]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/doc/reference.md
Change placement of `[Unstable]` marker in RFC 1623 docs.
[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 Finally, this document is not normative. It may include details that are
25 specific to `rustc` itself, and should not be taken as a specification for
26 the Rust language. We intend to produce such a document someday, but this
27 is what we have for now.
28
29 You may also be interested in the [grammar].
30
31 [book]: book/index.html
32 [standard]: std/index.html
33 [grammar]: grammar.html
34
35 # Notation
36
37 ## Unicode productions
38
39 A few productions in Rust's grammar permit Unicode code points outside the
40 ASCII range. We define these productions in terms of character properties
41 specified in the Unicode standard, rather than in terms of ASCII-range code
42 points. The grammar has a [Special Unicode Productions][unicodeproductions]
43 section that lists these productions.
44
45 [unicodeproductions]: grammar.html#special-unicode-productions
46
47 ## String table productions
48
49 Some rules in the grammar — notably [unary
50 operators](#unary-operator-expressions), [binary
51 operators](#binary-operator-expressions), and [keywords][keywords] — are
52 given in a simplified form: as a listing of a table of unquoted, printable
53 whitespace-separated strings. These cases form a subset of the rules regarding
54 the [token](#tokens) rule, and are assumed to be the result of a
55 lexical-analysis phase feeding the parser, driven by a DFA, operating over the
56 disjunction of all such string table entries.
57
58 [keywords]: grammar.html#keywords
59
60 When such a string enclosed in double-quotes (`"`) occurs inside the grammar,
61 it is an implicit reference to a single member of such a string table
62 production. See [tokens](#tokens) for more information.
63
64 # Lexical structure
65
66 ## Input format
67
68 Rust input is interpreted as a sequence of Unicode code points encoded in UTF-8.
69 Most Rust grammar rules are defined in terms of printable ASCII-range
70 code points, but a small number are defined in terms of Unicode properties or
71 explicit code point lists. [^inputformat]
72
73 [^inputformat]: Substitute definitions for the special Unicode productions are
74   provided to the grammar verifier, restricted to ASCII range, when verifying the
75   grammar in this document.
76
77 ## Identifiers
78
79 An identifier is any nonempty Unicode[^non_ascii_idents] string of the following form:
80
81 [^non_ascii_idents]: Non-ASCII characters in identifiers are currently feature
82   gated. This is expected to improve soon.
83
84 Either
85
86    * The first character has property `XID_start`
87    * The remaining characters have property `XID_continue`
88
89 Or
90
91    * The first character is `_`
92    * The identifier is more than one character, `_` alone is not an identifier
93    * The remaining characters have property `XID_continue`
94
95 that does _not_ occur in the set of [keywords][keywords].
96
97 > **Note**: `XID_start` and `XID_continue` as character properties cover the
98 > character ranges used to form the more familiar C and Java language-family
99 > identifiers.
100
101 ## Comments
102
103 Comments in Rust code follow the general C++ style of line (`//`) and
104 block (`/* ... */`) comment forms. Nested block comments are supported.
105
106 Line comments beginning with exactly _three_ slashes (`///`), and block
107 comments (`/** ... */`), are interpreted as a special syntax for `doc`
108 [attributes](#attributes). That is, they are equivalent to writing
109 `#[doc="..."]` around the body of the comment, i.e., `/// Foo` turns into
110 `#[doc="Foo"]`.
111
112 Line comments beginning with `//!` and block comments `/*! ... */` are
113 doc comments that apply to the parent of the comment, rather than the item
114 that follows.  That is, they are equivalent to writing `#![doc="..."]` around
115 the body of the comment. `//!` comments are usually used to document
116 modules that occupy a source file.
117
118 Non-doc comments are interpreted as a form of whitespace.
119
120 ## Whitespace
121
122 Whitespace is any non-empty string containing only characters that have the
123 `Pattern_White_Space` Unicode property, namely:
124
125 - `U+0009` (horizontal tab, `'\t'`)
126 - `U+000A` (line feed, `'\n'`)
127 - `U+000B` (vertical tab)
128 - `U+000C` (form feed)
129 - `U+000D` (carriage return, `'\r'`)
130 - `U+0020` (space, `' '`)
131 - `U+0085` (next line)
132 - `U+200E` (left-to-right mark)
133 - `U+200F` (right-to-left mark)
134 - `U+2028` (line separator)
135 - `U+2029` (paragraph separator)
136
137 Rust is a "free-form" language, meaning that all forms of whitespace serve only
138 to separate _tokens_ in the grammar, and have no semantic significance.
139
140 A Rust program has identical meaning if each whitespace element is replaced
141 with any other legal whitespace element, such as a single space character.
142
143 ## Tokens
144
145 Tokens are primitive productions in the grammar defined by regular
146 (non-recursive) languages. "Simple" tokens are given in [string table
147 production](#string-table-productions) form, and occur in the rest of the
148 grammar as double-quoted strings. Other tokens have exact rules given.
149
150 ### Literals
151
152 A literal is an expression consisting of a single token, rather than a sequence
153 of tokens, that immediately and directly denotes the value it evaluates to,
154 rather than referring to it by name or some other evaluation rule. A literal is
155 a form of constant expression, so is evaluated (primarily) at compile time.
156
157 #### Examples
158
159 ##### Characters and strings
160
161 |                                              | Example         | `#` sets   | Characters  | Escapes             |
162 |----------------------------------------------|-----------------|------------|-------------|---------------------|
163 | [Character](#character-literals)             | `'H'`           | `N/A`      | All Unicode | [Quote](#quote-escapes) & [Byte](#byte-escapes) & [Unicode](#unicode-escapes) |
164 | [String](#string-literals)                   | `"hello"`       | `N/A`      | All Unicode | [Quote](#quote-escapes) & [Byte](#byte-escapes) & [Unicode](#unicode-escapes) |
165 | [Raw](#raw-string-literals)                  | `r#"hello"#`    | `0...`     | All Unicode | `N/A`                                                      |
166 | [Byte](#byte-literals)                       | `b'H'`          | `N/A`      | All ASCII   | [Quote](#quote-escapes) & [Byte](#byte-escapes)                               |
167 | [Byte string](#byte-string-literals)         | `b"hello"`      | `N/A`      | All ASCII   | [Quote](#quote-escapes) & [Byte](#byte-escapes)                               |
168 | [Raw byte string](#raw-byte-string-literals) | `br#"hello"#`   | `0...`     | All ASCII   | `N/A`                                                      |
169
170 ##### Byte escapes
171
172 |   | Name |
173 |---|------|
174 | `\x7F` | 8-bit character code (exactly 2 digits) |
175 | `\n` | Newline |
176 | `\r` | Carriage return |
177 | `\t` | Tab |
178 | `\\` | Backslash |
179 | `\0` | Null |
180
181 ##### Unicode escapes
182 |   | Name |
183 |---|------|
184 | `\u{7FFF}` | 24-bit Unicode character code (up to 6 digits) |
185
186 ##### Quote escapes
187 |   | Name |
188 |---|------|
189 | `\'` | Single quote |
190 | `\"` | Double quote |
191
192 ##### Numbers
193
194 | [Number literals](#number-literals)`*` | Example | Exponentiation | Suffixes |
195 |----------------------------------------|---------|----------------|----------|
196 | Decimal integer | `98_222` | `N/A` | Integer suffixes |
197 | Hex integer | `0xff` | `N/A` | Integer suffixes |
198 | Octal integer | `0o77` | `N/A` | Integer suffixes |
199 | Binary integer | `0b1111_0000` | `N/A` | Integer suffixes |
200 | Floating-point | `123.0E+77` | `Optional` | Floating-point suffixes |
201
202 `*` All number literals allow `_` as a visual separator: `1_234.0E+18f64`
203
204 ##### Suffixes
205 | Integer | Floating-point |
206 |---------|----------------|
207 | `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64`, `isize`, `usize` | `f32`, `f64` |
208
209 #### Character and string literals
210
211 ##### Character literals
212
213 A _character literal_ is a single Unicode character enclosed within two
214 `U+0027` (single-quote) characters, with the exception of `U+0027` itself,
215 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`).
216
217 ##### String literals
218
219 A _string literal_ is a sequence of any Unicode characters enclosed within two
220 `U+0022` (double-quote) characters, with the exception of `U+0022` itself,
221 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`).
222
223 Line-break characters are allowed in string literals. Normally they represent
224 themselves (i.e. no translation), but as a special exception, when an unescaped
225 `U+005C` character (`\`) occurs immediately before the newline (`U+000A`), the
226 `U+005C` character, the newline, and all whitespace at the beginning of the
227 next line are ignored. Thus `a` and `b` are equal:
228
229 ```rust
230 let a = "foobar";
231 let b = "foo\
232          bar";
233
234 assert_eq!(a,b);
235 ```
236
237 ##### Character escapes
238
239 Some additional _escapes_ are available in either character or non-raw string
240 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
241 following forms:
242
243 * An _8-bit code point escape_ starts with `U+0078` (`x`) and is
244   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the Unicode code point
245   equal to the provided hex value.
246 * A _24-bit code point escape_ starts with `U+0075` (`u`) and is followed
247   by up to six _hex digits_ surrounded by braces `U+007B` (`{`) and `U+007D`
248   (`}`). It denotes the Unicode code point equal to the provided hex value.
249 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
250   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the Unicode values `U+000A` (LF),
251   `U+000D` (CR) or `U+0009` (HT) respectively.
252 * The _null escape_ is the character `U+0030` (`0`) and denotes the Unicode
253   value `U+0000` (NUL).
254 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
255   escaped in order to denote *itself*.
256
257 ##### Raw string literals
258
259 Raw string literals do not process any escapes. They start with the character
260 `U+0072` (`r`), followed by zero or more of the character `U+0023` (`#`) and a
261 `U+0022` (double-quote) character. The _raw string body_ can contain any sequence
262 of Unicode characters and is terminated only by another `U+0022` (double-quote)
263 character, followed by the same number of `U+0023` (`#`) characters that preceded
264 the opening `U+0022` (double-quote) character.
265
266 All Unicode characters contained in the raw string body represent themselves,
267 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
268 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
269 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
270
271 Examples for string literals:
272
273 ```
274 "foo"; r"foo";                     // foo
275 "\"foo\""; r#""foo""#;             // "foo"
276
277 "foo #\"# bar";
278 r##"foo #"# bar"##;                // foo #"# bar
279
280 "\x52"; "R"; r"R";                 // R
281 "\\x52"; r"\x52";                  // \x52
282 ```
283
284 #### Byte and byte string literals
285
286 ##### Byte literals
287
288 A _byte literal_ is a single ASCII character (in the `U+0000` to `U+007F`
289 range) or a single _escape_ preceded by the characters `U+0062` (`b`) and
290 `U+0027` (single-quote), and followed by the character `U+0027`. If the character
291 `U+0027` is present within the literal, it must be _escaped_ by a preceding
292 `U+005C` (`\`) character. It is equivalent to a `u8` unsigned 8-bit integer
293 _number literal_.
294
295 ##### Byte string literals
296
297 A non-raw _byte string literal_ is a sequence of ASCII characters and _escapes_,
298 preceded by the characters `U+0062` (`b`) and `U+0022` (double-quote), and
299 followed by the character `U+0022`. If the character `U+0022` is present within
300 the literal, it must be _escaped_ by a preceding `U+005C` (`\`) character.
301 Alternatively, a byte string literal can be a _raw byte string literal_, defined
302 below. A byte string literal of length `n` is equivalent to a `&'static [u8; n]` borrowed fixed-sized array
303 of unsigned 8-bit integers.
304
305 Some additional _escapes_ are available in either byte or non-raw byte string
306 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
307 following forms:
308
309 * A _byte escape_ escape starts with `U+0078` (`x`) and is
310   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the byte
311   equal to the provided hex value.
312 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
313   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the bytes values `0x0A` (ASCII LF),
314   `0x0D` (ASCII CR) or `0x09` (ASCII HT) respectively.
315 * The _null escape_ is the character `U+0030` (`0`) and denotes the byte
316   value `0x00` (ASCII NUL).
317 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
318   escaped in order to denote its ASCII encoding `0x5C`.
319
320 ##### Raw byte string literals
321
322 Raw byte string literals do not process any escapes. They start with the
323 character `U+0062` (`b`), followed by `U+0072` (`r`), followed by zero or more
324 of the character `U+0023` (`#`), and a `U+0022` (double-quote) character. The
325 _raw string body_ can contain any sequence of ASCII characters and is terminated
326 only by another `U+0022` (double-quote) character, followed by the same number of
327 `U+0023` (`#`) characters that preceded the opening `U+0022` (double-quote)
328 character. A raw byte string literal can not contain any non-ASCII byte.
329
330 All characters contained in the raw string body represent their ASCII encoding,
331 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
332 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
333 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
334
335 Examples for byte string literals:
336
337 ```
338 b"foo"; br"foo";                     // foo
339 b"\"foo\""; br#""foo""#;             // "foo"
340
341 b"foo #\"# bar";
342 br##"foo #"# bar"##;                 // foo #"# bar
343
344 b"\x52"; b"R"; br"R";                // R
345 b"\\x52"; br"\x52";                  // \x52
346 ```
347
348 #### Number literals
349
350 A _number literal_ is either an _integer literal_ or a _floating-point
351 literal_. The grammar for recognizing the two kinds of literals is mixed.
352
353 ##### Integer literals
354
355 An _integer literal_ has one of four forms:
356
357 * A _decimal literal_ starts with a *decimal digit* and continues with any
358   mixture of *decimal digits* and _underscores_.
359 * A _hex literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0078`
360   (`0x`) and continues as any mixture of hex digits and underscores.
361 * An _octal literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+006F`
362   (`0o`) and continues as any mixture of octal digits and underscores.
363 * A _binary literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0062`
364   (`0b`) and continues as any mixture of binary digits and underscores.
365
366 Like any literal, an integer literal may be followed (immediately,
367 without any spaces) by an _integer suffix_, which forcibly sets the
368 type of the literal. The integer suffix must be the name of one of the
369 integral types: `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64`,
370 `isize`, or `usize`.
371
372 The type of an _unsuffixed_ integer literal is determined by type inference:
373
374 * If an integer type can be _uniquely_ determined from the surrounding
375   program context, the unsuffixed integer literal has that type.
376
377 * If the program context under-constrains the type, it defaults to the
378   signed 32-bit integer `i32`.
379
380 * If the program context over-constrains the type, it is considered a
381   static type error.
382
383 Examples of integer literals of various forms:
384
385 ```
386 123i32;                            // type i32
387 123u32;                            // type u32
388 123_u32;                           // type u32
389 0xff_u8;                           // type u8
390 0o70_i16;                          // type i16
391 0b1111_1111_1001_0000_i32;         // type i32
392 0usize;                            // type usize
393 ```
394
395 Note that the Rust syntax considers `-1i8` as an application of the [unary minus
396 operator](#unary-operator-expressions) to an integer literal `1i8`, rather than
397 a single integer literal.
398
399 ##### Floating-point literals
400
401 A _floating-point literal_ has one of two forms:
402
403 * A _decimal literal_ followed by a period character `U+002E` (`.`). This is
404   optionally followed by another decimal literal, with an optional _exponent_.
405 * A single _decimal literal_ followed by an _exponent_.
406
407 Like integer literals, a floating-point literal may be followed by a
408 suffix, so long as the pre-suffix part does not end with `U+002E` (`.`).
409 The suffix forcibly sets the type of the literal. There are two valid
410 _floating-point suffixes_, `f32` and `f64` (the 32-bit and 64-bit floating point
411 types), which explicitly determine the type of the literal.
412
413 The type of an _unsuffixed_ floating-point literal is determined by
414 type inference:
415
416 * If a floating-point type can be _uniquely_ determined from the
417   surrounding program context, the unsuffixed floating-point literal
418   has that type.
419
420 * If the program context under-constrains the type, it defaults to `f64`.
421
422 * If the program context over-constrains the type, it is considered a
423   static type error.
424
425 Examples of floating-point literals of various forms:
426
427 ```
428 123.0f64;        // type f64
429 0.1f64;          // type f64
430 0.1f32;          // type f32
431 12E+99_f64;      // type f64
432 let x: f64 = 2.; // type f64
433 ```
434
435 This last example is different because it is not possible to use the suffix
436 syntax with a floating point literal ending in a period. `2.f64` would attempt
437 to call a method named `f64` on `2`.
438
439 The representation semantics of floating-point numbers are described in
440 ["Machine Types"](#machine-types).
441
442 #### Boolean literals
443
444 The two values of the boolean type are written `true` and `false`.
445
446 ### Symbols
447
448 Symbols are a general class of printable [tokens](#tokens) that play structural
449 roles in a variety of grammar productions. They are a
450 set of remaining miscellaneous printable tokens that do not
451 otherwise appear as [unary operators](#unary-operator-expressions), [binary
452 operators](#binary-operator-expressions), or [keywords][keywords].
453 They are catalogued in [the Symbols section][symbols] of the Grammar document.
454
455 [symbols]: grammar.html#symbols
456
457
458 ## Paths
459
460 A _path_ is a sequence of one or more path components _logically_ separated by
461 a namespace qualifier (`::`). If a path consists of only one component, it may
462 refer to either an [item](#items) or a [variable](#variables) in a local control
463 scope. If a path has multiple components, it refers to an item.
464
465 Every item has a _canonical path_ within its crate, but the path naming an item
466 is only meaningful within a given crate. There is no global namespace across
467 crates; an item's canonical path merely identifies it within the crate.
468
469 Two examples of simple paths consisting of only identifier components:
470
471 ```{.ignore}
472 x;
473 x::y::z;
474 ```
475
476 Path components are usually [identifiers](#identifiers), but they may
477 also include angle-bracket-enclosed lists of type arguments. In
478 [expression](#expressions) context, the type argument list is given
479 after a `::` namespace qualifier in order to disambiguate it from a
480 relational expression involving the less-than symbol (`<`). In type
481 expression context, the final namespace qualifier is omitted.
482
483 Two examples of paths with type arguments:
484
485 ```
486 # struct HashMap<K, V>(K,V);
487 # fn f() {
488 # fn id<T>(t: T) -> T { t }
489 type T = HashMap<i32,String>; // Type arguments used in a type expression
490 let x  = id::<i32>(10);       // Type arguments used in a call expression
491 # }
492 ```
493
494 Paths can be denoted with various leading qualifiers to change the meaning of
495 how it is resolved:
496
497 * Paths starting with `::` are considered to be global paths where the
498   components of the path start being resolved from the crate root. Each
499   identifier in the path must resolve to an item.
500
501 ```rust
502 mod a {
503     pub fn foo() {}
504 }
505 mod b {
506     pub fn foo() {
507         ::a::foo(); // call a's foo function
508     }
509 }
510 # fn main() {}
511 ```
512
513 * Paths starting with the keyword `super` begin resolution relative to the
514   parent module. Each further identifier must resolve to an item.
515
516 ```rust
517 mod a {
518     pub fn foo() {}
519 }
520 mod b {
521     pub fn foo() {
522         super::a::foo(); // call a's foo function
523     }
524 }
525 # fn main() {}
526 ```
527
528 * Paths starting with the keyword `self` begin resolution relative to the
529   current module. Each further identifier must resolve to an item.
530
531 ```rust
532 fn foo() {}
533 fn bar() {
534     self::foo();
535 }
536 # fn main() {}
537 ```
538
539 Additionally keyword `super` may be repeated several times after the first
540 `super` or `self` to refer to ancestor modules.
541
542 ```rust
543 mod a {
544     fn foo() {}
545
546     mod b {
547         mod c {
548             fn foo() {
549                 super::super::foo(); // call a's foo function
550                 self::super::super::foo(); // call a's foo function
551             }
552         }
553     }
554 }
555 # fn main() {}
556 ```
557
558 # Syntax extensions
559
560 A number of minor features of Rust are not central enough to have their own
561 syntax, and yet are not implementable as functions. Instead, they are given
562 names, and invoked through a consistent syntax: `some_extension!(...)`.
563
564 Users of `rustc` can define new syntax extensions in two ways:
565
566 * [Compiler plugins][plugin] can include arbitrary Rust code that
567   manipulates syntax trees at compile time. Note that the interface
568   for compiler plugins is considered highly unstable.
569
570 * [Macros](book/macros.html) define new syntax in a higher-level,
571   declarative way.
572
573 ## Macros
574
575 `macro_rules` allows users to define syntax extension in a declarative way.  We
576 call such extensions "macros by example" or simply "macros" — to be distinguished
577 from the "procedural macros" defined in [compiler plugins][plugin].
578
579 Currently, macros can expand to expressions, statements, items, or patterns.
580
581 (A `sep_token` is any token other than `*` and `+`. A `non_special_token` is
582 any token other than a delimiter or `$`.)
583
584 The macro expander looks up macro invocations by name, and tries each macro
585 rule in turn. It transcribes the first successful match. Matching and
586 transcription are closely related to each other, and we will describe them
587 together.
588
589 ### Macro By Example
590
591 The macro expander matches and transcribes every token that does not begin with
592 a `$` literally, including delimiters. For parsing reasons, delimiters must be
593 balanced, but they are otherwise not special.
594
595 In the matcher, `$` _name_ `:` _designator_ matches the nonterminal in the Rust
596 syntax named by _designator_. Valid designators are:
597
598 * `item`: an [item](#items)
599 * `block`: a [block](#block-expressions)
600 * `stmt`: a [statement](#statements)
601 * `pat`: a [pattern](#match-expressions)
602 * `expr`: an [expression](#expressions)
603 * `ty`: a [type](#types)
604 * `ident`: an [identifier](#identifiers)
605 * `path`: a [path](#paths)
606 * `tt`: a token tree (a single [token](#tokens) or a sequence of token trees surrounded
607   by matching `()`, `[]`, or `{}`)
608 * `meta`: the contents of an [attribute](#attributes)
609
610 In the transcriber, the
611 designator is already known, and so only the name of a matched nonterminal comes
612 after the dollar sign.
613
614 In both the matcher and transcriber, the Kleene star-like operator indicates
615 repetition. The Kleene star operator consists of `$` and parentheses, optionally
616 followed by a separator token, followed by `*` or `+`. `*` means zero or more
617 repetitions, `+` means at least one repetition. The parentheses are not matched or
618 transcribed. On the matcher side, a name is bound to _all_ of the names it
619 matches, in a structure that mimics the structure of the repetition encountered
620 on a successful match. The job of the transcriber is to sort that structure
621 out.
622
623 The rules for transcription of these repetitions are called "Macro By Example".
624 Essentially, one "layer" of repetition is discharged at a time, and all of them
625 must be discharged by the time a name is transcribed. Therefore, `( $( $i:ident
626 ),* ) => ( $i )` is an invalid macro, but `( $( $i:ident ),* ) => ( $( $i:ident
627 ),*  )` is acceptable (if trivial).
628
629 When Macro By Example encounters a repetition, it examines all of the `$`
630 _name_ s that occur in its body. At the "current layer", they all must repeat
631 the same number of times, so ` ( $( $i:ident ),* ; $( $j:ident ),* ) => ( $(
632 ($i,$j) ),* )` is valid if given the argument `(a,b,c ; d,e,f)`, but not
633 `(a,b,c ; d,e)`. The repetition walks through the choices at that layer in
634 lockstep, so the former input transcribes to `(a,d), (b,e), (c,f)`.
635
636 Nested repetitions are allowed.
637
638 ### Parsing limitations
639
640 The parser used by the macro system is reasonably powerful, but the parsing of
641 Rust syntax is restricted in two ways:
642
643 1. Macro definitions are required to include suitable separators after parsing
644    expressions and other bits of the Rust grammar. This implies that
645    a macro definition like `$i:expr [ , ]` is not legal, because `[` could be part
646    of an expression. A macro definition like `$i:expr,` or `$i:expr;` would be legal,
647    however, because `,` and `;` are legal separators. See [RFC 550] for more information.
648 2. The parser must have eliminated all ambiguity by the time it reaches a `$`
649    _name_ `:` _designator_. This requirement most often affects name-designator
650    pairs when they occur at the beginning of, or immediately after, a `$(...)*`;
651    requiring a distinctive token in front can solve the problem.
652
653 [RFC 550]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0550-macro-future-proofing.md
654
655 # Crates and source files
656
657 Although Rust, like any other language, can be implemented by an interpreter as
658 well as a compiler, the only existing implementation is a compiler,
659 and the language has
660 always been designed to be compiled. For these reasons, this section assumes a
661 compiler.
662
663 Rust's semantics obey a *phase distinction* between compile-time and
664 run-time.[^phase-distinction] Semantic rules that have a *static
665 interpretation* govern the success or failure of compilation, while
666 semantic rules
667 that have a *dynamic interpretation* govern the behavior of the program at
668 run-time.
669
670 [^phase-distinction]: This distinction would also exist in an interpreter.
671     Static checks like syntactic analysis, type checking, and lints should
672     happen before the program is executed regardless of when it is executed.
673
674 The compilation model centers on artifacts called _crates_. Each compilation
675 processes a single crate in source form, and if successful, produces a single
676 crate in binary form: either an executable or some sort of
677 library.[^cratesourcefile]
678
679 [^cratesourcefile]: A crate is somewhat analogous to an *assembly* in the
680     ECMA-335 CLI model, a *library* in the SML/NJ Compilation Manager, a *unit*
681     in the Owens and Flatt module system, or a *configuration* in Mesa.
682
683 A _crate_ is a unit of compilation and linking, as well as versioning,
684 distribution and runtime loading. A crate contains a _tree_ of nested
685 [module](#modules) scopes. The top level of this tree is a module that is
686 anonymous (from the point of view of paths within the module) and any item
687 within a crate has a canonical [module path](#paths) denoting its location
688 within the crate's module tree.
689
690 The Rust compiler is always invoked with a single source file as input, and
691 always produces a single output crate. The processing of that source file may
692 result in other source files being loaded as modules. Source files have the
693 extension `.rs`.
694
695 A Rust source file describes a module, the name and location of which &mdash;
696 in the module tree of the current crate &mdash; are defined from outside the
697 source file: either by an explicit `mod_item` in a referencing source file, or
698 by the name of the crate itself. Every source file is a module, but not every
699 module needs its own source file: [module definitions](#modules) can be nested
700 within one file.
701
702 Each source file contains a sequence of zero or more `item` definitions, and
703 may optionally begin with any number of [attributes](#items-and-attributes)
704 that apply to the containing module, most of which influence the behavior of
705 the compiler. The anonymous crate module can have additional attributes that
706 apply to the crate as a whole.
707
708 ```no_run
709 // Specify the crate name.
710 #![crate_name = "projx"]
711
712 // Specify the type of output artifact.
713 #![crate_type = "lib"]
714
715 // Turn on a warning.
716 // This can be done in any module, not just the anonymous crate module.
717 #![warn(non_camel_case_types)]
718 ```
719
720 A crate that contains a `main` function can be compiled to an executable. If a
721 `main` function is present, its return type must be `()`
722 ("[unit](#tuple-types)") and it must take no arguments.
723
724 # Items and attributes
725
726 Crates contain [items](#items), each of which may have some number of
727 [attributes](#attributes) attached to it.
728
729 ## Items
730
731 An _item_ is a component of a crate. Items are organized within a crate by a
732 nested set of [modules](#modules). Every crate has a single "outermost"
733 anonymous module; all further items within the crate have [paths](#paths)
734 within the module tree of the crate.
735
736 Items are entirely determined at compile-time, generally remain fixed during
737 execution, and may reside in read-only memory.
738
739 There are several kinds of item:
740
741 * [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations)
742 * [`use` declarations](#use-declarations)
743 * [modules](#modules)
744 * [function definitions](#functions)
745 * [`extern` blocks](#external-blocks)
746 * [type definitions](grammar.html#type-definitions)
747 * [struct definitions](#structs)
748 * [enumeration definitions](#enumerations)
749 * [constant items](#constant-items)
750 * [static items](#static-items)
751 * [trait definitions](#traits)
752 * [implementations](#implementations)
753
754 Some items form an implicit scope for the declaration of sub-items. In other
755 words, within a function or module, declarations of items can (in many cases)
756 be mixed with the statements, control blocks, and similar artifacts that
757 otherwise compose the item body. The meaning of these scoped items is the same
758 as if the item was declared outside the scope &mdash; it is still a static item
759 &mdash; except that the item's *path name* within the module namespace is
760 qualified by the name of the enclosing item, or is private to the enclosing
761 item (in the case of functions). The grammar specifies the exact locations in
762 which sub-item declarations may appear.
763
764 ### Type Parameters
765
766 All items except modules, constants and statics may be *parameterized* by type.
767 Type parameters are given as a comma-separated list of identifiers enclosed in
768 angle brackets (`<...>`), after the name of the item and before its definition.
769 The type parameters of an item are considered "part of the name", not part of
770 the type of the item. A referencing [path](#paths) must (in principle) provide
771 type arguments as a list of comma-separated types enclosed within angle
772 brackets, in order to refer to the type-parameterized item. In practice, the
773 type-inference system can usually infer such argument types from context. There
774 are no general type-parametric types, only type-parametric items. That is, Rust
775 has no notion of type abstraction: there are no higher-ranked (or "forall") types
776 abstracted over other types, though higher-ranked types do exist for lifetimes.
777
778 ### Modules
779
780 A module is a container for zero or more [items](#items).
781
782 A _module item_ is a module, surrounded in braces, named, and prefixed with the
783 keyword `mod`. A module item introduces a new, named module into the tree of
784 modules making up a crate. Modules can nest arbitrarily.
785
786 An example of a module:
787
788 ```
789 mod math {
790     type Complex = (f64, f64);
791     fn sin(f: f64) -> f64 {
792         /* ... */
793 # panic!();
794     }
795     fn cos(f: f64) -> f64 {
796         /* ... */
797 # panic!();
798     }
799     fn tan(f: f64) -> f64 {
800         /* ... */
801 # panic!();
802     }
803 }
804 ```
805
806 Modules and types share the same namespace. Declaring a named type with
807 the same name as a module in scope is forbidden: that is, a type definition,
808 trait, struct, enumeration, or type parameter can't shadow the name of a module
809 in scope, or vice versa.
810
811 A module without a body is loaded from an external file, by default with the
812 same name as the module, plus the `.rs` extension. When a nested submodule is
813 loaded from an external file, it is loaded from a subdirectory path that
814 mirrors the module hierarchy.
815
816 ```{.ignore}
817 // Load the `vec` module from `vec.rs`
818 mod vec;
819
820 mod thread {
821     // Load the `local_data` module from `thread/local_data.rs`
822     // or `thread/local_data/mod.rs`.
823     mod local_data;
824 }
825 ```
826
827 The directories and files used for loading external file modules can be
828 influenced with the `path` attribute.
829
830 ```{.ignore}
831 #[path = "thread_files"]
832 mod thread {
833     // Load the `local_data` module from `thread_files/tls.rs`
834     #[path = "tls.rs"]
835     mod local_data;
836 }
837 ```
838
839 #### Extern crate declarations
840
841 An _`extern crate` declaration_ specifies a dependency on an external crate.
842 The external crate is then bound into the declaring scope as the `ident`
843 provided in the `extern_crate_decl`.
844
845 The external crate is resolved to a specific `soname` at compile time, and a
846 runtime linkage requirement to that `soname` is passed to the linker for
847 loading at runtime. The `soname` is resolved at compile time by scanning the
848 compiler's library path and matching the optional `crateid` provided against
849 the `crateid` attributes that were declared on the external crate when it was
850 compiled. If no `crateid` is provided, a default `name` attribute is assumed,
851 equal to the `ident` given in the `extern_crate_decl`.
852
853 Three examples of `extern crate` declarations:
854
855 ```{.ignore}
856 extern crate pcre;
857
858 extern crate std; // equivalent to: extern crate std as std;
859
860 extern crate std as ruststd; // linking to 'std' under another name
861 ```
862
863 When naming Rust crates, hyphens are disallowed. However, Cargo packages may
864 make use of them. In such case, when `Cargo.toml` doesn't specify a crate name,
865 Cargo will transparently replace `-` with `_` (Refer to [RFC 940] for more
866 details).
867
868 Here is an example:
869
870 ```{.ignore}
871 // Importing the Cargo package hello-world
872 extern crate hello_world; // hyphen replaced with an underscore
873 ```
874
875 [RFC 940]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0940-hyphens-considered-harmful.md
876
877 #### Use declarations
878
879 A _use declaration_ creates one or more local name bindings synonymous with
880 some other [path](#paths). Usually a `use` declaration is used to shorten the
881 path required to refer to a module item. These declarations may appear in
882 [modules](#modules) and [blocks](grammar.html#block-expressions), usually at the top.
883
884 > **Note**: Unlike in many languages,
885 > `use` declarations in Rust do *not* declare linkage dependency with external crates.
886 > Rather, [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations) declare linkage dependencies.
887
888 Use declarations support a number of convenient shortcuts:
889
890 * Rebinding the target name as a new local name, using the syntax `use p::q::r as x;`
891 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element,
892   using the glob-like brace syntax `use a::b::{c,d,e,f};`
893 * Binding all paths matching a given prefix, using the asterisk wildcard syntax
894   `use a::b::*;`
895 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element
896   and their immediate parent module, using the `self` keyword, such as
897   `use a::b::{self, c, d};`
898
899 An example of `use` declarations:
900
901 ```rust
902 use std::option::Option::{Some, None};
903 use std::collections::hash_map::{self, HashMap};
904
905 fn foo<T>(_: T){}
906 fn bar(map1: HashMap<String, usize>, map2: hash_map::HashMap<String, usize>){}
907
908 fn main() {
909     // Equivalent to 'foo(vec![std::option::Option::Some(1.0f64),
910     // std::option::Option::None]);'
911     foo(vec![Some(1.0f64), None]);
912
913     // Both `hash_map` and `HashMap` are in scope.
914     let map1 = HashMap::new();
915     let map2 = hash_map::HashMap::new();
916     bar(map1, map2);
917 }
918 ```
919
920 Like items, `use` declarations are private to the containing module, by
921 default. Also like items, a `use` declaration can be public, if qualified by
922 the `pub` keyword. Such a `use` declaration serves to _re-export_ a name. A
923 public `use` declaration can therefore _redirect_ some public name to a
924 different target definition: even a definition with a private canonical path,
925 inside a different module. If a sequence of such redirections form a cycle or
926 cannot be resolved unambiguously, they represent a compile-time error.
927
928 An example of re-exporting:
929
930 ```
931 # fn main() { }
932 mod quux {
933     pub use quux::foo::{bar, baz};
934
935     pub mod foo {
936         pub fn bar() { }
937         pub fn baz() { }
938     }
939 }
940 ```
941
942 In this example, the module `quux` re-exports two public names defined in
943 `foo`.
944
945 Also note that the paths contained in `use` items are relative to the crate
946 root. So, in the previous example, the `use` refers to `quux::foo::{bar,
947 baz}`, and not simply to `foo::{bar, baz}`. This also means that top-level
948 module declarations should be at the crate root if direct usage of the declared
949 modules within `use` items is desired. It is also possible to use `self` and
950 `super` at the beginning of a `use` item to refer to the current and direct
951 parent modules respectively. All rules regarding accessing declared modules in
952 `use` declarations apply to both module declarations and `extern crate`
953 declarations.
954
955 An example of what will and will not work for `use` items:
956
957 ```
958 # #![allow(unused_imports)]
959 use foo::baz::foobaz;    // good: foo is at the root of the crate
960
961 mod foo {
962
963     mod example {
964         pub mod iter {}
965     }
966
967     use foo::example::iter; // good: foo is at crate root
968 //  use example::iter;      // bad:  example is not at the crate root
969     use self::baz::foobaz;  // good: self refers to module 'foo'
970     use foo::bar::foobar;   // good: foo is at crate root
971
972     pub mod bar {
973         pub fn foobar() { }
974     }
975
976     pub mod baz {
977         use super::bar::foobar; // good: super refers to module 'foo'
978         pub fn foobaz() { }
979     }
980 }
981
982 fn main() {}
983 ```
984
985 ### Functions
986
987 A _function item_ defines a sequence of [statements](#statements) and a
988 final [expression](#expressions), along with a name and a set of
989 parameters. Other than a name, all these are optional.
990 Functions are declared with the keyword `fn`. Functions may declare a
991 set of *input* [*variables*](#variables) as parameters, through which the caller
992 passes arguments into the function, and the *output* [*type*](#types)
993 of the value the function will return to its caller on completion.
994
995 A function may also be copied into a first-class *value*, in which case the
996 value has the corresponding [*function type*](#function-types), and can be used
997 otherwise exactly as a function item (with a minor additional cost of calling
998 the function indirectly).
999
1000 Every control path in a function logically ends with a `return` expression or a
1001 diverging expression. If the outermost block of a function has a
1002 value-producing expression in its final-expression position, that expression is
1003 interpreted as an implicit `return` expression applied to the final-expression.
1004
1005 An example of a function:
1006
1007 ```
1008 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
1009     x + y
1010 }
1011 ```
1012
1013 As with `let` bindings, function arguments are irrefutable patterns, so any
1014 pattern that is valid in a let binding is also valid as an argument.
1015
1016 ```
1017 fn first((value, _): (i32, i32)) -> i32 { value }
1018 ```
1019
1020
1021 #### Generic functions
1022
1023 A _generic function_ allows one or more _parameterized types_ to appear in its
1024 signature. Each type parameter must be explicitly declared in an
1025 angle-bracket-enclosed and comma-separated list, following the function name.
1026
1027 ```rust,ignore
1028 // foo is generic over A and B
1029
1030 fn foo<A, B>(x: A, y: B) {
1031 ```
1032
1033 Inside the function signature and body, the name of the type parameter can be
1034 used as a type name. [Trait](#traits) bounds can be specified for type parameters
1035 to allow methods with that trait to be called on values of that type. This is
1036 specified using the `where` syntax:
1037
1038 ```rust,ignore
1039 fn foo<T>(x: T) where T: Debug {
1040 ```
1041
1042 When a generic function is referenced, its type is instantiated based on the
1043 context of the reference. For example, calling the `foo` function here:
1044
1045 ```
1046 use std::fmt::Debug;
1047
1048 fn foo<T>(x: &[T]) where T: Debug {
1049     // details elided
1050     # ()
1051 }
1052
1053 foo(&[1, 2]);
1054 ```
1055
1056 will instantiate type parameter `T` with `i32`.
1057
1058 The type parameters can also be explicitly supplied in a trailing
1059 [path](#paths) component after the function name. This might be necessary if
1060 there is not sufficient context to determine the type parameters. For example,
1061 `mem::size_of::<u32>() == 4`.
1062
1063 #### Diverging functions
1064
1065 A special kind of function can be declared with a `!` character where the
1066 output type would normally be. For example:
1067
1068 ```
1069 fn my_err(s: &str) -> ! {
1070     println!("{}", s);
1071     panic!();
1072 }
1073 ```
1074
1075 We call such functions "diverging" because they never return a value to the
1076 caller. Every control path in a diverging function must end with a `panic!()` or
1077 a call to another diverging function on every control path. The `!` annotation
1078 does *not* denote a type.
1079
1080 It might be necessary to declare a diverging function because as mentioned
1081 previously, the typechecker checks that every control path in a function ends
1082 with a [`return`](#return-expressions) or diverging expression. So, if `my_err`
1083 were declared without the `!` annotation, the following code would not
1084 typecheck:
1085
1086 ```
1087 # fn my_err(s: &str) -> ! { panic!() }
1088
1089 fn f(i: i32) -> i32 {
1090     if i == 42 {
1091         return 42;
1092     }
1093     else {
1094         my_err("Bad number!");
1095     }
1096 }
1097 ```
1098
1099 This will not compile without the `!` annotation on `my_err`, since the `else`
1100 branch of the conditional in `f` does not return an `i32`, as required by the
1101 signature of `f`. Adding the `!` annotation to `my_err` informs the
1102 typechecker that, should control ever enter `my_err`, no further type judgments
1103 about `f` need to hold, since control will never resume in any context that
1104 relies on those judgments. Thus the return type on `f` only needs to reflect
1105 the `if` branch of the conditional.
1106
1107 #### Extern functions
1108
1109 Extern functions are part of Rust's foreign function interface, providing the
1110 opposite functionality to [external blocks](#external-blocks). Whereas
1111 external blocks allow Rust code to call foreign code, extern functions with
1112 bodies defined in Rust code _can be called by foreign code_. They are defined
1113 in the same way as any other Rust function, except that they have the `extern`
1114 modifier.
1115
1116 ```
1117 // Declares an extern fn, the ABI defaults to "C"
1118 extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1119
1120 // Declares an extern fn with "stdcall" ABI
1121 extern "stdcall" fn new_i32_stdcall() -> i32 { 0 }
1122 ```
1123
1124 Unlike normal functions, extern fns have type `extern "ABI" fn()`. This is the
1125 same type as the functions declared in an extern block.
1126
1127 ```
1128 # extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1129 let fptr: extern "C" fn() -> i32 = new_i32;
1130 ```
1131
1132 Extern functions may be called directly from Rust code as Rust uses large,
1133 contiguous stack segments like C.
1134
1135 ### Type aliases
1136
1137 A _type alias_ defines a new name for an existing [type](#types). Type
1138 aliases are declared with the keyword `type`. Every value has a single,
1139 specific type, but may implement several different traits, or be compatible with
1140 several different type constraints.
1141
1142 For example, the following defines the type `Point` as a synonym for the type
1143 `(u8, u8)`, the type of pairs of unsigned 8 bit integers:
1144
1145 ```
1146 type Point = (u8, u8);
1147 let p: Point = (41, 68);
1148 ```
1149
1150 Currently a type alias to an enum type cannot be used to qualify the
1151 constructors:
1152
1153 ```
1154 enum E { A }
1155 type F = E;
1156 let _: F = E::A;  // OK
1157 // let _: F = F::A;  // Doesn't work
1158 ```
1159
1160 ### Structs
1161
1162 A _struct_ is a nominal [struct type](#struct-types) defined with the
1163 keyword `struct`.
1164
1165 An example of a `struct` item and its use:
1166
1167 ```
1168 struct Point {x: i32, y: i32}
1169 let p = Point {x: 10, y: 11};
1170 let px: i32 = p.x;
1171 ```
1172
1173 A _tuple struct_ is a nominal [tuple type](#tuple-types), also defined with
1174 the keyword `struct`. For example:
1175
1176 ```
1177 struct Point(i32, i32);
1178 let p = Point(10, 11);
1179 let px: i32 = match p { Point(x, _) => x };
1180 ```
1181
1182 A _unit-like struct_ is a struct without any fields, defined by leaving off
1183 the list of fields entirely. Such a struct implicitly defines a constant of
1184 its type with the same name. For example:
1185
1186 ```
1187 struct Cookie;
1188 let c = [Cookie, Cookie {}, Cookie, Cookie {}];
1189 ```
1190
1191 is equivalent to
1192
1193 ```
1194 struct Cookie {}
1195 const Cookie: Cookie = Cookie {};
1196 let c = [Cookie, Cookie {}, Cookie, Cookie {}];
1197 ```
1198
1199 The precise memory layout of a struct is not specified. One can specify a
1200 particular layout using the [`repr` attribute](#ffi-attributes).
1201
1202 ### Enumerations
1203
1204 An _enumeration_ is a simultaneous definition of a nominal [enumerated
1205 type](#enumerated-types) as well as a set of *constructors*, that can be used
1206 to create or pattern-match values of the corresponding enumerated type.
1207
1208 Enumerations are declared with the keyword `enum`.
1209
1210 An example of an `enum` item and its use:
1211
1212 ```
1213 enum Animal {
1214     Dog,
1215     Cat,
1216 }
1217
1218 let mut a: Animal = Animal::Dog;
1219 a = Animal::Cat;
1220 ```
1221
1222 Enumeration constructors can have either named or unnamed fields:
1223
1224 ```rust
1225 enum Animal {
1226     Dog (String, f64),
1227     Cat { name: String, weight: f64 },
1228 }
1229
1230 let mut a: Animal = Animal::Dog("Cocoa".to_string(), 37.2);
1231 a = Animal::Cat { name: "Spotty".to_string(), weight: 2.7 };
1232 ```
1233
1234 In this example, `Cat` is a _struct-like enum variant_,
1235 whereas `Dog` is simply called an enum variant.
1236
1237 Each enum value has a _discriminant_ which is an integer associated to it. You
1238 can specify it explicitly:
1239
1240 ```
1241 enum Foo {
1242     Bar = 123,
1243 }
1244 ```
1245
1246 The right hand side of the specification is interpreted as an `isize` value,
1247 but the compiler is allowed to use a smaller type in the actual memory layout.
1248 The [`repr` attribute](#ffi-attributes) can be added in order to change
1249 the type of the right hand side and specify the memory layout.
1250
1251 If a discriminant isn't specified, they start at zero, and add one for each
1252 variant, in order.
1253
1254 You can cast an enum to get its discriminant:
1255
1256 ```
1257 # enum Foo { Bar = 123 }
1258 let x = Foo::Bar as u32; // x is now 123u32
1259 ```
1260
1261 This only works as long as none of the variants have data attached. If
1262 it were `Bar(i32)`, this is disallowed.
1263
1264 ### Constant items
1265
1266 A *constant item* is a named _constant value_ which is not associated with a
1267 specific memory location in the program. Constants are essentially inlined
1268 wherever they are used, meaning that they are copied directly into the relevant
1269 context when used. References to the same constant are not necessarily
1270 guaranteed to refer to the same memory address.
1271
1272 Constant values must not have destructors, and otherwise permit most forms of
1273 data. Constants may refer to the address of other constants, in which case the
1274 address will have the `static` lifetime. (See below on [static lifetime
1275 elision](#static-lifetime-elision).) The compiler is, however, still at 
1276 liberty to translate the constant many times, so the address referred to may not
1277 be stable.
1278
1279 Constants must be explicitly typed. The type may be `bool`, `char`, a number, or
1280 a type derived from those primitive types. The derived types are references with
1281 the `static` lifetime, fixed-size arrays, tuples, enum variants, and structs.
1282
1283 ```rust
1284 const BIT1: u32 = 1 << 0;
1285 const BIT2: u32 = 1 << 1;
1286
1287 const BITS: [u32; 2] = [BIT1, BIT2];
1288 const STRING: &'static str = "bitstring";
1289
1290 struct BitsNStrings<'a> {
1291     mybits: [u32; 2],
1292     mystring: &'a str,
1293 }
1294
1295 const BITS_N_STRINGS: BitsNStrings<'static> = BitsNStrings {
1296     mybits: BITS,
1297     mystring: STRING,
1298 };
1299 ```
1300
1301 ### Static items
1302
1303 A *static item* is similar to a *constant*, except that it represents a precise
1304 memory location in the program. A static is never "inlined" at the usage site,
1305 and all references to it refer to the same memory location. Static items have
1306 the `static` lifetime, which outlives all other lifetimes in a Rust program.
1307 Static items may be placed in read-only memory if they do not contain any
1308 interior mutability.
1309
1310 Statics may contain interior mutability through the `UnsafeCell` language item.
1311 All access to a static is safe, but there are a number of restrictions on
1312 statics:
1313
1314 * Statics may not contain any destructors.
1315 * The types of static values must ascribe to `Sync` to allow thread-safe access.
1316 * Statics may not refer to other statics by value, only by reference.
1317 * Constants cannot refer to statics.
1318
1319 Constants should in general be preferred over statics, unless large amounts of
1320 data are being stored, or single-address and mutability properties are required.
1321
1322 #### Mutable statics
1323
1324 If a static item is declared with the `mut` keyword, then it is allowed to
1325 be modified by the program. One of Rust's goals is to make concurrency bugs
1326 hard to run into, and this is obviously a very large source of race conditions
1327 or other bugs. For this reason, an `unsafe` block is required when either
1328 reading or writing a mutable static variable. Care should be taken to ensure
1329 that modifications to a mutable static are safe with respect to other threads
1330 running in the same process.
1331
1332 Mutable statics are still very useful, however. They can be used with C
1333 libraries and can also be bound from C libraries (in an `extern` block).
1334
1335 ```rust
1336 # fn atomic_add(_: &mut u32, _: u32) -> u32 { 2 }
1337
1338 static mut LEVELS: u32 = 0;
1339
1340 // This violates the idea of no shared state, and this doesn't internally
1341 // protect against races, so this function is `unsafe`
1342 unsafe fn bump_levels_unsafe1() -> u32 {
1343     let ret = LEVELS;
1344     LEVELS += 1;
1345     return ret;
1346 }
1347
1348 // Assuming that we have an atomic_add function which returns the old value,
1349 // this function is "safe" but the meaning of the return value may not be what
1350 // callers expect, so it's still marked as `unsafe`
1351 unsafe fn bump_levels_unsafe2() -> u32 {
1352     return atomic_add(&mut LEVELS, 1);
1353 }
1354 ```
1355
1356 Mutable statics have the same restrictions as normal statics, except that the
1357 type of the value is not required to ascribe to `Sync`.
1358
1359 #### `'static` lifetime elision
1360
1361 [Unstable] Both constant and static declarations of reference types have
1362 *implicit* `'static` lifetimes unless an explicit lifetime is specified. As
1363 such, the constant declarations involving `'static` above may be written
1364 without the lifetimes. Returning to our previous example:
1365
1366 ```rust
1367 #[feature(static_in_const)]
1368 const BIT1: u32 = 1 << 0;
1369 const BIT2: u32 = 1 << 1;
1370
1371 const BITS: [u32; 2] = [BIT1, BIT2];
1372 const STRING: &str = "bitstring";
1373
1374 struct BitsNStrings<'a> {
1375     mybits: [u32; 2],
1376     mystring: &'a str,
1377 }
1378
1379 const BITS_N_STRINGS: BitsNStrings = BitsNStrings {
1380     mybits: BITS,
1381     mystring: STRING,
1382 };
1383 ```
1384
1385 ### Traits
1386
1387 A _trait_ describes an abstract interface that types can
1388 implement. This interface consists of associated items, which come in
1389 three varieties:
1390
1391 - functions
1392 - constants
1393 - types
1394
1395 Associated functions whose first parameter is named `self` are called
1396 methods and may be invoked using `.` notation (e.g., `x.foo()`).
1397
1398 All traits define an implicit type parameter `Self` that refers to
1399 "the type that is implementing this interface". Traits may also
1400 contain additional type parameters. These type parameters (including
1401 `Self`) may be constrained by other traits and so forth as usual.
1402
1403 Trait bounds on `Self` are considered "supertraits". These are
1404 required to be acyclic.  Supertraits are somewhat different from other
1405 constraints in that they affect what methods are available in the
1406 vtable when the trait is used as a [trait object](#trait-objects).
1407
1408 Traits are implemented for specific types through separate
1409 [implementations](#implementations).
1410
1411 Consider the following trait:
1412
1413 ```
1414 # type Surface = i32;
1415 # type BoundingBox = i32;
1416 trait Shape {
1417     fn draw(&self, Surface);
1418     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox;
1419 }
1420 ```
1421
1422 This defines a trait with two methods. All values that have
1423 [implementations](#implementations) of this trait in scope can have their
1424 `draw` and `bounding_box` methods called, using `value.bounding_box()`
1425 [syntax](#method-call-expressions).
1426
1427 Traits can include default implementations of methods, as in:
1428
1429 ```
1430 trait Foo {
1431     fn bar(&self);
1432     fn baz(&self) { println!("We called baz."); }
1433 }
1434 ```
1435
1436 Here the `baz` method has a default implementation, so types that implement
1437 `Foo` need only implement `bar`. It is also possible for implementing types
1438 to override a method that has a default implementation.
1439
1440 Type parameters can be specified for a trait to make it generic. These appear
1441 after the trait name, using the same syntax used in [generic
1442 functions](#generic-functions).
1443
1444 ```
1445 trait Seq<T> {
1446     fn len(&self) -> u32;
1447     fn elt_at(&self, n: u32) -> T;
1448     fn iter<F>(&self, F) where F: Fn(T);
1449 }
1450 ```
1451
1452 It is also possible to define associated types for a trait. Consider the
1453 following example of a `Container` trait. Notice how the type is available
1454 for use in the method signatures:
1455
1456 ```
1457 trait Container {
1458     type E;
1459     fn empty() -> Self;
1460     fn insert(&mut self, Self::E);
1461 }
1462 ```
1463
1464 In order for a type to implement this trait, it must not only provide
1465 implementations for every method, but it must specify the type `E`. Here's
1466 an implementation of `Container` for the standard library type `Vec`:
1467
1468 ```
1469 # trait Container {
1470 #     type E;
1471 #     fn empty() -> Self;
1472 #     fn insert(&mut self, Self::E);
1473 # }
1474 impl<T> Container for Vec<T> {
1475     type E = T;
1476     fn empty() -> Vec<T> { Vec::new() }
1477     fn insert(&mut self, x: T) { self.push(x); }
1478 }
1479 ```
1480
1481 Generic functions may use traits as _bounds_ on their type parameters. This
1482 will have two effects:
1483
1484 - Only types that have the trait may instantiate the parameter.
1485 - Within the generic function, the methods of the trait can be
1486   called on values that have the parameter's type.
1487
1488 For example:
1489
1490 ```
1491 # type Surface = i32;
1492 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); }
1493 fn draw_twice<T: Shape>(surface: Surface, sh: T) {
1494     sh.draw(surface);
1495     sh.draw(surface);
1496 }
1497 ```
1498
1499 Traits also define a [trait object](#trait-objects) with the same
1500 name as the trait. Values of this type are created by coercing from a
1501 pointer of some specific type to a pointer of trait type. For example,
1502 `&T` could be coerced to `&Shape` if `T: Shape` holds (and similarly
1503 for `Box<T>`). This coercion can either be implicit or
1504 [explicit](#type-cast-expressions). Here is an example of an explicit
1505 coercion:
1506
1507 ```
1508 trait Shape { }
1509 impl Shape for i32 { }
1510 let mycircle = 0i32;
1511 let myshape: Box<Shape> = Box::new(mycircle) as Box<Shape>;
1512 ```
1513
1514 The resulting value is a box containing the value that was cast, along with
1515 information that identifies the methods of the implementation that was used.
1516 Values with a trait type can have [methods called](#method-call-expressions) on
1517 them, for any method in the trait, and can be used to instantiate type
1518 parameters that are bounded by the trait.
1519
1520 Trait methods may be static, which means that they lack a `self` argument.
1521 This means that they can only be called with function call syntax (`f(x)`) and
1522 not method call syntax (`obj.f()`). The way to refer to the name of a static
1523 method is to qualify it with the trait name, treating the trait name like a
1524 module. For example:
1525
1526 ```
1527 trait Num {
1528     fn from_i32(n: i32) -> Self;
1529 }
1530 impl Num for f64 {
1531     fn from_i32(n: i32) -> f64 { n as f64 }
1532 }
1533 let x: f64 = Num::from_i32(42);
1534 ```
1535
1536 Traits may inherit from other traits. Consider the following example:
1537
1538 ```
1539 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1540 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1541 ```
1542
1543 The syntax `Circle : Shape` means that types that implement `Circle` must also
1544 have an implementation for `Shape`. Multiple supertraits are separated by `+`,
1545 `trait Circle : Shape + PartialEq { }`. In an implementation of `Circle` for a
1546 given type `T`, methods can refer to `Shape` methods, since the typechecker
1547 checks that any type with an implementation of `Circle` also has an
1548 implementation of `Shape`:
1549
1550 ```rust
1551 struct Foo;
1552
1553 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1554 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1555 impl Shape for Foo {
1556     fn area(&self) -> f64 {
1557         0.0
1558     }
1559 }
1560 impl Circle for Foo {
1561     fn radius(&self) -> f64 {
1562         println!("calling area: {}", self.area());
1563
1564         0.0
1565     }
1566 }
1567
1568 let c = Foo;
1569 c.radius();
1570 ```
1571
1572 In type-parameterized functions, methods of the supertrait may be called on
1573 values of subtrait-bound type parameters. Referring to the previous example of
1574 `trait Circle : Shape`:
1575
1576 ```
1577 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1578 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1579 fn radius_times_area<T: Circle>(c: T) -> f64 {
1580     // `c` is both a Circle and a Shape
1581     c.radius() * c.area()
1582 }
1583 ```
1584
1585 Likewise, supertrait methods may also be called on trait objects.
1586
1587 ```{.ignore}
1588 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1589 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1590 # impl Shape for i32 { fn area(&self) -> f64 { 0.0 } }
1591 # impl Circle for i32 { fn radius(&self) -> f64 { 0.0 } }
1592 # let mycircle = 0i32;
1593 let mycircle = Box::new(mycircle) as Box<Circle>;
1594 let nonsense = mycircle.radius() * mycircle.area();
1595 ```
1596
1597 ### Implementations
1598
1599 An _implementation_ is an item that implements a [trait](#traits) for a
1600 specific type.
1601
1602 Implementations are defined with the keyword `impl`.
1603
1604 ```
1605 # #[derive(Copy, Clone)]
1606 # struct Point {x: f64, y: f64};
1607 # type Surface = i32;
1608 # struct BoundingBox {x: f64, y: f64, width: f64, height: f64};
1609 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); fn bounding_box(&self) -> BoundingBox; }
1610 # fn do_draw_circle(s: Surface, c: Circle) { }
1611 struct Circle {
1612     radius: f64,
1613     center: Point,
1614 }
1615
1616 impl Copy for Circle {}
1617
1618 impl Clone for Circle {
1619     fn clone(&self) -> Circle { *self }
1620 }
1621
1622 impl Shape for Circle {
1623     fn draw(&self, s: Surface) { do_draw_circle(s, *self); }
1624     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox {
1625         let r = self.radius;
1626         BoundingBox {
1627             x: self.center.x - r,
1628             y: self.center.y - r,
1629             width: 2.0 * r,
1630             height: 2.0 * r,
1631         }
1632     }
1633 }
1634 ```
1635
1636 It is possible to define an implementation without referring to a trait. The
1637 methods in such an implementation can only be used as direct calls on the values
1638 of the type that the implementation targets. In such an implementation, the
1639 trait type and `for` after `impl` are omitted. Such implementations are limited
1640 to nominal types (enums, structs, trait objects), and the implementation must
1641 appear in the same crate as the `self` type:
1642
1643 ```
1644 struct Point {x: i32, y: i32}
1645
1646 impl Point {
1647     fn log(&self) {
1648         println!("Point is at ({}, {})", self.x, self.y);
1649     }
1650 }
1651
1652 let my_point = Point {x: 10, y:11};
1653 my_point.log();
1654 ```
1655
1656 When a trait _is_ specified in an `impl`, all methods declared as part of the
1657 trait must be implemented, with matching types and type parameter counts.
1658
1659 An implementation can take type parameters, which can be different from the
1660 type parameters taken by the trait it implements. Implementation parameters
1661 are written after the `impl` keyword.
1662
1663 ```
1664 # trait Seq<T> { fn dummy(&self, _: T) { } }
1665 impl<T> Seq<T> for Vec<T> {
1666     /* ... */
1667 }
1668 impl Seq<bool> for u32 {
1669     /* Treat the integer as a sequence of bits */
1670 }
1671 ```
1672
1673 ### External blocks
1674
1675 External blocks form the basis for Rust's foreign function interface.
1676 Declarations in an external block describe symbols in external, non-Rust
1677 libraries.
1678
1679 Functions within external blocks are declared in the same way as other Rust
1680 functions, with the exception that they may not have a body and are instead
1681 terminated by a semicolon.
1682
1683 Functions within external blocks may be called by Rust code, just like
1684 functions defined in Rust. The Rust compiler automatically translates between
1685 the Rust ABI and the foreign ABI.
1686
1687 Functions within external blocks may be variadic by specifying `...` after one
1688 or more named arguments in the argument list:
1689
1690 ```ignore
1691 extern {
1692     fn foo(x: i32, ...);
1693 }
1694 ```
1695
1696 A number of [attributes](#ffi-attributes) control the behavior of external blocks.
1697
1698 By default external blocks assume that the library they are calling uses the
1699 standard C ABI on the specific platform. Other ABIs may be specified using an
1700 `abi` string, as shown here:
1701
1702 ```ignore
1703 // Interface to the Windows API
1704 extern "stdcall" { }
1705 ```
1706
1707 There are three ABI strings which are cross-platform, and which all compilers
1708 are guaranteed to support:
1709
1710 * `extern "Rust"` -- The default ABI when you write a normal `fn foo()` in any
1711   Rust code.
1712 * `extern "C"` -- This is the same as `extern fn foo()`; whatever the default
1713   your C compiler supports.
1714 * `extern "system"` -- Usually the same as `extern "C"`, except on Win32, in
1715   which case it's `"stdcall"`, or what you should use to link to the Windows API
1716   itself
1717
1718 There are also some platform-specific ABI strings:
1719
1720 * `extern "cdecl"` -- The default for x86\_32 C code.
1721 * `extern "stdcall"` -- The default for the Win32 API on x86\_32.
1722 * `extern "win64"` -- The default for C code on x86\_64 Windows.
1723 * `extern "sysv64"` -- The default for C code on non-Windows x86\_64.
1724 * `extern "aapcs"` -- The default for ARM.
1725 * `extern "fastcall"` -- The `fastcall` ABI -- corresponds to MSVC's
1726   `__fastcall` and GCC and clang's `__attribute__((fastcall))`
1727 * `extern "vectorcall"` -- The `vectorcall` ABI -- corresponds to MSVC's
1728   `__vectorcall` and clang's `__attribute__((vectorcall))`
1729
1730 Finally, there are some rustc-specific ABI strings:
1731
1732 * `extern "rust-intrinsic"` -- The ABI of rustc intrinsics.
1733 * `extern "rust-call"` -- The ABI of the Fn::call trait functions.
1734 * `extern "platform-intrinsic"` -- Specific platform intrinsics -- like, for
1735   example, `sqrt` -- have this ABI. You should never have to deal with it.
1736
1737 The `link` attribute allows the name of the library to be specified. When
1738 specified the compiler will attempt to link against the native library of the
1739 specified name.
1740
1741 ```{.ignore}
1742 #[link(name = "crypto")]
1743 extern { }
1744 ```
1745
1746 The type of a function declared in an extern block is `extern "abi" fn(A1, ...,
1747 An) -> R`, where `A1...An` are the declared types of its arguments and `R` is
1748 the declared return type.
1749
1750 It is valid to add the `link` attribute on an empty extern block. You can use
1751 this to satisfy the linking requirements of extern blocks elsewhere in your code
1752 (including upstream crates) instead of adding the attribute to each extern block.
1753
1754 ## Visibility and Privacy
1755
1756 These two terms are often used interchangeably, and what they are attempting to
1757 convey is the answer to the question "Can this item be used at this location?"
1758
1759 Rust's name resolution operates on a global hierarchy of namespaces. Each level
1760 in the hierarchy can be thought of as some item. The items are one of those
1761 mentioned above, but also include external crates. Declaring or defining a new
1762 module can be thought of as inserting a new tree into the hierarchy at the
1763 location of the definition.
1764
1765 To control whether interfaces can be used across modules, Rust checks each use
1766 of an item to see whether it should be allowed or not. This is where privacy
1767 warnings are generated, or otherwise "you used a private item of another module
1768 and weren't allowed to."
1769
1770 By default, everything in Rust is *private*, with two exceptions: Associated
1771 items in a `pub` Trait are public by default; Enum variants
1772 in a `pub` enum are also public by default. When an item is declared as `pub`,
1773 it can be thought of as being accessible to the outside world. For example:
1774
1775 ```
1776 # fn main() {}
1777 // Declare a private struct
1778 struct Foo;
1779
1780 // Declare a public struct with a private field
1781 pub struct Bar {
1782     field: i32,
1783 }
1784
1785 // Declare a public enum with two public variants
1786 pub enum State {
1787     PubliclyAccessibleState,
1788     PubliclyAccessibleState2,
1789 }
1790 ```
1791
1792 With the notion of an item being either public or private, Rust allows item
1793 accesses in two cases:
1794
1795 1. If an item is public, then it can be used externally through any of its
1796    public ancestors.
1797 2. If an item is private, it may be accessed by the current module and its
1798    descendants.
1799
1800 These two cases are surprisingly powerful for creating module hierarchies
1801 exposing public APIs while hiding internal implementation details. To help
1802 explain, here's a few use cases and what they would entail:
1803
1804 * A library developer needs to expose functionality to crates which link
1805   against their library. As a consequence of the first case, this means that
1806   anything which is usable externally must be `pub` from the root down to the
1807   destination item. Any private item in the chain will disallow external
1808   accesses.
1809
1810 * A crate needs a global available "helper module" to itself, but it doesn't
1811   want to expose the helper module as a public API. To accomplish this, the
1812   root of the crate's hierarchy would have a private module which then
1813   internally has a "public API". Because the entire crate is a descendant of
1814   the root, then the entire local crate can access this private module through
1815   the second case.
1816
1817 * When writing unit tests for a module, it's often a common idiom to have an
1818   immediate child of the module to-be-tested named `mod test`. This module
1819   could access any items of the parent module through the second case, meaning
1820   that internal implementation details could also be seamlessly tested from the
1821   child module.
1822
1823 In the second case, it mentions that a private item "can be accessed" by the
1824 current module and its descendants, but the exact meaning of accessing an item
1825 depends on what the item is. Accessing a module, for example, would mean
1826 looking inside of it (to import more items). On the other hand, accessing a
1827 function would mean that it is invoked. Additionally, path expressions and
1828 import statements are considered to access an item in the sense that the
1829 import/expression is only valid if the destination is in the current visibility
1830 scope.
1831
1832 Here's an example of a program which exemplifies the three cases outlined
1833 above:
1834
1835 ```
1836 // This module is private, meaning that no external crate can access this
1837 // module. Because it is private at the root of this current crate, however, any
1838 // module in the crate may access any publicly visible item in this module.
1839 mod crate_helper_module {
1840
1841     // This function can be used by anything in the current crate
1842     pub fn crate_helper() {}
1843
1844     // This function *cannot* be used by anything else in the crate. It is not
1845     // publicly visible outside of the `crate_helper_module`, so only this
1846     // current module and its descendants may access it.
1847     fn implementation_detail() {}
1848 }
1849
1850 // This function is "public to the root" meaning that it's available to external
1851 // crates linking against this one.
1852 pub fn public_api() {}
1853
1854 // Similarly to 'public_api', this module is public so external crates may look
1855 // inside of it.
1856 pub mod submodule {
1857     use crate_helper_module;
1858
1859     pub fn my_method() {
1860         // Any item in the local crate may invoke the helper module's public
1861         // interface through a combination of the two rules above.
1862         crate_helper_module::crate_helper();
1863     }
1864
1865     // This function is hidden to any module which is not a descendant of
1866     // `submodule`
1867     fn my_implementation() {}
1868
1869     #[cfg(test)]
1870     mod test {
1871
1872         #[test]
1873         fn test_my_implementation() {
1874             // Because this module is a descendant of `submodule`, it's allowed
1875             // to access private items inside of `submodule` without a privacy
1876             // violation.
1877             super::my_implementation();
1878         }
1879     }
1880 }
1881
1882 # fn main() {}
1883 ```
1884
1885 For a Rust program to pass the privacy checking pass, all paths must be valid
1886 accesses given the two rules above. This includes all use statements,
1887 expressions, types, etc.
1888
1889 ### Re-exporting and Visibility
1890
1891 Rust allows publicly re-exporting items through a `pub use` directive. Because
1892 this is a public directive, this allows the item to be used in the current
1893 module through the rules above. It essentially allows public access into the
1894 re-exported item. For example, this program is valid:
1895
1896 ```
1897 pub use self::implementation::api;
1898
1899 mod implementation {
1900     pub mod api {
1901         pub fn f() {}
1902     }
1903 }
1904
1905 # fn main() {}
1906 ```
1907
1908 This means that any external crate referencing `implementation::api::f` would
1909 receive a privacy violation, while the path `api::f` would be allowed.
1910
1911 When re-exporting a private item, it can be thought of as allowing the "privacy
1912 chain" being short-circuited through the reexport instead of passing through
1913 the namespace hierarchy as it normally would.
1914
1915 ## Attributes
1916
1917 Any item declaration may have an _attribute_ applied to it. Attributes in Rust
1918 are modeled on Attributes in ECMA-335, with the syntax coming from ECMA-334
1919 (C#). An attribute is a general, free-form metadatum that is interpreted
1920 according to name, convention, and language and compiler version. Attributes
1921 may appear as any of:
1922
1923 * A single identifier, the attribute name
1924 * An identifier followed by the equals sign '=' and a literal, providing a
1925   key/value pair
1926 * An identifier followed by a parenthesized list of sub-attribute arguments
1927
1928 Attributes with a bang ("!") after the hash ("#") apply to the item that the
1929 attribute is declared within. Attributes that do not have a bang after the hash
1930 apply to the item that follows the attribute.
1931
1932 An example of attributes:
1933
1934 ```{.rust}
1935 // General metadata applied to the enclosing module or crate.
1936 #![crate_type = "lib"]
1937
1938 // A function marked as a unit test
1939 #[test]
1940 fn test_foo() {
1941     /* ... */
1942 }
1943
1944 // A conditionally-compiled module
1945 #[cfg(target_os="linux")]
1946 mod bar {
1947     /* ... */
1948 }
1949
1950 // A lint attribute used to suppress a warning/error
1951 #[allow(non_camel_case_types)]
1952 type int8_t = i8;
1953 ```
1954
1955 > **Note:** At some point in the future, the compiler will distinguish between
1956 > language-reserved and user-available attributes. Until then, there is
1957 > effectively no difference between an attribute handled by a loadable syntax
1958 > extension and the compiler.
1959
1960 ### Crate-only attributes
1961
1962 - `crate_name` - specify the crate's crate name.
1963 - `crate_type` - see [linkage](#linkage).
1964 - `feature` - see [compiler features](#compiler-features).
1965 - `no_builtins` - disable optimizing certain code patterns to invocations of
1966                   library functions that are assumed to exist
1967 - `no_main` - disable emitting the `main` symbol. Useful when some other
1968    object being linked to defines `main`.
1969 - `no_start` - disable linking to the `native` crate, which specifies the
1970   "start" language item.
1971 - `no_std` - disable linking to the `std` crate.
1972 - `plugin` - load a list of named crates as compiler plugins, e.g.
1973              `#![plugin(foo, bar)]`. Optional arguments for each plugin,
1974              i.e. `#![plugin(foo(... args ...))]`, are provided to the plugin's
1975              registrar function.  The `plugin` feature gate is required to use
1976              this attribute.
1977 - `recursion_limit` - Sets the maximum depth for potentially
1978                       infinitely-recursive compile-time operations like
1979                       auto-dereference or macro expansion. The default is
1980                       `#![recursion_limit="64"]`.
1981
1982 ### Module-only attributes
1983
1984 - `no_implicit_prelude` - disable injecting `use std::prelude::*` in this
1985   module.
1986 - `path` - specifies the file to load the module from. `#[path="foo.rs"] mod
1987   bar;` is equivalent to `mod bar { /* contents of foo.rs */ }`. The path is
1988   taken relative to the directory that the current module is in.
1989
1990 ### Function-only attributes
1991
1992 - `main` - indicates that this function should be passed to the entry point,
1993   rather than the function in the crate root named `main`.
1994 - `plugin_registrar` - mark this function as the registration point for
1995   [compiler plugins][plugin], such as loadable syntax extensions.
1996 - `start` - indicates that this function should be used as the entry point,
1997   overriding the "start" language item. See the "start" [language
1998   item](#language-items) for more details.
1999 - `test` - indicates that this function is a test function, to only be compiled
2000   in case of `--test`.
2001 - `should_panic` - indicates that this test function should panic, inverting the success condition.
2002 - `cold` - The function is unlikely to be executed, so optimize it (and calls
2003   to it) differently.
2004 - `naked` - The function utilizes a custom ABI or custom inline ASM that requires
2005   epilogue and prologue to be skipped.
2006
2007 ### Static-only attributes
2008
2009 - `thread_local` - on a `static mut`, this signals that the value of this
2010   static may change depending on the current thread. The exact consequences of
2011   this are implementation-defined.
2012
2013 ### FFI attributes
2014
2015 On an `extern` block, the following attributes are interpreted:
2016
2017 - `link_args` - specify arguments to the linker, rather than just the library
2018   name and type. This is feature gated and the exact behavior is
2019   implementation-defined (due to variety of linker invocation syntax).
2020 - `link` - indicate that a native library should be linked to for the
2021   declarations in this block to be linked correctly. `link` supports an optional
2022   `kind` key with three possible values: `dylib`, `static`, and `framework`. See
2023   [external blocks](#external-blocks) for more about external blocks. Two
2024   examples: `#[link(name = "readline")]` and
2025   `#[link(name = "CoreFoundation", kind = "framework")]`.
2026 - `linked_from` - indicates what native library this block of FFI items is
2027   coming from. This attribute is of the form `#[linked_from = "foo"]` where
2028   `foo` is the name of a library in either `#[link]` or a `-l` flag. This
2029   attribute is currently required to export symbols from a Rust dynamic library
2030   on Windows, and it is feature gated behind the `linked_from` feature.
2031
2032 On declarations inside an `extern` block, the following attributes are
2033 interpreted:
2034
2035 - `link_name` - the name of the symbol that this function or static should be
2036   imported as.
2037 - `linkage` - on a static, this specifies the [linkage
2038   type](http://llvm.org/docs/LangRef.html#linkage-types).
2039
2040 On `enum`s:
2041
2042 - `repr` - on C-like enums, this sets the underlying type used for
2043   representation. Takes one argument, which is the primitive
2044   type this enum should be represented for, or `C`, which specifies that it
2045   should be the default `enum` size of the C ABI for that platform. Note that
2046   enum representation in C is undefined, and this may be incorrect when the C
2047   code is compiled with certain flags.
2048
2049 On `struct`s:
2050
2051 - `repr` - specifies the representation to use for this struct. Takes a list
2052   of options. The currently accepted ones are `C` and `packed`, which may be
2053   combined. `C` will use a C ABI compatible struct layout, and `packed` will
2054   remove any padding between fields (note that this is very fragile and may
2055   break platforms which require aligned access).
2056
2057 ### Macro-related attributes
2058
2059 - `macro_use` on a `mod` — macros defined in this module will be visible in the
2060   module's parent, after this module has been included.
2061
2062 - `macro_use` on an `extern crate` — load macros from this crate.  An optional
2063   list of names `#[macro_use(foo, bar)]` restricts the import to just those
2064   macros named.  The `extern crate` must appear at the crate root, not inside
2065   `mod`, which ensures proper function of the [`$crate` macro
2066   variable](book/macros.html#the-variable-crate).
2067
2068 - `macro_reexport` on an `extern crate` — re-export the named macros.
2069
2070 - `macro_export` - export a macro for cross-crate usage.
2071
2072 - `no_link` on an `extern crate` — even if we load this crate for macros, don't
2073   link it into the output.
2074
2075 See the [macros section of the
2076 book](book/macros.html#scoping-and-macro-importexport) for more information on
2077 macro scope.
2078
2079
2080 ### Miscellaneous attributes
2081
2082 - `deprecated` - mark the item as deprecated; the full attribute is `#[deprecated(since = "crate version", note = "...")`, where both arguments are optional.
2083 - `export_name` - on statics and functions, this determines the name of the
2084   exported symbol.
2085 - `link_section` - on statics and functions, this specifies the section of the
2086   object file that this item's contents will be placed into.
2087 - `no_mangle` - on any item, do not apply the standard name mangling. Set the
2088   symbol for this item to its identifier.
2089 - `simd` - on certain tuple structs, derive the arithmetic operators, which
2090   lower to the target's SIMD instructions, if any; the `simd` feature gate
2091   is necessary to use this attribute.
2092 - `unsafe_destructor_blind_to_params` - on `Drop::drop` method, asserts that the
2093   destructor code (and all potential specializations of that code) will
2094   never attempt to read from nor write to any references with lifetimes
2095   that come in via generic parameters. This is a constraint we cannot
2096   currently express via the type system, and therefore we rely on the
2097   programmer to assert that it holds. Adding this to a Drop impl causes
2098   the associated destructor to be considered "uninteresting" by the
2099   Drop-Check rule, and thus it can help sidestep data ordering
2100   constraints that would otherwise be introduced by the Drop-Check
2101   rule. Such sidestepping of the constraints, if done incorrectly, can
2102   lead to undefined behavior (in the form of reading or writing to data
2103   outside of its dynamic extent), and thus this attribute has the word
2104   "unsafe" in its name. To use this, the
2105   `unsafe_destructor_blind_to_params` feature gate must be enabled.
2106 - `doc` - Doc comments such as `/// foo` are equivalent to `#[doc = "foo"]`.
2107 - `rustc_on_unimplemented` - Write a custom note to be shown along with the error
2108    when the trait is found to be unimplemented on a type.
2109    You may use format arguments like `{T}`, `{A}` to correspond to the
2110    types at the point of use corresponding to the type parameters of the
2111    trait of the same name. `{Self}` will be replaced with the type that is supposed
2112    to implement the trait but doesn't. To use this, the `on_unimplemented` feature gate
2113    must be enabled.
2114 - `must_use` - on structs and enums, will warn if a value of this type isn't used or
2115    assigned to a variable. You may also include an optional message by using
2116    `#[must_use = "message"]` which will be given alongside the warning.
2117
2118 ### Conditional compilation
2119
2120 Sometimes one wants to have different compiler outputs from the same code,
2121 depending on build target, such as targeted operating system, or to enable
2122 release builds.
2123
2124 There are two kinds of configuration options, one that is either defined or not
2125 (`#[cfg(foo)]`), and the other that contains a string that can be checked
2126 against (`#[cfg(bar = "baz")]`). Currently, only compiler-defined configuration
2127 options can have the latter form.
2128
2129 ```
2130 // The function is only included in the build when compiling for OSX
2131 #[cfg(target_os = "macos")]
2132 fn macos_only() {
2133   // ...
2134 }
2135
2136 // This function is only included when either foo or bar is defined
2137 #[cfg(any(foo, bar))]
2138 fn needs_foo_or_bar() {
2139   // ...
2140 }
2141
2142 // This function is only included when compiling for a unixish OS with a 32-bit
2143 // architecture
2144 #[cfg(all(unix, target_pointer_width = "32"))]
2145 fn on_32bit_unix() {
2146   // ...
2147 }
2148
2149 // This function is only included when foo is not defined
2150 #[cfg(not(foo))]
2151 fn needs_not_foo() {
2152   // ...
2153 }
2154 ```
2155
2156 This illustrates some conditional compilation can be achieved using the
2157 `#[cfg(...)]` attribute. `any`, `all` and `not` can be used to assemble
2158 arbitrarily complex configurations through nesting.
2159
2160 The following configurations must be defined by the implementation:
2161
2162 * `target_arch = "..."` - Target CPU architecture, such as `"x86"`,
2163   `"x86_64"` `"mips"`, `"powerpc"`, `"powerpc64"`, `"arm"`, or
2164   `"aarch64"`. This value is closely related to the first element of
2165   the platform target triple, though it is not identical.
2166 * `target_os = "..."` - Operating system of the target, examples
2167   include `"windows"`, `"macos"`, `"ios"`, `"linux"`, `"android"`,
2168   `"freebsd"`, `"dragonfly"`, `"bitrig"` , `"openbsd"` or
2169   `"netbsd"`. This value is closely related to the second and third
2170   element of the platform target triple, though it is not identical.
2171 * `target_family = "..."` - Operating system family of the target, e. g.
2172   `"unix"` or `"windows"`. The value of this configuration option is defined
2173   as a configuration itself, like `unix` or `windows`.
2174 * `unix` - See `target_family`.
2175 * `windows` - See `target_family`.
2176 * `target_env = ".."` - Further disambiguates the target platform with
2177   information about the ABI/libc. Presently this value is either
2178   `"gnu"`, `"msvc"`, `"musl"`, or the empty string. For historical
2179   reasons this value has only been defined as non-empty when needed
2180   for disambiguation. Thus on many GNU platforms this value will be
2181   empty. This value is closely related to the fourth element of the
2182   platform target triple, though it is not identical. For example,
2183   embedded ABIs such as `gnueabihf` will simply define `target_env` as
2184   `"gnu"`.
2185 * `target_endian = "..."` - Endianness of the target CPU, either `"little"` or
2186   `"big"`.
2187 * `target_pointer_width = "..."` - Target pointer width in bits. This is set
2188   to `"32"` for targets with 32-bit pointers, and likewise set to `"64"` for
2189   64-bit pointers.
2190 * `target_has_atomic = "..."` - Set of integer sizes on which the target can perform
2191   atomic operations. Values are `"8"`, `"16"`, `"32"`, `"64"` and `"ptr"`.
2192 * `target_vendor = "..."` - Vendor of the target, for example `apple`, `pc`, or
2193   simply `"unknown"`.
2194 * `test` - Enabled when compiling the test harness (using the `--test` flag).
2195 * `debug_assertions` - Enabled by default when compiling without optimizations.
2196   This can be used to enable extra debugging code in development but not in
2197   production.  For example, it controls the behavior of the standard library's
2198   `debug_assert!` macro.
2199
2200 You can also set another attribute based on a `cfg` variable with `cfg_attr`:
2201
2202 ```rust,ignore
2203 #[cfg_attr(a, b)]
2204 ```
2205
2206 Will be the same as `#[b]` if `a` is set by `cfg`, and nothing otherwise.
2207
2208 ### Lint check attributes
2209
2210 A lint check names a potentially undesirable coding pattern, such as
2211 unreachable code or omitted documentation, for the static entity to which the
2212 attribute applies.
2213
2214 For any lint check `C`:
2215
2216 * `allow(C)` overrides the check for `C` so that violations will go
2217    unreported,
2218 * `deny(C)` signals an error after encountering a violation of `C`,
2219 * `forbid(C)` is the same as `deny(C)`, but also forbids changing the lint
2220    level afterwards,
2221 * `warn(C)` warns about violations of `C` but continues compilation.
2222
2223 The lint checks supported by the compiler can be found via `rustc -W help`,
2224 along with their default settings.  [Compiler
2225 plugins](book/compiler-plugins.html#lint-plugins) can provide additional lint checks.
2226
2227 ```{.ignore}
2228 pub mod m1 {
2229     // Missing documentation is ignored here
2230     #[allow(missing_docs)]
2231     pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2232
2233     // Missing documentation signals a warning here
2234     #[warn(missing_docs)]
2235     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2236
2237     // Missing documentation signals an error here
2238     #[deny(missing_docs)]
2239     pub fn undocumented_end() -> i32 { 3 }
2240 }
2241 ```
2242
2243 This example shows how one can use `allow` and `warn` to toggle a particular
2244 check on and off:
2245
2246 ```{.ignore}
2247 #[warn(missing_docs)]
2248 pub mod m2{
2249     #[allow(missing_docs)]
2250     pub mod nested {
2251         // Missing documentation is ignored here
2252         pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2253
2254         // Missing documentation signals a warning here,
2255         // despite the allow above.
2256         #[warn(missing_docs)]
2257         pub fn undocumented_two() -> i32 { 2 }
2258     }
2259
2260     // Missing documentation signals a warning here
2261     pub fn undocumented_too() -> i32 { 3 }
2262 }
2263 ```
2264
2265 This example shows how one can use `forbid` to disallow uses of `allow` for
2266 that lint check:
2267
2268 ```{.ignore}
2269 #[forbid(missing_docs)]
2270 pub mod m3 {
2271     // Attempting to toggle warning signals an error here
2272     #[allow(missing_docs)]
2273     /// Returns 2.
2274     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2275 }
2276 ```
2277
2278 ### Language items
2279
2280 Some primitive Rust operations are defined in Rust code, rather than being
2281 implemented directly in C or assembly language. The definitions of these
2282 operations have to be easy for the compiler to find. The `lang` attribute
2283 makes it possible to declare these operations. For example, the `str` module
2284 in the Rust standard library defines the string equality function:
2285
2286 ```{.ignore}
2287 #[lang = "str_eq"]
2288 pub fn eq_slice(a: &str, b: &str) -> bool {
2289     // details elided
2290 }
2291 ```
2292
2293 The name `str_eq` has a special meaning to the Rust compiler, and the presence
2294 of this definition means that it will use this definition when generating calls
2295 to the string equality function.
2296
2297 The set of language items is currently considered unstable. A complete
2298 list of the built-in language items will be added in the future.
2299
2300 ### Inline attributes
2301
2302 The inline attribute suggests that the compiler should place a copy of
2303 the function or static in the caller, rather than generating code to
2304 call the function or access the static where it is defined.
2305
2306 The compiler automatically inlines functions based on internal heuristics.
2307 Incorrectly inlining functions can actually make the program slower, so it
2308 should be used with care.
2309
2310 `#[inline]` and `#[inline(always)]` always cause the function to be serialized
2311 into the crate metadata to allow cross-crate inlining.
2312
2313 There are three different types of inline attributes:
2314
2315 * `#[inline]` hints the compiler to perform an inline expansion.
2316 * `#[inline(always)]` asks the compiler to always perform an inline expansion.
2317 * `#[inline(never)]` asks the compiler to never perform an inline expansion.
2318
2319 ### `derive`
2320
2321 The `derive` attribute allows certain traits to be automatically implemented
2322 for data structures. For example, the following will create an `impl` for the
2323 `PartialEq` and `Clone` traits for `Foo`, the type parameter `T` will be given
2324 the `PartialEq` or `Clone` constraints for the appropriate `impl`:
2325
2326 ```
2327 #[derive(PartialEq, Clone)]
2328 struct Foo<T> {
2329     a: i32,
2330     b: T,
2331 }
2332 ```
2333
2334 The generated `impl` for `PartialEq` is equivalent to
2335
2336 ```
2337 # struct Foo<T> { a: i32, b: T }
2338 impl<T: PartialEq> PartialEq for Foo<T> {
2339     fn eq(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2340         self.a == other.a && self.b == other.b
2341     }
2342
2343     fn ne(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2344         self.a != other.a || self.b != other.b
2345     }
2346 }
2347 ```
2348
2349 ### Compiler Features
2350
2351 Certain aspects of Rust may be implemented in the compiler, but they're not
2352 necessarily ready for every-day use. These features are often of "prototype
2353 quality" or "almost production ready", but may not be stable enough to be
2354 considered a full-fledged language feature.
2355
2356 For this reason, Rust recognizes a special crate-level attribute of the form:
2357
2358 ```{.ignore}
2359 #![feature(feature1, feature2, feature3)]
2360 ```
2361
2362 This directive informs the compiler that the feature list: `feature1`,
2363 `feature2`, and `feature3` should all be enabled. This is only recognized at a
2364 crate-level, not at a module-level. Without this directive, all features are
2365 considered off, and using the features will result in a compiler error.
2366
2367 The currently implemented features of the reference compiler are:
2368
2369 * `advanced_slice_patterns` - See the [match expressions](#match-expressions)
2370                               section for discussion; the exact semantics of
2371                               slice patterns are subject to change, so some types
2372                               are still unstable.
2373
2374 * `slice_patterns` - OK, actually, slice patterns are just scary and
2375                      completely unstable.
2376
2377 * `asm` - The `asm!` macro provides a means for inline assembly. This is often
2378           useful, but the exact syntax for this feature along with its
2379           semantics are likely to change, so this macro usage must be opted
2380           into.
2381
2382 * `associated_consts` - Allows constants to be defined in `impl` and `trait`
2383                         blocks, so that they can be associated with a type or
2384                         trait in a similar manner to methods and associated
2385                         types.
2386
2387 * `box_patterns` - Allows `box` patterns, the exact semantics of which
2388                    is subject to change.
2389
2390 * `box_syntax` - Allows use of `box` expressions, the exact semantics of which
2391                  is subject to change.
2392
2393 * `cfg_target_vendor` - Allows conditional compilation using the `target_vendor`
2394                         matcher which is subject to change.
2395
2396 * `cfg_target_has_atomic` - Allows conditional compilation using the `target_has_atomic`
2397                             matcher which is subject to change.
2398
2399 * `concat_idents` - Allows use of the `concat_idents` macro, which is in many
2400                     ways insufficient for concatenating identifiers, and may be
2401                     removed entirely for something more wholesome.
2402
2403 * `custom_attribute` - Allows the usage of attributes unknown to the compiler
2404                        so that new attributes can be added in a backwards compatible
2405                        manner (RFC 572).
2406
2407 * `custom_derive` - Allows the use of `#[derive(Foo,Bar)]` as sugar for
2408                     `#[derive_Foo] #[derive_Bar]`, which can be user-defined syntax
2409                     extensions.
2410
2411 * `inclusive_range_syntax` - Allows use of the `a...b` and `...b` syntax for inclusive ranges.
2412
2413 * `inclusive_range` - Allows use of the types that represent desugared inclusive ranges.
2414
2415 * `intrinsics` - Allows use of the "rust-intrinsics" ABI. Compiler intrinsics
2416                  are inherently unstable and no promise about them is made.
2417
2418 * `lang_items` - Allows use of the `#[lang]` attribute. Like `intrinsics`,
2419                  lang items are inherently unstable and no promise about them
2420                  is made.
2421
2422 * `link_args` - This attribute is used to specify custom flags to the linker,
2423                 but usage is strongly discouraged. The compiler's usage of the
2424                 system linker is not guaranteed to continue in the future, and
2425                 if the system linker is not used then specifying custom flags
2426                 doesn't have much meaning.
2427
2428 * `link_llvm_intrinsics` – Allows linking to LLVM intrinsics via
2429                            `#[link_name="llvm.*"]`.
2430
2431 * `linkage` - Allows use of the `linkage` attribute, which is not portable.
2432
2433 * `log_syntax` - Allows use of the `log_syntax` macro attribute, which is a
2434                  nasty hack that will certainly be removed.
2435
2436 * `main` - Allows use of the `#[main]` attribute, which changes the entry point
2437            into a Rust program. This capability is subject to change.
2438
2439 * `macro_reexport` - Allows macros to be re-exported from one crate after being imported
2440                      from another. This feature was originally designed with the sole
2441                      use case of the Rust standard library in mind, and is subject to
2442                      change.
2443
2444 * `non_ascii_idents` - The compiler supports the use of non-ascii identifiers,
2445                        but the implementation is a little rough around the
2446                        edges, so this can be seen as an experimental feature
2447                        for now until the specification of identifiers is fully
2448                        fleshed out.
2449
2450 * `no_std` - Allows the `#![no_std]` crate attribute, which disables the implicit
2451              `extern crate std`. This typically requires use of the unstable APIs
2452              behind the libstd "facade", such as libcore and libcollections. It
2453              may also cause problems when using syntax extensions, including
2454              `#[derive]`.
2455
2456 * `on_unimplemented` - Allows the `#[rustc_on_unimplemented]` attribute, which allows
2457                        trait definitions to add specialized notes to error messages
2458                        when an implementation was expected but not found.
2459
2460 * `optin_builtin_traits` - Allows the definition of default and negative trait
2461                            implementations. Experimental.
2462
2463 * `plugin` - Usage of [compiler plugins][plugin] for custom lints or syntax extensions.
2464              These depend on compiler internals and are subject to change.
2465
2466 * `plugin_registrar` - Indicates that a crate provides [compiler plugins][plugin].
2467
2468 * `quote` - Allows use of the `quote_*!` family of macros, which are
2469             implemented very poorly and will likely change significantly
2470             with a proper implementation.
2471
2472 * `rustc_attrs` - Gates internal `#[rustc_*]` attributes which may be
2473                   for internal use only or have meaning added to them in the future.
2474
2475 * `rustc_diagnostic_macros`- A mysterious feature, used in the implementation
2476                              of rustc, not meant for mortals.
2477
2478 * `simd` - Allows use of the `#[simd]` attribute, which is overly simple and
2479            not the SIMD interface we want to expose in the long term.
2480
2481 * `simd_ffi` - Allows use of SIMD vectors in signatures for foreign functions.
2482                The SIMD interface is subject to change.
2483
2484 * `start` - Allows use of the `#[start]` attribute, which changes the entry point
2485             into a Rust program. This capability, especially the signature for the
2486             annotated function, is subject to change.
2487
2488 * `thread_local` - The usage of the `#[thread_local]` attribute is experimental
2489                    and should be seen as unstable. This attribute is used to
2490                    declare a `static` as being unique per-thread leveraging
2491                    LLVM's implementation which works in concert with the kernel
2492                    loader and dynamic linker. This is not necessarily available
2493                    on all platforms, and usage of it is discouraged.
2494
2495 * `trace_macros` - Allows use of the `trace_macros` macro, which is a nasty
2496                    hack that will certainly be removed.
2497
2498 * `unboxed_closures` - Rust's new closure design, which is currently a work in
2499                        progress feature with many known bugs.
2500
2501 * `allow_internal_unstable` - Allows `macro_rules!` macros to be tagged with the
2502                               `#[allow_internal_unstable]` attribute, designed
2503                               to allow `std` macros to call
2504                               `#[unstable]`/feature-gated functionality
2505                               internally without imposing on callers
2506                               (i.e. making them behave like function calls in
2507                               terms of encapsulation).
2508
2509 * `default_type_parameter_fallback` - Allows type parameter defaults to
2510                                       influence type inference.
2511
2512 * `stmt_expr_attributes` - Allows attributes on expressions.
2513
2514 * `type_ascription` - Allows type ascription expressions `expr: Type`.
2515
2516 * `abi_vectorcall` - Allows the usage of the vectorcall calling convention
2517                      (e.g. `extern "vectorcall" func fn_();`)
2518
2519 * `abi_sysv64` - Allows the usage of the system V AMD64 calling convention
2520                  (e.g. `extern "sysv64" func fn_();`)
2521
2522 If a feature is promoted to a language feature, then all existing programs will
2523 start to receive compilation warnings about `#![feature]` directives which enabled
2524 the new feature (because the directive is no longer necessary). However, if a
2525 feature is decided to be removed from the language, errors will be issued (if
2526 there isn't a parser error first). The directive in this case is no longer
2527 necessary, and it's likely that existing code will break if the feature isn't
2528 removed.
2529
2530 If an unknown feature is found in a directive, it results in a compiler error.
2531 An unknown feature is one which has never been recognized by the compiler.
2532
2533 # Statements and expressions
2534
2535 Rust is _primarily_ an expression language. This means that most forms of
2536 value-producing or effect-causing evaluation are directed by the uniform syntax
2537 category of _expressions_. Each kind of expression can typically _nest_ within
2538 each other kind of expression, and rules for evaluation of expressions involve
2539 specifying both the value produced by the expression and the order in which its
2540 sub-expressions are themselves evaluated.
2541
2542 In contrast, statements in Rust serve _mostly_ to contain and explicitly
2543 sequence expression evaluation.
2544
2545 ## Statements
2546
2547 A _statement_ is a component of a block, which is in turn a component of an
2548 outer [expression](#expressions) or [function](#functions).
2549
2550 Rust has two kinds of statement: [declaration
2551 statements](#declaration-statements) and [expression
2552 statements](#expression-statements).
2553
2554 ### Declaration statements
2555
2556 A _declaration statement_ is one that introduces one or more *names* into the
2557 enclosing statement block. The declared names may denote new variables or new
2558 items.
2559
2560 #### Item declarations
2561
2562 An _item declaration statement_ has a syntactic form identical to an
2563 [item](#items) declaration within a module. Declaring an item &mdash; a
2564 function, enumeration, struct, type, static, trait, implementation or module
2565 &mdash; locally within a statement block is simply a way of restricting its
2566 scope to a narrow region containing all of its uses; it is otherwise identical
2567 in meaning to declaring the item outside the statement block.
2568
2569 > **Note**: there is no implicit capture of the function's dynamic environment when
2570 > declaring a function-local item.
2571
2572 #### `let` statements
2573
2574 A _`let` statement_ introduces a new set of variables, given by a pattern. The
2575 pattern may be followed by a type annotation, and/or an initializer expression.
2576 When no type annotation is given, the compiler will infer the type, or signal
2577 an error if insufficient type information is available for definite inference.
2578 Any variables introduced by a variable declaration are visible from the point of
2579 declaration until the end of the enclosing block scope.
2580
2581 ### Expression statements
2582
2583 An _expression statement_ is one that evaluates an [expression](#expressions)
2584 and ignores its result. The type of an expression statement `e;` is always
2585 `()`, regardless of the type of `e`. As a rule, an expression statement's
2586 purpose is to trigger the effects of evaluating its expression.
2587
2588 ## Expressions
2589
2590 An expression may have two roles: it always produces a *value*, and it may have
2591 *effects* (otherwise known as "side effects"). An expression *evaluates to* a
2592 value, and has effects during *evaluation*. Many expressions contain
2593 sub-expressions (operands). The meaning of each kind of expression dictates
2594 several things:
2595
2596 * Whether or not to evaluate the sub-expressions when evaluating the expression
2597 * The order in which to evaluate the sub-expressions
2598 * How to combine the sub-expressions' values to obtain the value of the expression
2599
2600 In this way, the structure of expressions dictates the structure of execution.
2601 Blocks are just another kind of expression, so blocks, statements, expressions,
2602 and blocks again can recursively nest inside each other to an arbitrary depth.
2603
2604 #### Lvalues, rvalues and temporaries
2605
2606 Expressions are divided into two main categories: _lvalues_ and _rvalues_.
2607 Likewise within each expression, sub-expressions may occur in _lvalue context_
2608 or _rvalue context_. The evaluation of an expression depends both on its own
2609 category and the context it occurs within.
2610
2611 An lvalue is an expression that represents a memory location. These expressions
2612 are [paths](#path-expressions) (which refer to local variables, function and
2613 method arguments, or static variables), dereferences (`*expr`), [indexing
2614 expressions](#index-expressions) (`expr[expr]`), and [field
2615 references](#field-expressions) (`expr.f`). All other expressions are rvalues.
2616
2617 The left operand of an [assignment](#assignment-expressions) or
2618 [compound-assignment](#compound-assignment-expressions) expression is
2619 an lvalue context, as is the single operand of a unary
2620 [borrow](#unary-operator-expressions). The discriminant or subject of
2621 a [match expression](#match-expressions) may be an lvalue context, if
2622 ref bindings are made, but is otherwise an rvalue context. All other
2623 expression contexts are rvalue contexts.
2624
2625 When an lvalue is evaluated in an _lvalue context_, it denotes a memory
2626 location; when evaluated in an _rvalue context_, it denotes the value held _in_
2627 that memory location.
2628
2629 ##### Temporary lifetimes
2630
2631 When an rvalue is used in an lvalue context, a temporary un-named
2632 lvalue is created and used instead. The lifetime of temporary values
2633 is typically the innermost enclosing statement; the tail expression of
2634 a block is considered part of the statement that encloses the block.
2635
2636 When a temporary rvalue is being created that is assigned into a `let`
2637 declaration, however, the temporary is created with the lifetime of
2638 the enclosing block instead, as using the enclosing statement (the
2639 `let` declaration) would be a guaranteed error (since a pointer to the
2640 temporary would be stored into a variable, but the temporary would be
2641 freed before the variable could be used). The compiler uses simple
2642 syntactic rules to decide which values are being assigned into a `let`
2643 binding, and therefore deserve a longer temporary lifetime.
2644
2645 Here are some examples:
2646
2647 - `let x = foo(&temp())`. The expression `temp()` is an rvalue. As it
2648   is being borrowed, a temporary is created which will be freed after
2649   the innermost enclosing statement (the `let` declaration, in this case).
2650 - `let x = temp().foo()`. This is the same as the previous example,
2651   except that the value of `temp()` is being borrowed via autoref on a
2652   method-call. Here we are assuming that `foo()` is an `&self` method
2653   defined in some trait, say `Foo`. In other words, the expression
2654   `temp().foo()` is equivalent to `Foo::foo(&temp())`.
2655 - `let x = &temp()`. Here, the same temporary is being assigned into
2656   `x`, rather than being passed as a parameter, and hence the
2657   temporary's lifetime is considered to be the enclosing block.
2658 - `let x = SomeStruct { foo: &temp() }`. As in the previous case, the
2659   temporary is assigned into a struct which is then assigned into a
2660   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2661 - `let x = [ &temp() ]`. As in the previous case, the
2662   temporary is assigned into an array which is then assigned into a
2663   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2664 - `let ref x = temp()`. In this case, the temporary is created using a ref binding,
2665   but the result is the same: the lifetime is extended to the enclosing block.
2666
2667 #### Moved and copied types
2668
2669 When a [local variable](#variables) is used as an
2670 [rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries), the variable will be copied
2671 if its type implements `Copy`. All others are moved.
2672
2673 ### Literal expressions
2674
2675 A _literal expression_ consists of one of the [literal](#literals) forms
2676 described earlier. It directly describes a number, character, string, boolean
2677 value, or the unit value.
2678
2679 ```{.literals}
2680 ();        // unit type
2681 "hello";   // string type
2682 '5';       // character type
2683 5;         // integer type
2684 ```
2685
2686 ### Path expressions
2687
2688 A [path](#paths) used as an expression context denotes either a local variable
2689 or an item. Path expressions are [lvalues](#lvalues-rvalues-and-temporaries).
2690
2691 ### Tuple expressions
2692
2693 Tuples are written by enclosing zero or more comma-separated expressions in
2694 parentheses. They are used to create [tuple-typed](#tuple-types) values.
2695
2696 ```{.tuple}
2697 (0.0, 4.5);
2698 ("a", 4usize, true);
2699 ```
2700
2701 You can disambiguate a single-element tuple from a value in parentheses with a
2702 comma:
2703
2704 ```
2705 (0,); // single-element tuple
2706 (0); // zero in parentheses
2707 ```
2708
2709 ### Struct expressions
2710
2711 There are several forms of struct expressions. A _struct expression_
2712 consists of the [path](#paths) of a [struct item](#structs), followed by
2713 a brace-enclosed list of zero or more comma-separated name-value pairs,
2714 providing the field values of a new instance of the struct. A field name
2715 can be any identifier, and is separated from its value expression by a colon.
2716 The location denoted by a struct field is mutable if and only if the
2717 enclosing struct is mutable.
2718
2719 A _tuple struct expression_ consists of the [path](#paths) of a [struct
2720 item](#structs), followed by a parenthesized list of one or more
2721 comma-separated expressions (in other words, the path of a struct item
2722 followed by a tuple expression). The struct item must be a tuple struct
2723 item.
2724
2725 A _unit-like struct expression_ consists only of the [path](#paths) of a
2726 [struct item](#structs).
2727
2728 The following are examples of struct expressions:
2729
2730 ```
2731 # struct Point { x: f64, y: f64 }
2732 # struct NothingInMe { }
2733 # struct TuplePoint(f64, f64);
2734 # mod game { pub struct User<'a> { pub name: &'a str, pub age: u32, pub score: usize } }
2735 # struct Cookie; fn some_fn<T>(t: T) {}
2736 Point {x: 10.0, y: 20.0};
2737 NothingInMe {};
2738 TuplePoint(10.0, 20.0);
2739 let u = game::User {name: "Joe", age: 35, score: 100_000};
2740 some_fn::<Cookie>(Cookie);
2741 ```
2742
2743 A struct expression forms a new value of the named struct type. Note
2744 that for a given *unit-like* struct type, this will always be the same
2745 value.
2746
2747 A struct expression can terminate with the syntax `..` followed by an
2748 expression to denote a functional update. The expression following `..` (the
2749 base) must have the same struct type as the new struct type being formed.
2750 The entire expression denotes the result of constructing a new struct (with
2751 the same type as the base expression) with the given values for the fields that
2752 were explicitly specified and the values in the base expression for all other
2753 fields.
2754
2755 ```
2756 # struct Point3d { x: i32, y: i32, z: i32 }
2757 let base = Point3d {x: 1, y: 2, z: 3};
2758 Point3d {y: 0, z: 10, .. base};
2759 ```
2760
2761 ### Block expressions
2762
2763 A _block expression_ is similar to a module in terms of the declarations that
2764 are possible. Each block conceptually introduces a new namespace scope. Use
2765 items can bring new names into scopes and declared items are in scope for only
2766 the block itself.
2767
2768 A block will execute each statement sequentially, and then execute the
2769 expression (if given). If the block ends in a statement, its value is `()`:
2770
2771 ```
2772 let x: () = { println!("Hello."); };
2773 ```
2774
2775 If it ends in an expression, its value and type are that of the expression:
2776
2777 ```
2778 let x: i32 = { println!("Hello."); 5 };
2779
2780 assert_eq!(5, x);
2781 ```
2782
2783 ### Method-call expressions
2784
2785 A _method call_ consists of an expression followed by a single dot, an
2786 identifier, and a parenthesized expression-list. Method calls are resolved to
2787 methods on specific traits, either statically dispatching to a method if the
2788 exact `self`-type of the left-hand-side is known, or dynamically dispatching if
2789 the left-hand-side expression is an indirect [trait object](#trait-objects).
2790
2791 ### Field expressions
2792
2793 A _field expression_ consists of an expression followed by a single dot and an
2794 identifier, when not immediately followed by a parenthesized expression-list
2795 (the latter is a [method call expression](#method-call-expressions)). A field
2796 expression denotes a field of a [struct](#struct-types).
2797
2798 ```{.ignore .field}
2799 mystruct.myfield;
2800 foo().x;
2801 (Struct {a: 10, b: 20}).a;
2802 ```
2803
2804 A field access is an [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) referring to
2805 the value of that field. When the type providing the field inherits mutability,
2806 it can be [assigned](#assignment-expressions) to.
2807
2808 Also, if the type of the expression to the left of the dot is a
2809 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2810 to make the field access possible. In cases of ambiguity, we prefer
2811 fewer autoderefs to more.
2812
2813 ### Array expressions
2814
2815 An [array](#array-and-slice-types) _expression_ is written by enclosing zero
2816 or more comma-separated expressions of uniform type in square brackets.
2817
2818 In the `[expr ';' expr]` form, the expression after the `';'` must be a
2819 constant expression that can be evaluated at compile time, such as a
2820 [literal](#literals) or a [static item](#static-items).
2821
2822 ```
2823 [1, 2, 3, 4];
2824 ["a", "b", "c", "d"];
2825 [0; 128];              // array with 128 zeros
2826 [0u8, 0u8, 0u8, 0u8];
2827 ```
2828
2829 ### Index expressions
2830
2831 [Array](#array-and-slice-types)-typed expressions can be indexed by
2832 writing a square-bracket-enclosed expression (the index) after them. When the
2833 array is mutable, the resulting [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) can
2834 be assigned to.
2835
2836 Indices are zero-based, and may be of any integral type. Vector access is
2837 bounds-checked at compile-time for constant arrays being accessed with a constant index value.
2838 Otherwise a check will be performed at run-time that will put the thread in a _panicked state_ if it fails.
2839
2840 ```{should-fail}
2841 ([1, 2, 3, 4])[0];
2842
2843 let x = (["a", "b"])[10]; // compiler error: const index-expr is out of bounds
2844
2845 let n = 10;
2846 let y = (["a", "b"])[n]; // panics
2847
2848 let arr = ["a", "b"];
2849 arr[10]; // panics
2850 ```
2851
2852 Also, if the type of the expression to the left of the brackets is a
2853 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2854 to make the indexing possible. In cases of ambiguity, we prefer fewer
2855 autoderefs to more.
2856
2857 ### Range expressions
2858
2859 The `..` operator will construct an object of one of the `std::ops::Range` variants.
2860
2861 ```
2862 1..2;   // std::ops::Range
2863 3..;    // std::ops::RangeFrom
2864 ..4;    // std::ops::RangeTo
2865 ..;     // std::ops::RangeFull
2866 ```
2867
2868 The following expressions are equivalent.
2869
2870 ```
2871 let x = std::ops::Range {start: 0, end: 10};
2872 let y = 0..10;
2873
2874 assert_eq!(x, y);
2875 ```
2876
2877 Similarly, the `...` operator will construct an object of one of the
2878 `std::ops::RangeInclusive` variants.
2879
2880 ```
2881 # #![feature(inclusive_range_syntax)]
2882 1...2;   // std::ops::RangeInclusive
2883 ...4;    // std::ops::RangeToInclusive
2884 ```
2885
2886 The following expressions are equivalent.
2887
2888 ```
2889 # #![feature(inclusive_range_syntax, inclusive_range)]
2890 let x = std::ops::RangeInclusive::NonEmpty {start: 0, end: 10};
2891 let y = 0...10;
2892
2893 assert_eq!(x, y);
2894 ```
2895
2896 ### Unary operator expressions
2897
2898 Rust defines the following unary operators. With the exception of `?`, they are
2899 all written as prefix operators, before the expression they apply to.
2900
2901 * `-`
2902   : Negation. Signed integer types and floating-point types support negation. It
2903     is an error to apply negation to unsigned types; for example, the compiler
2904     rejects `-1u32`.
2905 * `*`
2906   : Dereference. When applied to a [pointer](#pointer-types) it denotes the
2907     pointed-to location. For pointers to mutable locations, the resulting
2908     [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) can be assigned to.
2909     On non-pointer types, it calls the `deref` method of the `std::ops::Deref`
2910     trait, or the `deref_mut` method of the `std::ops::DerefMut` trait (if
2911     implemented by the type and required for an outer expression that will or
2912     could mutate the dereference), and produces the result of dereferencing the
2913     `&` or `&mut` borrowed pointer returned from the overload method.
2914 * `!`
2915   : Logical negation. On the boolean type, this flips between `true` and
2916     `false`. On integer types, this inverts the individual bits in the
2917     two's complement representation of the value.
2918 * `&` and `&mut`
2919   : Borrowing. When applied to an lvalue, these operators produce a
2920     reference (pointer) to the lvalue. The lvalue is also placed into
2921     a borrowed state for the duration of the reference. For a shared
2922     borrow (`&`), this implies that the lvalue may not be mutated, but
2923     it may be read or shared again. For a mutable borrow (`&mut`), the
2924     lvalue may not be accessed in any way until the borrow expires.
2925     If the `&` or `&mut` operators are applied to an rvalue, a
2926     temporary value is created; the lifetime of this temporary value
2927     is defined by [syntactic rules](#temporary-lifetimes).
2928 * `?`
2929   : Propagating errors if applied to `Err(_)` and unwrapping if
2930     applied to `Ok(_)`. Only works on the `Result<T, E>` type,
2931     and written in postfix notation.
2932
2933 ### Binary operator expressions
2934
2935 Binary operators expressions are given in terms of [operator
2936 precedence](#operator-precedence).
2937
2938 #### Arithmetic operators
2939
2940 Binary arithmetic expressions are syntactic sugar for calls to built-in traits,
2941 defined in the `std::ops` module of the `std` library. This means that
2942 arithmetic operators can be overridden for user-defined types. The default
2943 meaning of the operators on standard types is given here.
2944
2945 * `+`
2946   : Addition and array/string concatenation.
2947     Calls the `add` method on the `std::ops::Add` trait.
2948 * `-`
2949   : Subtraction.
2950     Calls the `sub` method on the `std::ops::Sub` trait.
2951 * `*`
2952   : Multiplication.
2953     Calls the `mul` method on the `std::ops::Mul` trait.
2954 * `/`
2955   : Quotient.
2956     Calls the `div` method on the `std::ops::Div` trait.
2957 * `%`
2958   : Remainder.
2959     Calls the `rem` method on the `std::ops::Rem` trait.
2960
2961 #### Bitwise operators
2962
2963 Like the [arithmetic operators](#arithmetic-operators), bitwise operators are
2964 syntactic sugar for calls to methods of built-in traits. This means that
2965 bitwise operators can be overridden for user-defined types. The default
2966 meaning of the operators on standard types is given here. Bitwise `&`, `|` and
2967 `^` applied to boolean arguments are equivalent to logical `&&`, `||` and `!=`
2968 evaluated in non-lazy fashion.
2969
2970 * `&`
2971   : Bitwise AND.
2972     Calls the `bitand` method of the `std::ops::BitAnd` trait.
2973 * `|`
2974   : Bitwise inclusive OR.
2975     Calls the `bitor` method of the `std::ops::BitOr` trait.
2976 * `^`
2977   : Bitwise exclusive OR.
2978     Calls the `bitxor` method of the `std::ops::BitXor` trait.
2979 * `<<`
2980   : Left shift.
2981     Calls the `shl` method of the `std::ops::Shl` trait.
2982 * `>>`
2983   : Right shift (arithmetic).
2984     Calls the `shr` method of the `std::ops::Shr` trait.
2985
2986 #### Lazy boolean operators
2987
2988 The operators `||` and `&&` may be applied to operands of boolean type. The
2989 `||` operator denotes logical 'or', and the `&&` operator denotes logical
2990 'and'. They differ from `|` and `&` in that the right-hand operand is only
2991 evaluated when the left-hand operand does not already determine the result of
2992 the expression. That is, `||` only evaluates its right-hand operand when the
2993 left-hand operand evaluates to `false`, and `&&` only when it evaluates to
2994 `true`.
2995
2996 #### Comparison operators
2997
2998 Comparison operators are, like the [arithmetic
2999 operators](#arithmetic-operators), and [bitwise operators](#bitwise-operators),
3000 syntactic sugar for calls to built-in traits. This means that comparison
3001 operators can be overridden for user-defined types. The default meaning of the
3002 operators on standard types is given here.
3003
3004 * `==`
3005   : Equal to.
3006     Calls the `eq` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
3007 * `!=`
3008   : Unequal to.
3009     Calls the `ne` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
3010 * `<`
3011   : Less than.
3012     Calls the `lt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3013 * `>`
3014   : Greater than.
3015     Calls the `gt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3016 * `<=`
3017   : Less than or equal.
3018     Calls the `le` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3019 * `>=`
3020   : Greater than or equal.
3021     Calls the `ge` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3022
3023 #### Type cast expressions
3024
3025 A type cast expression is denoted with the binary operator `as`.
3026
3027 Executing an `as` expression casts the value on the left-hand side to the type
3028 on the right-hand side.
3029
3030 An example of an `as` expression:
3031
3032 ```
3033 # fn sum(values: &[f64]) -> f64 { 0.0 }
3034 # fn len(values: &[f64]) -> i32 { 0 }
3035
3036 fn average(values: &[f64]) -> f64 {
3037     let sum: f64 = sum(values);
3038     let size: f64 = len(values) as f64;
3039     sum / size
3040 }
3041 ```
3042
3043 Some of the conversions which can be done through the `as` operator
3044 can also be done implicitly at various points in the program, such as
3045 argument passing and assignment to a `let` binding with an explicit
3046 type. Implicit conversions are limited to "harmless" conversions that
3047 do not lose information and which have minimal or no risk of
3048 surprising side-effects on the dynamic execution semantics.
3049
3050 #### Assignment expressions
3051
3052 An _assignment expression_ consists of an
3053 [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) expression followed by an equals
3054 sign (`=`) and an [rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) expression.
3055
3056 Evaluating an assignment expression [either copies or
3057 moves](#moved-and-copied-types) its right-hand operand to its left-hand
3058 operand.
3059
3060 ```
3061 # let mut x = 0;
3062 # let y = 0;
3063 x = y;
3064 ```
3065
3066 #### Compound assignment expressions
3067
3068 The `+`, `-`, `*`, `/`, `%`, `&`, `|`, `^`, `<<`, and `>>` operators may be
3069 composed with the `=` operator. The expression `lval OP= val` is equivalent to
3070 `lval = lval OP val`. For example, `x = x + 1` may be written as `x += 1`.
3071
3072 Any such expression always has the [`unit`](#tuple-types) type.
3073
3074 #### Operator precedence
3075
3076 The precedence of Rust binary operators is ordered as follows, going from
3077 strong to weak:
3078
3079 ```{.text .precedence}
3080 as :
3081 * / %
3082 + -
3083 << >>
3084 &
3085 ^
3086 |
3087 == != < > <= >=
3088 &&
3089 ||
3090 .. ...
3091 <-
3092 =
3093 ```
3094
3095 Operators at the same precedence level are evaluated left-to-right. [Unary
3096 operators](#unary-operator-expressions) have the same precedence level and are
3097 stronger than any of the binary operators.
3098
3099 ### Grouped expressions
3100
3101 An expression enclosed in parentheses evaluates to the result of the enclosed
3102 expression. Parentheses can be used to explicitly specify evaluation order
3103 within an expression.
3104
3105 An example of a parenthesized expression:
3106
3107 ```
3108 let x: i32 = (2 + 3) * 4;
3109 ```
3110
3111
3112 ### Call expressions
3113
3114 A _call expression_ invokes a function, providing zero or more input variables
3115 and an optional location to move the function's output into. If the function
3116 eventually returns, then the expression completes.
3117
3118 Some examples of call expressions:
3119
3120 ```
3121 # fn add(x: i32, y: i32) -> i32 { 0 }
3122
3123 let x: i32 = add(1i32, 2i32);
3124 let pi: Result<f32, _> = "3.14".parse();
3125 ```
3126
3127 ### Lambda expressions
3128
3129 A _lambda expression_ (sometimes called an "anonymous function expression")
3130 defines a function and denotes it as a value, in a single expression. A lambda
3131 expression is a pipe-symbol-delimited (`|`) list of identifiers followed by an
3132 expression.
3133
3134 A lambda expression denotes a function that maps a list of parameters
3135 (`ident_list`) onto the expression that follows the `ident_list`. The
3136 identifiers in the `ident_list` are the parameters to the function. These
3137 parameters' types need not be specified, as the compiler infers them from
3138 context.
3139
3140 Lambda expressions are most useful when passing functions as arguments to other
3141 functions, as an abbreviation for defining and capturing a separate function.
3142
3143 Significantly, lambda expressions _capture their environment_, which regular
3144 [function definitions](#functions) do not. The exact type of capture depends
3145 on the [function type](#function-types) inferred for the lambda expression. In
3146 the simplest and least-expensive form (analogous to a ```|| { }``` expression),
3147 the lambda expression captures its environment by reference, effectively
3148 borrowing pointers to all outer variables mentioned inside the function.
3149 Alternately, the compiler may infer that a lambda expression should copy or
3150 move values (depending on their type) from the environment into the lambda
3151 expression's captured environment. A lambda can be forced to capture its
3152 environment by moving values by prefixing it with the `move` keyword.
3153
3154 In this example, we define a function `ten_times` that takes a higher-order
3155 function argument, and we then call it with a lambda expression as an argument,
3156 followed by a lambda expression that moves values from its environment.
3157
3158 ```
3159 fn ten_times<F>(f: F) where F: Fn(i32) {
3160     for index in 0..10 {
3161         f(index);
3162     }
3163 }
3164
3165 ten_times(|j| println!("hello, {}", j));
3166
3167 let word = "konnichiwa".to_owned();
3168 ten_times(move |j| println!("{}, {}", word, j));
3169 ```
3170
3171 ### Infinite loops
3172
3173 A `loop` expression denotes an infinite loop.
3174
3175 A `loop` expression may optionally have a _label_. The label is written as
3176 a lifetime preceding the loop expression, as in `'foo: loop{ }`. If a
3177 label is present, then labeled `break` and `continue` expressions nested
3178 within this loop may exit out of this loop or return control to its head.
3179 See [break expressions](#break-expressions) and [continue
3180 expressions](#continue-expressions).
3181
3182 ### `break` expressions
3183
3184 A `break` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3185 executing a `break` expression immediately terminates the innermost loop
3186 enclosing it. It is only permitted in the body of a loop. If the label is
3187 present, then `break 'foo` terminates the loop with label `'foo`, which need not
3188 be the innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3189
3190 ### `continue` expressions
3191
3192 A `continue` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3193 executing a `continue` expression immediately terminates the current iteration
3194 of the innermost loop enclosing it, returning control to the loop *head*. In
3195 the case of a `while` loop, the head is the conditional expression controlling
3196 the loop. In the case of a `for` loop, the head is the call-expression
3197 controlling the loop. If the label is present, then `continue 'foo` returns
3198 control to the head of the loop with label `'foo`, which need not be the
3199 innermost label enclosing the `continue` expression, but must enclose it.
3200
3201 A `continue` expression is only permitted in the body of a loop.
3202
3203 ### `while` loops
3204
3205 A `while` loop begins by evaluating the boolean loop conditional expression.
3206 If the loop conditional expression evaluates to `true`, the loop body block
3207 executes and control returns to the loop conditional expression. If the loop
3208 conditional expression evaluates to `false`, the `while` expression completes.
3209
3210 An example:
3211
3212 ```
3213 let mut i = 0;
3214
3215 while i < 10 {
3216     println!("hello");
3217     i = i + 1;
3218 }
3219 ```
3220
3221 Like `loop` expressions, `while` loops can be controlled with `break` or
3222 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3223 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3224 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3225
3226 ### `for` expressions
3227
3228 A `for` expression is a syntactic construct for looping over elements provided
3229 by an implementation of `std::iter::IntoIterator`.
3230
3231 An example of a `for` loop over the contents of an array:
3232
3233 ```
3234 # type Foo = i32;
3235 # fn bar(f: &Foo) { }
3236 # let a = 0;
3237 # let b = 0;
3238 # let c = 0;
3239
3240 let v: &[Foo] = &[a, b, c];
3241
3242 for e in v {
3243     bar(e);
3244 }
3245 ```
3246
3247 An example of a for loop over a series of integers:
3248
3249 ```
3250 # fn bar(b:usize) { }
3251 for i in 0..256 {
3252     bar(i);
3253 }
3254 ```
3255
3256 Like `loop` expressions, `for` loops can be controlled with `break` or
3257 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3258 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3259 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3260
3261 ### `if` expressions
3262
3263 An `if` expression is a conditional branch in program control. The form of an
3264 `if` expression is a condition expression, followed by a consequent block, any
3265 number of `else if` conditions and blocks, and an optional trailing `else`
3266 block. The condition expressions must have type `bool`. If a condition
3267 expression evaluates to `true`, the consequent block is executed and any
3268 subsequent `else if` or `else` block is skipped. If a condition expression
3269 evaluates to `false`, the consequent block is skipped and any subsequent `else
3270 if` condition is evaluated. If all `if` and `else if` conditions evaluate to
3271 `false` then any `else` block is executed.
3272
3273 ### `match` expressions
3274
3275 A `match` expression branches on a *pattern*. The exact form of matching that
3276 occurs depends on the pattern. Patterns consist of some combination of
3277 literals, destructured arrays or enum constructors, structs and tuples,
3278 variable binding specifications, wildcards (`..`), and placeholders (`_`). A
3279 `match` expression has a *head expression*, which is the value to compare to
3280 the patterns. The type of the patterns must equal the type of the head
3281 expression.
3282
3283 In a pattern whose head expression has an `enum` type, a placeholder (`_`)
3284 stands for a *single* data field, whereas a wildcard `..` stands for *all* the
3285 fields of a particular variant.
3286
3287 A `match` behaves differently depending on whether or not the head expression
3288 is an [lvalue or an rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries). If the head
3289 expression is an rvalue, it is first evaluated into a temporary location, and
3290 the resulting value is sequentially compared to the patterns in the arms until
3291 a match is found. The first arm with a matching pattern is chosen as the branch
3292 target of the `match`, any variables bound by the pattern are assigned to local
3293 variables in the arm's block, and control enters the block.
3294
3295 When the head expression is an lvalue, the match does not allocate a temporary
3296 location (however, a by-value binding may copy or move from the lvalue). When
3297 possible, it is preferable to match on lvalues, as the lifetime of these
3298 matches inherits the lifetime of the lvalue, rather than being restricted to
3299 the inside of the match.
3300
3301 An example of a `match` expression:
3302
3303 ```
3304 let x = 1;
3305
3306 match x {
3307     1 => println!("one"),
3308     2 => println!("two"),
3309     3 => println!("three"),
3310     4 => println!("four"),
3311     5 => println!("five"),
3312     _ => println!("something else"),
3313 }
3314 ```
3315
3316 Patterns that bind variables default to binding to a copy or move of the
3317 matched value (depending on the matched value's type). This can be changed to
3318 bind to a reference by using the `ref` keyword, or to a mutable reference using
3319 `ref mut`.
3320
3321 Subpatterns can also be bound to variables by the use of the syntax `variable @
3322 subpattern`. For example:
3323
3324 ```
3325 let x = 1;
3326
3327 match x {
3328     e @ 1 ... 5 => println!("got a range element {}", e),
3329     _ => println!("anything"),
3330 }
3331 ```
3332
3333 Patterns can also dereference pointers by using the `&`, `&mut` and `box`
3334 symbols, as appropriate. For example, these two matches on `x: &i32` are
3335 equivalent:
3336
3337 ```
3338 # let x = &3;
3339 let y = match *x { 0 => "zero", _ => "some" };
3340 let z = match x { &0 => "zero", _ => "some" };
3341
3342 assert_eq!(y, z);
3343 ```
3344
3345 Multiple match patterns may be joined with the `|` operator. A range of values
3346 may be specified with `...`. For example:
3347
3348 ```
3349 # let x = 2;
3350
3351 let message = match x {
3352     0 | 1  => "not many",
3353     2 ... 9 => "a few",
3354     _      => "lots"
3355 };
3356 ```
3357
3358 Range patterns only work on scalar types (like integers and characters; not
3359 like arrays and structs, which have sub-components). A range pattern may not
3360 be a sub-range of another range pattern inside the same `match`.
3361
3362 Finally, match patterns can accept *pattern guards* to further refine the
3363 criteria for matching a case. Pattern guards appear after the pattern and
3364 consist of a bool-typed expression following the `if` keyword. A pattern guard
3365 may refer to the variables bound within the pattern they follow.
3366
3367 ```
3368 # let maybe_digit = Some(0);
3369 # fn process_digit(i: i32) { }
3370 # fn process_other(i: i32) { }
3371
3372 let message = match maybe_digit {
3373     Some(x) if x < 10 => process_digit(x),
3374     Some(x) => process_other(x),
3375     None => panic!(),
3376 };
3377 ```
3378
3379 ### `if let` expressions
3380
3381 An `if let` expression is semantically identical to an `if` expression but in
3382 place of a condition expression it expects a `let` statement with a refutable
3383 pattern. If the value of the expression on the right hand side of the `let`
3384 statement matches the pattern, the corresponding block will execute, otherwise
3385 flow proceeds to the first `else` block that follows.
3386
3387 ```
3388 let dish = ("Ham", "Eggs");
3389
3390 // this body will be skipped because the pattern is refuted
3391 if let ("Bacon", b) = dish {
3392     println!("Bacon is served with {}", b);
3393 }
3394
3395 // this body will execute
3396 if let ("Ham", b) = dish {
3397     println!("Ham is served with {}", b);
3398 }
3399 ```
3400
3401 ### `while let` loops
3402
3403 A `while let` loop is semantically identical to a `while` loop but in place of
3404 a condition expression it expects `let` statement with a refutable pattern. If
3405 the value of the expression on the right hand side of the `let` statement
3406 matches the pattern, the loop body block executes and control returns to the
3407 pattern matching statement. Otherwise, the while expression completes.
3408
3409 ### `return` expressions
3410
3411 Return expressions are denoted with the keyword `return`. Evaluating a `return`
3412 expression moves its argument into the designated output location for the
3413 current function call, destroys the current function activation frame, and
3414 transfers control to the caller frame.
3415
3416 An example of a `return` expression:
3417
3418 ```
3419 fn max(a: i32, b: i32) -> i32 {
3420     if a > b {
3421         return a;
3422     }
3423     return b;
3424 }
3425 ```
3426
3427 # Type system
3428
3429 ## Types
3430
3431 Every variable, item and value in a Rust program has a type. The _type_ of a
3432 *value* defines the interpretation of the memory holding it.
3433
3434 Built-in types and type-constructors are tightly integrated into the language,
3435 in nontrivial ways that are not possible to emulate in user-defined types.
3436 User-defined types have limited capabilities.
3437
3438 ### Primitive types
3439
3440 The primitive types are the following:
3441
3442 * The boolean type `bool` with values `true` and `false`.
3443 * The machine types (integer and floating-point).
3444 * The machine-dependent integer types.
3445 * Arrays
3446 * Tuples
3447 * Slices
3448 * Function pointers
3449
3450 #### Machine types
3451
3452 The machine types are the following:
3453
3454 * The unsigned word types `u8`, `u16`, `u32` and `u64`, with values drawn from
3455   the integer intervals [0, 2^8 - 1], [0, 2^16 - 1], [0, 2^32 - 1] and
3456   [0, 2^64 - 1] respectively.
3457
3458 * The signed two's complement word types `i8`, `i16`, `i32` and `i64`, with
3459   values drawn from the integer intervals [-(2^(7)), 2^7 - 1],
3460   [-(2^(15)), 2^15 - 1], [-(2^(31)), 2^31 - 1], [-(2^(63)), 2^63 - 1]
3461   respectively.
3462
3463 * The IEEE 754-2008 `binary32` and `binary64` floating-point types: `f32` and
3464   `f64`, respectively.
3465
3466 #### Machine-dependent integer types
3467
3468 The `usize` type is an unsigned integer type with the same number of bits as the
3469 platform's pointer type. It can represent every memory address in the process.
3470
3471 The `isize` type is a signed integer type with the same number of bits as the
3472 platform's pointer type. The theoretical upper bound on object and array size
3473 is the maximum `isize` value. This ensures that `isize` can be used to calculate
3474 differences between pointers into an object or array and can address every byte
3475 within an object along with one byte past the end.
3476
3477 ### Textual types
3478
3479 The types `char` and `str` hold textual data.
3480
3481 A value of type `char` is a [Unicode scalar value](
3482 http://www.unicode.org/glossary/#unicode_scalar_value) (i.e. a code point that
3483 is not a surrogate), represented as a 32-bit unsigned word in the 0x0000 to
3484 0xD7FF or 0xE000 to 0x10FFFF range. A `[char]` array is effectively an UCS-4 /
3485 UTF-32 string.
3486
3487 A value of type `str` is a Unicode string, represented as an array of 8-bit
3488 unsigned bytes holding a sequence of UTF-8 code points. Since `str` is of
3489 unknown size, it is not a _first-class_ type, but can only be instantiated
3490 through a pointer type, such as `&str`.
3491
3492 ### Tuple types
3493
3494 A tuple *type* is a heterogeneous product of other types, called the *elements*
3495 of the tuple. It has no nominal name and is instead structurally typed.
3496
3497 Tuple types and values are denoted by listing the types or values of their
3498 elements, respectively, in a parenthesized, comma-separated list.
3499
3500 Because tuple elements don't have a name, they can only be accessed by
3501 pattern-matching or by using `N` directly as a field to access the
3502 `N`th element.
3503
3504 An example of a tuple type and its use:
3505
3506 ```
3507 type Pair<'a> = (i32, &'a str);
3508 let p: Pair<'static> = (10, "ten");
3509 let (a, b) = p;
3510
3511 assert_eq!(a, 10);
3512 assert_eq!(b, "ten");
3513 assert_eq!(p.0, 10);
3514 assert_eq!(p.1, "ten");
3515 ```
3516
3517 For historical reasons and convenience, the tuple type with no elements (`()`)
3518 is often called ‘unit’ or ‘the unit type’.
3519
3520 ### Array, and Slice types
3521
3522 Rust has two different types for a list of items:
3523
3524 * `[T; N]`, an 'array'
3525 * `&[T]`, a 'slice'
3526
3527 An array has a fixed size, and can be allocated on either the stack or the
3528 heap.
3529
3530 A slice is a 'view' into an array. It doesn't own the data it points
3531 to, it borrows it.
3532
3533 Examples:
3534
3535 ```{rust}
3536 // A stack-allocated array
3537 let array: [i32; 3] = [1, 2, 3];
3538
3539 // A heap-allocated array
3540 let vector: Vec<i32> = vec![1, 2, 3];
3541
3542 // A slice into an array
3543 let slice: &[i32] = &vector[..];
3544 ```
3545
3546 As you can see, the `vec!` macro allows you to create a `Vec<T>` easily. The
3547 `vec!` macro is also part of the standard library, rather than the language.
3548
3549 All in-bounds elements of arrays and slices are always initialized, and access
3550 to an array or slice is always bounds-checked.
3551
3552 ### Struct types
3553
3554 A `struct` *type* is a heterogeneous product of other types, called the
3555 *fields* of the type.[^structtype]
3556
3557 [^structtype]: `struct` types are analogous to `struct` types in C,
3558     the *record* types of the ML family,
3559     or the *struct* types of the Lisp family.
3560
3561 New instances of a `struct` can be constructed with a [struct
3562 expression](#struct-expressions).
3563
3564 The memory layout of a `struct` is undefined by default to allow for compiler
3565 optimizations like field reordering, but it can be fixed with the
3566 `#[repr(...)]` attribute. In either case, fields may be given in any order in
3567 a corresponding struct *expression*; the resulting `struct` value will always
3568 have the same memory layout.
3569
3570 The fields of a `struct` may be qualified by [visibility
3571 modifiers](#visibility-and-privacy), to allow access to data in a
3572 struct outside a module.
3573
3574 A _tuple struct_ type is just like a struct type, except that the fields are
3575 anonymous.
3576
3577 A _unit-like struct_ type is like a struct type, except that it has no
3578 fields. The one value constructed by the associated [struct
3579 expression](#struct-expressions) is the only value that inhabits such a
3580 type.
3581
3582 ### Enumerated types
3583
3584 An *enumerated type* is a nominal, heterogeneous disjoint union type, denoted
3585 by the name of an [`enum` item](#enumerations). [^enumtype]
3586
3587 [^enumtype]: The `enum` type is analogous to a `data` constructor declaration in
3588              ML, or a *pick ADT* in Limbo.
3589
3590 An [`enum` item](#enumerations) declares both the type and a number of *variant
3591 constructors*, each of which is independently named and takes an optional tuple
3592 of arguments.
3593
3594 New instances of an `enum` can be constructed by calling one of the variant
3595 constructors, in a [call expression](#call-expressions).
3596
3597 Any `enum` value consumes as much memory as the largest variant constructor for
3598 its corresponding `enum` type.
3599
3600 Enum types cannot be denoted *structurally* as types, but must be denoted by
3601 named reference to an [`enum` item](#enumerations).
3602
3603 ### Recursive types
3604
3605 Nominal types &mdash; [enumerations](#enumerated-types) and
3606 [structs](#struct-types) &mdash; may be recursive. That is, each `enum`
3607 constructor or `struct` field may refer, directly or indirectly, to the
3608 enclosing `enum` or `struct` type itself. Such recursion has restrictions:
3609
3610 * Recursive types must include a nominal type in the recursion
3611   (not mere [type definitions](grammar.html#type-definitions),
3612    or other structural types such as [arrays](#array-and-slice-types) or [tuples](#tuple-types)).
3613 * A recursive `enum` item must have at least one non-recursive constructor
3614   (in order to give the recursion a basis case).
3615 * The size of a recursive type must be finite;
3616   in other words the recursive fields of the type must be [pointer types](#pointer-types).
3617 * Recursive type definitions can cross module boundaries, but not module *visibility* boundaries,
3618   or crate boundaries (in order to simplify the module system and type checker).
3619
3620 An example of a *recursive* type and its use:
3621
3622 ```
3623 enum List<T> {
3624     Nil,
3625     Cons(T, Box<List<T>>)
3626 }
3627
3628 let a: List<i32> = List::Cons(7, Box::new(List::Cons(13, Box::new(List::Nil))));
3629 ```
3630
3631 ### Pointer types
3632
3633 All pointers in Rust are explicit first-class values. They can be copied,
3634 stored into data structs, and returned from functions. There are two
3635 varieties of pointer in Rust:
3636
3637 * References (`&`)
3638   : These point to memory _owned by some other value_.
3639     A reference type is written `&type`,
3640     or `&'a type` when you need to specify an explicit lifetime.
3641     Copying a reference is a "shallow" operation:
3642     it involves only copying the pointer itself.
3643     Releasing a reference has no effect on the value it points to,
3644     but a reference of a temporary value will keep it alive during the scope
3645     of the reference itself.
3646
3647 * Raw pointers (`*`)
3648   : Raw pointers are pointers without safety or liveness guarantees.
3649     Raw pointers are written as `*const T` or `*mut T`,
3650     for example `*const i32` means a raw pointer to a 32-bit integer.
3651     Copying or dropping a raw pointer has no effect on the lifecycle of any
3652     other value. Dereferencing a raw pointer or converting it to any other
3653     pointer type is an [`unsafe` operation](#unsafe-functions).
3654     Raw pointers are generally discouraged in Rust code;
3655     they exist to support interoperability with foreign code,
3656     and writing performance-critical or low-level functions.
3657
3658 The standard library contains additional 'smart pointer' types beyond references
3659 and raw pointers.
3660
3661 ### Function types
3662
3663 The function type constructor `fn` forms new function types. A function type
3664 consists of a possibly-empty set of function-type modifiers (such as `unsafe`
3665 or `extern`), a sequence of input types and an output type.
3666
3667 An example of a `fn` type:
3668
3669 ```
3670 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
3671     x + y
3672 }
3673
3674 let mut x = add(5,7);
3675
3676 type Binop = fn(i32, i32) -> i32;
3677 let bo: Binop = add;
3678 x = bo(5,7);
3679 ```
3680
3681 #### Function types for specific items
3682
3683 Internal to the compiler, there are also function types that are specific to a particular
3684 function item. In the following snippet, for example, the internal types of the functions
3685 `foo` and `bar` are different, despite the fact that they have the same signature:
3686
3687 ```
3688 fn foo() { }
3689 fn bar() { }
3690 ```
3691
3692 The types of `foo` and `bar` can both be implicitly coerced to the fn
3693 pointer type `fn()`. There is currently no syntax for unique fn types,
3694 though the compiler will emit a type like `fn() {foo}` in error
3695 messages to indicate "the unique fn type for the function `foo`".
3696
3697 ### Closure types
3698
3699 A [lambda expression](#lambda-expressions) produces a closure value with
3700 a unique, anonymous type that cannot be written out.
3701
3702 Depending on the requirements of the closure, its type implements one or
3703 more of the closure traits:
3704
3705 * `FnOnce`
3706   : The closure can be called once. A closure called as `FnOnce`
3707     can move out values from its environment.
3708
3709 * `FnMut`
3710   : The closure can be called multiple times as mutable. A closure called as
3711     `FnMut` can mutate values from its environment. `FnMut` inherits from
3712     `FnOnce` (i.e. anything implementing `FnMut` also implements `FnOnce`).
3713
3714 * `Fn`
3715   : The closure can be called multiple times through a shared reference.
3716     A closure called as `Fn` can neither move out from nor mutate values
3717     from its environment. `Fn` inherits from `FnMut`, which itself
3718     inherits from `FnOnce`.
3719
3720
3721 ### Trait objects
3722
3723 In Rust, a type like `&SomeTrait` or `Box<SomeTrait>` is called a _trait object_.
3724 Each instance of a trait object includes:
3725
3726  - a pointer to an instance of a type `T` that implements `SomeTrait`
3727  - a _virtual method table_, often just called a _vtable_, which contains, for
3728    each method of `SomeTrait` that `T` implements, a pointer to `T`'s
3729    implementation (i.e. a function pointer).
3730
3731 The purpose of trait objects is to permit "late binding" of methods. Calling a
3732 method on a trait object results in virtual dispatch at runtime: that is, a
3733 function pointer is loaded from the trait object vtable and invoked indirectly.
3734 The actual implementation for each vtable entry can vary on an object-by-object
3735 basis.
3736
3737 Note that for a trait object to be instantiated, the trait must be
3738 _object-safe_. Object safety rules are defined in [RFC 255].
3739
3740 [RFC 255]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0255-object-safety.md
3741
3742 Given a pointer-typed expression `E` of type `&T` or `Box<T>`, where `T`
3743 implements trait `R`, casting `E` to the corresponding pointer type `&R` or
3744 `Box<R>` results in a value of the _trait object_ `R`. This result is
3745 represented as a pair of pointers: the vtable pointer for the `T`
3746 implementation of `R`, and the pointer value of `E`.
3747
3748 An example of a trait object:
3749
3750 ```
3751 trait Printable {
3752     fn stringify(&self) -> String;
3753 }
3754
3755 impl Printable for i32 {
3756     fn stringify(&self) -> String { self.to_string() }
3757 }
3758
3759 fn print(a: Box<Printable>) {
3760     println!("{}", a.stringify());
3761 }
3762
3763 fn main() {
3764     print(Box::new(10) as Box<Printable>);
3765 }
3766 ```
3767
3768 In this example, the trait `Printable` occurs as a trait object in both the
3769 type signature of `print`, and the cast expression in `main`.
3770
3771 ### Type parameters
3772
3773 Within the body of an item that has type parameter declarations, the names of
3774 its type parameters are types:
3775
3776 ```ignore
3777 fn to_vec<A: Clone>(xs: &[A]) -> Vec<A> {
3778     if xs.is_empty() {
3779         return vec![];
3780     }
3781     let first: A = xs[0].clone();
3782     let mut rest: Vec<A> = to_vec(&xs[1..]);
3783     rest.insert(0, first);
3784     rest
3785 }
3786 ```
3787
3788 Here, `first` has type `A`, referring to `to_vec`'s `A` type parameter; and `rest`
3789 has type `Vec<A>`, a vector with element type `A`.
3790
3791 ### Self types
3792
3793 The special type `Self` has a meaning within traits and impls. In a trait definition, it refers
3794 to an implicit type parameter representing the "implementing" type. In an impl,
3795 it is an alias for the implementing type. For example, in:
3796
3797 ```
3798 pub trait From<T> {
3799     fn from(T) -> Self;
3800 }
3801
3802 impl From<i32> for String {
3803     fn from(x: i32) -> Self {
3804         x.to_string()
3805     }
3806 }
3807 ```
3808
3809 The notation `Self` in the impl refers to the implementing type: `String`. In another 
3810 example:
3811
3812 ```
3813 trait Printable {
3814     fn make_string(&self) -> String;
3815 }
3816
3817 impl Printable for String {
3818     fn make_string(&self) -> String {
3819         (*self).clone()
3820     }
3821 }
3822 ```
3823
3824 The notation `&self` is a shorthand for `self: &Self`. In this case,
3825 in the impl, `Self` refers to the value of type `String` that is the
3826 receiver for a call to the method `make_string`.
3827
3828 ## Subtyping
3829
3830 Subtyping is implicit and can occur at any stage in type checking or
3831 inference. Subtyping in Rust is very restricted and occurs only due to
3832 variance with respect to lifetimes and between types with higher ranked
3833 lifetimes. If we were to erase lifetimes from types, then the only subtyping
3834 would be due to type equality.
3835
3836 Consider the following example: string literals always have `'static`
3837 lifetime. Nevertheless, we can assign `s` to `t`:
3838
3839 ```
3840 fn bar<'a>() {
3841     let s: &'static str = "hi";
3842     let t: &'a str = s;
3843 }
3844 ```
3845 Since `'static` "lives longer" than `'a`, `&'static str` is a subtype of
3846 `&'a str`.
3847
3848 ## Type coercions
3849
3850 Coercions are defined in [RFC 401]. A coercion is implicit and has no syntax.
3851
3852 [RFC 401]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0401-coercions.md
3853
3854 ### Coercion sites
3855
3856 A coercion can only occur at certain coercion sites in a program; these are
3857 typically places where the desired type is explicit or can be derived by
3858 propagation from explicit types (without type inference). Possible coercion
3859 sites are:
3860
3861 * `let` statements where an explicit type is given.
3862
3863    For example, `42` is coerced to have type `i8` in the following:
3864
3865    ```rust
3866    let _: i8 = 42;
3867    ```
3868
3869 * `static` and `const` statements (similar to `let` statements).
3870
3871 * Arguments for function calls
3872
3873   The value being coerced is the actual parameter, and it is coerced to
3874   the type of the formal parameter.
3875
3876   For example, `42` is coerced to have type `i8` in the following:
3877
3878   ```rust
3879   fn bar(_: i8) { }
3880
3881   fn main() {
3882       bar(42);
3883   }
3884   ```
3885
3886 * Instantiations of struct or variant fields
3887
3888   For example, `42` is coerced to have type `i8` in the following:
3889
3890   ```rust
3891   struct Foo { x: i8 }
3892
3893   fn main() {
3894       Foo { x: 42 };
3895   }
3896   ```
3897
3898 * Function results, either the final line of a block if it is not
3899   semicolon-terminated or any expression in a `return` statement
3900
3901   For example, `42` is coerced to have type `i8` in the following:
3902
3903   ```rust
3904   fn foo() -> i8 {
3905       42
3906   }
3907   ```
3908
3909 If the expression in one of these coercion sites is a coercion-propagating
3910 expression, then the relevant sub-expressions in that expression are also
3911 coercion sites. Propagation recurses from these new coercion sites.
3912 Propagating expressions and their relevant sub-expressions are:
3913
3914 * Array literals, where the array has type `[U; n]`. Each sub-expression in
3915 the array literal is a coercion site for coercion to type `U`.
3916
3917 * Array literals with repeating syntax, where the array has type `[U; n]`. The
3918 repeated sub-expression is a coercion site for coercion to type `U`.
3919
3920 * Tuples, where a tuple is a coercion site to type `(U_0, U_1, ..., U_n)`.
3921 Each sub-expression is a coercion site to the respective type, e.g. the
3922 zeroth sub-expression is a coercion site to type `U_0`.
3923
3924 * Parenthesized sub-expressions (`(e)`): if the expression has type `U`, then
3925 the sub-expression is a coercion site to `U`.
3926
3927 * Blocks: if a block has type `U`, then the last expression in the block (if
3928 it is not semicolon-terminated) is a coercion site to `U`. This includes
3929 blocks which are part of control flow statements, such as `if`/`else`, if
3930 the block has a known type.
3931
3932 ### Coercion types
3933
3934 Coercion is allowed between the following types:
3935
3936 * `T` to `U` if `T` is a subtype of `U` (*reflexive case*)
3937
3938 * `T_1` to `T_3` where `T_1` coerces to `T_2` and `T_2` coerces to `T_3`
3939 (*transitive case*)
3940
3941     Note that this is not fully supported yet
3942
3943 * `&mut T` to `&T`
3944
3945 * `*mut T` to `*const T`
3946
3947 * `&T` to `*const T`
3948
3949 * `&mut T` to `*mut T`
3950
3951 * `&T` to `&U` if `T` implements `Deref<Target = U>`. For example:
3952
3953   ```rust
3954   use std::ops::Deref;
3955
3956   struct CharContainer {
3957       value: char,
3958   }
3959
3960   impl Deref for CharContainer {
3961       type Target = char;
3962
3963       fn deref<'a>(&'a self) -> &'a char {
3964           &self.value
3965       }
3966   }
3967
3968   fn foo(arg: &char) {}
3969
3970   fn main() {
3971       let x = &mut CharContainer { value: 'y' };
3972       foo(x); //&mut CharContainer is coerced to &char.
3973   }
3974   ```
3975
3976 * `&mut T` to `&mut U` if `T` implements `DerefMut<Target = U>`.
3977
3978 * TyCtor(`T`) to TyCtor(coerce_inner(`T`)), where TyCtor(`T`) is one of
3979     - `&T`
3980     - `&mut T`
3981     - `*const T`
3982     - `*mut T`
3983     - `Box<T>`
3984
3985     and where
3986     - coerce_inner(`[T, ..n]`) = `[T]`
3987     - coerce_inner(`T`) = `U` where `T` is a concrete type which implements the
3988     trait `U`.
3989
3990     In the future, coerce_inner will be recursively extended to tuples and
3991     structs. In addition, coercions from sub-traits to super-traits will be
3992     added. See [RFC 401] for more details.
3993
3994 # Special traits
3995
3996 Several traits define special evaluation behavior.
3997
3998 ## The `Copy` trait
3999
4000 The `Copy` trait changes the semantics of a type implementing it. Values whose
4001 type implements `Copy` are copied rather than moved upon assignment.
4002
4003 ## The `Sized` trait
4004
4005 The `Sized` trait indicates that the size of this type is known at compile-time.
4006
4007 ## The `Drop` trait
4008
4009 The `Drop` trait provides a destructor, to be run whenever a value of this type
4010 is to be destroyed.
4011
4012 ## The `Deref` trait
4013
4014 The `Deref<Target = U>` trait allows a type to implicitly implement all the methods
4015 of the type `U`. When attempting to resolve a method call, the compiler will search
4016 the top-level type for the implementation of the called method. If no such method is
4017 found, `.deref()` is called and the compiler continues to search for the method
4018 implementation in the returned type `U`.
4019
4020 ## The `Send` trait
4021
4022 The `Send` trait indicates that a value of this type is safe to send from one
4023 thread to another.
4024
4025 ## The `Sync` trait
4026
4027 The `Sync` trait indicates that a value of this type is safe to share between
4028 multiple threads.
4029
4030 # Memory model
4031
4032 A Rust program's memory consists of a static set of *items* and a *heap*.
4033 Immutable portions of the heap may be safely shared between threads, mutable
4034 portions may not be safely shared, but several mechanisms for effectively-safe
4035 sharing of mutable values, built on unsafe code but enforcing a safe locking
4036 discipline, exist in the standard library.
4037
4038 Allocations in the stack consist of *variables*, and allocations in the heap
4039 consist of *boxes*.
4040
4041 ### Memory allocation and lifetime
4042
4043 The _items_ of a program are those functions, modules and types that have their
4044 value calculated at compile-time and stored uniquely in the memory image of the
4045 rust process. Items are neither dynamically allocated nor freed.
4046
4047 The _heap_ is a general term that describes boxes.  The lifetime of an
4048 allocation in the heap depends on the lifetime of the box values pointing to
4049 it. Since box values may themselves be passed in and out of frames, or stored
4050 in the heap, heap allocations may outlive the frame they are allocated within.
4051 An allocation in the heap is guaranteed to reside at a single location in the
4052 heap for the whole lifetime of the allocation - it will never be relocated as
4053 a result of moving a box value.
4054
4055 ### Memory ownership
4056
4057 When a stack frame is exited, its local allocations are all released, and its
4058 references to boxes are dropped.
4059
4060 ### Variables
4061
4062 A _variable_ is a component of a stack frame, either a named function parameter,
4063 an anonymous [temporary](#lvalues-rvalues-and-temporaries), or a named local
4064 variable.
4065
4066 A _local variable_ (or *stack-local* allocation) holds a value directly,
4067 allocated within the stack's memory. The value is a part of the stack frame.
4068
4069 Local variables are immutable unless declared otherwise like: `let mut x = ...`.
4070
4071 Function parameters are immutable unless declared with `mut`. The `mut` keyword
4072 applies only to the following parameter (so `|mut x, y|` and `fn f(mut x:
4073 Box<i32>, y: Box<i32>)` declare one mutable variable `x` and one immutable
4074 variable `y`).
4075
4076 Methods that take either `self` or `Box<Self>` can optionally place them in a
4077 mutable variable by prefixing them with `mut` (similar to regular arguments):
4078
4079 ```
4080 trait Changer: Sized {
4081     fn change(mut self) {}
4082     fn modify(mut self: Box<Self>) {}
4083 }
4084 ```
4085
4086 Local variables are not initialized when allocated; the entire frame worth of
4087 local variables are allocated at once, on frame-entry, in an uninitialized
4088 state. Subsequent statements within a function may or may not initialize the
4089 local variables. Local variables can be used only after they have been
4090 initialized; this is enforced by the compiler.
4091
4092 # Linkage
4093
4094 The Rust compiler supports various methods to link crates together both
4095 statically and dynamically. This section will explore the various methods to
4096 link Rust crates together, and more information about native libraries can be
4097 found in the [FFI section of the book][ffi].
4098
4099 In one session of compilation, the compiler can generate multiple artifacts
4100 through the usage of either command line flags or the `crate_type` attribute.
4101 If one or more command line flags are specified, all `crate_type` attributes will
4102 be ignored in favor of only building the artifacts specified by command line.
4103
4104 * `--crate-type=bin`, `#[crate_type = "bin"]` - A runnable executable will be
4105   produced. This requires that there is a `main` function in the crate which
4106   will be run when the program begins executing. This will link in all Rust and
4107   native dependencies, producing a distributable binary.
4108
4109 * `--crate-type=lib`, `#[crate_type = "lib"]` - A Rust library will be produced.
4110   This is an ambiguous concept as to what exactly is produced because a library
4111   can manifest itself in several forms. The purpose of this generic `lib` option
4112   is to generate the "compiler recommended" style of library. The output library
4113   will always be usable by rustc, but the actual type of library may change from
4114   time-to-time. The remaining output types are all different flavors of
4115   libraries, and the `lib` type can be seen as an alias for one of them (but the
4116   actual one is compiler-defined).
4117
4118 * `--crate-type=dylib`, `#[crate_type = "dylib"]` - A dynamic Rust library will
4119   be produced. This is different from the `lib` output type in that this forces
4120   dynamic library generation. The resulting dynamic library can be used as a
4121   dependency for other libraries and/or executables. This output type will
4122   create `*.so` files on linux, `*.dylib` files on osx, and `*.dll` files on
4123   windows.
4124
4125 * `--crate-type=staticlib`, `#[crate_type = "staticlib"]` - A static system
4126   library will be produced. This is different from other library outputs in that
4127   the Rust compiler will never attempt to link to `staticlib` outputs. The
4128   purpose of this output type is to create a static library containing all of
4129   the local crate's code along with all upstream dependencies. The static
4130   library is actually a `*.a` archive on linux and osx and a `*.lib` file on
4131   windows. This format is recommended for use in situations such as linking
4132   Rust code into an existing non-Rust application because it will not have
4133   dynamic dependencies on other Rust code.
4134
4135 * `--crate-type=cdylib`, `#[crate_type = "cdylib"]` - A dynamic system
4136   library will be produced.  This is used when compiling Rust code as
4137   a dynamic library to be loaded from another language.  This output type will
4138   create `*.so` files on Linux, `*.dylib` files on OSX, and `*.dll` files on
4139   Windows.
4140
4141 * `--crate-type=rlib`, `#[crate_type = "rlib"]` - A "Rust library" file will be
4142   produced. This is used as an intermediate artifact and can be thought of as a
4143   "static Rust library". These `rlib` files, unlike `staticlib` files, are
4144   interpreted by the Rust compiler in future linkage. This essentially means
4145   that `rustc` will look for metadata in `rlib` files like it looks for metadata
4146   in dynamic libraries. This form of output is used to produce statically linked
4147   executables as well as `staticlib` outputs.
4148
4149 Note that these outputs are stackable in the sense that if multiple are
4150 specified, then the compiler will produce each form of output at once without
4151 having to recompile. However, this only applies for outputs specified by the
4152 same method. If only `crate_type` attributes are specified, then they will all
4153 be built, but if one or more `--crate-type` command line flags are specified,
4154 then only those outputs will be built.
4155
4156 With all these different kinds of outputs, if crate A depends on crate B, then
4157 the compiler could find B in various different forms throughout the system. The
4158 only forms looked for by the compiler, however, are the `rlib` format and the
4159 dynamic library format. With these two options for a dependent library, the
4160 compiler must at some point make a choice between these two formats. With this
4161 in mind, the compiler follows these rules when determining what format of
4162 dependencies will be used:
4163
4164 1. If a static library is being produced, all upstream dependencies are
4165    required to be available in `rlib` formats. This requirement stems from the
4166    reason that a dynamic library cannot be converted into a static format.
4167
4168    Note that it is impossible to link in native dynamic dependencies to a static
4169    library, and in this case warnings will be printed about all unlinked native
4170    dynamic dependencies.
4171
4172 2. If an `rlib` file is being produced, then there are no restrictions on what
4173    format the upstream dependencies are available in. It is simply required that
4174    all upstream dependencies be available for reading metadata from.
4175
4176    The reason for this is that `rlib` files do not contain any of their upstream
4177    dependencies. It wouldn't be very efficient for all `rlib` files to contain a
4178    copy of `libstd.rlib`!
4179
4180 3. If an executable is being produced and the `-C prefer-dynamic` flag is not
4181    specified, then dependencies are first attempted to be found in the `rlib`
4182    format. If some dependencies are not available in an rlib format, then
4183    dynamic linking is attempted (see below).
4184
4185 4. If a dynamic library or an executable that is being dynamically linked is
4186    being produced, then the compiler will attempt to reconcile the available
4187    dependencies in either the rlib or dylib format to create a final product.
4188
4189    A major goal of the compiler is to ensure that a library never appears more
4190    than once in any artifact. For example, if dynamic libraries B and C were
4191    each statically linked to library A, then a crate could not link to B and C
4192    together because there would be two copies of A. The compiler allows mixing
4193    the rlib and dylib formats, but this restriction must be satisfied.
4194
4195    The compiler currently implements no method of hinting what format a library
4196    should be linked with. When dynamically linking, the compiler will attempt to
4197    maximize dynamic dependencies while still allowing some dependencies to be
4198    linked in via an rlib.
4199
4200    For most situations, having all libraries available as a dylib is recommended
4201    if dynamically linking. For other situations, the compiler will emit a
4202    warning if it is unable to determine which formats to link each library with.
4203
4204 In general, `--crate-type=bin` or `--crate-type=lib` should be sufficient for
4205 all compilation needs, and the other options are just available if more
4206 fine-grained control is desired over the output format of a Rust crate.
4207
4208 # Unsafety
4209
4210 Unsafe operations are those that potentially violate the memory-safety
4211 guarantees of Rust's static semantics.
4212
4213 The following language level features cannot be used in the safe subset of
4214 Rust:
4215
4216 - Dereferencing a [raw pointer](#pointer-types).
4217 - Reading or writing a [mutable static variable](#mutable-statics).
4218 - Calling an unsafe function (including an intrinsic or foreign function).
4219
4220 ## Unsafe functions
4221
4222 Unsafe functions are functions that are not safe in all contexts and/or for all
4223 possible inputs. Such a function must be prefixed with the keyword `unsafe` and
4224 can only be called from an `unsafe` block or another `unsafe` function.
4225
4226 ## Unsafe blocks
4227
4228 A block of code can be prefixed with the `unsafe` keyword, to permit calling
4229 `unsafe` functions or dereferencing raw pointers within a safe function.
4230
4231 When a programmer has sufficient conviction that a sequence of potentially
4232 unsafe operations is actually safe, they can encapsulate that sequence (taken
4233 as a whole) within an `unsafe` block. The compiler will consider uses of such
4234 code safe, in the surrounding context.
4235
4236 Unsafe blocks are used to wrap foreign libraries, make direct use of hardware
4237 or implement features not directly present in the language. For example, Rust
4238 provides the language features necessary to implement memory-safe concurrency
4239 in the language but the implementation of threads and message passing is in the
4240 standard library.
4241
4242 Rust's type system is a conservative approximation of the dynamic safety
4243 requirements, so in some cases there is a performance cost to using safe code.
4244 For example, a doubly-linked list is not a tree structure and can only be
4245 represented with reference-counted pointers in safe code. By using `unsafe`
4246 blocks to represent the reverse links as raw pointers, it can be implemented
4247 with only boxes.
4248
4249 ## Behavior considered undefined
4250
4251 The following is a list of behavior which is forbidden in all Rust code,
4252 including within `unsafe` blocks and `unsafe` functions. Type checking provides
4253 the guarantee that these issues are never caused by safe code.
4254
4255 * Data races
4256 * Dereferencing a null/dangling raw pointer
4257 * Reads of [undef](http://llvm.org/docs/LangRef.html#undefined-values)
4258   (uninitialized) memory
4259 * Breaking the [pointer aliasing
4260   rules](http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointer-aliasing-rules)
4261   with raw pointers (a subset of the rules used by C)
4262 * `&mut T` and `&T` follow LLVM’s scoped [noalias] model, except if the `&T`
4263   contains an `UnsafeCell<U>`. Unsafe code must not violate these aliasing
4264   guarantees.
4265 * Mutating non-mutable data (that is, data reached through a shared reference or
4266   data owned by a `let` binding), unless that data is contained within an `UnsafeCell<U>`.
4267 * Invoking undefined behavior via compiler intrinsics:
4268   * Indexing outside of the bounds of an object with `std::ptr::offset`
4269     (`offset` intrinsic), with
4270     the exception of one byte past the end which is permitted.
4271   * Using `std::ptr::copy_nonoverlapping_memory` (`memcpy32`/`memcpy64`
4272     intrinsics) on overlapping buffers
4273 * Invalid values in primitive types, even in private fields/locals:
4274   * Dangling/null references or boxes
4275   * A value other than `false` (0) or `true` (1) in a `bool`
4276   * A discriminant in an `enum` not included in the type definition
4277   * A value in a `char` which is a surrogate or above `char::MAX`
4278   * Non-UTF-8 byte sequences in a `str`
4279 * Unwinding into Rust from foreign code or unwinding from Rust into foreign
4280   code. Rust's failure system is not compatible with exception handling in
4281   other languages. Unwinding must be caught and handled at FFI boundaries.
4282
4283 [noalias]: http://llvm.org/docs/LangRef.html#noalias
4284
4285 ## Behavior not considered unsafe
4286
4287 This is a list of behavior not considered *unsafe* in Rust terms, but that may
4288 be undesired.
4289
4290 * Deadlocks
4291 * Leaks of memory and other resources
4292 * Exiting without calling destructors
4293 * Integer overflow
4294   - Overflow is considered "unexpected" behavior and is always user-error,
4295     unless the `wrapping` primitives are used. In non-optimized builds, the compiler
4296     will insert debug checks that panic on overflow, but in optimized builds overflow
4297     instead results in wrapped values. See [RFC 560] for the rationale and more details.
4298
4299 [RFC 560]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0560-integer-overflow.md
4300
4301 # Appendix: Influences
4302
4303 Rust is not a particularly original language, with design elements coming from
4304 a wide range of sources. Some of these are listed below (including elements
4305 that have since been removed):
4306
4307 * SML, OCaml: algebraic data types, pattern matching, type inference,
4308   semicolon statement separation
4309 * C++: references, RAII, smart pointers, move semantics, monomorphization,
4310   memory model
4311 * ML Kit, Cyclone: region based memory management
4312 * Haskell (GHC): typeclasses, type families
4313 * Newsqueak, Alef, Limbo: channels, concurrency
4314 * Erlang: message passing, thread failure, ~~linked thread failure~~,
4315   ~~lightweight concurrency~~
4316 * Swift: optional bindings
4317 * Scheme: hygienic macros
4318 * C#: attributes
4319 * Ruby: ~~block syntax~~
4320 * NIL, Hermes: ~~typestate~~
4321 * [Unicode Annex #31](http://www.unicode.org/reports/tr31/): identifier and
4322   pattern syntax
4323
4324 [ffi]: book/ffi.html
4325 [plugin]: book/compiler-plugins.html