may refer, directly or indirectly, to the
3461 enclosing `enum` or `struct` type itself. Such recursion has restrictions:
3462
3463 * Recursive types must include a nominal type in the recursion
3464   (not mere [type definitions](grammar.html#type-definitions),
3465    or other structural types such as [arrays](#array,-and-slice-types) or [tuples](#tuple-types)).
3466 * A recursive `enum` item must have at least one non-recursive constructor
3467   (in order to give the recursion a basis case).
3468 * The size of a recursive type must be finite;
3469   in other words the recursive fields of the type must be [pointer types](#pointer-types).
3470 * Recursive type definitions can cross module boundaries, but not module *visibility* boundaries,
3471   or crate boundaries (in order to simplify the module system and type checker).
3472
3473 An example of a *recursive* type and its use:
3474
3475 ```
3476 enum List<T> {
3477     Nil,
3478     Cons(T, Box<List<T>>)
3479 }
3480
3481 let a: List<i32> = List::Cons(7, Box::new(List::Cons(13, Box::new(List::Nil))));
3482 ```
3483
3484 ### Pointer types
3485
3486 All pointers in Rust are explicit first-class values. They can be copied,
3487 stored into data structures, and returned from functions. There are two
3488 varieties of pointer in Rust:
3489
3490 * References (`&`)
3491   : These point to memory _owned by some other value_.
3492     A reference type is written `&type`,
3493     or `&'a type` when you need to specify an explicit lifetime.
3494     Copying a reference is a "shallow" operation:
3495     it involves only copying the pointer itself.
3496     Releasing a reference has no effect on the value it points to,
3497     but a reference of a temporary value will keep it alive during the scope
3498     of the reference itself.
3499
3500 * Raw pointers (`*`)
3501   : Raw pointers are pointers without safety or liveness guarantees.
3502     Raw pointers are written as `*const T` or `*mut T`,
3503     for example `*const i32` means a raw pointer to a 32-bit integer.
3504     Copying or dropping a raw pointer has no effect on the lifecycle of any
3505     other value. Dereferencing a raw pointer or converting it to any other
3506     pointer type is an [`unsafe` operation](#unsafe-functions).
3507     Raw pointers are generally discouraged in Rust code;
3508     they exist to support interoperability with foreign code,
3509     and writing performance-critical or low-level functions.
3510
3511 The standard library contains additional 'smart pointer' types beyond references
3512 and raw pointers.
3513
3514 ### Function types
3515
3516 The function type constructor `fn` forms new function types. A function type
3517 consists of a possibly-empty set of function-type modifiers (such as `unsafe`
3518 or `extern`), a sequence of input types and an output type.
3519
3520 An example of a `fn` type:
3521
3522 ```
3523 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
3524   return x + y;
3525 }
3526
3527 let mut x = add(5,7);
3528
3529 type Binop = fn(i32, i32) -> i32;
3530 let bo: Binop = add;
3531 x = bo(5,7);
3532 ```
3533
3534 #### Function types for specific items
3535
3536 Internal to the compiler, there are also function types that are specific to a particular
3537 function item. In the following snippet, for example, the internal types of the functions
3538 `foo` and `bar` are different, despite the fact that they have the same signature:
3539
3540 ```
3541 fn foo() { }
3542 fn bar() { }
3543 ```
3544
3545 The types of `foo` and `bar` can both be implicitly coerced to the fn
3546 pointer type `fn()`. There is currently no syntax for unique fn types,
3547 though the compiler will emit a type like `fn() {foo}` in error
3548 messages to indicate "the unique fn type for the function `foo`".
3549
3550 ### Closure types
3551
3552 A [lambda expression](#lambda-expressions) produces a closure value with
3553 a unique, anonymous type that cannot be written out.
3554
3555 Depending on the requirements of the closure, its type implements one or
3556 more of the closure traits:
3557
3558 * `FnOnce`
3559   : The closure can be called once. A closure called as `FnOnce`
3560     can move out values from its environment.
3561
3562 * `FnMut`
3563   : The closure can be called multiple times as mutable. A closure called as
3564     `FnMut` can mutate values from its environment. `FnMut` inherits from
3565     `FnOnce` (i.e. anything implementing `FnMut` also implements `FnOnce`).
3566
3567 * `Fn`
3568   : The closure can be called multiple times through a shared reference.
3569     A closure called as `Fn` can neither move out from nor mutate values
3570     from its environment. `Fn` inherits from `FnMut`, which itself
3571     inherits from `FnOnce`.
3572
3573
3574 ### Trait objects
3575
3576 In Rust, a type like `&SomeTrait` or `Box<SomeTrait>` is called a _trait object_.
3577 Each instance of a trait object includes:
3578
3579  - a pointer to an instance of a type `T` that implements `SomeTrait`
3580  - a _virtual method table_, often just called a _vtable_, which contains, for
3581    each method of `SomeTrait` that `T` implements, a pointer to `T`'s
3582    implementation (i.e. a function pointer).
3583
3584 The purpose of trait objects is to permit "late binding" of methods. A call to
3585 a method on a trait object is only resolved to a vtable entry at compile time.
3586 The actual implementation for each vtable entry can vary on an object-by-object
3587 basis.
3588
3589 Note that for a trait object to be instantiated, the trait must be
3590 _object-safe_. Object safety rules are defined in [RFC 255].
3591
3592 [RFC 255]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0255-object-safety.md
3593
3594 Given a pointer-typed expression `E` of type `&T` or `Box<T>`, where `T`
3595 implements trait `R`, casting `E` to the corresponding pointer type `&R` or
3596 `Box<R>` results in a value of the _trait object_ `R`. This result is
3597 represented as a pair of pointers: the vtable pointer for the `T`
3598 implementation of `R`, and the pointer value of `E`.
3599
3600 An example of a trait object:
3601
3602 ```
3603 trait Printable {
3604   fn stringify(&self) -> String;
3605 }
3606
3607 impl Printable for i32 {
3608   fn stringify(&self) -> String { self.to_string() }
3609 }
3610
3611 fn print(a: Box<Printable>) {
3612    println!("{}", a.stringify());
3613 }
3614
3615 fn main() {
3616    print(Box::new(10) as Box<Printable>);
3617 }
3618 ```
3619
3620 In this example, the trait `Printable` occurs as a trait object in both the
3621 type signature of `print`, and the cast expression in `main`.
3622
3623 ### Type parameters
3624
3625 Within the body of an item that has type parameter declarations, the names of
3626 its type parameters are types:
3627
3628 ```ignore
3629 fn to_vec<A: Clone>(xs: &[A]) -> Vec<A> {
3630     if xs.is_empty() {
3631        return vec![];
3632     }
3633     let first: A = xs[0].clone();
3634     let mut rest: Vec<A> = to_vec(&xs[1..]);
3635     rest.insert(0, first);
3636     rest
3637 }
3638 ```
3639
3640 Here, `first` has type `A`, referring to `to_vec`'s `A` type parameter; and `rest`
3641 has type `Vec<A>`, a vector with element type `A`.
3642
3643 ### Self types
3644
3645 The special type `Self` has a meaning within traits and impls. In a trait definition, it refers
3646 to an implicit type parameter representing the "implementing" type. In an impl,
3647 it is an alias for the implementing type. For example, in:
3648
3649 ```
3650 trait Printable {
3651   fn make_string(&self) -> String;
3652 }
3653
3654 impl Printable for String {
3655     fn make_string(&self) -> String {
3656         (*self).clone()
3657     }
3658 }
3659 ```
3660
3661 The notation `&self` is a shorthand for `self: &Self`. In this case,
3662 in the impl, `Self` refers to the value of type `String` that is the
3663 receiver for a call to the method `make_string`.
3664
3665 ## Subtyping
3666
3667 Subtyping is implicit and can occur at any stage in type checking or
3668 inference. Subtyping in Rust is very restricted and occurs only due to
3669 variance with respect to lifetimes and between types with higher ranked
3670 lifetimes. If we were to erase lifetimes from types, then the only subtyping
3671 would be due to type equality.
3672
3673 Consider the following example: string literals always have `'static`
3674 lifetime. Nevertheless, we can assign `s` to `t`:
3675
3676 ```
3677 fn bar<'a>() {
3678     let s: &'static str = "hi";
3679     let t: &'a str = s;
3680 }
3681 ```
3682 Since `'static` "lives longer" than `'a`, `&'static str` is a subtype of
3683 `&'a str`.
3684
3685 ## Type coercions
3686
3687 Coercions are defined in [RFC401]. A coercion is implicit and has no syntax.
3688
3689 [RFC401]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0401-coercions.md
3690
3691 ### Coercion sites
3692
3693 A coercion can only occur at certain coercion sites in a program; these are
3694 typically places where the desired type is explicit or can be derived by
3695 propagation from explicit types (without type inference). Possible coercion
3696 sites are:
3697
3698 * `let` statements where an explicit type is given.
3699
3700    For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3701
3702    ```rust
3703    let _: i8 = 128;
3704    ```
3705
3706 * `static` and `const` statements (similar to `let` statements).
3707
3708 * Arguments for function calls
3709
3710   The value being coerced is the actual parameter, and it is coerced to
3711   the type of the formal parameter.
3712
3713   For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3714
3715   ```rust
3716   fn bar(_: i8) { }
3717
3718   fn main() {
3719      bar(128);
3720   }
3721   ```
3722
3723 * Instantiations of struct or variant fields
3724
3725   For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3726
3727   ```rust
3728   struct Foo { x: i8 }
3729
3730   fn main() {
3731       Foo { x: 128 };
3732   }
3733   ```
3734
3735 * Function results, either the final line of a block if it is not
3736   semicolon-terminated or any expression in a `return` statement
3737
3738   For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3739
3740   ```rust
3741   fn foo() -> i8 {
3742       128
3743   }
3744   ```
3745
3746 If the expression in one of these coercion sites is a coercion-propagating
3747 expression, then the relevant sub-expressions in that expression are also
3748 coercion sites. Propagation recurses from these new coercion sites.
3749 Propagating expressions and their relevant sub-expressions are:
3750
3751 * Array literals, where the array has type `[U; n]`. Each sub-expression in
3752 the array literal is a coercion site for coercion to type `U`.
3753
3754 * Array literals with repeating syntax, where the array has type `[U; n]`. The
3755 repeated sub-expression is a coercion site for coercion to type `U`.
3756
3757 * Tuples, where a tuple is a coercion site to type `(U_0, U_1, ..., U_n)`.
3758 Each sub-expression is a coercion site to the respective type, e.g. the
3759 zeroth sub-expression is a coercion site to type `U_0`.
3760
3761 * Parenthesised sub-expressions (`(e)`): if the expression has type `U`, then
3762 the sub-expression is a coercion site to `U`.
3763
3764 * Blocks: if a block has type `U`, then the last expression in the block (if
3765 it is not semicolon-terminated) is a coercion site to `U`. This includes
3766 blocks which are part of control flow statements, such as `if`/`else`, if
3767 the block has a known type.
3768
3769 ### Coercion types
3770
3771 Coercion is allowed between the following types:
3772
3773 * `T` to `U` if `T` is a subtype of `U` (*reflexive case*)
3774
3775 * `T_1` to `T_3` where `T_1` coerces to `T_2` and `T_2` coerces to `T_3`
3776 (*transitive case*)
3777
3778     Note that this is not fully supported yet
3779
3780 * `&mut T` to `&T`
3781
3782 * `*mut T` to `*const T`
3783
3784 * `&T` to `*const T`
3785
3786 * `&mut T` to `*mut T`
3787
3788 * `&T` to `&U` if `T` implements `Deref<Target = U>`. For example:
3789
3790   ```rust
3791   use std::ops::Deref;
3792
3793   struct CharContainer {
3794       value: char
3795   }
3796
3797   impl Deref for CharContainer {
3798       type Target = char;
3799
3800       fn deref<'a>(&'a self) -> &'a char {
3801           &self.value
3802       }
3803   }
3804
3805   fn foo(arg: &char) {}
3806
3807   fn main() {
3808       let x = &mut CharContainer { value: 'y' };
3809       foo(x); //&mut CharContainer is coerced to &char.
3810   }
3811   ```
3812
3813 * `&mut T` to `&mut U` if `T` implements `DerefMut<Target = U>`.
3814
3815 * TyCtor(`T`) to TyCtor(coerce_inner(`T`)), where TyCtor(`T`) is one of
3816     - `&T`
3817     - `&mut T`
3818     - `*const T`
3819     - `*mut T`
3820     - `Box<T>`
3821
3822     and where
3823     - coerce_inner(`[T, ..n]`) = `[T]`
3824     - coerce_inner(`T`) = `U` where `T` is a concrete type which implements the
3825     trait `U`.
3826
3827     In the future, coerce_inner will be recursively extended to tuples and
3828     structs. In addition, coercions from sub-traits to super-traits will be
3829     added. See [RFC401] for more details.
3830
3831 # Special traits
3832
3833 Several traits define special evaluation behavior.
3834
3835 ## The `Copy` trait
3836
3837 The `Copy` trait changes the semantics of a type implementing it. Values whose
3838 type implements `Copy` are copied rather than moved upon assignment.
3839
3840 ## The `Sized` trait
3841
3842 The `Sized` trait indicates that the size of this type is known at compile-time.
3843
3844 ## The `Drop` trait
3845
3846 The `Drop` trait provides a destructor, to be run whenever a value of this type
3847 is to be destroyed.
3848
3849 ## The `Deref` trait
3850
3851 The `Deref<Target = U>` trait allows a type to implicitly implement all the methods
3852 of the type `U`. When attempting to resolve a method call, the compiler will search
3853 the top-level type for the implementation of the called method. If no such method is
3854 found, `.deref()` is called and the compiler continues to search for the method
3855 implementation in the returned type `U`.
3856
3857 # Memory model
3858
3859 A Rust program's memory consists of a static set of *items* and a *heap*.
3860 Immutable portions of the heap may be safely shared between threads, mutable
3861 portions may not be safely shared, but several mechanisms for effectively-safe
3862 sharing of mutable values, built on unsafe code but enforcing a safe locking
3863 discipline, exist in the standard library.
3864
3865 Allocations in the stack consist of *variables*, and allocations in the heap
3866 consist of *boxes*.
3867
3868 ### Memory allocation and lifetime
3869
3870 The _items_ of a program are those functions, modules and types that have their
3871 value calculated at compile-time and stored uniquely in the memory image of the
3872 rust process. Items are neither dynamically allocated nor freed.
3873
3874 The _heap_ is a general term that describes boxes.  The lifetime of an
3875 allocation in the heap depends on the lifetime of the box values pointing to
3876 it. Since box values may themselves be passed in and out of frames, or stored
3877 in the heap, heap allocations may outlive the frame they are allocated within.
3878
3879 ### Memory ownership
3880
3881 When a stack frame is exited, its local allocations are all released, and its
3882 references to boxes are dropped.
3883
3884 ### Variables
3885
3886 A _variable_ is a component of a stack frame, either a named function parameter,
3887 an anonymous [temporary](#lvalues,-rvalues-and-temporaries), or a named local
3888 variable.
3889
3890 A _local variable_ (or *stack-local* allocation) holds a value directly,
3891 allocated within the stack's memory. The value is a part of the stack frame.
3892
3893 Local variables are immutable unless declared otherwise like: `let mut x = ...`.
3894
3895 Function parameters are immutable unless declared with `mut`. The `mut` keyword
3896 applies only to the following parameter (so `|mut x, y|` and `fn f(mut x:
3897 Box<i32>, y: Box<i32>)` declare one mutable variable `x` and one immutable
3898 variable `y`).
3899
3900 Methods that take either `self` or `Box<Self>` can optionally place them in a
3901 mutable variable by prefixing them with `mut` (similar to regular arguments):
3902
3903 ```
3904 trait Changer {
3905     fn change(mut self) -> Self;
3906     fn modify(mut self: Box<Self>) -> Box<Self>;
3907 }
3908 ```
3909
3910 Local variables are not initialized when allocated; the entire frame worth of
3911 local variables are allocated at once, on frame-entry, in an uninitialized
3912 state. Subsequent statements within a function may or may not initialize the
3913 local variables. Local variables can be used only after they have been
3914 initialized; this is enforced by the compiler.
3915
3916 # Linkage
3917
3918 The Rust compiler supports various methods to link crates together both
3919 statically and dynamically. This section will explore the various methods to
3920 link Rust crates together, and more information about native libraries can be
3921 found in the [ffi section of the book][ffi].
3922
3923 In one session of compilation, the compiler can generate multiple artifacts
3924 through the usage of either command line flags or the `crate_type` attribute.
3925 If one or more command line flag is specified, all `crate_type` attributes will
3926 be ignored in favor of only building the artifacts specified by command line.
3927
3928 * `--crate-type=bin`, `#[crate_type = "bin"]` - A runnable executable will be
3929   produced. This requires that there is a `main` function in the crate which
3930   will be run when the program begins executing. This will link in all Rust and
3931   native dependencies, producing a distributable binary.
3932
3933 * `--crate-type=lib`, `#[crate_type = "lib"]` - A Rust library will be produced.
3934   This is an ambiguous concept as to what exactly is produced because a library
3935   can manifest itself in several forms. The purpose of this generic `lib` option
3936   is to generate the "compiler recommended" style of library. The output library
3937   will always be usable by rustc, but the actual type of library may change from
3938   time-to-time. The remaining output types are all different flavors of
3939   libraries, and the `lib` type can be seen as an alias for one of them (but the
3940   actual one is compiler-defined).
3941
3942 * `--crate-type=dylib`, `#[crate_type = "dylib"]` - A dynamic Rust library will
3943   be produced. This is different from the `lib` output type in that this forces
3944   dynamic library generation. The resulting dynamic library can be used as a
3945   dependency for other libraries and/or executables. This output type will
3946   create `*.so` files on linux, `*.dylib` files on osx, and `*.dll` files on
3947   windows.
3948
3949 * `--crate-type=staticlib`, `#[crate_type = "staticlib"]` - A static system
3950   library will be produced. This is different from other library outputs in that
3951   the Rust compiler will never attempt to link to `staticlib` outputs. The
3952   purpose of this output type is to create a static library containing all of
3953   the local crate's code along with all upstream dependencies. The static
3954   library is actually a `*.a` archive on linux and osx and a `*.lib` file on
3955   windows. This format is recommended for use in situations such as linking
3956   Rust code into an existing non-Rust application because it will not have
3957   dynamic dependencies on other Rust code.
3958
3959 * `--crate-type=rlib`, `#[crate_type = "rlib"]` - A "Rust library" file will be
3960   produced. This is used as an intermediate artifact and can be thought of as a
3961   "static Rust library". These `rlib` files, unlike `staticlib` files, are
3962   interpreted by the Rust compiler in future linkage. This essentially means
3963   that `rustc` will look for metadata in `rlib` files like it looks for metadata
3964   in dynamic libraries. This form of output is used to produce statically linked
3965   executables as well as `staticlib` outputs.
3966
3967 Note that these outputs are stackable in the sense that if multiple are
3968 specified, then the compiler will produce each form of output at once without
3969 having to recompile. However, this only applies for outputs specified by the
3970 same method. If only `crate_type` attributes are specified, then they will all
3971 be built, but if one or more `--crate-type` command line flag is specified,
3972 then only those outputs will be built.
3973
3974 With all these different kinds of outputs, if crate A depends on crate B, then
3975 the compiler could find B in various different forms throughout the system. The
3976 only forms looked for by the compiler, however, are the `rlib` format and the
3977 dynamic library format. With these two options for a dependent library, the
3978 compiler must at some point make a choice between these two formats. With this
3979 in mind, the compiler follows these rules when determining what format of
3980 dependencies will be used:
3981
3982 1. If a static library is being produced, all upstream dependencies are
3983    required to be available in `rlib` formats. This requirement stems from the
3984    reason that a dynamic library cannot be converted into a static format.
3985
3986    Note that it is impossible to link in native dynamic dependencies to a static
3987    library, and in this case warnings will be printed about all unlinked native
3988    dynamic dependencies.
3989
3990 2. If an `rlib` file is being produced, then there are no restrictions on what
3991    format the upstream dependencies are available in. It is simply required that
3992    all upstream dependencies be available for reading metadata from.
3993
3994    The reason for this is that `rlib` files do not contain any of their upstream
3995    dependencies. It wouldn't be very efficient for all `rlib` files to contain a
3996    copy of `libstd.rlib`!
3997
3998 3. If an executable is being produced and the `-C prefer-dynamic` flag is not
3999    specified, then dependencies are first attempted to be found in the `rlib`
4000    format. If some dependencies are not available in an rlib format, then
4001    dynamic linking is attempted (see below).
4002
4003 4. If a dynamic library or an executable that is being dynamically linked is
4004    being produced, then the compiler will attempt to reconcile the available
4005    dependencies in either the rlib or dylib format to create a final product.
4006
4007    A major goal of the compiler is to ensure that a library never appears more
4008    than once in any artifact. For example, if dynamic libraries B and C were
4009    each statically linked to library A, then a crate could not link to B and C
4010    together because there would be two copies of A. The compiler allows mixing
4011    the rlib and dylib formats, but this restriction must be satisfied.
4012
4013    The compiler currently implements no method of hinting what format a library
4014    should be linked with. When dynamically linking, the compiler will attempt to
4015    maximize dynamic dependencies while still allowing some dependencies to be
4016    linked in via an rlib.
4017
4018    For most situations, having all libraries available as a dylib is recommended
4019    if dynamically linking. For other situations, the compiler will emit a
4020    warning if it is unable to determine which formats to link each library with.
4021
4022 In general, `--crate-type=bin` or `--crate-type=lib` should be sufficient for
4023 all compilation needs, and the other options are just available if more
4024 fine-grained control is desired over the output format of a Rust crate.
4025
4026 # Appendix: Rationales and design trade-offs
4027
4028 *TODO*.
4029
4030 # Appendix: Influences
4031
4032 Rust is not a particularly original language, with design elements coming from
4033 a wide range of sources. Some of these are listed below (including elements
4034 that have since been removed):
4035
4036 * SML, OCaml: algebraic data types, pattern matching, type inference,
4037   semicolon statement separation
4038 * C++: references, RAII, smart pointers, move semantics, monomorphisation,
4039   memory model
4040 * ML Kit, Cyclone: region based memory management
4041 * Haskell (GHC): typeclasses, type families
4042 * Newsqueak, Alef, Limbo: channels, concurrency
4043 * Erlang: message passing, thread failure, ~~linked thread failure~~,
4044   ~~lightweight concurrency~~
4045 * Swift: optional bindings
4046 * Scheme: hygienic macros
4047 * C#: attributes
4048 * Ruby: ~~block syntax~~
4049 * NIL, Hermes: ~~typestate~~
4050 * [Unicode Annex #31](http://www.unicode.org/reports/tr31/): identifier and
4051   pattern syntax
4052
4053 [ffi]: book/ffi.html
4054 [plugin]: book/compiler-plugins.html