]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/doc/reference.md
Rollup merge of #39374 - durka:patch-34, r=steveklabnik
[rust.git] / src / doc / reference.md
1 % The Rust Reference
2
3 # Introduction
4
5 This document is the primary reference for the Rust programming language. It
6 provides three kinds of material:
7
8   - Chapters that informally describe each language construct and their use.
9   - Chapters that informally describe the memory model, concurrency model,
10     runtime services, linkage model and debugging facilities.
11   - Appendix chapters providing rationale and references to languages that
12     influenced the design.
13
14 This document does not serve as an introduction to the language. Background
15 familiarity with the language is assumed. A separate [book] is available to
16 help acquire such background familiarity.
17
18 This document also does not serve as a reference to the [standard] library
19 included in the language distribution. Those libraries are documented
20 separately by extracting documentation attributes from their source code. Many
21 of the features that one might expect to be language features are library
22 features in Rust, so what you're looking for may be there, not here.
23
24 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 # Macros
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 macros in two ways:
565
566 * [Macros](book/macros.html) define new syntax in a higher-level,
567   declarative way.
568 * [Procedural Macros][procedural macros] can be used to implement custom derive.
569
570 And one unstable way: [compiler plugins][plugin].
571
572 ## Macros
573
574 `macro_rules` allows users to define syntax extension in a declarative way.  We
575 call such extensions "macros by example" or simply "macros".
576
577 Currently, macros can expand to expressions, statements, items, or patterns.
578
579 (A `sep_token` is any token other than `*` and `+`. A `non_special_token` is
580 any token other than a delimiter or `$`.)
581
582 The macro expander looks up macro invocations by name, and tries each macro
583 rule in turn. It transcribes the first successful match. Matching and
584 transcription are closely related to each other, and we will describe them
585 together.
586
587 ### Macro By Example
588
589 The macro expander matches and transcribes every token that does not begin with
590 a `$` literally, including delimiters. For parsing reasons, delimiters must be
591 balanced, but they are otherwise not special.
592
593 In the matcher, `$` _name_ `:` _designator_ matches the nonterminal in the Rust
594 syntax named by _designator_. Valid designators are:
595
596 * `item`: an [item](#items)
597 * `block`: a [block](#block-expressions)
598 * `stmt`: a [statement](#statements)
599 * `pat`: a [pattern](#match-expressions)
600 * `expr`: an [expression](#expressions)
601 * `ty`: a [type](#types)
602 * `ident`: an [identifier](#identifiers)
603 * `path`: a [path](#paths)
604 * `tt`: a token tree (a single [token](#tokens) or a sequence of token trees surrounded
605   by matching `()`, `[]`, or `{}`)
606 * `meta`: the contents of an [attribute](#attributes)
607
608 In the transcriber, the
609 designator is already known, and so only the name of a matched nonterminal comes
610 after the dollar sign.
611
612 In both the matcher and transcriber, the Kleene star-like operator indicates
613 repetition. The Kleene star operator consists of `$` and parentheses, optionally
614 followed by a separator token, followed by `*` or `+`. `*` means zero or more
615 repetitions, `+` means at least one repetition. The parentheses are not matched or
616 transcribed. On the matcher side, a name is bound to _all_ of the names it
617 matches, in a structure that mimics the structure of the repetition encountered
618 on a successful match. The job of the transcriber is to sort that structure
619 out.
620
621 The rules for transcription of these repetitions are called "Macro By Example".
622 Essentially, one "layer" of repetition is discharged at a time, and all of them
623 must be discharged by the time a name is transcribed. Therefore, `( $( $i:ident
624 ),* ) => ( $i )` is an invalid macro, but `( $( $i:ident ),* ) => ( $( $i:ident
625 ),*  )` is acceptable (if trivial).
626
627 When Macro By Example encounters a repetition, it examines all of the `$`
628 _name_ s that occur in its body. At the "current layer", they all must repeat
629 the same number of times, so ` ( $( $i:ident ),* ; $( $j:ident ),* ) => ( $(
630 ($i,$j) ),* )` is valid if given the argument `(a,b,c ; d,e,f)`, but not
631 `(a,b,c ; d,e)`. The repetition walks through the choices at that layer in
632 lockstep, so the former input transcribes to `(a,d), (b,e), (c,f)`.
633
634 Nested repetitions are allowed.
635
636 ### Parsing limitations
637
638 The parser used by the macro system is reasonably powerful, but the parsing of
639 Rust syntax is restricted in two ways:
640
641 1. Macro definitions are required to include suitable separators after parsing
642    expressions and other bits of the Rust grammar. This implies that
643    a macro definition like `$i:expr [ , ]` is not legal, because `[` could be part
644    of an expression. A macro definition like `$i:expr,` or `$i:expr;` would be legal,
645    however, because `,` and `;` are legal separators. See [RFC 550] for more information.
646 2. The parser must have eliminated all ambiguity by the time it reaches a `$`
647    _name_ `:` _designator_. This requirement most often affects name-designator
648    pairs when they occur at the beginning of, or immediately after, a `$(...)*`;
649    requiring a distinctive token in front can solve the problem.
650
651 [RFC 550]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0550-macro-future-proofing.md
652
653 ## Procedural Macros
654
655 "Procedural macros" are the second way to implement a macro. For now, the only
656 thing they can be used for is to implement derive on your own types. See
657 [the book][procedural macros] for a tutorial.
658
659 Procedural macros involve a few different parts of the language and its
660 standard libraries. First is the `proc_macro` crate, included with Rust,
661 that defines an interface for building a procedural macro. The
662 `#[proc_macro_derive(Foo)]` attribute is used to mark the deriving
663 function. This function must have the type signature:
664
665 ```rust,ignore
666 use proc_macro::TokenStream;
667
668 #[proc_macro_derive(Hello)]
669 pub fn hello_world(input: TokenStream) -> TokenStream
670 ```
671
672 Finally, procedural macros must be in their own crate, with the `proc-macro`
673 crate type.
674
675 # Crates and source files
676
677 Although Rust, like any other language, can be implemented by an interpreter as
678 well as a compiler, the only existing implementation is a compiler,
679 and the language has
680 always been designed to be compiled. For these reasons, this section assumes a
681 compiler.
682
683 Rust's semantics obey a *phase distinction* between compile-time and
684 run-time.[^phase-distinction] Semantic rules that have a *static
685 interpretation* govern the success or failure of compilation, while
686 semantic rules
687 that have a *dynamic interpretation* govern the behavior of the program at
688 run-time.
689
690 [^phase-distinction]: This distinction would also exist in an interpreter.
691     Static checks like syntactic analysis, type checking, and lints should
692     happen before the program is executed regardless of when it is executed.
693
694 The compilation model centers on artifacts called _crates_. Each compilation
695 processes a single crate in source form, and if successful, produces a single
696 crate in binary form: either an executable or some sort of
697 library.[^cratesourcefile]
698
699 [^cratesourcefile]: A crate is somewhat analogous to an *assembly* in the
700     ECMA-335 CLI model, a *library* in the SML/NJ Compilation Manager, a *unit*
701     in the Owens and Flatt module system, or a *configuration* in Mesa.
702
703 A _crate_ is a unit of compilation and linking, as well as versioning,
704 distribution and runtime loading. A crate contains a _tree_ of nested
705 [module](#modules) scopes. The top level of this tree is a module that is
706 anonymous (from the point of view of paths within the module) and any item
707 within a crate has a canonical [module path](#paths) denoting its location
708 within the crate's module tree.
709
710 The Rust compiler is always invoked with a single source file as input, and
711 always produces a single output crate. The processing of that source file may
712 result in other source files being loaded as modules. Source files have the
713 extension `.rs`.
714
715 A Rust source file describes a module, the name and location of which &mdash;
716 in the module tree of the current crate &mdash; are defined from outside the
717 source file: either by an explicit `mod_item` in a referencing source file, or
718 by the name of the crate itself. Every source file is a module, but not every
719 module needs its own source file: [module definitions](#modules) can be nested
720 within one file.
721
722 Each source file contains a sequence of zero or more `item` definitions, and
723 may optionally begin with any number of [attributes](#items-and-attributes)
724 that apply to the containing module, most of which influence the behavior of
725 the compiler. The anonymous crate module can have additional attributes that
726 apply to the crate as a whole.
727
728 ```no_run
729 // Specify the crate name.
730 #![crate_name = "projx"]
731
732 // Specify the type of output artifact.
733 #![crate_type = "lib"]
734
735 // Turn on a warning.
736 // This can be done in any module, not just the anonymous crate module.
737 #![warn(non_camel_case_types)]
738 ```
739
740 A crate that contains a `main` function can be compiled to an executable. If a
741 `main` function is present, its return type must be `()`
742 ("[unit](#tuple-types)") and it must take no arguments.
743
744 # Items and attributes
745
746 Crates contain [items](#items), each of which may have some number of
747 [attributes](#attributes) attached to it.
748
749 ## Items
750
751 An _item_ is a component of a crate. Items are organized within a crate by a
752 nested set of [modules](#modules). Every crate has a single "outermost"
753 anonymous module; all further items within the crate have [paths](#paths)
754 within the module tree of the crate.
755
756 Items are entirely determined at compile-time, generally remain fixed during
757 execution, and may reside in read-only memory.
758
759 There are several kinds of item:
760
761 * [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations)
762 * [`use` declarations](#use-declarations)
763 * [modules](#modules)
764 * [function definitions](#functions)
765 * [`extern` blocks](#external-blocks)
766 * [type definitions](grammar.html#type-definitions)
767 * [struct definitions](#structs)
768 * [enumeration definitions](#enumerations)
769 * [constant items](#constant-items)
770 * [static items](#static-items)
771 * [trait definitions](#traits)
772 * [implementations](#implementations)
773
774 Some items form an implicit scope for the declaration of sub-items. In other
775 words, within a function or module, declarations of items can (in many cases)
776 be mixed with the statements, control blocks, and similar artifacts that
777 otherwise compose the item body. The meaning of these scoped items is the same
778 as if the item was declared outside the scope &mdash; it is still a static item
779 &mdash; except that the item's *path name* within the module namespace is
780 qualified by the name of the enclosing item, or is private to the enclosing
781 item (in the case of functions). The grammar specifies the exact locations in
782 which sub-item declarations may appear.
783
784 ### Type Parameters
785
786 All items except modules, constants and statics may be *parameterized* by type.
787 Type parameters are given as a comma-separated list of identifiers enclosed in
788 angle brackets (`<...>`), after the name of the item and before its definition.
789 The type parameters of an item are considered "part of the name", not part of
790 the type of the item. A referencing [path](#paths) must (in principle) provide
791 type arguments as a list of comma-separated types enclosed within angle
792 brackets, in order to refer to the type-parameterized item. In practice, the
793 type-inference system can usually infer such argument types from context. There
794 are no general type-parametric types, only type-parametric items. That is, Rust
795 has no notion of type abstraction: there are no higher-ranked (or "forall") types
796 abstracted over other types, though higher-ranked types do exist for lifetimes.
797
798 ### Modules
799
800 A module is a container for zero or more [items](#items).
801
802 A _module item_ is a module, surrounded in braces, named, and prefixed with the
803 keyword `mod`. A module item introduces a new, named module into the tree of
804 modules making up a crate. Modules can nest arbitrarily.
805
806 An example of a module:
807
808 ```
809 mod math {
810     type Complex = (f64, f64);
811     fn sin(f: f64) -> f64 {
812         /* ... */
813 # panic!();
814     }
815     fn cos(f: f64) -> f64 {
816         /* ... */
817 # panic!();
818     }
819     fn tan(f: f64) -> f64 {
820         /* ... */
821 # panic!();
822     }
823 }
824 ```
825
826 Modules and types share the same namespace. Declaring a named type with
827 the same name as a module in scope is forbidden: that is, a type definition,
828 trait, struct, enumeration, or type parameter can't shadow the name of a module
829 in scope, or vice versa.
830
831 A module without a body is loaded from an external file, by default with the
832 same name as the module, plus the `.rs` extension. When a nested submodule is
833 loaded from an external file, it is loaded from a subdirectory path that
834 mirrors the module hierarchy.
835
836 ```{.ignore}
837 // Load the `vec` module from `vec.rs`
838 mod vec;
839
840 mod thread {
841     // Load the `local_data` module from `thread/local_data.rs`
842     // or `thread/local_data/mod.rs`.
843     mod local_data;
844 }
845 ```
846
847 The directories and files used for loading external file modules can be
848 influenced with the `path` attribute.
849
850 ```{.ignore}
851 #[path = "thread_files"]
852 mod thread {
853     // Load the `local_data` module from `thread_files/tls.rs`
854     #[path = "tls.rs"]
855     mod local_data;
856 }
857 ```
858
859 #### Extern crate declarations
860
861 An _`extern crate` declaration_ specifies a dependency on an external crate.
862 The external crate is then bound into the declaring scope as the `ident`
863 provided in the `extern_crate_decl`.
864
865 The external crate is resolved to a specific `soname` at compile time, and a
866 runtime linkage requirement to that `soname` is passed to the linker for
867 loading at runtime. The `soname` is resolved at compile time by scanning the
868 compiler's library path and matching the optional `crateid` provided against
869 the `crateid` attributes that were declared on the external crate when it was
870 compiled. If no `crateid` is provided, a default `name` attribute is assumed,
871 equal to the `ident` given in the `extern_crate_decl`.
872
873 Three examples of `extern crate` declarations:
874
875 ```{.ignore}
876 extern crate pcre;
877
878 extern crate std; // equivalent to: extern crate std as std;
879
880 extern crate std as ruststd; // linking to 'std' under another name
881 ```
882
883 When naming Rust crates, hyphens are disallowed. However, Cargo packages may
884 make use of them. In such case, when `Cargo.toml` doesn't specify a crate name,
885 Cargo will transparently replace `-` with `_` (Refer to [RFC 940] for more
886 details).
887
888 Here is an example:
889
890 ```{.ignore}
891 // Importing the Cargo package hello-world
892 extern crate hello_world; // hyphen replaced with an underscore
893 ```
894
895 [RFC 940]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0940-hyphens-considered-harmful.md
896
897 #### Use declarations
898
899 A _use declaration_ creates one or more local name bindings synonymous with
900 some other [path](#paths). Usually a `use` declaration is used to shorten the
901 path required to refer to a module item. These declarations may appear in
902 [modules](#modules) and [blocks](grammar.html#block-expressions), usually at the top.
903
904 > **Note**: Unlike in many languages,
905 > `use` declarations in Rust do *not* declare linkage dependency with external crates.
906 > Rather, [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations) declare linkage dependencies.
907
908 Use declarations support a number of convenient shortcuts:
909
910 * Rebinding the target name as a new local name, using the syntax `use p::q::r as x;`
911 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element,
912   using the glob-like brace syntax `use a::b::{c,d,e,f};`
913 * Binding all paths matching a given prefix, using the asterisk wildcard syntax
914   `use a::b::*;`
915 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element
916   and their immediate parent module, using the `self` keyword, such as
917   `use a::b::{self, c, d};`
918
919 An example of `use` declarations:
920
921 ```rust
922 use std::option::Option::{Some, None};
923 use std::collections::hash_map::{self, HashMap};
924
925 fn foo<T>(_: T){}
926 fn bar(map1: HashMap<String, usize>, map2: hash_map::HashMap<String, usize>){}
927
928 fn main() {
929     // Equivalent to 'foo(vec![std::option::Option::Some(1.0f64),
930     // std::option::Option::None]);'
931     foo(vec![Some(1.0f64), None]);
932
933     // Both `hash_map` and `HashMap` are in scope.
934     let map1 = HashMap::new();
935     let map2 = hash_map::HashMap::new();
936     bar(map1, map2);
937 }
938 ```
939
940 Like items, `use` declarations are private to the containing module, by
941 default. Also like items, a `use` declaration can be public, if qualified by
942 the `pub` keyword. Such a `use` declaration serves to _re-export_ a name. A
943 public `use` declaration can therefore _redirect_ some public name to a
944 different target definition: even a definition with a private canonical path,
945 inside a different module. If a sequence of such redirections form a cycle or
946 cannot be resolved unambiguously, they represent a compile-time error.
947
948 An example of re-exporting:
949
950 ```
951 # fn main() { }
952 mod quux {
953     pub use quux::foo::{bar, baz};
954
955     pub mod foo {
956         pub fn bar() { }
957         pub fn baz() { }
958     }
959 }
960 ```
961
962 In this example, the module `quux` re-exports two public names defined in
963 `foo`.
964
965 Also note that the paths contained in `use` items are relative to the crate
966 root. So, in the previous example, the `use` refers to `quux::foo::{bar,
967 baz}`, and not simply to `foo::{bar, baz}`. This also means that top-level
968 module declarations should be at the crate root if direct usage of the declared
969 modules within `use` items is desired. It is also possible to use `self` and
970 `super` at the beginning of a `use` item to refer to the current and direct
971 parent modules respectively. All rules regarding accessing declared modules in
972 `use` declarations apply to both module declarations and `extern crate`
973 declarations.
974
975 An example of what will and will not work for `use` items:
976
977 ```
978 # #![allow(unused_imports)]
979 use foo::baz::foobaz;    // good: foo is at the root of the crate
980
981 mod foo {
982
983     mod example {
984         pub mod iter {}
985     }
986
987     use foo::example::iter; // good: foo is at crate root
988 //  use example::iter;      // bad:  example is not at the crate root
989     use self::baz::foobaz;  // good: self refers to module 'foo'
990     use foo::bar::foobar;   // good: foo is at crate root
991
992     pub mod bar {
993         pub fn foobar() { }
994     }
995
996     pub mod baz {
997         use super::bar::foobar; // good: super refers to module 'foo'
998         pub fn foobaz() { }
999     }
1000 }
1001
1002 fn main() {}
1003 ```
1004
1005 ### Functions
1006
1007 A _function item_ defines a sequence of [statements](#statements) and a
1008 final [expression](#expressions), along with a name and a set of
1009 parameters. Other than a name, all these are optional.
1010 Functions are declared with the keyword `fn`. Functions may declare a
1011 set of *input* [*variables*](#variables) as parameters, through which the caller
1012 passes arguments into the function, and the *output* [*type*](#types)
1013 of the value the function will return to its caller on completion.
1014
1015 A function may also be copied into a first-class *value*, in which case the
1016 value has the corresponding [*function type*](#function-types), and can be used
1017 otherwise exactly as a function item (with a minor additional cost of calling
1018 the function indirectly).
1019
1020 Every control path in a function logically ends with a `return` expression or a
1021 diverging expression. If the outermost block of a function has a
1022 value-producing expression in its final-expression position, that expression is
1023 interpreted as an implicit `return` expression applied to the final-expression.
1024
1025 An example of a function:
1026
1027 ```
1028 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
1029     x + y
1030 }
1031 ```
1032
1033 As with `let` bindings, function arguments are irrefutable patterns, so any
1034 pattern that is valid in a let binding is also valid as an argument.
1035
1036 ```
1037 fn first((value, _): (i32, i32)) -> i32 { value }
1038 ```
1039
1040
1041 #### Generic functions
1042
1043 A _generic function_ allows one or more _parameterized types_ to appear in its
1044 signature. Each type parameter must be explicitly declared in an
1045 angle-bracket-enclosed and comma-separated list, following the function name.
1046
1047 ```rust,ignore
1048 // foo is generic over A and B
1049
1050 fn foo<A, B>(x: A, y: B) {
1051 ```
1052
1053 Inside the function signature and body, the name of the type parameter can be
1054 used as a type name. [Trait](#traits) bounds can be specified for type parameters
1055 to allow methods with that trait to be called on values of that type. This is
1056 specified using the `where` syntax:
1057
1058 ```rust,ignore
1059 fn foo<T>(x: T) where T: Debug {
1060 ```
1061
1062 When a generic function is referenced, its type is instantiated based on the
1063 context of the reference. For example, calling the `foo` function here:
1064
1065 ```
1066 use std::fmt::Debug;
1067
1068 fn foo<T>(x: &[T]) where T: Debug {
1069     // details elided
1070     # ()
1071 }
1072
1073 foo(&[1, 2]);
1074 ```
1075
1076 will instantiate type parameter `T` with `i32`.
1077
1078 The type parameters can also be explicitly supplied in a trailing
1079 [path](#paths) component after the function name. This might be necessary if
1080 there is not sufficient context to determine the type parameters. For example,
1081 `mem::size_of::<u32>() == 4`.
1082
1083 #### Diverging functions
1084
1085 A special kind of function can be declared with a `!` character where the
1086 output type would normally be. For example:
1087
1088 ```
1089 fn my_err(s: &str) -> ! {
1090     println!("{}", s);
1091     panic!();
1092 }
1093 ```
1094
1095 We call such functions "diverging" because they never return a value to the
1096 caller. Every control path in a diverging function must end with a `panic!()` or
1097 a call to another diverging function on every control path. The `!` annotation
1098 does *not* denote a type.
1099
1100 It might be necessary to declare a diverging function because as mentioned
1101 previously, the typechecker checks that every control path in a function ends
1102 with a [`return`](#return-expressions) or diverging expression. So, if `my_err`
1103 were declared without the `!` annotation, the following code would not
1104 typecheck:
1105
1106 ```
1107 # fn my_err(s: &str) -> ! { panic!() }
1108
1109 fn f(i: i32) -> i32 {
1110     if i == 42 {
1111         return 42;
1112     }
1113     else {
1114         my_err("Bad number!");
1115     }
1116 }
1117 ```
1118
1119 This will not compile without the `!` annotation on `my_err`, since the `else`
1120 branch of the conditional in `f` does not return an `i32`, as required by the
1121 signature of `f`. Adding the `!` annotation to `my_err` informs the
1122 typechecker that, should control ever enter `my_err`, no further type judgments
1123 about `f` need to hold, since control will never resume in any context that
1124 relies on those judgments. Thus the return type on `f` only needs to reflect
1125 the `if` branch of the conditional.
1126
1127 #### Extern functions
1128
1129 Extern functions are part of Rust's foreign function interface, providing the
1130 opposite functionality to [external blocks](#external-blocks). Whereas
1131 external blocks allow Rust code to call foreign code, extern functions with
1132 bodies defined in Rust code _can be called by foreign code_. They are defined
1133 in the same way as any other Rust function, except that they have the `extern`
1134 modifier.
1135
1136 ```
1137 // Declares an extern fn, the ABI defaults to "C"
1138 extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1139
1140 // Declares an extern fn with "stdcall" ABI
1141 extern "stdcall" fn new_i32_stdcall() -> i32 { 0 }
1142 ```
1143
1144 Unlike normal functions, extern fns have type `extern "ABI" fn()`. This is the
1145 same type as the functions declared in an extern block.
1146
1147 ```
1148 # extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1149 let fptr: extern "C" fn() -> i32 = new_i32;
1150 ```
1151
1152 Extern functions may be called directly from Rust code as Rust uses large,
1153 contiguous stack segments like C.
1154
1155 ### Type aliases
1156
1157 A _type alias_ defines a new name for an existing [type](#types). Type
1158 aliases are declared with the keyword `type`. Every value has a single,
1159 specific type, but may implement several different traits, or be compatible with
1160 several different type constraints.
1161
1162 For example, the following defines the type `Point` as a synonym for the type
1163 `(u8, u8)`, the type of pairs of unsigned 8 bit integers:
1164
1165 ```
1166 type Point = (u8, u8);
1167 let p: Point = (41, 68);
1168 ```
1169
1170 Currently a type alias to an enum type cannot be used to qualify the
1171 constructors:
1172
1173 ```
1174 enum E { A }
1175 type F = E;
1176 let _: F = E::A;  // OK
1177 // let _: F = F::A;  // Doesn't work
1178 ```
1179
1180 ### Structs
1181
1182 A _struct_ is a nominal [struct type](#struct-types) defined with the
1183 keyword `struct`.
1184
1185 An example of a `struct` item and its use:
1186
1187 ```
1188 struct Point {x: i32, y: i32}
1189 let p = Point {x: 10, y: 11};
1190 let px: i32 = p.x;
1191 ```
1192
1193 A _tuple struct_ is a nominal [tuple type](#tuple-types), also defined with
1194 the keyword `struct`. For example:
1195
1196 ```
1197 struct Point(i32, i32);
1198 let p = Point(10, 11);
1199 let px: i32 = match p { Point(x, _) => x };
1200 ```
1201
1202 A _unit-like struct_ is a struct without any fields, defined by leaving off
1203 the list of fields entirely. Such a struct implicitly defines a constant of
1204 its type with the same name. For example:
1205
1206 ```
1207 struct Cookie;
1208 let c = [Cookie, Cookie {}, Cookie, Cookie {}];
1209 ```
1210
1211 is equivalent to
1212
1213 ```
1214 struct Cookie {}
1215 const Cookie: Cookie = Cookie {};
1216 let c = [Cookie, Cookie {}, Cookie, Cookie {}];
1217 ```
1218
1219 The precise memory layout of a struct is not specified. One can specify a
1220 particular layout using the [`repr` attribute](#ffi-attributes).
1221
1222 ### Enumerations
1223
1224 An _enumeration_ is a simultaneous definition of a nominal [enumerated
1225 type](#enumerated-types) as well as a set of *constructors*, that can be used
1226 to create or pattern-match values of the corresponding enumerated type.
1227
1228 Enumerations are declared with the keyword `enum`.
1229
1230 An example of an `enum` item and its use:
1231
1232 ```
1233 enum Animal {
1234     Dog,
1235     Cat,
1236 }
1237
1238 let mut a: Animal = Animal::Dog;
1239 a = Animal::Cat;
1240 ```
1241
1242 Enumeration constructors can have either named or unnamed fields:
1243
1244 ```rust
1245 enum Animal {
1246     Dog (String, f64),
1247     Cat { name: String, weight: f64 },
1248 }
1249
1250 let mut a: Animal = Animal::Dog("Cocoa".to_string(), 37.2);
1251 a = Animal::Cat { name: "Spotty".to_string(), weight: 2.7 };
1252 ```
1253
1254 In this example, `Cat` is a _struct-like enum variant_,
1255 whereas `Dog` is simply called an enum variant.
1256
1257 Each enum value has a _discriminant_ which is an integer associated to it. You
1258 can specify it explicitly:
1259
1260 ```
1261 enum Foo {
1262     Bar = 123,
1263 }
1264 ```
1265
1266 The right hand side of the specification is interpreted as an `isize` value,
1267 but the compiler is allowed to use a smaller type in the actual memory layout.
1268 The [`repr` attribute](#ffi-attributes) can be added in order to change
1269 the type of the right hand side and specify the memory layout.
1270
1271 If a discriminant isn't specified, they start at zero, and add one for each
1272 variant, in order.
1273
1274 You can cast an enum to get its discriminant:
1275
1276 ```
1277 # enum Foo { Bar = 123 }
1278 let x = Foo::Bar as u32; // x is now 123u32
1279 ```
1280
1281 This only works as long as none of the variants have data attached. If
1282 it were `Bar(i32)`, this is disallowed.
1283
1284 ### Constant items
1285
1286 A *constant item* is a named _constant value_ which is not associated with a
1287 specific memory location in the program. Constants are essentially inlined
1288 wherever they are used, meaning that they are copied directly into the relevant
1289 context when used. References to the same constant are not necessarily
1290 guaranteed to refer to the same memory address.
1291
1292 Constant values must not have destructors, and otherwise permit most forms of
1293 data. Constants may refer to the address of other constants, in which case the
1294 address will have the `static` lifetime. The compiler is, however, still at
1295 liberty to translate the constant many times, so the address referred to may not
1296 be stable.
1297
1298 Constants must be explicitly typed. The type may be `bool`, `char`, a number, or
1299 a type derived from those primitive types. The derived types are references with
1300 the `static` lifetime, fixed-size arrays, tuples, enum variants, and structs.
1301
1302 ```
1303 const BIT1: u32 = 1 << 0;
1304 const BIT2: u32 = 1 << 1;
1305
1306 const BITS: [u32; 2] = [BIT1, BIT2];
1307 const STRING: &'static str = "bitstring";
1308
1309 struct BitsNStrings<'a> {
1310     mybits: [u32; 2],
1311     mystring: &'a str,
1312 }
1313
1314 const BITS_N_STRINGS: BitsNStrings<'static> = BitsNStrings {
1315     mybits: BITS,
1316     mystring: STRING,
1317 };
1318 ```
1319
1320 ### Static items
1321
1322 A *static item* is similar to a *constant*, except that it represents a precise
1323 memory location in the program. A static is never "inlined" at the usage site,
1324 and all references to it refer to the same memory location. Static items have
1325 the `static` lifetime, which outlives all other lifetimes in a Rust program.
1326 Static items may be placed in read-only memory if they do not contain any
1327 interior mutability.
1328
1329 Statics may contain interior mutability through the `UnsafeCell` language item.
1330 All access to a static is safe, but there are a number of restrictions on
1331 statics:
1332
1333 * Statics may not contain any destructors.
1334 * The types of static values must ascribe to `Sync` to allow thread-safe access.
1335 * Statics may not refer to other statics by value, only by reference.
1336 * Constants cannot refer to statics.
1337
1338 Constants should in general be preferred over statics, unless large amounts of
1339 data are being stored, or single-address and mutability properties are required.
1340
1341 #### Mutable statics
1342
1343 If a static item is declared with the `mut` keyword, then it is allowed to
1344 be modified by the program. One of Rust's goals is to make concurrency bugs
1345 hard to run into, and this is obviously a very large source of race conditions
1346 or other bugs. For this reason, an `unsafe` block is required when either
1347 reading or writing a mutable static variable. Care should be taken to ensure
1348 that modifications to a mutable static are safe with respect to other threads
1349 running in the same process.
1350
1351 Mutable statics are still very useful, however. They can be used with C
1352 libraries and can also be bound from C libraries (in an `extern` block).
1353
1354 ```
1355 # fn atomic_add(_: &mut u32, _: u32) -> u32 { 2 }
1356
1357 static mut LEVELS: u32 = 0;
1358
1359 // This violates the idea of no shared state, and this doesn't internally
1360 // protect against races, so this function is `unsafe`
1361 unsafe fn bump_levels_unsafe1() -> u32 {
1362     let ret = LEVELS;
1363     LEVELS += 1;
1364     return ret;
1365 }
1366
1367 // Assuming that we have an atomic_add function which returns the old value,
1368 // this function is "safe" but the meaning of the return value may not be what
1369 // callers expect, so it's still marked as `unsafe`
1370 unsafe fn bump_levels_unsafe2() -> u32 {
1371     return atomic_add(&mut LEVELS, 1);
1372 }
1373 ```
1374
1375 Mutable statics have the same restrictions as normal statics, except that the
1376 type of the value is not required to ascribe to `Sync`.
1377
1378 ### Traits
1379
1380 A _trait_ describes an abstract interface that types can
1381 implement. This interface consists of associated items, which come in
1382 three varieties:
1383
1384 - functions
1385 - constants
1386 - types
1387
1388 Associated functions whose first parameter is named `self` are called
1389 methods and may be invoked using `.` notation (e.g., `x.foo()`).
1390
1391 All traits define an implicit type parameter `Self` that refers to
1392 "the type that is implementing this interface". Traits may also
1393 contain additional type parameters. These type parameters (including
1394 `Self`) may be constrained by other traits and so forth as usual.
1395
1396 Trait bounds on `Self` are considered "supertraits". These are
1397 required to be acyclic.  Supertraits are somewhat different from other
1398 constraints in that they affect what methods are available in the
1399 vtable when the trait is used as a [trait object](#trait-objects).
1400
1401 Traits are implemented for specific types through separate
1402 [implementations](#implementations).
1403
1404 Consider the following trait:
1405
1406 ```
1407 # type Surface = i32;
1408 # type BoundingBox = i32;
1409 trait Shape {
1410     fn draw(&self, Surface);
1411     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox;
1412 }
1413 ```
1414
1415 This defines a trait with two methods. All values that have
1416 [implementations](#implementations) of this trait in scope can have their
1417 `draw` and `bounding_box` methods called, using `value.bounding_box()`
1418 [syntax](#method-call-expressions).
1419
1420 Traits can include default implementations of methods, as in:
1421
1422 ```
1423 trait Foo {
1424     fn bar(&self);
1425     fn baz(&self) { println!("We called baz."); }
1426 }
1427 ```
1428
1429 Here the `baz` method has a default implementation, so types that implement
1430 `Foo` need only implement `bar`. It is also possible for implementing types
1431 to override a method that has a default implementation.
1432
1433 Type parameters can be specified for a trait to make it generic. These appear
1434 after the trait name, using the same syntax used in [generic
1435 functions](#generic-functions).
1436
1437 ```
1438 trait Seq<T> {
1439     fn len(&self) -> u32;
1440     fn elt_at(&self, n: u32) -> T;
1441     fn iter<F>(&self, F) where F: Fn(T);
1442 }
1443 ```
1444
1445 It is also possible to define associated types for a trait. Consider the
1446 following example of a `Container` trait. Notice how the type is available
1447 for use in the method signatures:
1448
1449 ```
1450 trait Container {
1451     type E;
1452     fn empty() -> Self;
1453     fn insert(&mut self, Self::E);
1454 }
1455 ```
1456
1457 In order for a type to implement this trait, it must not only provide
1458 implementations for every method, but it must specify the type `E`. Here's
1459 an implementation of `Container` for the standard library type `Vec`:
1460
1461 ```
1462 # trait Container {
1463 #     type E;
1464 #     fn empty() -> Self;
1465 #     fn insert(&mut self, Self::E);
1466 # }
1467 impl<T> Container for Vec<T> {
1468     type E = T;
1469     fn empty() -> Vec<T> { Vec::new() }
1470     fn insert(&mut self, x: T) { self.push(x); }
1471 }
1472 ```
1473
1474 Generic functions may use traits as _bounds_ on their type parameters. This
1475 will have two effects:
1476
1477 - Only types that have the trait may instantiate the parameter.
1478 - Within the generic function, the methods of the trait can be
1479   called on values that have the parameter's type.
1480
1481 For example:
1482
1483 ```
1484 # type Surface = i32;
1485 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); }
1486 fn draw_twice<T: Shape>(surface: Surface, sh: T) {
1487     sh.draw(surface);
1488     sh.draw(surface);
1489 }
1490 ```
1491
1492 Traits also define a [trait object](#trait-objects) with the same
1493 name as the trait. Values of this type are created by coercing from a
1494 pointer of some specific type to a pointer of trait type. For example,
1495 `&T` could be coerced to `&Shape` if `T: Shape` holds (and similarly
1496 for `Box<T>`). This coercion can either be implicit or
1497 [explicit](#type-cast-expressions). Here is an example of an explicit
1498 coercion:
1499
1500 ```
1501 trait Shape { }
1502 impl Shape for i32 { }
1503 let mycircle = 0i32;
1504 let myshape: Box<Shape> = Box::new(mycircle) as Box<Shape>;
1505 ```
1506
1507 The resulting value is a box containing the value that was cast, along with
1508 information that identifies the methods of the implementation that was used.
1509 Values with a trait type can have [methods called](#method-call-expressions) on
1510 them, for any method in the trait, and can be used to instantiate type
1511 parameters that are bounded by the trait.
1512
1513 Trait methods may be static, which means that they lack a `self` argument.
1514 This means that they can only be called with function call syntax (`f(x)`) and
1515 not method call syntax (`obj.f()`). The way to refer to the name of a static
1516 method is to qualify it with the trait name, treating the trait name like a
1517 module. For example:
1518
1519 ```
1520 trait Num {
1521     fn from_i32(n: i32) -> Self;
1522 }
1523 impl Num for f64 {
1524     fn from_i32(n: i32) -> f64 { n as f64 }
1525 }
1526 let x: f64 = Num::from_i32(42);
1527 ```
1528
1529 Traits may inherit from other traits. Consider the following example:
1530
1531 ```
1532 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1533 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1534 ```
1535
1536 The syntax `Circle : Shape` means that types that implement `Circle` must also
1537 have an implementation for `Shape`. Multiple supertraits are separated by `+`,
1538 `trait Circle : Shape + PartialEq { }`. In an implementation of `Circle` for a
1539 given type `T`, methods can refer to `Shape` methods, since the typechecker
1540 checks that any type with an implementation of `Circle` also has an
1541 implementation of `Shape`:
1542
1543 ```rust
1544 struct Foo;
1545
1546 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1547 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1548 impl Shape for Foo {
1549     fn area(&self) -> f64 {
1550         0.0
1551     }
1552 }
1553 impl Circle for Foo {
1554     fn radius(&self) -> f64 {
1555         println!("calling area: {}", self.area());
1556
1557         0.0
1558     }
1559 }
1560
1561 let c = Foo;
1562 c.radius();
1563 ```
1564
1565 In type-parameterized functions, methods of the supertrait may be called on
1566 values of subtrait-bound type parameters. Referring to the previous example of
1567 `trait Circle : Shape`:
1568
1569 ```
1570 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1571 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1572 fn radius_times_area<T: Circle>(c: T) -> f64 {
1573     // `c` is both a Circle and a Shape
1574     c.radius() * c.area()
1575 }
1576 ```
1577
1578 Likewise, supertrait methods may also be called on trait objects.
1579
1580 ```{.ignore}
1581 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1582 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1583 # impl Shape for i32 { fn area(&self) -> f64 { 0.0 } }
1584 # impl Circle for i32 { fn radius(&self) -> f64 { 0.0 } }
1585 # let mycircle = 0i32;
1586 let mycircle = Box::new(mycircle) as Box<Circle>;
1587 let nonsense = mycircle.radius() * mycircle.area();
1588 ```
1589
1590 ### Implementations
1591
1592 An _implementation_ is an item that implements a [trait](#traits) for a
1593 specific type.
1594
1595 Implementations are defined with the keyword `impl`.
1596
1597 ```
1598 # #[derive(Copy, Clone)]
1599 # struct Point {x: f64, y: f64};
1600 # type Surface = i32;
1601 # struct BoundingBox {x: f64, y: f64, width: f64, height: f64};
1602 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); fn bounding_box(&self) -> BoundingBox; }
1603 # fn do_draw_circle(s: Surface, c: Circle) { }
1604 struct Circle {
1605     radius: f64,
1606     center: Point,
1607 }
1608
1609 impl Copy for Circle {}
1610
1611 impl Clone for Circle {
1612     fn clone(&self) -> Circle { *self }
1613 }
1614
1615 impl Shape for Circle {
1616     fn draw(&self, s: Surface) { do_draw_circle(s, *self); }
1617     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox {
1618         let r = self.radius;
1619         BoundingBox {
1620             x: self.center.x - r,
1621             y: self.center.y - r,
1622             width: 2.0 * r,
1623             height: 2.0 * r,
1624         }
1625     }
1626 }
1627 ```
1628
1629 It is possible to define an implementation without referring to a trait. The
1630 methods in such an implementation can only be used as direct calls on the values
1631 of the type that the implementation targets. In such an implementation, the
1632 trait type and `for` after `impl` are omitted. Such implementations are limited
1633 to nominal types (enums, structs, trait objects), and the implementation must
1634 appear in the same crate as the `self` type:
1635
1636 ```
1637 struct Point {x: i32, y: i32}
1638
1639 impl Point {
1640     fn log(&self) {
1641         println!("Point is at ({}, {})", self.x, self.y);
1642     }
1643 }
1644
1645 let my_point = Point {x: 10, y:11};
1646 my_point.log();
1647 ```
1648
1649 When a trait _is_ specified in an `impl`, all methods declared as part of the
1650 trait must be implemented, with matching types and type parameter counts.
1651
1652 An implementation can take type parameters, which can be different from the
1653 type parameters taken by the trait it implements. Implementation parameters
1654 are written after the `impl` keyword.
1655
1656 ```
1657 # trait Seq<T> { fn dummy(&self, _: T) { } }
1658 impl<T> Seq<T> for Vec<T> {
1659     /* ... */
1660 }
1661 impl Seq<bool> for u32 {
1662     /* Treat the integer as a sequence of bits */
1663 }
1664 ```
1665
1666 ### External blocks
1667
1668 External blocks form the basis for Rust's foreign function interface.
1669 Declarations in an external block describe symbols in external, non-Rust
1670 libraries.
1671
1672 Functions within external blocks are declared in the same way as other Rust
1673 functions, with the exception that they may not have a body and are instead
1674 terminated by a semicolon.
1675
1676 Functions within external blocks may be called by Rust code, just like
1677 functions defined in Rust. The Rust compiler automatically translates between
1678 the Rust ABI and the foreign ABI.
1679
1680 Functions within external blocks may be variadic by specifying `...` after one
1681 or more named arguments in the argument list:
1682
1683 ```ignore
1684 extern {
1685     fn foo(x: i32, ...);
1686 }
1687 ```
1688
1689 A number of [attributes](#ffi-attributes) control the behavior of external blocks.
1690
1691 By default external blocks assume that the library they are calling uses the
1692 standard C ABI on the specific platform. Other ABIs may be specified using an
1693 `abi` string, as shown here:
1694
1695 ```ignore
1696 // Interface to the Windows API
1697 extern "stdcall" { }
1698 ```
1699
1700 There are three ABI strings which are cross-platform, and which all compilers
1701 are guaranteed to support:
1702
1703 * `extern "Rust"` -- The default ABI when you write a normal `fn foo()` in any
1704   Rust code.
1705 * `extern "C"` -- This is the same as `extern fn foo()`; whatever the default
1706   your C compiler supports.
1707 * `extern "system"` -- Usually the same as `extern "C"`, except on Win32, in
1708   which case it's `"stdcall"`, or what you should use to link to the Windows API
1709   itself
1710
1711 There are also some platform-specific ABI strings:
1712
1713 * `extern "cdecl"` -- The default for x86\_32 C code.
1714 * `extern "stdcall"` -- The default for the Win32 API on x86\_32.
1715 * `extern "win64"` -- The default for C code on x86\_64 Windows.
1716 * `extern "sysv64"` -- The default for C code on non-Windows x86\_64.
1717 * `extern "aapcs"` -- The default for ARM.
1718 * `extern "fastcall"` -- The `fastcall` ABI -- corresponds to MSVC's
1719   `__fastcall` and GCC and clang's `__attribute__((fastcall))`
1720 * `extern "vectorcall"` -- The `vectorcall` ABI -- corresponds to MSVC's
1721   `__vectorcall` and clang's `__attribute__((vectorcall))`
1722
1723 Finally, there are some rustc-specific ABI strings:
1724
1725 * `extern "rust-intrinsic"` -- The ABI of rustc intrinsics.
1726 * `extern "rust-call"` -- The ABI of the Fn::call trait functions.
1727 * `extern "platform-intrinsic"` -- Specific platform intrinsics -- like, for
1728   example, `sqrt` -- have this ABI. You should never have to deal with it.
1729
1730 The `link` attribute allows the name of the library to be specified. When
1731 specified the compiler will attempt to link against the native library of the
1732 specified name.
1733
1734 ```{.ignore}
1735 #[link(name = "crypto")]
1736 extern { }
1737 ```
1738
1739 The type of a function declared in an extern block is `extern "abi" fn(A1, ...,
1740 An) -> R`, where `A1...An` are the declared types of its arguments and `R` is
1741 the declared return type.
1742
1743 It is valid to add the `link` attribute on an empty extern block. You can use
1744 this to satisfy the linking requirements of extern blocks elsewhere in your code
1745 (including upstream crates) instead of adding the attribute to each extern block.
1746
1747 ## Visibility and Privacy
1748
1749 These two terms are often used interchangeably, and what they are attempting to
1750 convey is the answer to the question "Can this item be used at this location?"
1751
1752 Rust's name resolution operates on a global hierarchy of namespaces. Each level
1753 in the hierarchy can be thought of as some item. The items are one of those
1754 mentioned above, but also include external crates. Declaring or defining a new
1755 module can be thought of as inserting a new tree into the hierarchy at the
1756 location of the definition.
1757
1758 To control whether interfaces can be used across modules, Rust checks each use
1759 of an item to see whether it should be allowed or not. This is where privacy
1760 warnings are generated, or otherwise "you used a private item of another module
1761 and weren't allowed to."
1762
1763 By default, everything in Rust is *private*, with two exceptions: Associated
1764 items in a `pub` Trait are public by default; Enum variants
1765 in a `pub` enum are also public by default. When an item is declared as `pub`,
1766 it can be thought of as being accessible to the outside world. For example:
1767
1768 ```
1769 # fn main() {}
1770 // Declare a private struct
1771 struct Foo;
1772
1773 // Declare a public struct with a private field
1774 pub struct Bar {
1775     field: i32,
1776 }
1777
1778 // Declare a public enum with two public variants
1779 pub enum State {
1780     PubliclyAccessibleState,
1781     PubliclyAccessibleState2,
1782 }
1783 ```
1784
1785 With the notion of an item being either public or private, Rust allows item
1786 accesses in two cases:
1787
1788 1. If an item is public, then it can be used externally through any of its
1789    public ancestors.
1790 2. If an item is private, it may be accessed by the current module and its
1791    descendants.
1792
1793 These two cases are surprisingly powerful for creating module hierarchies
1794 exposing public APIs while hiding internal implementation details. To help
1795 explain, here's a few use cases and what they would entail:
1796
1797 * A library developer needs to expose functionality to crates which link
1798   against their library. As a consequence of the first case, this means that
1799   anything which is usable externally must be `pub` from the root down to the
1800   destination item. Any private item in the chain will disallow external
1801   accesses.
1802
1803 * A crate needs a global available "helper module" to itself, but it doesn't
1804   want to expose the helper module as a public API. To accomplish this, the
1805   root of the crate's hierarchy would have a private module which then
1806   internally has a "public API". Because the entire crate is a descendant of
1807   the root, then the entire local crate can access this private module through
1808   the second case.
1809
1810 * When writing unit tests for a module, it's often a common idiom to have an
1811   immediate child of the module to-be-tested named `mod test`. This module
1812   could access any items of the parent module through the second case, meaning
1813   that internal implementation details could also be seamlessly tested from the
1814   child module.
1815
1816 In the second case, it mentions that a private item "can be accessed" by the
1817 current module and its descendants, but the exact meaning of accessing an item
1818 depends on what the item is. Accessing a module, for example, would mean
1819 looking inside of it (to import more items). On the other hand, accessing a
1820 function would mean that it is invoked. Additionally, path expressions and
1821 import statements are considered to access an item in the sense that the
1822 import/expression is only valid if the destination is in the current visibility
1823 scope.
1824
1825 Here's an example of a program which exemplifies the three cases outlined
1826 above:
1827
1828 ```
1829 // This module is private, meaning that no external crate can access this
1830 // module. Because it is private at the root of this current crate, however, any
1831 // module in the crate may access any publicly visible item in this module.
1832 mod crate_helper_module {
1833
1834     // This function can be used by anything in the current crate
1835     pub fn crate_helper() {}
1836
1837     // This function *cannot* be used by anything else in the crate. It is not
1838     // publicly visible outside of the `crate_helper_module`, so only this
1839     // current module and its descendants may access it.
1840     fn implementation_detail() {}
1841 }
1842
1843 // This function is "public to the root" meaning that it's available to external
1844 // crates linking against this one.
1845 pub fn public_api() {}
1846
1847 // Similarly to 'public_api', this module is public so external crates may look
1848 // inside of it.
1849 pub mod submodule {
1850     use crate_helper_module;
1851
1852     pub fn my_method() {
1853         // Any item in the local crate may invoke the helper module's public
1854         // interface through a combination of the two rules above.
1855         crate_helper_module::crate_helper();
1856     }
1857
1858     // This function is hidden to any module which is not a descendant of
1859     // `submodule`
1860     fn my_implementation() {}
1861
1862     #[cfg(test)]
1863     mod test {
1864
1865         #[test]
1866         fn test_my_implementation() {
1867             // Because this module is a descendant of `submodule`, it's allowed
1868             // to access private items inside of `submodule` without a privacy
1869             // violation.
1870             super::my_implementation();
1871         }
1872     }
1873 }
1874
1875 # fn main() {}
1876 ```
1877
1878 For a Rust program to pass the privacy checking pass, all paths must be valid
1879 accesses given the two rules above. This includes all use statements,
1880 expressions, types, etc.
1881
1882 ### Re-exporting and Visibility
1883
1884 Rust allows publicly re-exporting items through a `pub use` directive. Because
1885 this is a public directive, this allows the item to be used in the current
1886 module through the rules above. It essentially allows public access into the
1887 re-exported item. For example, this program is valid:
1888
1889 ```
1890 pub use self::implementation::api;
1891
1892 mod implementation {
1893     pub mod api {
1894         pub fn f() {}
1895     }
1896 }
1897
1898 # fn main() {}
1899 ```
1900
1901 This means that any external crate referencing `implementation::api::f` would
1902 receive a privacy violation, while the path `api::f` would be allowed.
1903
1904 When re-exporting a private item, it can be thought of as allowing the "privacy
1905 chain" being short-circuited through the reexport instead of passing through
1906 the namespace hierarchy as it normally would.
1907
1908 ## Attributes
1909
1910 Any item declaration may have an _attribute_ applied to it. Attributes in Rust
1911 are modeled on Attributes in ECMA-335, with the syntax coming from ECMA-334
1912 (C#). An attribute is a general, free-form metadatum that is interpreted
1913 according to name, convention, and language and compiler version. Attributes
1914 may appear as any of:
1915
1916 * A single identifier, the attribute name
1917 * An identifier followed by the equals sign '=' and a literal, providing a
1918   key/value pair
1919 * An identifier followed by a parenthesized list of sub-attribute arguments
1920
1921 Attributes with a bang ("!") after the hash ("#") apply to the item that the
1922 attribute is declared within. Attributes that do not have a bang after the hash
1923 apply to the item that follows the attribute.
1924
1925 An example of attributes:
1926
1927 ```{.rust}
1928 // General metadata applied to the enclosing module or crate.
1929 #![crate_type = "lib"]
1930
1931 // A function marked as a unit test
1932 #[test]
1933 fn test_foo() {
1934     /* ... */
1935 }
1936
1937 // A conditionally-compiled module
1938 #[cfg(target_os="linux")]
1939 mod bar {
1940     /* ... */
1941 }
1942
1943 // A lint attribute used to suppress a warning/error
1944 #[allow(non_camel_case_types)]
1945 type int8_t = i8;
1946 ```
1947
1948 > **Note:** At some point in the future, the compiler will distinguish between
1949 > language-reserved and user-available attributes. Until then, there is
1950 > effectively no difference between an attribute handled by a loadable syntax
1951 > extension and the compiler.
1952
1953 ### Crate-only attributes
1954
1955 - `crate_name` - specify the crate's crate name.
1956 - `crate_type` - see [linkage](#linkage).
1957 - `feature` - see [compiler features](#compiler-features).
1958 - `no_builtins` - disable optimizing certain code patterns to invocations of
1959                   library functions that are assumed to exist
1960 - `no_main` - disable emitting the `main` symbol. Useful when some other
1961    object being linked to defines `main`.
1962 - `no_start` - disable linking to the `native` crate, which specifies the
1963   "start" language item.
1964 - `no_std` - disable linking to the `std` crate.
1965 - `plugin` - load a list of named crates as compiler plugins, e.g.
1966              `#![plugin(foo, bar)]`. Optional arguments for each plugin,
1967              i.e. `#![plugin(foo(... args ...))]`, are provided to the plugin's
1968              registrar function.  The `plugin` feature gate is required to use
1969              this attribute.
1970 - `recursion_limit` - Sets the maximum depth for potentially
1971                       infinitely-recursive compile-time operations like
1972                       auto-dereference or macro expansion. The default is
1973                       `#![recursion_limit="64"]`.
1974
1975 ### Module-only attributes
1976
1977 - `no_implicit_prelude` - disable injecting `use std::prelude::*` in this
1978   module.
1979 - `path` - specifies the file to load the module from. `#[path="foo.rs"] mod
1980   bar;` is equivalent to `mod bar { /* contents of foo.rs */ }`. The path is
1981   taken relative to the directory that the current module is in.
1982
1983 ### Function-only attributes
1984
1985 - `main` - indicates that this function should be passed to the entry point,
1986   rather than the function in the crate root named `main`.
1987 - `plugin_registrar` - mark this function as the registration point for
1988   [compiler plugins][plugin], such as loadable syntax extensions.
1989 - `start` - indicates that this function should be used as the entry point,
1990   overriding the "start" language item. See the "start" [language
1991   item](#language-items) for more details.
1992 - `test` - indicates that this function is a test function, to only be compiled
1993   in case of `--test`.
1994 - `should_panic` - indicates that this test function should panic, inverting the success condition.
1995 - `cold` - The function is unlikely to be executed, so optimize it (and calls
1996   to it) differently.
1997 - `naked` - The function utilizes a custom ABI or custom inline ASM that requires
1998   epilogue and prologue to be skipped.
1999
2000 ### Static-only attributes
2001
2002 - `thread_local` - on a `static mut`, this signals that the value of this
2003   static may change depending on the current thread. The exact consequences of
2004   this are implementation-defined.
2005
2006 ### FFI attributes
2007
2008 On an `extern` block, the following attributes are interpreted:
2009
2010 - `link_args` - specify arguments to the linker, rather than just the library
2011   name and type. This is feature gated and the exact behavior is
2012   implementation-defined (due to variety of linker invocation syntax).
2013 - `link` - indicate that a native library should be linked to for the
2014   declarations in this block to be linked correctly. `link` supports an optional
2015   `kind` key with three possible values: `dylib`, `static`, and `framework`. See
2016   [external blocks](#external-blocks) for more about external blocks. Two
2017   examples: `#[link(name = "readline")]` and
2018   `#[link(name = "CoreFoundation", kind = "framework")]`.
2019 - `linked_from` - indicates what native library this block of FFI items is
2020   coming from. This attribute is of the form `#[linked_from = "foo"]` where
2021   `foo` is the name of a library in either `#[link]` or a `-l` flag. This
2022   attribute is currently required to export symbols from a Rust dynamic library
2023   on Windows, and it is feature gated behind the `linked_from` feature.
2024
2025 On declarations inside an `extern` block, the following attributes are
2026 interpreted:
2027
2028 - `link_name` - the name of the symbol that this function or static should be
2029   imported as.
2030 - `linkage` - on a static, this specifies the [linkage
2031   type](http://llvm.org/docs/LangRef.html#linkage-types).
2032
2033 On `enum`s:
2034
2035 - `repr` - on C-like enums, this sets the underlying type used for
2036   representation. Takes one argument, which is the primitive
2037   type this enum should be represented for, or `C`, which specifies that it
2038   should be the default `enum` size of the C ABI for that platform. Note that
2039   enum representation in C is undefined, and this may be incorrect when the C
2040   code is compiled with certain flags.
2041
2042 On `struct`s:
2043
2044 - `repr` - specifies the representation to use for this struct. Takes a list
2045   of options. The currently accepted ones are `C` and `packed`, which may be
2046   combined. `C` will use a C ABI compatible struct layout, and `packed` will
2047   remove any padding between fields (note that this is very fragile and may
2048   break platforms which require aligned access).
2049
2050 ### Macro-related attributes
2051
2052 - `macro_use` on a `mod` — macros defined in this module will be visible in the
2053   module's parent, after this module has been included.
2054
2055 - `macro_use` on an `extern crate` — load macros from this crate.  An optional
2056   list of names `#[macro_use(foo, bar)]` restricts the import to just those
2057   macros named.  The `extern crate` must appear at the crate root, not inside
2058   `mod`, which ensures proper function of the [`$crate` macro
2059   variable](book/macros.html#the-variable-crate).
2060
2061 - `macro_reexport` on an `extern crate` — re-export the named macros.
2062
2063 - `macro_export` - export a macro for cross-crate usage.
2064
2065 - `no_link` on an `extern crate` — even if we load this crate for macros, don't
2066   link it into the output.
2067
2068 See the [macros section of the
2069 book](book/macros.html#scoping-and-macro-importexport) for more information on
2070 macro scope.
2071
2072
2073 ### Miscellaneous attributes
2074
2075 - `deprecated` - mark the item as deprecated; the full attribute is `#[deprecated(since = "crate version", note = "...")`, where both arguments are optional.
2076 - `export_name` - on statics and functions, this determines the name of the
2077   exported symbol.
2078 - `link_section` - on statics and functions, this specifies the section of the
2079   object file that this item's contents will be placed into.
2080 - `no_mangle` - on any item, do not apply the standard name mangling. Set the
2081   symbol for this item to its identifier.
2082 - `simd` - on certain tuple structs, derive the arithmetic operators, which
2083   lower to the target's SIMD instructions, if any; the `simd` feature gate
2084   is necessary to use this attribute.
2085 - `unsafe_destructor_blind_to_params` - on `Drop::drop` method, asserts that the
2086   destructor code (and all potential specializations of that code) will
2087   never attempt to read from nor write to any references with lifetimes
2088   that come in via generic parameters. This is a constraint we cannot
2089   currently express via the type system, and therefore we rely on the
2090   programmer to assert that it holds. Adding this to a Drop impl causes
2091   the associated destructor to be considered "uninteresting" by the
2092   Drop-Check rule, and thus it can help sidestep data ordering
2093   constraints that would otherwise be introduced by the Drop-Check
2094   rule. Such sidestepping of the constraints, if done incorrectly, can
2095   lead to undefined behavior (in the form of reading or writing to data
2096   outside of its dynamic extent), and thus this attribute has the word
2097   "unsafe" in its name. To use this, the
2098   `unsafe_destructor_blind_to_params` feature gate must be enabled.
2099 - `doc` - Doc comments such as `/// foo` are equivalent to `#[doc = "foo"]`.
2100 - `rustc_on_unimplemented` - Write a custom note to be shown along with the error
2101    when the trait is found to be unimplemented on a type.
2102    You may use format arguments like `{T}`, `{A}` to correspond to the
2103    types at the point of use corresponding to the type parameters of the
2104    trait of the same name. `{Self}` will be replaced with the type that is supposed
2105    to implement the trait but doesn't. To use this, the `on_unimplemented` feature gate
2106    must be enabled.
2107 - `must_use` - on structs and enums, will warn if a value of this type isn't used or
2108    assigned to a variable. You may also include an optional message by using
2109    `#[must_use = "message"]` which will be given alongside the warning.
2110
2111 ### Conditional compilation
2112
2113 Sometimes one wants to have different compiler outputs from the same code,
2114 depending on build target, such as targeted operating system, or to enable
2115 release builds.
2116
2117 Configuration options are boolean (on or off) and are named either with a
2118 single identifier (e.g. `foo`) or an identifier and a string (e.g. `foo = "bar"`;
2119 the quotes are required and spaces around the `=` are unimportant). Note that
2120 similarly-named options, such as `foo`, `foo="bar"` and `foo="baz"` may each be set
2121 or unset independently.
2122
2123 Configuration options are either provided by the compiler or passed in on the
2124 command line using `--cfg` (e.g. `rustc main.rs --cfg foo --cfg 'bar="baz"'`).
2125 Rust code then checks for their presence using the `#[cfg(...)]` attribute:
2126
2127 ```
2128 // The function is only included in the build when compiling for OSX
2129 #[cfg(target_os = "macos")]
2130 fn macos_only() {
2131   // ...
2132 }
2133
2134 // This function is only included when either foo or bar is defined
2135 #[cfg(any(foo, bar))]
2136 fn needs_foo_or_bar() {
2137   // ...
2138 }
2139
2140 // This function is only included when compiling for a unixish OS with a 32-bit
2141 // architecture
2142 #[cfg(all(unix, target_pointer_width = "32"))]
2143 fn on_32bit_unix() {
2144   // ...
2145 }
2146
2147 // This function is only included when foo is not defined
2148 #[cfg(not(foo))]
2149 fn needs_not_foo() {
2150   // ...
2151 }
2152 ```
2153
2154 This illustrates some conditional compilation can be achieved using the
2155 `#[cfg(...)]` attribute. `any`, `all` and `not` can be used to assemble
2156 arbitrarily complex configurations through nesting.
2157
2158 The following configurations must be defined by the implementation:
2159
2160 * `target_arch = "..."` - Target CPU architecture, such as `"x86"`,
2161   `"x86_64"` `"mips"`, `"powerpc"`, `"powerpc64"`, `"arm"`, or
2162   `"aarch64"`. This value is closely related to the first element of
2163   the platform target triple, though it is not identical.
2164 * `target_os = "..."` - Operating system of the target, examples
2165   include `"windows"`, `"macos"`, `"ios"`, `"linux"`, `"android"`,
2166   `"freebsd"`, `"dragonfly"`, `"bitrig"` , `"openbsd"` or
2167   `"netbsd"`. This value is closely related to the second and third
2168   element of the platform target triple, though it is not identical.
2169 * `target_family = "..."` - Operating system family of the target, e. g.
2170   `"unix"` or `"windows"`. The value of this configuration option is defined
2171   as a configuration itself, like `unix` or `windows`.
2172 * `unix` - See `target_family`.
2173 * `windows` - See `target_family`.
2174 * `target_env = ".."` - Further disambiguates the target platform with
2175   information about the ABI/libc. Presently this value is either
2176   `"gnu"`, `"msvc"`, `"musl"`, or the empty string. For historical
2177   reasons this value has only been defined as non-empty when needed
2178   for disambiguation. Thus on many GNU platforms this value will be
2179   empty. This value is closely related to the fourth element of the
2180   platform target triple, though it is not identical. For example,
2181   embedded ABIs such as `gnueabihf` will simply define `target_env` as
2182   `"gnu"`.
2183 * `target_endian = "..."` - Endianness of the target CPU, either `"little"` or
2184   `"big"`.
2185 * `target_pointer_width = "..."` - Target pointer width in bits. This is set
2186   to `"32"` for targets with 32-bit pointers, and likewise set to `"64"` for
2187   64-bit pointers.
2188 * `target_has_atomic = "..."` - Set of integer sizes on which the target can perform
2189   atomic operations. Values are `"8"`, `"16"`, `"32"`, `"64"` and `"ptr"`.
2190 * `target_vendor = "..."` - Vendor of the target, for example `apple`, `pc`, or
2191   simply `"unknown"`.
2192 * `test` - Enabled when compiling the test harness (using the `--test` flag).
2193 * `debug_assertions` - Enabled by default when compiling without optimizations.
2194   This can be used to enable extra debugging code in development but not in
2195   production.  For example, it controls the behavior of the standard library's
2196   `debug_assert!` macro.
2197
2198 You can also set another attribute based on a `cfg` variable with `cfg_attr`:
2199
2200 ```rust,ignore
2201 #[cfg_attr(a, b)]
2202 ```
2203
2204 This is the same as `#[b]` if `a` is set by `cfg`, and nothing otherwise.
2205
2206 Lastly, configuration options can be used in expressions by invoking the `cfg!`
2207 macro: `cfg!(a)` evaluates to `true` if `a` is set, and `false` otherwise.
2208
2209 ### Lint check attributes
2210
2211 A lint check names a potentially undesirable coding pattern, such as
2212 unreachable code or omitted documentation, for the static entity to which the
2213 attribute applies.
2214
2215 For any lint check `C`:
2216
2217 * `allow(C)` overrides the check for `C` so that violations will go
2218    unreported,
2219 * `deny(C)` signals an error after encountering a violation of `C`,
2220 * `forbid(C)` is the same as `deny(C)`, but also forbids changing the lint
2221    level afterwards,
2222 * `warn(C)` warns about violations of `C` but continues compilation.
2223
2224 The lint checks supported by the compiler can be found via `rustc -W help`,
2225 along with their default settings.  [Compiler
2226 plugins](book/compiler-plugins.html#lint-plugins) can provide additional lint checks.
2227
2228 ```{.ignore}
2229 pub mod m1 {
2230     // Missing documentation is ignored here
2231     #[allow(missing_docs)]
2232     pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2233
2234     // Missing documentation signals a warning here
2235     #[warn(missing_docs)]
2236     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2237
2238     // Missing documentation signals an error here
2239     #[deny(missing_docs)]
2240     pub fn undocumented_end() -> i32 { 3 }
2241 }
2242 ```
2243
2244 This example shows how one can use `allow` and `warn` to toggle a particular
2245 check on and off:
2246
2247 ```{.ignore}
2248 #[warn(missing_docs)]
2249 pub mod m2{
2250     #[allow(missing_docs)]
2251     pub mod nested {
2252         // Missing documentation is ignored here
2253         pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2254
2255         // Missing documentation signals a warning here,
2256         // despite the allow above.
2257         #[warn(missing_docs)]
2258         pub fn undocumented_two() -> i32 { 2 }
2259     }
2260
2261     // Missing documentation signals a warning here
2262     pub fn undocumented_too() -> i32 { 3 }
2263 }
2264 ```
2265
2266 This example shows how one can use `forbid` to disallow uses of `allow` for
2267 that lint check:
2268
2269 ```{.ignore}
2270 #[forbid(missing_docs)]
2271 pub mod m3 {
2272     // Attempting to toggle warning signals an error here
2273     #[allow(missing_docs)]
2274     /// Returns 2.
2275     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2276 }
2277 ```
2278
2279 ### Language items
2280
2281 Some primitive Rust operations are defined in Rust code, rather than being
2282 implemented directly in C or assembly language. The definitions of these
2283 operations have to be easy for the compiler to find. The `lang` attribute
2284 makes it possible to declare these operations. For example, the `str` module
2285 in the Rust standard library defines the string equality function:
2286
2287 ```{.ignore}
2288 #[lang = "str_eq"]
2289 pub fn eq_slice(a: &str, b: &str) -> bool {
2290     // details elided
2291 }
2292 ```
2293
2294 The name `str_eq` has a special meaning to the Rust compiler, and the presence
2295 of this definition means that it will use this definition when generating calls
2296 to the string equality function.
2297
2298 The set of language items is currently considered unstable. A complete
2299 list of the built-in language items will be added in the future.
2300
2301 ### Inline attributes
2302
2303 The inline attribute suggests that the compiler should place a copy of
2304 the function or static in the caller, rather than generating code to
2305 call the function or access the static where it is defined.
2306
2307 The compiler automatically inlines functions based on internal heuristics.
2308 Incorrectly inlining functions can actually make the program slower, so it
2309 should be used with care.
2310
2311 `#[inline]` and `#[inline(always)]` always cause the function to be serialized
2312 into the crate metadata to allow cross-crate inlining.
2313
2314 There are three different types of inline attributes:
2315
2316 * `#[inline]` hints the compiler to perform an inline expansion.
2317 * `#[inline(always)]` asks the compiler to always perform an inline expansion.
2318 * `#[inline(never)]` asks the compiler to never perform an inline expansion.
2319
2320 ### `derive`
2321
2322 The `derive` attribute allows certain traits to be automatically implemented
2323 for data structures. For example, the following will create an `impl` for the
2324 `PartialEq` and `Clone` traits for `Foo`, the type parameter `T` will be given
2325 the `PartialEq` or `Clone` constraints for the appropriate `impl`:
2326
2327 ```
2328 #[derive(PartialEq, Clone)]
2329 struct Foo<T> {
2330     a: i32,
2331     b: T,
2332 }
2333 ```
2334
2335 The generated `impl` for `PartialEq` is equivalent to
2336
2337 ```
2338 # struct Foo<T> { a: i32, b: T }
2339 impl<T: PartialEq> PartialEq for Foo<T> {
2340     fn eq(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2341         self.a == other.a && self.b == other.b
2342     }
2343
2344     fn ne(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2345         self.a != other.a || self.b != other.b
2346     }
2347 }
2348 ```
2349
2350 You can implement `derive` for your own type through [procedural
2351 macros](#procedural-macros).
2352
2353 ### Compiler Features
2354
2355 Certain aspects of Rust may be implemented in the compiler, but they're not
2356 necessarily ready for every-day use. These features are often of "prototype
2357 quality" or "almost production ready", but may not be stable enough to be
2358 considered a full-fledged language feature.
2359
2360 For this reason, Rust recognizes a special crate-level attribute of the form:
2361
2362 ```{.ignore}
2363 #![feature(feature1, feature2, feature3)]
2364 ```
2365
2366 This directive informs the compiler that the feature list: `feature1`,
2367 `feature2`, and `feature3` should all be enabled. This is only recognized at a
2368 crate-level, not at a module-level. Without this directive, all features are
2369 considered off, and using the features will result in a compiler error.
2370
2371 The currently implemented features of the reference compiler are:
2372
2373 * `advanced_slice_patterns` - See the [match expressions](#match-expressions)
2374                               section for discussion; the exact semantics of
2375                               slice patterns are subject to change, so some types
2376                               are still unstable.
2377
2378 * `slice_patterns` - OK, actually, slice patterns are just scary and
2379                      completely unstable.
2380
2381 * `asm` - The `asm!` macro provides a means for inline assembly. This is often
2382           useful, but the exact syntax for this feature along with its
2383           semantics are likely to change, so this macro usage must be opted
2384           into.
2385
2386 * `associated_consts` - Allows constants to be defined in `impl` and `trait`
2387                         blocks, so that they can be associated with a type or
2388                         trait in a similar manner to methods and associated
2389                         types.
2390
2391 * `box_patterns` - Allows `box` patterns, the exact semantics of which
2392                    is subject to change.
2393
2394 * `box_syntax` - Allows use of `box` expressions, the exact semantics of which
2395                  is subject to change.
2396
2397 * `cfg_target_vendor` - Allows conditional compilation using the `target_vendor`
2398                         matcher which is subject to change.
2399
2400 * `cfg_target_has_atomic` - Allows conditional compilation using the `target_has_atomic`
2401                             matcher which is subject to change.
2402
2403 * `concat_idents` - Allows use of the `concat_idents` macro, which is in many
2404                     ways insufficient for concatenating identifiers, and may be
2405                     removed entirely for something more wholesome.
2406
2407 * `custom_attribute` - Allows the usage of attributes unknown to the compiler
2408                        so that new attributes can be added in a backwards compatible
2409                        manner (RFC 572).
2410
2411 * `custom_derive` - Allows the use of `#[derive(Foo,Bar)]` as sugar for
2412                     `#[derive_Foo] #[derive_Bar]`, which can be user-defined syntax
2413                     extensions.
2414
2415 * `inclusive_range_syntax` - Allows use of the `a...b` and `...b` syntax for inclusive ranges.
2416
2417 * `inclusive_range` - Allows use of the types that represent desugared inclusive ranges.
2418
2419 * `intrinsics` - Allows use of the "rust-intrinsics" ABI. Compiler intrinsics
2420                  are inherently unstable and no promise about them is made.
2421
2422 * `lang_items` - Allows use of the `#[lang]` attribute. Like `intrinsics`,
2423                  lang items are inherently unstable and no promise about them
2424                  is made.
2425
2426 * `link_args` - This attribute is used to specify custom flags to the linker,
2427                 but usage is strongly discouraged. The compiler's usage of the
2428                 system linker is not guaranteed to continue in the future, and
2429                 if the system linker is not used then specifying custom flags
2430                 doesn't have much meaning.
2431
2432 * `link_llvm_intrinsics` – Allows linking to LLVM intrinsics via
2433                            `#[link_name="llvm.*"]`.
2434
2435 * `linkage` - Allows use of the `linkage` attribute, which is not portable.
2436
2437 * `log_syntax` - Allows use of the `log_syntax` macro attribute, which is a
2438                  nasty hack that will certainly be removed.
2439
2440 * `main` - Allows use of the `#[main]` attribute, which changes the entry point
2441            into a Rust program. This capability is subject to change.
2442
2443 * `macro_reexport` - Allows macros to be re-exported from one crate after being imported
2444                      from another. This feature was originally designed with the sole
2445                      use case of the Rust standard library in mind, and is subject to
2446                      change.
2447
2448 * `non_ascii_idents` - The compiler supports the use of non-ascii identifiers,
2449                        but the implementation is a little rough around the
2450                        edges, so this can be seen as an experimental feature
2451                        for now until the specification of identifiers is fully
2452                        fleshed out.
2453
2454 * `no_std` - Allows the `#![no_std]` crate attribute, which disables the implicit
2455              `extern crate std`. This typically requires use of the unstable APIs
2456              behind the libstd "facade", such as libcore and libcollections. It
2457              may also cause problems when using syntax extensions, including
2458              `#[derive]`.
2459
2460 * `on_unimplemented` - Allows the `#[rustc_on_unimplemented]` attribute, which allows
2461                        trait definitions to add specialized notes to error messages
2462                        when an implementation was expected but not found.
2463
2464 * `optin_builtin_traits` - Allows the definition of default and negative trait
2465                            implementations. Experimental.
2466
2467 * `plugin` - Usage of [compiler plugins][plugin] for custom lints or syntax extensions.
2468              These depend on compiler internals and are subject to change.
2469
2470 * `plugin_registrar` - Indicates that a crate provides [compiler plugins][plugin].
2471
2472 * `quote` - Allows use of the `quote_*!` family of macros, which are
2473             implemented very poorly and will likely change significantly
2474             with a proper implementation.
2475
2476 * `rustc_attrs` - Gates internal `#[rustc_*]` attributes which may be
2477                   for internal use only or have meaning added to them in the future.
2478
2479 * `rustc_diagnostic_macros`- A mysterious feature, used in the implementation
2480                              of rustc, not meant for mortals.
2481
2482 * `simd` - Allows use of the `#[simd]` attribute, which is overly simple and
2483            not the SIMD interface we want to expose in the long term.
2484
2485 * `simd_ffi` - Allows use of SIMD vectors in signatures for foreign functions.
2486                The SIMD interface is subject to change.
2487
2488 * `start` - Allows use of the `#[start]` attribute, which changes the entry point
2489             into a Rust program. This capability, especially the signature for the
2490             annotated function, is subject to change.
2491
2492 * `static_in_const` - Enables lifetime elision with a `'static` default for
2493                       `const` and `static` item declarations.
2494
2495 * `thread_local` - The usage of the `#[thread_local]` attribute is experimental
2496                    and should be seen as unstable. This attribute is used to
2497                    declare a `static` as being unique per-thread leveraging
2498                    LLVM's implementation which works in concert with the kernel
2499                    loader and dynamic linker. This is not necessarily available
2500                    on all platforms, and usage of it is discouraged.
2501
2502 * `trace_macros` - Allows use of the `trace_macros` macro, which is a nasty
2503                    hack that will certainly be removed.
2504
2505 * `unboxed_closures` - Rust's new closure design, which is currently a work in
2506                        progress feature with many known bugs.
2507
2508 * `allow_internal_unstable` - Allows `macro_rules!` macros to be tagged with the
2509                               `#[allow_internal_unstable]` attribute, designed
2510                               to allow `std` macros to call
2511                               `#[unstable]`/feature-gated functionality
2512                               internally without imposing on callers
2513                               (i.e. making them behave like function calls in
2514                               terms of encapsulation).
2515
2516 * `default_type_parameter_fallback` - Allows type parameter defaults to
2517                                       influence type inference.
2518
2519 * `stmt_expr_attributes` - Allows attributes on expressions.
2520
2521 * `type_ascription` - Allows type ascription expressions `expr: Type`.
2522
2523 * `abi_vectorcall` - Allows the usage of the vectorcall calling convention
2524                      (e.g. `extern "vectorcall" func fn_();`)
2525
2526 * `abi_sysv64` - Allows the usage of the system V AMD64 calling convention
2527                  (e.g. `extern "sysv64" func fn_();`)
2528
2529 If a feature is promoted to a language feature, then all existing programs will
2530 start to receive compilation warnings about `#![feature]` directives which enabled
2531 the new feature (because the directive is no longer necessary). However, if a
2532 feature is decided to be removed from the language, errors will be issued (if
2533 there isn't a parser error first). The directive in this case is no longer
2534 necessary, and it's likely that existing code will break if the feature isn't
2535 removed.
2536
2537 If an unknown feature is found in a directive, it results in a compiler error.
2538 An unknown feature is one which has never been recognized by the compiler.
2539
2540 # Statements and expressions
2541
2542 Rust is _primarily_ an expression language. This means that most forms of
2543 value-producing or effect-causing evaluation are directed by the uniform syntax
2544 category of _expressions_. Each kind of expression can typically _nest_ within
2545 each other kind of expression, and rules for evaluation of expressions involve
2546 specifying both the value produced by the expression and the order in which its
2547 sub-expressions are themselves evaluated.
2548
2549 In contrast, statements in Rust serve _mostly_ to contain and explicitly
2550 sequence expression evaluation.
2551
2552 ## Statements
2553
2554 A _statement_ is a component of a block, which is in turn a component of an
2555 outer [expression](#expressions) or [function](#functions).
2556
2557 Rust has two kinds of statement: [declaration
2558 statements](#declaration-statements) and [expression
2559 statements](#expression-statements).
2560
2561 ### Declaration statements
2562
2563 A _declaration statement_ is one that introduces one or more *names* into the
2564 enclosing statement block. The declared names may denote new variables or new
2565 items.
2566
2567 #### Item declarations
2568
2569 An _item declaration statement_ has a syntactic form identical to an
2570 [item](#items) declaration within a module. Declaring an item &mdash; a
2571 function, enumeration, struct, type, static, trait, implementation or module
2572 &mdash; locally within a statement block is simply a way of restricting its
2573 scope to a narrow region containing all of its uses; it is otherwise identical
2574 in meaning to declaring the item outside the statement block.
2575
2576 > **Note**: there is no implicit capture of the function's dynamic environment when
2577 > declaring a function-local item.
2578
2579 #### `let` statements
2580
2581 A _`let` statement_ introduces a new set of variables, given by a pattern. The
2582 pattern may be followed by a type annotation, and/or an initializer expression.
2583 When no type annotation is given, the compiler will infer the type, or signal
2584 an error if insufficient type information is available for definite inference.
2585 Any variables introduced by a variable declaration are visible from the point of
2586 declaration until the end of the enclosing block scope.
2587
2588 ### Expression statements
2589
2590 An _expression statement_ is one that evaluates an [expression](#expressions)
2591 and ignores its result. The type of an expression statement `e;` is always
2592 `()`, regardless of the type of `e`. As a rule, an expression statement's
2593 purpose is to trigger the effects of evaluating its expression.
2594
2595 ## Expressions
2596
2597 An expression may have two roles: it always produces a *value*, and it may have
2598 *effects* (otherwise known as "side effects"). An expression *evaluates to* a
2599 value, and has effects during *evaluation*. Many expressions contain
2600 sub-expressions (operands). The meaning of each kind of expression dictates
2601 several things:
2602
2603 * Whether or not to evaluate the sub-expressions when evaluating the expression
2604 * The order in which to evaluate the sub-expressions
2605 * How to combine the sub-expressions' values to obtain the value of the expression
2606
2607 In this way, the structure of expressions dictates the structure of execution.
2608 Blocks are just another kind of expression, so blocks, statements, expressions,
2609 and blocks again can recursively nest inside each other to an arbitrary depth.
2610
2611 #### Lvalues, rvalues and temporaries
2612
2613 Expressions are divided into two main categories: _lvalues_ and _rvalues_.
2614 Likewise within each expression, sub-expressions may occur in _lvalue context_
2615 or _rvalue context_. The evaluation of an expression depends both on its own
2616 category and the context it occurs within.
2617
2618 An lvalue is an expression that represents a memory location. These expressions
2619 are [paths](#path-expressions) (which refer to local variables, function and
2620 method arguments, or static variables), dereferences (`*expr`), [indexing
2621 expressions](#index-expressions) (`expr[expr]`), and [field
2622 references](#field-expressions) (`expr.f`). All other expressions are rvalues.
2623
2624 The left operand of an [assignment](#assignment-expressions) or
2625 [compound-assignment](#compound-assignment-expressions) expression is
2626 an lvalue context, as is the single operand of a unary
2627 [borrow](#unary-operator-expressions). The discriminant or subject of
2628 a [match expression](#match-expressions) may be an lvalue context, if
2629 ref bindings are made, but is otherwise an rvalue context. All other
2630 expression contexts are rvalue contexts.
2631
2632 When an lvalue is evaluated in an _lvalue context_, it denotes a memory
2633 location; when evaluated in an _rvalue context_, it denotes the value held _in_
2634 that memory location.
2635
2636 ##### Temporary lifetimes
2637
2638 When an rvalue is used in an lvalue context, a temporary un-named
2639 lvalue is created and used instead. The lifetime of temporary values
2640 is typically the innermost enclosing statement; the tail expression of
2641 a block is considered part of the statement that encloses the block.
2642
2643 When a temporary rvalue is being created that is assigned into a `let`
2644 declaration, however, the temporary is created with the lifetime of
2645 the enclosing block instead, as using the enclosing statement (the
2646 `let` declaration) would be a guaranteed error (since a pointer to the
2647 temporary would be stored into a variable, but the temporary would be
2648 freed before the variable could be used). The compiler uses simple
2649 syntactic rules to decide which values are being assigned into a `let`
2650 binding, and therefore deserve a longer temporary lifetime.
2651
2652 Here are some examples:
2653
2654 - `let x = foo(&temp())`. The expression `temp()` is an rvalue. As it
2655   is being borrowed, a temporary is created which will be freed after
2656   the innermost enclosing statement (the `let` declaration, in this case).
2657 - `let x = temp().foo()`. This is the same as the previous example,
2658   except that the value of `temp()` is being borrowed via autoref on a
2659   method-call. Here we are assuming that `foo()` is an `&self` method
2660   defined in some trait, say `Foo`. In other words, the expression
2661   `temp().foo()` is equivalent to `Foo::foo(&temp())`.
2662 - `let x = &temp()`. Here, the same temporary is being assigned into
2663   `x`, rather than being passed as a parameter, and hence the
2664   temporary's lifetime is considered to be the enclosing block.
2665 - `let x = SomeStruct { foo: &temp() }`. As in the previous case, the
2666   temporary is assigned into a struct which is then assigned into a
2667   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2668 - `let x = [ &temp() ]`. As in the previous case, the
2669   temporary is assigned into an array which is then assigned into a
2670   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2671 - `let ref x = temp()`. In this case, the temporary is created using a ref binding,
2672   but the result is the same: the lifetime is extended to the enclosing block.
2673
2674 #### Moved and copied types
2675
2676 When a [local variable](#variables) is used as an
2677 [rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries), the variable will be copied
2678 if its type implements `Copy`. All others are moved.
2679
2680 ### Literal expressions
2681
2682 A _literal expression_ consists of one of the [literal](#literals) forms
2683 described earlier. It directly describes a number, character, string, boolean
2684 value, or the unit value.
2685
2686 ```{.literals}
2687 ();        // unit type
2688 "hello";   // string type
2689 '5';       // character type
2690 5;         // integer type
2691 ```
2692
2693 ### Path expressions
2694
2695 A [path](#paths) used as an expression context denotes either a local variable
2696 or an item. Path expressions are [lvalues](#lvalues-rvalues-and-temporaries).
2697
2698 ### Tuple expressions
2699
2700 Tuples are written by enclosing zero or more comma-separated expressions in
2701 parentheses. They are used to create [tuple-typed](#tuple-types) values.
2702
2703 ```{.tuple}
2704 (0.0, 4.5);
2705 ("a", 4usize, true);
2706 ```
2707
2708 You can disambiguate a single-element tuple from a value in parentheses with a
2709 comma:
2710
2711 ```
2712 (0,); // single-element tuple
2713 (0); // zero in parentheses
2714 ```
2715
2716 ### Struct expressions
2717
2718 There are several forms of struct expressions. A _struct expression_
2719 consists of the [path](#paths) of a [struct item](#structs), followed by
2720 a brace-enclosed list of zero or more comma-separated name-value pairs,
2721 providing the field values of a new instance of the struct. A field name
2722 can be any identifier, and is separated from its value expression by a colon.
2723 The location denoted by a struct field is mutable if and only if the
2724 enclosing struct is mutable.
2725
2726 A _tuple struct expression_ consists of the [path](#paths) of a [struct
2727 item](#structs), followed by a parenthesized list of one or more
2728 comma-separated expressions (in other words, the path of a struct item
2729 followed by a tuple expression). The struct item must be a tuple struct
2730 item.
2731
2732 A _unit-like struct expression_ consists only of the [path](#paths) of a
2733 [struct item](#structs).
2734
2735 The following are examples of struct expressions:
2736
2737 ```
2738 # struct Point { x: f64, y: f64 }
2739 # struct NothingInMe { }
2740 # struct TuplePoint(f64, f64);
2741 # mod game { pub struct User<'a> { pub name: &'a str, pub age: u32, pub score: usize } }
2742 # struct Cookie; fn some_fn<T>(t: T) {}
2743 Point {x: 10.0, y: 20.0};
2744 NothingInMe {};
2745 TuplePoint(10.0, 20.0);
2746 let u = game::User {name: "Joe", age: 35, score: 100_000};
2747 some_fn::<Cookie>(Cookie);
2748 ```
2749
2750 A struct expression forms a new value of the named struct type. Note
2751 that for a given *unit-like* struct type, this will always be the same
2752 value.
2753
2754 A struct expression can terminate with the syntax `..` followed by an
2755 expression to denote a functional update. The expression following `..` (the
2756 base) must have the same struct type as the new struct type being formed.
2757 The entire expression denotes the result of constructing a new struct (with
2758 the same type as the base expression) with the given values for the fields that
2759 were explicitly specified and the values in the base expression for all other
2760 fields.
2761
2762 ```
2763 # struct Point3d { x: i32, y: i32, z: i32 }
2764 let base = Point3d {x: 1, y: 2, z: 3};
2765 Point3d {y: 0, z: 10, .. base};
2766 ```
2767
2768 ### Block expressions
2769
2770 A _block expression_ is similar to a module in terms of the declarations that
2771 are possible. Each block conceptually introduces a new namespace scope. Use
2772 items can bring new names into scopes and declared items are in scope for only
2773 the block itself.
2774
2775 A block will execute each statement sequentially, and then execute the
2776 expression (if given). If the block ends in a statement, its value is `()`:
2777
2778 ```
2779 let x: () = { println!("Hello."); };
2780 ```
2781
2782 If it ends in an expression, its value and type are that of the expression:
2783
2784 ```
2785 let x: i32 = { println!("Hello."); 5 };
2786
2787 assert_eq!(5, x);
2788 ```
2789
2790 ### Method-call expressions
2791
2792 A _method call_ consists of an expression followed by a single dot, an
2793 identifier, and a parenthesized expression-list. Method calls are resolved to
2794 methods on specific traits, either statically dispatching to a method if the
2795 exact `self`-type of the left-hand-side is known, or dynamically dispatching if
2796 the left-hand-side expression is an indirect [trait object](#trait-objects).
2797
2798 ### Field expressions
2799
2800 A _field expression_ consists of an expression followed by a single dot and an
2801 identifier, when not immediately followed by a parenthesized expression-list
2802 (the latter is a [method call expression](#method-call-expressions)). A field
2803 expression denotes a field of a [struct](#struct-types).
2804
2805 ```{.ignore .field}
2806 mystruct.myfield;
2807 foo().x;
2808 (Struct {a: 10, b: 20}).a;
2809 ```
2810
2811 A field access is an [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) referring to
2812 the value of that field. When the type providing the field inherits mutability,
2813 it can be [assigned](#assignment-expressions) to.
2814
2815 Also, if the type of the expression to the left of the dot is a
2816 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2817 to make the field access possible. In cases of ambiguity, we prefer
2818 fewer autoderefs to more.
2819
2820 ### Array expressions
2821
2822 An [array](#array-and-slice-types) _expression_ is written by enclosing zero
2823 or more comma-separated expressions of uniform type in square brackets.
2824
2825 In the `[expr ';' expr]` form, the expression after the `';'` must be a
2826 constant expression that can be evaluated at compile time, such as a
2827 [literal](#literals) or a [static item](#static-items).
2828
2829 ```
2830 [1, 2, 3, 4];
2831 ["a", "b", "c", "d"];
2832 [0; 128];              // array with 128 zeros
2833 [0u8, 0u8, 0u8, 0u8];
2834 ```
2835
2836 ### Index expressions
2837
2838 [Array](#array-and-slice-types)-typed expressions can be indexed by
2839 writing a square-bracket-enclosed expression (the index) after them. When the
2840 array is mutable, the resulting [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) can
2841 be assigned to.
2842
2843 Indices are zero-based, and may be of any integral type. Vector access is
2844 bounds-checked at compile-time for constant arrays being accessed with a constant index value.
2845 Otherwise a check will be performed at run-time that will put the thread in a _panicked state_ if it fails.
2846
2847 ```{should-fail}
2848 ([1, 2, 3, 4])[0];
2849
2850 let x = (["a", "b"])[10]; // compiler error: const index-expr is out of bounds
2851
2852 let n = 10;
2853 let y = (["a", "b"])[n]; // panics
2854
2855 let arr = ["a", "b"];
2856 arr[10]; // panics
2857 ```
2858
2859 Also, if the type of the expression to the left of the brackets is a
2860 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2861 to make the indexing possible. In cases of ambiguity, we prefer fewer
2862 autoderefs to more.
2863
2864 ### Range expressions
2865
2866 The `..` operator will construct an object of one of the `std::ops::Range` variants.
2867
2868 ```
2869 1..2;   // std::ops::Range
2870 3..;    // std::ops::RangeFrom
2871 ..4;    // std::ops::RangeTo
2872 ..;     // std::ops::RangeFull
2873 ```
2874
2875 The following expressions are equivalent.
2876
2877 ```
2878 let x = std::ops::Range {start: 0, end: 10};
2879 let y = 0..10;
2880
2881 assert_eq!(x, y);
2882 ```
2883
2884 Similarly, the `...` operator will construct an object of one of the
2885 `std::ops::RangeInclusive` variants.
2886
2887 ```
2888 # #![feature(inclusive_range_syntax)]
2889 1...2;   // std::ops::RangeInclusive
2890 ...4;    // std::ops::RangeToInclusive
2891 ```
2892
2893 The following expressions are equivalent.
2894
2895 ```
2896 # #![feature(inclusive_range_syntax, inclusive_range)]
2897 let x = std::ops::RangeInclusive::NonEmpty {start: 0, end: 10};
2898 let y = 0...10;
2899
2900 assert_eq!(x, y);
2901 ```
2902
2903 ### Unary operator expressions
2904
2905 Rust defines the following unary operators. With the exception of `?`, they are
2906 all written as prefix operators, before the expression they apply to.
2907
2908 * `-`
2909   : Negation. Signed integer types and floating-point types support negation. It
2910     is an error to apply negation to unsigned types; for example, the compiler
2911     rejects `-1u32`.
2912 * `*`
2913   : Dereference. When applied to a [pointer](#pointer-types) it denotes the
2914     pointed-to location. For pointers to mutable locations, the resulting
2915     [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) can be assigned to.
2916     On non-pointer types, it calls the `deref` method of the `std::ops::Deref`
2917     trait, or the `deref_mut` method of the `std::ops::DerefMut` trait (if
2918     implemented by the type and required for an outer expression that will or
2919     could mutate the dereference), and produces the result of dereferencing the
2920     `&` or `&mut` borrowed pointer returned from the overload method.
2921 * `!`
2922   : Logical negation. On the boolean type, this flips between `true` and
2923     `false`. On integer types, this inverts the individual bits in the
2924     two's complement representation of the value.
2925 * `&` and `&mut`
2926   : Borrowing. When applied to an lvalue, these operators produce a
2927     reference (pointer) to the lvalue. The lvalue is also placed into
2928     a borrowed state for the duration of the reference. For a shared
2929     borrow (`&`), this implies that the lvalue may not be mutated, but
2930     it may be read or shared again. For a mutable borrow (`&mut`), the
2931     lvalue may not be accessed in any way until the borrow expires.
2932     If the `&` or `&mut` operators are applied to an rvalue, a
2933     temporary value is created; the lifetime of this temporary value
2934     is defined by [syntactic rules](#temporary-lifetimes).
2935 * `?`
2936   : Propagating errors if applied to `Err(_)` and unwrapping if
2937     applied to `Ok(_)`. Only works on the `Result<T, E>` type,
2938     and written in postfix notation.
2939
2940 ### Binary operator expressions
2941
2942 Binary operators expressions are given in terms of [operator
2943 precedence](#operator-precedence).
2944
2945 #### Arithmetic operators
2946
2947 Binary arithmetic expressions are syntactic sugar for calls to built-in traits,
2948 defined in the `std::ops` module of the `std` library. This means that
2949 arithmetic operators can be overridden for user-defined types. The default
2950 meaning of the operators on standard types is given here.
2951
2952 * `+`
2953   : Addition and array/string concatenation.
2954     Calls the `add` method on the `std::ops::Add` trait.
2955 * `-`
2956   : Subtraction.
2957     Calls the `sub` method on the `std::ops::Sub` trait.
2958 * `*`
2959   : Multiplication.
2960     Calls the `mul` method on the `std::ops::Mul` trait.
2961 * `/`
2962   : Quotient.
2963     Calls the `div` method on the `std::ops::Div` trait.
2964 * `%`
2965   : Remainder.
2966     Calls the `rem` method on the `std::ops::Rem` trait.
2967
2968 #### Bitwise operators
2969
2970 Like the [arithmetic operators](#arithmetic-operators), bitwise operators are
2971 syntactic sugar for calls to methods of built-in traits. This means that
2972 bitwise operators can be overridden for user-defined types. The default
2973 meaning of the operators on standard types is given here. Bitwise `&`, `|` and
2974 `^` applied to boolean arguments are equivalent to logical `&&`, `||` and `!=`
2975 evaluated in non-lazy fashion.
2976
2977 * `&`
2978   : Bitwise AND.
2979     Calls the `bitand` method of the `std::ops::BitAnd` trait.
2980 * `|`
2981   : Bitwise inclusive OR.
2982     Calls the `bitor` method of the `std::ops::BitOr` trait.
2983 * `^`
2984   : Bitwise exclusive OR.
2985     Calls the `bitxor` method of the `std::ops::BitXor` trait.
2986 * `<<`
2987   : Left shift.
2988     Calls the `shl` method of the `std::ops::Shl` trait.
2989 * `>>`
2990   : Right shift (arithmetic).
2991     Calls the `shr` method of the `std::ops::Shr` trait.
2992
2993 #### Lazy boolean operators
2994
2995 The operators `||` and `&&` may be applied to operands of boolean type. The
2996 `||` operator denotes logical 'or', and the `&&` operator denotes logical
2997 'and'. They differ from `|` and `&` in that the right-hand operand is only
2998 evaluated when the left-hand operand does not already determine the result of
2999 the expression. That is, `||` only evaluates its right-hand operand when the
3000 left-hand operand evaluates to `false`, and `&&` only when it evaluates to
3001 `true`.
3002
3003 #### Comparison operators
3004
3005 Comparison operators are, like the [arithmetic
3006 operators](#arithmetic-operators), and [bitwise operators](#bitwise-operators),
3007 syntactic sugar for calls to built-in traits. This means that comparison
3008 operators can be overridden for user-defined types. The default meaning of the
3009 operators on standard types is given here.
3010
3011 * `==`
3012   : Equal to.
3013     Calls the `eq` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
3014 * `!=`
3015   : Unequal to.
3016     Calls the `ne` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
3017 * `<`
3018   : Less than.
3019     Calls the `lt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3020 * `>`
3021   : Greater than.
3022     Calls the `gt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3023 * `<=`
3024   : Less than or equal.
3025     Calls the `le` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3026 * `>=`
3027   : Greater than or equal.
3028     Calls the `ge` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3029
3030 #### Type cast expressions
3031
3032 A type cast expression is denoted with the binary operator `as`.
3033
3034 Executing an `as` expression casts the value on the left-hand side to the type
3035 on the right-hand side.
3036
3037 An example of an `as` expression:
3038
3039 ```
3040 # fn sum(values: &[f64]) -> f64 { 0.0 }
3041 # fn len(values: &[f64]) -> i32 { 0 }
3042
3043 fn average(values: &[f64]) -> f64 {
3044     let sum: f64 = sum(values);
3045     let size: f64 = len(values) as f64;
3046     sum / size
3047 }
3048 ```
3049
3050 Some of the conversions which can be done through the `as` operator
3051 can also be done implicitly at various points in the program, such as
3052 argument passing and assignment to a `let` binding with an explicit
3053 type. Implicit conversions are limited to "harmless" conversions that
3054 do not lose information and which have minimal or no risk of
3055 surprising side-effects on the dynamic execution semantics.
3056
3057 #### Assignment expressions
3058
3059 An _assignment expression_ consists of an
3060 [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) expression followed by an equals
3061 sign (`=`) and an [rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) expression.
3062
3063 Evaluating an assignment expression [either copies or
3064 moves](#moved-and-copied-types) its right-hand operand to its left-hand
3065 operand.
3066
3067 ```
3068 # let mut x = 0;
3069 # let y = 0;
3070 x = y;
3071 ```
3072
3073 #### Compound assignment expressions
3074
3075 The `+`, `-`, `*`, `/`, `%`, `&`, `|`, `^`, `<<`, and `>>` operators may be
3076 composed with the `=` operator. The expression `lval OP= val` is equivalent to
3077 `lval = lval OP val`. For example, `x = x + 1` may be written as `x += 1`.
3078
3079 Any such expression always has the [`unit`](#tuple-types) type.
3080
3081 #### Operator precedence
3082
3083 The precedence of Rust binary operators is ordered as follows, going from
3084 strong to weak:
3085
3086 ```{.text .precedence}
3087 as :
3088 * / %
3089 + -
3090 << >>
3091 &
3092 ^
3093 |
3094 == != < > <= >=
3095 &&
3096 ||
3097 .. ...
3098 <-
3099 =
3100 ```
3101
3102 Operators at the same precedence level are evaluated left-to-right. [Unary
3103 operators](#unary-operator-expressions) have the same precedence level and are
3104 stronger than any of the binary operators.
3105
3106 ### Grouped expressions
3107
3108 An expression enclosed in parentheses evaluates to the result of the enclosed
3109 expression. Parentheses can be used to explicitly specify evaluation order
3110 within an expression.
3111
3112 An example of a parenthesized expression:
3113
3114 ```
3115 let x: i32 = (2 + 3) * 4;
3116 ```
3117
3118
3119 ### Call expressions
3120
3121 A _call expression_ invokes a function, providing zero or more input variables
3122 and an optional location to move the function's output into. If the function
3123 eventually returns, then the expression completes.
3124
3125 Some examples of call expressions:
3126
3127 ```
3128 # fn add(x: i32, y: i32) -> i32 { 0 }
3129
3130 let x: i32 = add(1i32, 2i32);
3131 let pi: Result<f32, _> = "3.14".parse();
3132 ```
3133
3134 ### Lambda expressions
3135
3136 A _lambda expression_ (sometimes called an "anonymous function expression")
3137 defines a function and denotes it as a value, in a single expression. A lambda
3138 expression is a pipe-symbol-delimited (`|`) list of identifiers followed by an
3139 expression.
3140
3141 A lambda expression denotes a function that maps a list of parameters
3142 (`ident_list`) onto the expression that follows the `ident_list`. The
3143 identifiers in the `ident_list` are the parameters to the function. These
3144 parameters' types need not be specified, as the compiler infers them from
3145 context.
3146
3147 Lambda expressions are most useful when passing functions as arguments to other
3148 functions, as an abbreviation for defining and capturing a separate function.
3149
3150 Significantly, lambda expressions _capture their environment_, which regular
3151 [function definitions](#functions) do not. The exact type of capture depends
3152 on the [function type](#function-types) inferred for the lambda expression. In
3153 the simplest and least-expensive form (analogous to a ```|| { }``` expression),
3154 the lambda expression captures its environment by reference, effectively
3155 borrowing pointers to all outer variables mentioned inside the function.
3156 Alternately, the compiler may infer that a lambda expression should copy or
3157 move values (depending on their type) from the environment into the lambda
3158 expression's captured environment. A lambda can be forced to capture its
3159 environment by moving values by prefixing it with the `move` keyword.
3160
3161 In this example, we define a function `ten_times` that takes a higher-order
3162 function argument, and we then call it with a lambda expression as an argument,
3163 followed by a lambda expression that moves values from its environment.
3164
3165 ```
3166 fn ten_times<F>(f: F) where F: Fn(i32) {
3167     for index in 0..10 {
3168         f(index);
3169     }
3170 }
3171
3172 ten_times(|j| println!("hello, {}", j));
3173
3174 let word = "konnichiwa".to_owned();
3175 ten_times(move |j| println!("{}, {}", word, j));
3176 ```
3177
3178 ### Infinite loops
3179
3180 A `loop` expression denotes an infinite loop.
3181
3182 A `loop` expression may optionally have a _label_. The label is written as
3183 a lifetime preceding the loop expression, as in `'foo: loop{ }`. If a
3184 label is present, then labeled `break` and `continue` expressions nested
3185 within this loop may exit out of this loop or return control to its head.
3186 See [break expressions](#break-expressions) and [continue
3187 expressions](#continue-expressions).
3188
3189 ### `break` expressions
3190
3191 A `break` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3192 executing a `break` expression immediately terminates the innermost loop
3193 enclosing it. It is only permitted in the body of a loop. If the label is
3194 present, then `break 'foo` terminates the loop with label `'foo`, which need not
3195 be the innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3196
3197 ### `continue` expressions
3198
3199 A `continue` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3200 executing a `continue` expression immediately terminates the current iteration
3201 of the innermost loop enclosing it, returning control to the loop *head*. In
3202 the case of a `while` loop, the head is the conditional expression controlling
3203 the loop. In the case of a `for` loop, the head is the call-expression
3204 controlling the loop. If the label is present, then `continue 'foo` returns
3205 control to the head of the loop with label `'foo`, which need not be the
3206 innermost label enclosing the `continue` expression, but must enclose it.
3207
3208 A `continue` expression is only permitted in the body of a loop.
3209
3210 ### `while` loops
3211
3212 A `while` loop begins by evaluating the boolean loop conditional expression.
3213 If the loop conditional expression evaluates to `true`, the loop body block
3214 executes and control returns to the loop conditional expression. If the loop
3215 conditional expression evaluates to `false`, the `while` expression completes.
3216
3217 An example:
3218
3219 ```
3220 let mut i = 0;
3221
3222 while i < 10 {
3223     println!("hello");
3224     i = i + 1;
3225 }
3226 ```
3227
3228 Like `loop` expressions, `while` loops can be controlled with `break` or
3229 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3230 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3231 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3232
3233 ### `for` expressions
3234
3235 A `for` expression is a syntactic construct for looping over elements provided
3236 by an implementation of `std::iter::IntoIterator`.
3237
3238 An example of a `for` loop over the contents of an array:
3239
3240 ```
3241 # type Foo = i32;
3242 # fn bar(f: &Foo) { }
3243 # let a = 0;
3244 # let b = 0;
3245 # let c = 0;
3246
3247 let v: &[Foo] = &[a, b, c];
3248
3249 for e in v {
3250     bar(e);
3251 }
3252 ```
3253
3254 An example of a for loop over a series of integers:
3255
3256 ```
3257 # fn bar(b:usize) { }
3258 for i in 0..256 {
3259     bar(i);
3260 }
3261 ```
3262
3263 Like `loop` expressions, `for` loops can be controlled with `break` or
3264 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3265 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3266 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3267
3268 ### `if` expressions
3269
3270 An `if` expression is a conditional branch in program control. The form of an
3271 `if` expression is a condition expression, followed by a consequent block, any
3272 number of `else if` conditions and blocks, and an optional trailing `else`
3273 block. The condition expressions must have type `bool`. If a condition
3274 expression evaluates to `true`, the consequent block is executed and any
3275 subsequent `else if` or `else` block is skipped. If a condition expression
3276 evaluates to `false`, the consequent block is skipped and any subsequent `else
3277 if` condition is evaluated. If all `if` and `else if` conditions evaluate to
3278 `false` then any `else` block is executed.
3279
3280 ### `match` expressions
3281
3282 A `match` expression branches on a *pattern*. The exact form of matching that
3283 occurs depends on the pattern. Patterns consist of some combination of
3284 literals, destructured arrays or enum constructors, structs and tuples,
3285 variable binding specifications, wildcards (`..`), and placeholders (`_`). A
3286 `match` expression has a *head expression*, which is the value to compare to
3287 the patterns. The type of the patterns must equal the type of the head
3288 expression.
3289
3290 In a pattern whose head expression has an `enum` type, a placeholder (`_`)
3291 stands for a *single* data field, whereas a wildcard `..` stands for *all* the
3292 fields of a particular variant.
3293
3294 A `match` behaves differently depending on whether or not the head expression
3295 is an [lvalue or an rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries). If the head
3296 expression is an rvalue, it is first evaluated into a temporary location, and
3297 the resulting value is sequentially compared to the patterns in the arms until
3298 a match is found. The first arm with a matching pattern is chosen as the branch
3299 target of the `match`, any variables bound by the pattern are assigned to local
3300 variables in the arm's block, and control enters the block.
3301
3302 When the head expression is an lvalue, the match does not allocate a temporary
3303 location (however, a by-value binding may copy or move from the lvalue). When
3304 possible, it is preferable to match on lvalues, as the lifetime of these
3305 matches inherits the lifetime of the lvalue, rather than being restricted to
3306 the inside of the match.
3307
3308 An example of a `match` expression:
3309
3310 ```
3311 let x = 1;
3312
3313 match x {
3314     1 => println!("one"),
3315     2 => println!("two"),
3316     3 => println!("three"),
3317     4 => println!("four"),
3318     5 => println!("five"),
3319     _ => println!("something else"),
3320 }
3321 ```
3322
3323 Patterns that bind variables default to binding to a copy or move of the
3324 matched value (depending on the matched value's type). This can be changed to
3325 bind to a reference by using the `ref` keyword, or to a mutable reference using
3326 `ref mut`.
3327
3328 Subpatterns can also be bound to variables by the use of the syntax `variable @
3329 subpattern`. For example:
3330
3331 ```
3332 let x = 1;
3333
3334 match x {
3335     e @ 1 ... 5 => println!("got a range element {}", e),
3336     _ => println!("anything"),
3337 }
3338 ```
3339
3340 Patterns can also dereference pointers by using the `&`, `&mut` and `box`
3341 symbols, as appropriate. For example, these two matches on `x: &i32` are
3342 equivalent:
3343
3344 ```
3345 # let x = &3;
3346 let y = match *x { 0 => "zero", _ => "some" };
3347 let z = match x { &0 => "zero", _ => "some" };
3348
3349 assert_eq!(y, z);
3350 ```
3351
3352 Multiple match patterns may be joined with the `|` operator. A range of values
3353 may be specified with `...`. For example:
3354
3355 ```
3356 # let x = 2;
3357
3358 let message = match x {
3359     0 | 1  => "not many",
3360     2 ... 9 => "a few",
3361     _      => "lots"
3362 };
3363 ```
3364
3365 Range patterns only work on scalar types (like integers and characters; not
3366 like arrays and structs, which have sub-components). A range pattern may not
3367 be a sub-range of another range pattern inside the same `match`.
3368
3369 Finally, match patterns can accept *pattern guards* to further refine the
3370 criteria for matching a case. Pattern guards appear after the pattern and
3371 consist of a bool-typed expression following the `if` keyword. A pattern guard
3372 may refer to the variables bound within the pattern they follow.
3373
3374 ```
3375 # let maybe_digit = Some(0);
3376 # fn process_digit(i: i32) { }
3377 # fn process_other(i: i32) { }
3378
3379 let message = match maybe_digit {
3380     Some(x) if x < 10 => process_digit(x),
3381     Some(x) => process_other(x),
3382     None => panic!(),
3383 };
3384 ```
3385
3386 ### `if let` expressions
3387
3388 An `if let` expression is semantically identical to an `if` expression but in
3389 place of a condition expression it expects a `let` statement with a refutable
3390 pattern. If the value of the expression on the right hand side of the `let`
3391 statement matches the pattern, the corresponding block will execute, otherwise
3392 flow proceeds to the first `else` block that follows.
3393
3394 ```
3395 let dish = ("Ham", "Eggs");
3396
3397 // this body will be skipped because the pattern is refuted
3398 if let ("Bacon", b) = dish {
3399     println!("Bacon is served with {}", b);
3400 }
3401
3402 // this body will execute
3403 if let ("Ham", b) = dish {
3404     println!("Ham is served with {}", b);
3405 }
3406 ```
3407
3408 ### `while let` loops
3409
3410 A `while let` loop is semantically identical to a `while` loop but in place of
3411 a condition expression it expects `let` statement with a refutable pattern. If
3412 the value of the expression on the right hand side of the `let` statement
3413 matches the pattern, the loop body block executes and control returns to the
3414 pattern matching statement. Otherwise, the while expression completes.
3415
3416 ### `return` expressions
3417
3418 Return expressions are denoted with the keyword `return`. Evaluating a `return`
3419 expression moves its argument into the designated output location for the
3420 current function call, destroys the current function activation frame, and
3421 transfers control to the caller frame.
3422
3423 An example of a `return` expression:
3424
3425 ```
3426 fn max(a: i32, b: i32) -> i32 {
3427     if a > b {
3428         return a;
3429     }
3430     return b;
3431 }
3432 ```
3433
3434 # Type system
3435
3436 ## Types
3437
3438 Every variable, item and value in a Rust program has a type. The _type_ of a
3439 *value* defines the interpretation of the memory holding it.
3440
3441 Built-in types and type-constructors are tightly integrated into the language,
3442 in nontrivial ways that are not possible to emulate in user-defined types.
3443 User-defined types have limited capabilities.
3444
3445 ### Primitive types
3446
3447 The primitive types are the following:
3448
3449 * The boolean type `bool` with values `true` and `false`.
3450 * The machine types (integer and floating-point).
3451 * The machine-dependent integer types.
3452 * Arrays
3453 * Tuples
3454 * Slices
3455 * Function pointers
3456
3457 #### Machine types
3458
3459 The machine types are the following:
3460
3461 * The unsigned word types `u8`, `u16`, `u32` and `u64`, with values drawn from
3462   the integer intervals [0, 2^8 - 1], [0, 2^16 - 1], [0, 2^32 - 1] and
3463   [0, 2^64 - 1] respectively.
3464
3465 * The signed two's complement word types `i8`, `i16`, `i32` and `i64`, with
3466   values drawn from the integer intervals [-(2^(7)), 2^7 - 1],
3467   [-(2^(15)), 2^15 - 1], [-(2^(31)), 2^31 - 1], [-(2^(63)), 2^63 - 1]
3468   respectively.
3469
3470 * The IEEE 754-2008 `binary32` and `binary64` floating-point types: `f32` and
3471   `f64`, respectively.
3472
3473 #### Machine-dependent integer types
3474
3475 The `usize` type is an unsigned integer type with the same number of bits as the
3476 platform's pointer type. It can represent every memory address in the process.
3477
3478 The `isize` type is a signed integer type with the same number of bits as the
3479 platform's pointer type. The theoretical upper bound on object and array size
3480 is the maximum `isize` value. This ensures that `isize` can be used to calculate
3481 differences between pointers into an object or array and can address every byte
3482 within an object along with one byte past the end.
3483
3484 ### Textual types
3485
3486 The types `char` and `str` hold textual data.
3487
3488 A value of type `char` is a [Unicode scalar value](
3489 http://www.unicode.org/glossary/#unicode_scalar_value) (i.e. a code point that
3490 is not a surrogate), represented as a 32-bit unsigned word in the 0x0000 to
3491 0xD7FF or 0xE000 to 0x10FFFF range. A `[char]` array is effectively an UCS-4 /
3492 UTF-32 string.
3493
3494 A value of type `str` is a Unicode string, represented as an array of 8-bit
3495 unsigned bytes holding a sequence of UTF-8 code points. Since `str` is of
3496 unknown size, it is not a _first-class_ type, but can only be instantiated
3497 through a pointer type, such as `&str`.
3498
3499 ### Tuple types
3500
3501 A tuple *type* is a heterogeneous product of other types, called the *elements*
3502 of the tuple. It has no nominal name and is instead structurally typed.
3503
3504 Tuple types and values are denoted by listing the types or values of their
3505 elements, respectively, in a parenthesized, comma-separated list.
3506
3507 Because tuple elements don't have a name, they can only be accessed by
3508 pattern-matching or by using `N` directly as a field to access the
3509 `N`th element.
3510
3511 An example of a tuple type and its use:
3512
3513 ```
3514 type Pair<'a> = (i32, &'a str);
3515 let p: Pair<'static> = (10, "ten");
3516 let (a, b) = p;
3517
3518 assert_eq!(a, 10);
3519 assert_eq!(b, "ten");
3520 assert_eq!(p.0, 10);
3521 assert_eq!(p.1, "ten");
3522 ```
3523
3524 For historical reasons and convenience, the tuple type with no elements (`()`)
3525 is often called ‘unit’ or ‘the unit type’.
3526
3527 ### Array, and Slice types
3528
3529 Rust has two different types for a list of items:
3530
3531 * `[T; N]`, an 'array'
3532 * `&[T]`, a 'slice'
3533
3534 An array has a fixed size, and can be allocated on either the stack or the
3535 heap.
3536
3537 A slice is a 'view' into an array. It doesn't own the data it points
3538 to, it borrows it.
3539
3540 Examples:
3541
3542 ```{rust}
3543 // A stack-allocated array
3544 let array: [i32; 3] = [1, 2, 3];
3545
3546 // A heap-allocated array
3547 let vector: Vec<i32> = vec![1, 2, 3];
3548
3549 // A slice into an array
3550 let slice: &[i32] = &vector[..];
3551 ```
3552
3553 As you can see, the `vec!` macro allows you to create a `Vec<T>` easily. The
3554 `vec!` macro is also part of the standard library, rather than the language.
3555
3556 All in-bounds elements of arrays and slices are always initialized, and access
3557 to an array or slice is always bounds-checked.
3558
3559 ### Struct types
3560
3561 A `struct` *type* is a heterogeneous product of other types, called the
3562 *fields* of the type.[^structtype]
3563
3564 [^structtype]: `struct` types are analogous to `struct` types in C,
3565     the *record* types of the ML family,
3566     or the *struct* types of the Lisp family.
3567
3568 New instances of a `struct` can be constructed with a [struct
3569 expression](#struct-expressions).
3570
3571 The memory layout of a `struct` is undefined by default to allow for compiler
3572 optimizations like field reordering, but it can be fixed with the
3573 `#[repr(...)]` attribute. In either case, fields may be given in any order in
3574 a corresponding struct *expression*; the resulting `struct` value will always
3575 have the same memory layout.
3576
3577 The fields of a `struct` may be qualified by [visibility
3578 modifiers](#visibility-and-privacy), to allow access to data in a
3579 struct outside a module.
3580
3581 A _tuple struct_ type is just like a struct type, except that the fields are
3582 anonymous.
3583
3584 A _unit-like struct_ type is like a struct type, except that it has no
3585 fields. The one value constructed by the associated [struct
3586 expression](#struct-expressions) is the only value that inhabits such a
3587 type.
3588
3589 ### Enumerated types
3590
3591 An *enumerated type* is a nominal, heterogeneous disjoint union type, denoted
3592 by the name of an [`enum` item](#enumerations). [^enumtype]
3593
3594 [^enumtype]: The `enum` type is analogous to a `data` constructor declaration in
3595              ML, or a *pick ADT* in Limbo.
3596
3597 An [`enum` item](#enumerations) declares both the type and a number of *variant
3598 constructors*, each of which is independently named and takes an optional tuple
3599 of arguments.
3600
3601 New instances of an `enum` can be constructed by calling one of the variant
3602 constructors, in a [call expression](#call-expressions).
3603
3604 Any `enum` value consumes as much memory as the largest variant constructor for
3605 its corresponding `enum` type.
3606
3607 Enum types cannot be denoted *structurally* as types, but must be denoted by
3608 named reference to an [`enum` item](#enumerations).
3609
3610 ### Recursive types
3611
3612 Nominal types &mdash; [enumerations](#enumerated-types) and
3613 [structs](#struct-types) &mdash; may be recursive. That is, each `enum`
3614 constructor or `struct` field may refer, directly or indirectly, to the
3615 enclosing `enum` or `struct` type itself. Such recursion has restrictions:
3616
3617 * Recursive types must include a nominal type in the recursion
3618   (not mere [type definitions](grammar.html#type-definitions),
3619    or other structural types such as [arrays](#array-and-slice-types) or [tuples](#tuple-types)).
3620 * A recursive `enum` item must have at least one non-recursive constructor
3621   (in order to give the recursion a basis case).
3622 * The size of a recursive type must be finite;
3623   in other words the recursive fields of the type must be [pointer types](#pointer-types).
3624 * Recursive type definitions can cross module boundaries, but not module *visibility* boundaries,
3625   or crate boundaries (in order to simplify the module system and type checker).
3626
3627 An example of a *recursive* type and its use:
3628
3629 ```
3630 enum List<T> {
3631     Nil,
3632     Cons(T, Box<List<T>>)
3633 }
3634
3635 let a: List<i32> = List::Cons(7, Box::new(List::Cons(13, Box::new(List::Nil))));
3636 ```
3637
3638 ### Pointer types
3639
3640 All pointers in Rust are explicit first-class values. They can be copied,
3641 stored into data structs, and returned from functions. There are two
3642 varieties of pointer in Rust:
3643
3644 * References (`&`)
3645   : These point to memory _owned by some other value_.
3646     A reference type is written `&type`,
3647     or `&'a type` when you need to specify an explicit lifetime.
3648     Copying a reference is a "shallow" operation:
3649     it involves only copying the pointer itself.
3650     Releasing a reference has no effect on the value it points to,
3651     but a reference of a temporary value will keep it alive during the scope
3652     of the reference itself.
3653
3654 * Raw pointers (`*`)
3655   : Raw pointers are pointers without safety or liveness guarantees.
3656     Raw pointers are written as `*const T` or `*mut T`,
3657     for example `*const i32` means a raw pointer to a 32-bit integer.
3658     Copying or dropping a raw pointer has no effect on the lifecycle of any
3659     other value. Dereferencing a raw pointer or converting it to any other
3660     pointer type is an [`unsafe` operation](#unsafe-functions).
3661     Raw pointers are generally discouraged in Rust code;
3662     they exist to support interoperability with foreign code,
3663     and writing performance-critical or low-level functions.
3664
3665 The standard library contains additional 'smart pointer' types beyond references
3666 and raw pointers.
3667
3668 ### Function types
3669
3670 The function type constructor `fn` forms new function types. A function type
3671 consists of a possibly-empty set of function-type modifiers (such as `unsafe`
3672 or `extern`), a sequence of input types and an output type.
3673
3674 An example of a `fn` type:
3675
3676 ```
3677 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
3678     x + y
3679 }
3680
3681 let mut x = add(5,7);
3682
3683 type Binop = fn(i32, i32) -> i32;
3684 let bo: Binop = add;
3685 x = bo(5,7);
3686 ```
3687
3688 #### Function types for specific items
3689
3690 Internal to the compiler, there are also function types that are specific to a particular
3691 function item. In the following snippet, for example, the internal types of the functions
3692 `foo` and `bar` are different, despite the fact that they have the same signature:
3693
3694 ```
3695 fn foo() { }
3696 fn bar() { }
3697 ```
3698
3699 The types of `foo` and `bar` can both be implicitly coerced to the fn
3700 pointer type `fn()`. There is currently no syntax for unique fn types,
3701 though the compiler will emit a type like `fn() {foo}` in error
3702 messages to indicate "the unique fn type for the function `foo`".
3703
3704 ### Closure types
3705
3706 A [lambda expression](#lambda-expressions) produces a closure value with
3707 a unique, anonymous type that cannot be written out.
3708
3709 Depending on the requirements of the closure, its type implements one or
3710 more of the closure traits:
3711
3712 * `FnOnce`
3713   : The closure can be called once. A closure called as `FnOnce`
3714     can move out values from its environment.
3715
3716 * `FnMut`
3717   : The closure can be called multiple times as mutable. A closure called as
3718     `FnMut` can mutate values from its environment. `FnMut` inherits from
3719     `FnOnce` (i.e. anything implementing `FnMut` also implements `FnOnce`).
3720
3721 * `Fn`
3722   : The closure can be called multiple times through a shared reference.
3723     A closure called as `Fn` can neither move out from nor mutate values
3724     from its environment. `Fn` inherits from `FnMut`, which itself
3725     inherits from `FnOnce`.
3726
3727
3728 ### Trait objects
3729
3730 In Rust, a type like `&SomeTrait` or `Box<SomeTrait>` is called a _trait object_.
3731 Each instance of a trait object includes:
3732
3733  - a pointer to an instance of a type `T` that implements `SomeTrait`
3734  - a _virtual method table_, often just called a _vtable_, which contains, for
3735    each method of `SomeTrait` that `T` implements, a pointer to `T`'s
3736    implementation (i.e. a function pointer).
3737
3738 The purpose of trait objects is to permit "late binding" of methods. Calling a
3739 method on a trait object results in virtual dispatch at runtime: that is, a
3740 function pointer is loaded from the trait object vtable and invoked indirectly.
3741 The actual implementation for each vtable entry can vary on an object-by-object
3742 basis.
3743
3744 Note that for a trait object to be instantiated, the trait must be
3745 _object-safe_. Object safety rules are defined in [RFC 255].
3746
3747 [RFC 255]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0255-object-safety.md
3748
3749 Given a pointer-typed expression `E` of type `&T` or `Box<T>`, where `T`
3750 implements trait `R`, casting `E` to the corresponding pointer type `&R` or
3751 `Box<R>` results in a value of the _trait object_ `R`. This result is
3752 represented as a pair of pointers: the vtable pointer for the `T`
3753 implementation of `R`, and the pointer value of `E`.
3754
3755 An example of a trait object:
3756
3757 ```
3758 trait Printable {
3759     fn stringify(&self) -> String;
3760 }
3761
3762 impl Printable for i32 {
3763     fn stringify(&self) -> String { self.to_string() }
3764 }
3765
3766 fn print(a: Box<Printable>) {
3767     println!("{}", a.stringify());
3768 }
3769
3770 fn main() {
3771     print(Box::new(10) as Box<Printable>);
3772 }
3773 ```
3774
3775 In this example, the trait `Printable` occurs as a trait object in both the
3776 type signature of `print`, and the cast expression in `main`.
3777
3778 ### Type parameters
3779
3780 Within the body of an item that has type parameter declarations, the names of
3781 its type parameters are types:
3782
3783 ```ignore
3784 fn to_vec<A: Clone>(xs: &[A]) -> Vec<A> {
3785     if xs.is_empty() {
3786         return vec![];
3787     }
3788     let first: A = xs[0].clone();
3789     let mut rest: Vec<A> = to_vec(&xs[1..]);
3790     rest.insert(0, first);
3791     rest
3792 }
3793 ```
3794
3795 Here, `first` has type `A`, referring to `to_vec`'s `A` type parameter; and `rest`
3796 has type `Vec<A>`, a vector with element type `A`.
3797
3798 ### Self types
3799
3800 The special type `Self` has a meaning within traits and impls. In a trait definition, it refers
3801 to an implicit type parameter representing the "implementing" type. In an impl,
3802 it is an alias for the implementing type. For example, in:
3803
3804 ```
3805 pub trait From<T> {
3806     fn from(T) -> Self;
3807 }
3808
3809 impl From<i32> for String {
3810     fn from(x: i32) -> Self {
3811         x.to_string()
3812     }
3813 }
3814 ```
3815
3816 The notation `Self` in the impl refers to the implementing type: `String`. In another
3817 example:
3818
3819 ```
3820 trait Printable {
3821     fn make_string(&self) -> String;
3822 }
3823
3824 impl Printable for String {
3825     fn make_string(&self) -> String {
3826         (*self).clone()
3827     }
3828 }
3829 ```
3830
3831 The notation `&self` is a shorthand for `self: &Self`. In this case,
3832 in the impl, `Self` refers to the value of type `String` that is the
3833 receiver for a call to the method `make_string`.
3834
3835 ## Subtyping
3836
3837 Subtyping is implicit and can occur at any stage in type checking or
3838 inference. Subtyping in Rust is very restricted and occurs only due to
3839 variance with respect to lifetimes and between types with higher ranked
3840 lifetimes. If we were to erase lifetimes from types, then the only subtyping
3841 would be due to type equality.
3842
3843 Consider the following example: string literals always have `'static`
3844 lifetime. Nevertheless, we can assign `s` to `t`:
3845
3846 ```
3847 fn bar<'a>() {
3848     let s: &'static str = "hi";
3849     let t: &'a str = s;
3850 }
3851 ```
3852 Since `'static` "lives longer" than `'a`, `&'static str` is a subtype of
3853 `&'a str`.
3854
3855 ## Type coercions
3856
3857 Coercions are defined in [RFC 401]. A coercion is implicit and has no syntax.
3858
3859 [RFC 401]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0401-coercions.md
3860
3861 ### Coercion sites
3862
3863 A coercion can only occur at certain coercion sites in a program; these are
3864 typically places where the desired type is explicit or can be derived by
3865 propagation from explicit types (without type inference). Possible coercion
3866 sites are:
3867
3868 * `let` statements where an explicit type is given.
3869
3870    For example, `42` is coerced to have type `i8` in the following:
3871
3872    ```rust
3873    let _: i8 = 42;
3874    ```
3875
3876 * `static` and `const` statements (similar to `let` statements).
3877
3878 * Arguments for function calls
3879
3880   The value being coerced is the actual parameter, and it is coerced to
3881   the type of the formal parameter.
3882
3883   For example, `42` is coerced to have type `i8` in the following:
3884
3885   ```rust
3886   fn bar(_: i8) { }
3887
3888   fn main() {
3889       bar(42);
3890   }
3891   ```
3892
3893 * Instantiations of struct or variant fields
3894
3895   For example, `42` is coerced to have type `i8` in the following:
3896
3897   ```rust
3898   struct Foo { x: i8 }
3899
3900   fn main() {
3901       Foo { x: 42 };
3902   }
3903   ```
3904
3905 * Function results, either the final line of a block if it is not
3906   semicolon-terminated or any expression in a `return` statement
3907
3908   For example, `42` is coerced to have type `i8` in the following:
3909
3910   ```rust
3911   fn foo() -> i8 {
3912       42
3913   }
3914   ```
3915
3916 If the expression in one of these coercion sites is a coercion-propagating
3917 expression, then the relevant sub-expressions in that expression are also
3918 coercion sites. Propagation recurses from these new coercion sites.
3919 Propagating expressions and their relevant sub-expressions are:
3920
3921 * Array literals, where the array has type `[U; n]`. Each sub-expression in
3922 the array literal is a coercion site for coercion to type `U`.
3923
3924 * Array literals with repeating syntax, where the array has type `[U; n]`. The
3925 repeated sub-expression is a coercion site for coercion to type `U`.
3926
3927 * Tuples, where a tuple is a coercion site to type `(U_0, U_1, ..., U_n)`.
3928 Each sub-expression is a coercion site to the respective type, e.g. the
3929 zeroth sub-expression is a coercion site to type `U_0`.
3930
3931 * Parenthesized sub-expressions (`(e)`): if the expression has type `U`, then
3932 the sub-expression is a coercion site to `U`.
3933
3934 * Blocks: if a block has type `U`, then the last expression in the block (if
3935 it is not semicolon-terminated) is a coercion site to `U`. This includes
3936 blocks which are part of control flow statements, such as `if`/`else`, if
3937 the block has a known type.
3938
3939 ### Coercion types
3940
3941 Coercion is allowed between the following types:
3942
3943 * `T` to `U` if `T` is a subtype of `U` (*reflexive case*)
3944
3945 * `T_1` to `T_3` where `T_1` coerces to `T_2` and `T_2` coerces to `T_3`
3946 (*transitive case*)
3947
3948     Note that this is not fully supported yet
3949
3950 * `&mut T` to `&T`
3951
3952 * `*mut T` to `*const T`
3953
3954 * `&T` to `*const T`
3955
3956 * `&mut T` to `*mut T`
3957
3958 * `&T` to `&U` if `T` implements `Deref<Target = U>`. For example:
3959
3960   ```rust
3961   use std::ops::Deref;
3962
3963   struct CharContainer {
3964       value: char,
3965   }
3966
3967   impl Deref for CharContainer {
3968       type Target = char;
3969
3970       fn deref<'a>(&'a self) -> &'a char {
3971           &self.value
3972       }
3973   }
3974
3975   fn foo(arg: &char) {}
3976
3977   fn main() {
3978       let x = &mut CharContainer { value: 'y' };
3979       foo(x); //&mut CharContainer is coerced to &char.
3980   }
3981   ```
3982
3983 * `&mut T` to `&mut U` if `T` implements `DerefMut<Target = U>`.
3984
3985 * TyCtor(`T`) to TyCtor(coerce_inner(`T`)), where TyCtor(`T`) is one of
3986     - `&T`
3987     - `&mut T`
3988     - `*const T`
3989     - `*mut T`
3990     - `Box<T>`
3991
3992     and where
3993     - coerce_inner(`[T, ..n]`) = `[T]`
3994     - coerce_inner(`T`) = `U` where `T` is a concrete type which implements the
3995     trait `U`.
3996
3997     In the future, coerce_inner will be recursively extended to tuples and
3998     structs. In addition, coercions from sub-traits to super-traits will be
3999     added. See [RFC 401] for more details.
4000
4001 # Special traits
4002
4003 Several traits define special evaluation behavior.
4004
4005 ## The `Copy` trait
4006
4007 The `Copy` trait changes the semantics of a type implementing it. Values whose
4008 type implements `Copy` are copied rather than moved upon assignment.
4009
4010 ## The `Sized` trait
4011
4012 The `Sized` trait indicates that the size of this type is known at compile-time.
4013
4014 ## The `Drop` trait
4015
4016 The `Drop` trait provides a destructor, to be run whenever a value of this type
4017 is to be destroyed.
4018
4019 ## The `Deref` trait
4020
4021 The `Deref<Target = U>` trait allows a type to implicitly implement all the methods
4022 of the type `U`. When attempting to resolve a method call, the compiler will search
4023 the top-level type for the implementation of the called method. If no such method is
4024 found, `.deref()` is called and the compiler continues to search for the method
4025 implementation in the returned type `U`.
4026
4027 ## The `Send` trait
4028
4029 The `Send` trait indicates that a value of this type is safe to send from one
4030 thread to another.
4031
4032 ## The `Sync` trait
4033
4034 The `Sync` trait indicates that a value of this type is safe to share between
4035 multiple threads.
4036
4037 # Memory model
4038
4039 A Rust program's memory consists of a static set of *items* and a *heap*.
4040 Immutable portions of the heap may be safely shared between threads, mutable
4041 portions may not be safely shared, but several mechanisms for effectively-safe
4042 sharing of mutable values, built on unsafe code but enforcing a safe locking
4043 discipline, exist in the standard library.
4044
4045 Allocations in the stack consist of *variables*, and allocations in the heap
4046 consist of *boxes*.
4047
4048 ### Memory allocation and lifetime
4049
4050 The _items_ of a program are those functions, modules and types that have their
4051 value calculated at compile-time and stored uniquely in the memory image of the
4052 rust process. Items are neither dynamically allocated nor freed.
4053
4054 The _heap_ is a general term that describes boxes.  The lifetime of an
4055 allocation in the heap depends on the lifetime of the box values pointing to
4056 it. Since box values may themselves be passed in and out of frames, or stored
4057 in the heap, heap allocations may outlive the frame they are allocated within.
4058 An allocation in the heap is guaranteed to reside at a single location in the
4059 heap for the whole lifetime of the allocation - it will never be relocated as
4060 a result of moving a box value.
4061
4062 ### Memory ownership
4063
4064 When a stack frame is exited, its local allocations are all released, and its
4065 references to boxes are dropped.
4066
4067 ### Variables
4068
4069 A _variable_ is a component of a stack frame, either a named function parameter,
4070 an anonymous [temporary](#lvalues-rvalues-and-temporaries), or a named local
4071 variable.
4072
4073 A _local variable_ (or *stack-local* allocation) holds a value directly,
4074 allocated within the stack's memory. The value is a part of the stack frame.
4075
4076 Local variables are immutable unless declared otherwise like: `let mut x = ...`.
4077
4078 Function parameters are immutable unless declared with `mut`. The `mut` keyword
4079 applies only to the following parameter (so `|mut x, y|` and `fn f(mut x:
4080 Box<i32>, y: Box<i32>)` declare one mutable variable `x` and one immutable
4081 variable `y`).
4082
4083 Methods that take either `self` or `Box<Self>` can optionally place them in a
4084 mutable variable by prefixing them with `mut` (similar to regular arguments):
4085
4086 ```
4087 trait Changer: Sized {
4088     fn change(mut self) {}
4089     fn modify(mut self: Box<Self>) {}
4090 }
4091 ```
4092
4093 Local variables are not initialized when allocated; the entire frame worth of
4094 local variables are allocated at once, on frame-entry, in an uninitialized
4095 state. Subsequent statements within a function may or may not initialize the
4096 local variables. Local variables can be used only after they have been
4097 initialized; this is enforced by the compiler.
4098
4099 # Linkage
4100
4101 The Rust compiler supports various methods to link crates together both
4102 statically and dynamically. This section will explore the various methods to
4103 link Rust crates together, and more information about native libraries can be
4104 found in the [FFI section of the book][ffi].
4105
4106 In one session of compilation, the compiler can generate multiple artifacts
4107 through the usage of either command line flags or the `crate_type` attribute.
4108 If one or more command line flags are specified, all `crate_type` attributes will
4109 be ignored in favor of only building the artifacts specified by command line.
4110
4111 * `--crate-type=bin`, `#[crate_type = "bin"]` - A runnable executable will be
4112   produced. This requires that there is a `main` function in the crate which
4113   will be run when the program begins executing. This will link in all Rust and
4114   native dependencies, producing a distributable binary.
4115
4116 * `--crate-type=lib`, `#[crate_type = "lib"]` - A Rust library will be produced.
4117   This is an ambiguous concept as to what exactly is produced because a library
4118   can manifest itself in several forms. The purpose of this generic `lib` option
4119   is to generate the "compiler recommended" style of library. The output library
4120   will always be usable by rustc, but the actual type of library may change from
4121   time-to-time. The remaining output types are all different flavors of
4122   libraries, and the `lib` type can be seen as an alias for one of them (but the
4123   actual one is compiler-defined).
4124
4125 * `--crate-type=dylib`, `#[crate_type = "dylib"]` - A dynamic Rust library will
4126   be produced. This is different from the `lib` output type in that this forces
4127   dynamic library generation. The resulting dynamic library can be used as a
4128   dependency for other libraries and/or executables. This output type will
4129   create `*.so` files on linux, `*.dylib` files on osx, and `*.dll` files on
4130   windows.
4131
4132 * `--crate-type=staticlib`, `#[crate_type = "staticlib"]` - A static system
4133   library will be produced. This is different from other library outputs in that
4134   the Rust compiler will never attempt to link to `staticlib` outputs. The
4135   purpose of this output type is to create a static library containing all of
4136   the local crate's code along with all upstream dependencies. The static
4137   library is actually a `*.a` archive on linux and osx and a `*.lib` file on
4138   windows. This format is recommended for use in situations such as linking
4139   Rust code into an existing non-Rust application because it will not have
4140   dynamic dependencies on other Rust code.
4141
4142 * `--crate-type=cdylib`, `#[crate_type = "cdylib"]` - A dynamic system
4143   library will be produced.  This is used when compiling Rust code as
4144   a dynamic library to be loaded from another language.  This output type will
4145   create `*.so` files on Linux, `*.dylib` files on OSX, and `*.dll` files on
4146   Windows.
4147
4148 * `--crate-type=rlib`, `#[crate_type = "rlib"]` - A "Rust library" file will be
4149   produced. This is used as an intermediate artifact and can be thought of as a
4150   "static Rust library". These `rlib` files, unlike `staticlib` files, are
4151   interpreted by the Rust compiler in future linkage. This essentially means
4152   that `rustc` will look for metadata in `rlib` files like it looks for metadata
4153   in dynamic libraries. This form of output is used to produce statically linked
4154   executables as well as `staticlib` outputs.
4155
4156 * `--crate-type=proc-macro`, `#[crate_type = "proc-macro"]` - The output
4157   produced is not specified, but if a `-L` path is provided to it then the
4158   compiler will recognize the output artifacts as a macro and it can be loaded
4159   for a program. If a crate is compiled with the `proc-macro` crate type it
4160   will forbid exporting any items in the crate other than those functions
4161   tagged `#[proc_macro_derive]` and those functions must also be placed at the
4162   crate root. Finally, the compiler will automatically set the
4163   `cfg(proc_macro)` annotation whenever any crate type of a compilation is the
4164   `proc-macro` crate type.
4165
4166 Note that these outputs are stackable in the sense that if multiple are
4167 specified, then the compiler will produce each form of output at once without
4168 having to recompile. However, this only applies for outputs specified by the
4169 same method. If only `crate_type` attributes are specified, then they will all
4170 be built, but if one or more `--crate-type` command line flags are specified,
4171 then only those outputs will be built.
4172
4173 With all these different kinds of outputs, if crate A depends on crate B, then
4174 the compiler could find B in various different forms throughout the system. The
4175 only forms looked for by the compiler, however, are the `rlib` format and the
4176 dynamic library format. With these two options for a dependent library, the
4177 compiler must at some point make a choice between these two formats. With this
4178 in mind, the compiler follows these rules when determining what format of
4179 dependencies will be used:
4180
4181 1. If a static library is being produced, all upstream dependencies are
4182    required to be available in `rlib` formats. This requirement stems from the
4183    reason that a dynamic library cannot be converted into a static format.
4184
4185    Note that it is impossible to link in native dynamic dependencies to a static
4186    library, and in this case warnings will be printed about all unlinked native
4187    dynamic dependencies.
4188
4189 2. If an `rlib` file is being produced, then there are no restrictions on what
4190    format the upstream dependencies are available in. It is simply required that
4191    all upstream dependencies be available for reading metadata from.
4192
4193    The reason for this is that `rlib` files do not contain any of their upstream
4194    dependencies. It wouldn't be very efficient for all `rlib` files to contain a
4195    copy of `libstd.rlib`!
4196
4197 3. If an executable is being produced and the `-C prefer-dynamic` flag is not
4198    specified, then dependencies are first attempted to be found in the `rlib`
4199    format. If some dependencies are not available in an rlib format, then
4200    dynamic linking is attempted (see below).
4201
4202 4. If a dynamic library or an executable that is being dynamically linked is
4203    being produced, then the compiler will attempt to reconcile the available
4204    dependencies in either the rlib or dylib format to create a final product.
4205
4206    A major goal of the compiler is to ensure that a library never appears more
4207    than once in any artifact. For example, if dynamic libraries B and C were
4208    each statically linked to library A, then a crate could not link to B and C
4209    together because there would be two copies of A. The compiler allows mixing
4210    the rlib and dylib formats, but this restriction must be satisfied.
4211
4212    The compiler currently implements no method of hinting what format a library
4213    should be linked with. When dynamically linking, the compiler will attempt to
4214    maximize dynamic dependencies while still allowing some dependencies to be
4215    linked in via an rlib.
4216
4217    For most situations, having all libraries available as a dylib is recommended
4218    if dynamically linking. For other situations, the compiler will emit a
4219    warning if it is unable to determine which formats to link each library with.
4220
4221 In general, `--crate-type=bin` or `--crate-type=lib` should be sufficient for
4222 all compilation needs, and the other options are just available if more
4223 fine-grained control is desired over the output format of a Rust crate.
4224
4225 # Unsafety
4226
4227 Unsafe operations are those that potentially violate the memory-safety
4228 guarantees of Rust's static semantics.
4229
4230 The following language level features cannot be used in the safe subset of
4231 Rust:
4232
4233 - Dereferencing a [raw pointer](#pointer-types).
4234 - Reading or writing a [mutable static variable](#mutable-statics).
4235 - Calling an unsafe function (including an intrinsic or foreign function).
4236
4237 ## Unsafe functions
4238
4239 Unsafe functions are functions that are not safe in all contexts and/or for all
4240 possible inputs. Such a function must be prefixed with the keyword `unsafe` and
4241 can only be called from an `unsafe` block or another `unsafe` function.
4242
4243 ## Unsafe blocks
4244
4245 A block of code can be prefixed with the `unsafe` keyword, to permit calling
4246 `unsafe` functions or dereferencing raw pointers within a safe function.
4247
4248 When a programmer has sufficient conviction that a sequence of potentially
4249 unsafe operations is actually safe, they can encapsulate that sequence (taken
4250 as a whole) within an `unsafe` block. The compiler will consider uses of such
4251 code safe, in the surrounding context.
4252
4253 Unsafe blocks are used to wrap foreign libraries, make direct use of hardware
4254 or implement features not directly present in the language. For example, Rust
4255 provides the language features necessary to implement memory-safe concurrency
4256 in the language but the implementation of threads and message passing is in the
4257 standard library.
4258
4259 Rust's type system is a conservative approximation of the dynamic safety
4260 requirements, so in some cases there is a performance cost to using safe code.
4261 For example, a doubly-linked list is not a tree structure and can only be
4262 represented with reference-counted pointers in safe code. By using `unsafe`
4263 blocks to represent the reverse links as raw pointers, it can be implemented
4264 with only boxes.
4265
4266 ## Behavior considered undefined
4267
4268 The following is a list of behavior which is forbidden in all Rust code,
4269 including within `unsafe` blocks and `unsafe` functions. Type checking provides
4270 the guarantee that these issues are never caused by safe code.
4271
4272 * Data races
4273 * Dereferencing a null/dangling raw pointer
4274 * Reads of [undef](http://llvm.org/docs/LangRef.html#undefined-values)
4275   (uninitialized) memory
4276 * Breaking the [pointer aliasing
4277   rules](http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointer-aliasing-rules)
4278   with raw pointers (a subset of the rules used by C)
4279 * `&mut T` and `&T` follow LLVM’s scoped [noalias] model, except if the `&T`
4280   contains an `UnsafeCell<U>`. Unsafe code must not violate these aliasing
4281   guarantees.
4282 * Mutating non-mutable data (that is, data reached through a shared reference or
4283   data owned by a `let` binding), unless that data is contained within an `UnsafeCell<U>`.
4284 * Invoking undefined behavior via compiler intrinsics:
4285   * Indexing outside of the bounds of an object with `std::ptr::offset`
4286     (`offset` intrinsic), with
4287     the exception of one byte past the end which is permitted.
4288   * Using `std::ptr::copy_nonoverlapping_memory` (`memcpy32`/`memcpy64`
4289     intrinsics) on overlapping buffers
4290 * Invalid values in primitive types, even in private fields/locals:
4291   * Dangling/null references or boxes
4292   * A value other than `false` (0) or `true` (1) in a `bool`
4293   * A discriminant in an `enum` not included in the type definition
4294   * A value in a `char` which is a surrogate or above `char::MAX`
4295   * Non-UTF-8 byte sequences in a `str`
4296 * Unwinding into Rust from foreign code or unwinding from Rust into foreign
4297   code. Rust's failure system is not compatible with exception handling in
4298   other languages. Unwinding must be caught and handled at FFI boundaries.
4299
4300 [noalias]: http://llvm.org/docs/LangRef.html#noalias
4301
4302 ## Behavior not considered unsafe
4303
4304 This is a list of behavior not considered *unsafe* in Rust terms, but that may
4305 be undesired.
4306
4307 * Deadlocks
4308 * Leaks of memory and other resources
4309 * Exiting without calling destructors
4310 * Integer overflow
4311   - Overflow is considered "unexpected" behavior and is always user-error,
4312     unless the `wrapping` primitives are used. In non-optimized builds, the compiler
4313     will insert debug checks that panic on overflow, but in optimized builds overflow
4314     instead results in wrapped values. See [RFC 560] for the rationale and more details.
4315
4316 [RFC 560]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0560-integer-overflow.md
4317
4318 # Appendix: Influences
4319
4320 Rust is not a particularly original language, with design elements coming from
4321 a wide range of sources. Some of these are listed below (including elements
4322 that have since been removed):
4323
4324 * SML, OCaml: algebraic data types, pattern matching, type inference,
4325   semicolon statement separation
4326 * C++: references, RAII, smart pointers, move semantics, monomorphization,
4327   memory model
4328 * ML Kit, Cyclone: region based memory management
4329 * Haskell (GHC): typeclasses, type families
4330 * Newsqueak, Alef, Limbo: channels, concurrency
4331 * Erlang: message passing, thread failure, ~~linked thread failure~~,
4332   ~~lightweight concurrency~~
4333 * Swift: optional bindings
4334 * Scheme: hygienic macros
4335 * C#: attributes
4336 * Ruby: ~~block syntax~~
4337 * NIL, Hermes: ~~typestate~~
4338 * [Unicode Annex #31](http://www.unicode.org/reports/tr31/): identifier and
4339   pattern syntax
4340
4341 [ffi]: book/ffi.html
4342 [plugin]: book/compiler-plugins.html
4343 [procedural macros]: book/procedural-macros.html