]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/doc/reference.md
Rollup merge of #24509 - steveklabnik:gh23962, r=nikomatsakis
[rust.git] / src / doc / reference.md
1 % The Rust Reference
2
3 # Introduction
4
5 This document is the primary reference for the Rust programming language. It
6 provides three kinds of material:
7
8   - Chapters that informally describe each language construct and their use.
9   - Chapters that informally describe the memory model, concurrency model,
10     runtime services, linkage model and debugging facilities.
11   - Appendix chapters providing rationale and references to languages that
12     influenced the design.
13
14 This document does not serve as an introduction to the language. Background
15 familiarity with the language is assumed. A separate [book] is available to
16 help acquire such background familiarity.
17
18 This document also does not serve as a reference to the [standard] library
19 included in the language distribution. Those libraries are documented
20 separately by extracting documentation attributes from their source code. Many
21 of the features that one might expect to be language features are library
22 features in Rust, so what you're looking for may be there, not here.
23
24 You may also be interested in the [grammar].
25
26 [book]: book/index.html
27 [standard]: std/index.html
28 [grammar]: grammar.html
29
30 # Notation
31
32 Rust's grammar is defined over Unicode codepoints, each conventionally denoted
33 `U+XXXX`, for 4 or more hexadecimal digits `X`. _Most_ of Rust's grammar is
34 confined to the ASCII range of Unicode, and is described in this document by a
35 dialect of Extended Backus-Naur Form (EBNF), specifically a dialect of EBNF
36 supported by common automated LL(k) parsing tools such as `llgen`, rather than
37 the dialect given in ISO 14977. The dialect can be defined self-referentially
38 as follows:
39
40 ```{.ebnf .notation}
41 grammar : rule + ;
42 rule    : nonterminal ':' productionrule ';' ;
43 productionrule : production [ '|' production ] * ;
44 production : term * ;
45 term : element repeats ;
46 element : LITERAL | IDENTIFIER | '[' productionrule ']' ;
47 repeats : [ '*' | '+' ] NUMBER ? | NUMBER ? | '?' ;
48 ```
49
50 Where:
51
52 - Whitespace in the grammar is ignored.
53 - Square brackets are used to group rules.
54 - `LITERAL` is a single printable ASCII character, or an escaped hexadecimal
55   ASCII code of the form `\xQQ`, in single quotes, denoting the corresponding
56   Unicode codepoint `U+00QQ`.
57 - `IDENTIFIER` is a nonempty string of ASCII letters and underscores.
58 - The `repeat` forms apply to the adjacent `element`, and are as follows:
59   - `?` means zero or one repetition
60   - `*` means zero or more repetitions
61   - `+` means one or more repetitions
62   - NUMBER trailing a repeat symbol gives a maximum repetition count
63   - NUMBER on its own gives an exact repetition count
64
65 This EBNF dialect should hopefully be familiar to many readers.
66
67 ## Unicode productions
68
69 A few productions in Rust's grammar permit Unicode codepoints outside the ASCII
70 range. We define these productions in terms of character properties specified
71 in the Unicode standard, rather than in terms of ASCII-range codepoints. The
72 section [Special Unicode Productions](#special-unicode-productions) lists these
73 productions.
74
75 ## String table productions
76
77 Some rules in the grammar — notably [unary
78 operators](#unary-operator-expressions), [binary
79 operators](#binary-operator-expressions), and [keywords](#keywords) — are
80 given in a simplified form: as a listing of a table of unquoted, printable
81 whitespace-separated strings. These cases form a subset of the rules regarding
82 the [token](#tokens) rule, and are assumed to be the result of a
83 lexical-analysis phase feeding the parser, driven by a DFA, operating over the
84 disjunction of all such string table entries.
85
86 When such a string enclosed in double-quotes (`"`) occurs inside the grammar,
87 it is an implicit reference to a single member of such a string table
88 production. See [tokens](#tokens) for more information.
89
90 # Lexical structure
91
92 ## Input format
93
94 Rust input is interpreted as a sequence of Unicode codepoints encoded in UTF-8.
95 Most Rust grammar rules are defined in terms of printable ASCII-range
96 codepoints, but a small number are defined in terms of Unicode properties or
97 explicit codepoint lists. [^inputformat]
98
99 [^inputformat]: Substitute definitions for the special Unicode productions are
100   provided to the grammar verifier, restricted to ASCII range, when verifying the
101   grammar in this document.
102
103 ## Special Unicode Productions
104
105 The following productions in the Rust grammar are defined in terms of Unicode
106 properties: `ident`, `non_null`, `non_star`, `non_eol`, `non_slash_or_star`,
107 `non_single_quote` and `non_double_quote`.
108
109 ### Identifiers
110
111 The `ident` production is any nonempty Unicode string of the following form:
112
113 - The first character has property `XID_start`
114 - The remaining characters have property `XID_continue`
115
116 that does _not_ occur in the set of [keywords](#keywords).
117
118 > **Note**: `XID_start` and `XID_continue` as character properties cover the
119 > character ranges used to form the more familiar C and Java language-family
120 > identifiers.
121
122 ### Delimiter-restricted productions
123
124 Some productions are defined by exclusion of particular Unicode characters:
125
126 - `non_null` is any single Unicode character aside from `U+0000` (null)
127 - `non_eol` is `non_null` restricted to exclude `U+000A` (`'\n'`)
128 - `non_star` is `non_null` restricted to exclude `U+002A` (`*`)
129 - `non_slash_or_star` is `non_null` restricted to exclude `U+002F` (`/`) and `U+002A` (`*`)
130 - `non_single_quote` is `non_null` restricted to exclude `U+0027`  (`'`)
131 - `non_double_quote` is `non_null` restricted to exclude `U+0022` (`"`)
132
133 ## Comments
134
135 ```{.ebnf .gram}
136 comment : block_comment | line_comment ;
137 block_comment : "/*" block_comment_body * "*/" ;
138 block_comment_body : [block_comment | character] * ;
139 line_comment : "//" non_eol * ;
140 ```
141
142 Comments in Rust code follow the general C++ style of line and block-comment
143 forms. Nested block comments are supported.
144
145 Line comments beginning with exactly _three_ slashes (`///`), and block
146 comments beginning with exactly one repeated asterisk in the block-open
147 sequence (`/**`), are interpreted as a special syntax for `doc`
148 [attributes](#attributes). That is, they are equivalent to writing
149 `#[doc="..."]` around the body of the comment (this includes the comment
150 characters themselves, ie `/// Foo` turns into `#[doc="/// Foo"]`).
151
152 `//!` comments apply to the parent of the comment, rather than the item that
153 follows. `//!` comments are usually used to display information on the crate
154 index page.
155
156 Non-doc comments are interpreted as a form of whitespace.
157
158 ## Whitespace
159
160 ```{.ebnf .gram}
161 whitespace_char : '\x20' | '\x09' | '\x0a' | '\x0d' ;
162 whitespace : [ whitespace_char | comment ] + ;
163 ```
164
165 The `whitespace_char` production is any nonempty Unicode string consisting of
166 any of the following Unicode characters: `U+0020` (space, `' '`), `U+0009`
167 (tab, `'\t'`), `U+000A` (LF, `'\n'`), `U+000D` (CR, `'\r'`).
168
169 Rust is a "free-form" language, meaning that all forms of whitespace serve only
170 to separate _tokens_ in the grammar, and have no semantic significance.
171
172 A Rust program has identical meaning if each whitespace element is replaced
173 with any other legal whitespace element, such as a single space character.
174
175 ## Tokens
176
177 ```{.ebnf .gram}
178 simple_token : keyword | unop | binop ;
179 token : simple_token | ident | literal | symbol | whitespace token ;
180 ```
181
182 Tokens are primitive productions in the grammar defined by regular
183 (non-recursive) languages. "Simple" tokens are given in [string table
184 production](#string-table-productions) form, and occur in the rest of the
185 grammar as double-quoted strings. Other tokens have exact rules given.
186
187 ### Keywords
188
189 <p id="keyword-table-marker"></p>
190
191 |          |          |          |          |         |
192 |----------|----------|----------|----------|---------|
193 | abstract | alignof  | as       | become   | box     |
194 | break    | const    | continue | crate    | do      |
195 | else     | enum     | extern   | false    | final   |
196 | fn       | for      | if       | impl     | in      |
197 | let      | loop     | macro    | match    | mod     |
198 | move     | mut      | offsetof | override | priv    |
199 | pub      | pure     | ref      | return   | sizeof  |
200 | static   | self     | struct   | super    | true    |
201 | trait    | type     | typeof   | unsafe   | unsized |
202 | use      | virtual  | where    | while    | yield   |
203
204
205 Each of these keywords has special meaning in its grammar, and all of them are
206 excluded from the `ident` rule.
207
208 Note that some of these keywords are reserved, and do not currently do
209 anything.
210
211 ### Literals
212
213 A literal is an expression consisting of a single token, rather than a sequence
214 of tokens, that immediately and directly denotes the value it evaluates to,
215 rather than referring to it by name or some other evaluation rule. A literal is
216 a form of constant expression, so is evaluated (primarily) at compile time.
217
218 ```{.ebnf .gram}
219 lit_suffix : ident;
220 literal : [ string_lit | char_lit | byte_string_lit | byte_lit | num_lit ] lit_suffix ?;
221 ```
222
223 The optional suffix is only used for certain numeric literals, but is
224 reserved for future extension, that is, the above gives the lexical
225 grammar, but a Rust parser will reject everything but the 12 special
226 cases mentioned in [Number literals](#number-literals) below.
227
228 #### Examples
229
230 ##### Characters and strings
231
232 |                                              | Example         | `#` sets   | Characters  | Escapes             |
233 |----------------------------------------------|-----------------|------------|-------------|---------------------|
234 | [Character](#character-literals)             | `'H'`           | `N/A`      | All Unicode | `\'` & [Byte](#byte-escapes) & [Unicode](#unicode-escapes) |
235 | [String](#string-literals)                   | `"hello"`       | `N/A`      | All Unicode | `\"` & [Byte](#byte-escapes) & [Unicode](#unicode-escapes) |
236 | [Raw](#raw-string-literals)                  | `r#"hello"#`    | `0...`     | All Unicode | `N/A`                                                      |
237 | [Byte](#byte-literals)                       | `b'H'`          | `N/A`      | All ASCII   | `\'` & [Byte](#byte-escapes)                               |
238 | [Byte string](#byte-string-literals)         | `b"hello"`      | `N/A`      | All ASCII   | `\"` & [Byte](#byte-escapes)                               |
239 | [Raw byte string](#raw-byte-string-literals) | `br#"hello"#`   | `0...`     | All ASCII   | `N/A`                                                      |
240
241 ##### Byte escapes
242
243 |   | Name |
244 |---|------|
245 | `\x7F` | 8-bit character code (exactly 2 digits) |
246 | `\n` | Newline |
247 | `\r` | Carriage return |
248 | `\t` | Tab |
249 | `\\` | Backslash |
250
251 ##### Unicode escapes
252 |   | Name |
253 |---|------|
254 | `\u{7FFF}` | 24-bit Unicode character code (up to 6 digits) |
255
256 ##### Numbers
257
258 | [Number literals](#number-literals)`*` | Example | Exponentiation | Suffixes |
259 |----------------------------------------|---------|----------------|----------|
260 | Decimal integer | `98_222` | `N/A` | Integer suffixes |
261 | Hex integer | `0xff` | `N/A` | Integer suffixes |
262 | Octal integer | `0o77` | `N/A` | Integer suffixes |
263 | Binary integer | `0b1111_0000` | `N/A` | Integer suffixes |
264 | Floating-point | `123.0E+77` | `Optional` | Floating-point suffixes |
265
266 `*` All number literals allow `_` as a visual separator: `1_234.0E+18f64`
267
268 ##### Suffixes
269 | Integer | Floating-point |
270 |---------|----------------|
271 | `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64`, `is` (`isize`), `us` (`usize`) | `f32`, `f64` |
272
273 #### Character and string literals
274
275 ```{.ebnf .gram}
276 char_lit : '\x27' char_body '\x27' ;
277 string_lit : '"' string_body * '"' | 'r' raw_string ;
278
279 char_body : non_single_quote
280           | '\x5c' [ '\x27' | common_escape | unicode_escape ] ;
281
282 string_body : non_double_quote
283             | '\x5c' [ '\x22' | common_escape | unicode_escape ] ;
284 raw_string : '"' raw_string_body '"' | '#' raw_string '#' ;
285
286 common_escape : '\x5c'
287               | 'n' | 'r' | 't' | '0'
288               | 'x' hex_digit 2
289
290 unicode_escape : 'u' '{' hex_digit+ 6 '}';
291
292 hex_digit : 'a' | 'b' | 'c' | 'd' | 'e' | 'f'
293           | 'A' | 'B' | 'C' | 'D' | 'E' | 'F'
294           | dec_digit ;
295 oct_digit : '0' | '1' | '2' | '3' | '4' | '5' | '6' | '7' ;
296 dec_digit : '0' | nonzero_dec ;
297 nonzero_dec: '1' | '2' | '3' | '4'
298            | '5' | '6' | '7' | '8' | '9' ;
299 ```
300
301 ##### Character literals
302
303 A _character literal_ is a single Unicode character enclosed within two
304 `U+0027` (single-quote) characters, with the exception of `U+0027` itself,
305 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`).
306
307 ##### String literals
308
309 A _string literal_ is a sequence of any Unicode characters enclosed within two
310 `U+0022` (double-quote) characters, with the exception of `U+0022` itself,
311 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`), or a _raw
312 string literal_.
313
314 A multi-line string literal may be defined by terminating each line with a
315 `U+005C` character (`\`) immediately before the newline. This causes the
316 `U+005C` character, the newline, and all whitespace at the beginning of the
317 next line to be ignored.
318
319 ```rust
320 let a = "foobar";
321 let b = "foo\
322          bar";
323
324 assert_eq!(a,b);
325 ```
326
327 ##### Character escapes
328
329 Some additional _escapes_ are available in either character or non-raw string
330 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
331 following forms:
332
333 * An _8-bit codepoint escape_ escape starts with `U+0078` (`x`) and is
334   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the Unicode codepoint
335   equal to the provided hex value.
336 * A _24-bit codepoint escape_ starts with `U+0075` (`u`) and is followed
337   by up to six _hex digits_ surrounded by braces `U+007B` (`{`) and `U+007D`
338   (`}`). It denotes the Unicode codepoint equal to the provided hex value.
339 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
340   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the unicode values `U+000A` (LF),
341   `U+000D` (CR) or `U+0009` (HT) respectively.
342 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
343   escaped in order to denote *itself*.
344
345 ##### Raw string literals
346
347 Raw string literals do not process any escapes. They start with the character
348 `U+0072` (`r`), followed by zero or more of the character `U+0023` (`#`) and a
349 `U+0022` (double-quote) character. The _raw string body_ is not defined in the
350 EBNF grammar above: it can contain any sequence of Unicode characters and is
351 terminated only by another `U+0022` (double-quote) character, followed by the
352 same number of `U+0023` (`#`) characters that preceded the opening `U+0022`
353 (double-quote) character.
354
355 All Unicode characters contained in the raw string body represent themselves,
356 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
357 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
358 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
359
360 Examples for string literals:
361
362 ```
363 "foo"; r"foo";                     // foo
364 "\"foo\""; r#""foo""#;             // "foo"
365
366 "foo #\"# bar";
367 r##"foo #"# bar"##;                // foo #"# bar
368
369 "\x52"; "R"; r"R";                 // R
370 "\\x52"; r"\x52";                  // \x52
371 ```
372
373 #### Byte and byte string literals
374
375 ```{.ebnf .gram}
376 byte_lit : "b\x27" byte_body '\x27' ;
377 byte_string_lit : "b\x22" string_body * '\x22' | "br" raw_byte_string ;
378
379 byte_body : ascii_non_single_quote
380           | '\x5c' [ '\x27' | common_escape ] ;
381
382 byte_string_body : ascii_non_double_quote
383             | '\x5c' [ '\x22' | common_escape ] ;
384 raw_byte_string : '"' raw_byte_string_body '"' | '#' raw_byte_string '#' ;
385
386 ```
387
388 ##### Byte literals
389
390 A _byte literal_ is a single ASCII character (in the `U+0000` to `U+007F`
391 range) enclosed within two `U+0027` (single-quote) characters, with the
392 exception of `U+0027` itself, which must be _escaped_ by a preceding U+005C
393 character (`\`), or a single _escape_. It is equivalent to a `u8` unsigned
394 8-bit integer _number literal_.
395
396 ##### Byte string literals
397
398 A non-raw _byte string literal_ is a sequence of ASCII characters and _escapes_,
399 preceded by the characters `U+0062` (`b`) and `U+0022` (double-quote), and
400 followed by the character `U+0022`. If the character `U+0022` is present within
401 the literal, it must be _escaped_ by a preceding `U+005C` (`\`) character.
402 Alternatively, a byte string literal can be a _raw byte string literal_, defined
403 below. A byte string literal is equivalent to a `&'static [u8]` borrowed array
404 of unsigned 8-bit integers.
405
406 Some additional _escapes_ are available in either byte or non-raw byte string
407 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
408 following forms:
409
410 * An _byte escape_ escape starts with `U+0078` (`x`) and is
411   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the byte
412   equal to the provided hex value.
413 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
414   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the bytes values `0x0A` (ASCII LF),
415   `0x0D` (ASCII CR) or `0x09` (ASCII HT) respectively.
416 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
417   escaped in order to denote its ASCII encoding `0x5C`.
418
419 ##### Raw byte string literals
420
421 Raw byte string literals do not process any escapes. They start with the
422 character `U+0062` (`b`), followed by `U+0072` (`r`), followed by zero or more
423 of the character `U+0023` (`#`), and a `U+0022` (double-quote) character. The
424 _raw string body_ is not defined in the EBNF grammar above: it can contain any
425 sequence of ASCII characters and is terminated only by another `U+0022`
426 (double-quote) character, followed by the same number of `U+0023` (`#`)
427 characters that preceded the opening `U+0022` (double-quote) character. A raw
428 byte string literal can not contain any non-ASCII byte.
429
430 All characters contained in the raw string body represent their ASCII encoding,
431 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
432 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
433 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
434
435 Examples for byte string literals:
436
437 ```
438 b"foo"; br"foo";                     // foo
439 b"\"foo\""; br#""foo""#;             // "foo"
440
441 b"foo #\"# bar";
442 br##"foo #"# bar"##;                 // foo #"# bar
443
444 b"\x52"; b"R"; br"R";                // R
445 b"\\x52"; br"\x52";                  // \x52
446 ```
447
448 #### Number literals
449
450 ```{.ebnf .gram}
451 num_lit : nonzero_dec [ dec_digit | '_' ] * float_suffix ?
452         | '0' [       [ dec_digit | '_' ] * float_suffix ?
453               | 'b'   [ '1' | '0' | '_' ] +
454               | 'o'   [ oct_digit | '_' ] +
455               | 'x'   [ hex_digit | '_' ] +  ] ;
456
457 float_suffix : [ exponent | '.' dec_lit exponent ? ] ? ;
458
459 exponent : ['E' | 'e'] ['-' | '+' ] ? dec_lit ;
460 dec_lit : [ dec_digit | '_' ] + ;
461 ```
462
463 A _number literal_ is either an _integer literal_ or a _floating-point
464 literal_. The grammar for recognizing the two kinds of literals is mixed.
465
466 ##### Integer literals
467
468 An _integer literal_ has one of four forms:
469
470 * A _decimal literal_ starts with a *decimal digit* and continues with any
471   mixture of *decimal digits* and _underscores_.
472 * A _hex literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0078`
473   (`0x`) and continues as any mixture of hex digits and underscores.
474 * An _octal literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+006F`
475   (`0o`) and continues as any mixture of octal digits and underscores.
476 * A _binary literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0062`
477   (`0b`) and continues as any mixture of binary digits and underscores.
478
479 Like any literal, an integer literal may be followed (immediately,
480 without any spaces) by an _integer suffix_, which forcibly sets the
481 type of the literal. The integer suffix must be the name of one of the
482 integral types: `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64`,
483 `isize`, or `usize`.
484
485 The type of an _unsuffixed_ integer literal is determined by type inference.
486 If an integer type can be _uniquely_ determined from the surrounding program
487 context, the unsuffixed integer literal has that type. If the program context
488 underconstrains the type, it defaults to the signed 32-bit integer `i32`; if
489 the program context overconstrains the type, it is considered a static type
490 error.
491
492 Examples of integer literals of various forms:
493
494 ```
495 123i32;                            // type i32
496 123u32;                            // type u32
497 123_u32;                           // type u32
498 0xff_u8;                           // type u8
499 0o70_i16;                          // type i16
500 0b1111_1111_1001_0000_i32;         // type i32
501 0usize;                            // type usize
502 ```
503
504 ##### Floating-point literals
505
506 A _floating-point literal_ has one of two forms:
507
508 * A _decimal literal_ followed by a period character `U+002E` (`.`). This is
509   optionally followed by another decimal literal, with an optional _exponent_.
510 * A single _decimal literal_ followed by an _exponent_.
511
512 By default, a floating-point literal has a generic type, and, like integer
513 literals, the type must be uniquely determined from the context. There are two valid
514 _floating-point suffixes_, `f32` and `f64` (the 32-bit and 64-bit floating point
515 types), which explicitly determine the type of the literal.
516
517 Examples of floating-point literals of various forms:
518
519 ```
520 123.0f64;        // type f64
521 0.1f64;          // type f64
522 0.1f32;          // type f32
523 12E+99_f64;      // type f64
524 let x: f64 = 2.; // type f64
525 ```
526
527 This last example is different because it is not possible to use the suffix
528 syntax with a floating point literal ending in a period. `2.f64` would attempt
529 to call a method named `f64` on `2`.
530
531 The representation semantics of floating-point numbers are described in
532 ["Machine Types"](#machine-types).
533
534 #### Boolean literals
535
536 The two values of the boolean type are written `true` and `false`.
537
538 ### Symbols
539
540 ```{.ebnf .gram}
541 symbol : "::" | "->"
542        | '#' | '[' | ']' | '(' | ')' | '{' | '}'
543        | ',' | ';' ;
544 ```
545
546 Symbols are a general class of printable [token](#tokens) that play structural
547 roles in a variety of grammar productions. They are catalogued here for
548 completeness as the set of remaining miscellaneous printable tokens that do not
549 otherwise appear as [unary operators](#unary-operator-expressions), [binary
550 operators](#binary-operator-expressions), or [keywords](#keywords).
551
552
553 ## Paths
554
555 ```{.ebnf .gram}
556 expr_path : [ "::" ] ident [ "::" expr_path_tail ] + ;
557 expr_path_tail : '<' type_expr [ ',' type_expr ] + '>'
558                | expr_path ;
559
560 type_path : ident [ type_path_tail ] + ;
561 type_path_tail : '<' type_expr [ ',' type_expr ] + '>'
562                | "::" type_path ;
563 ```
564
565 A _path_ is a sequence of one or more path components _logically_ separated by
566 a namespace qualifier (`::`). If a path consists of only one component, it may
567 refer to either an [item](#items) or a [slot](#memory-slots) in a local control
568 scope. If a path has multiple components, it refers to an item.
569
570 Every item has a _canonical path_ within its crate, but the path naming an item
571 is only meaningful within a given crate. There is no global namespace across
572 crates; an item's canonical path merely identifies it within the crate.
573
574 Two examples of simple paths consisting of only identifier components:
575
576 ```{.ignore}
577 x;
578 x::y::z;
579 ```
580
581 Path components are usually [identifiers](#identifiers), but the trailing
582 component of a path may be an angle-bracket-enclosed list of type arguments. In
583 [expression](#expressions) context, the type argument list is given after a
584 final (`::`) namespace qualifier in order to disambiguate it from a relational
585 expression involving the less-than symbol (`<`). In type expression context,
586 the final namespace qualifier is omitted.
587
588 Two examples of paths with type arguments:
589
590 ```
591 # struct HashMap<K, V>(K,V);
592 # fn f() {
593 # fn id<T>(t: T) -> T { t }
594 type T = HashMap<i32,String>; // Type arguments used in a type expression
595 let x  = id::<i32>(10);       // Type arguments used in a call expression
596 # }
597 ```
598
599 Paths can be denoted with various leading qualifiers to change the meaning of
600 how it is resolved:
601
602 * Paths starting with `::` are considered to be global paths where the
603   components of the path start being resolved from the crate root. Each
604   identifier in the path must resolve to an item.
605
606 ```rust
607 mod a {
608     pub fn foo() {}
609 }
610 mod b {
611     pub fn foo() {
612         ::a::foo(); // call a's foo function
613     }
614 }
615 # fn main() {}
616 ```
617
618 * Paths starting with the keyword `super` begin resolution relative to the
619   parent module. Each further identifier must resolve to an item.
620
621 ```rust
622 mod a {
623     pub fn foo() {}
624 }
625 mod b {
626     pub fn foo() {
627         super::a::foo(); // call a's foo function
628     }
629 }
630 # fn main() {}
631 ```
632
633 * Paths starting with the keyword `self` begin resolution relative to the
634   current module. Each further identifier must resolve to an item.
635
636 ```rust
637 fn foo() {}
638 fn bar() {
639     self::foo();
640 }
641 # fn main() {}
642 ```
643
644 # Syntax extensions
645
646 A number of minor features of Rust are not central enough to have their own
647 syntax, and yet are not implementable as functions. Instead, they are given
648 names, and invoked through a consistent syntax: `some_extension!(...)`.
649
650 Users of `rustc` can define new syntax extensions in two ways:
651
652 * [Compiler plugins][plugin] can include arbitrary
653   Rust code that manipulates syntax trees at compile time.
654
655 * [Macros](book/macros.html) define new syntax in a higher-level,
656   declarative way.
657
658 ## Macros
659
660 ```{.ebnf .gram}
661 expr_macro_rules : "macro_rules" '!' ident '(' macro_rule * ')' ;
662 macro_rule : '(' matcher * ')' "=>" '(' transcriber * ')' ';' ;
663 matcher : '(' matcher * ')' | '[' matcher * ']'
664         | '{' matcher * '}' | '$' ident ':' ident
665         | '$' '(' matcher * ')' sep_token? [ '*' | '+' ]
666         | non_special_token ;
667 transcriber : '(' transcriber * ')' | '[' transcriber * ']'
668             | '{' transcriber * '}' | '$' ident
669             | '$' '(' transcriber * ')' sep_token? [ '*' | '+' ]
670             | non_special_token ;
671 ```
672
673 `macro_rules` allows users to define syntax extension in a declarative way.  We
674 call such extensions "macros by example" or simply "macros" â€” to be distinguished
675 from the "procedural macros" defined in [compiler plugins][plugin].
676
677 Currently, macros can expand to expressions, statements, items, or patterns.
678
679 (A `sep_token` is any token other than `*` and `+`. A `non_special_token` is
680 any token other than a delimiter or `$`.)
681
682 The macro expander looks up macro invocations by name, and tries each macro
683 rule in turn. It transcribes the first successful match. Matching and
684 transcription are closely related to each other, and we will describe them
685 together.
686
687 ### Macro By Example
688
689 The macro expander matches and transcribes every token that does not begin with
690 a `$` literally, including delimiters. For parsing reasons, delimiters must be
691 balanced, but they are otherwise not special.
692
693 In the matcher, `$` _name_ `:` _designator_ matches the nonterminal in the Rust
694 syntax named by _designator_. Valid designators are `item`, `block`, `stmt`,
695 `pat`, `expr`, `ty` (type), `ident`, `path`, `tt` (either side of the `=>`
696 in macro rules). In the transcriber, the designator is already known, and so
697 only the name of a matched nonterminal comes after the dollar sign.
698
699 In both the matcher and transcriber, the Kleene star-like operator indicates
700 repetition. The Kleene star operator consists of `$` and parens, optionally
701 followed by a separator token, followed by `*` or `+`. `*` means zero or more
702 repetitions, `+` means at least one repetition. The parens are not matched or
703 transcribed. On the matcher side, a name is bound to _all_ of the names it
704 matches, in a structure that mimics the structure of the repetition encountered
705 on a successful match. The job of the transcriber is to sort that structure
706 out.
707
708 The rules for transcription of these repetitions are called "Macro By Example".
709 Essentially, one "layer" of repetition is discharged at a time, and all of them
710 must be discharged by the time a name is transcribed. Therefore, `( $( $i:ident
711 ),* ) => ( $i )` is an invalid macro, but `( $( $i:ident ),* ) => ( $( $i:ident
712 ),*  )` is acceptable (if trivial).
713
714 When Macro By Example encounters a repetition, it examines all of the `$`
715 _name_ s that occur in its body. At the "current layer", they all must repeat
716 the same number of times, so ` ( $( $i:ident ),* ; $( $j:ident ),* ) => ( $(
717 ($i,$j) ),* )` is valid if given the argument `(a,b,c ; d,e,f)`, but not
718 `(a,b,c ; d,e)`. The repetition walks through the choices at that layer in
719 lockstep, so the former input transcribes to `( (a,d), (b,e), (c,f) )`.
720
721 Nested repetitions are allowed.
722
723 ### Parsing limitations
724
725 The parser used by the macro system is reasonably powerful, but the parsing of
726 Rust syntax is restricted in two ways:
727
728 1. The parser will always parse as much as possible. If it attempts to match
729    `$i:expr [ , ]` against `8 [ , ]`, it will attempt to parse `i` as an array
730    index operation and fail. Adding a separator can solve this problem.
731 2. The parser must have eliminated all ambiguity by the time it reaches a `$`
732    _name_ `:` _designator_. This requirement most often affects name-designator
733    pairs when they occur at the beginning of, or immediately after, a `$(...)*`;
734    requiring a distinctive token in front can solve the problem.
735
736 # Crates and source files
737
738 Rust is a *compiled* language. Its semantics obey a *phase distinction*
739 between compile-time and run-time. Those semantic rules that have a *static
740 interpretation* govern the success or failure of compilation. We refer to
741 these rules as "static semantics". Semantic rules called "dynamic semantics"
742 govern the behavior of programs at run-time. A program that fails to compile
743 due to violation of a compile-time rule has no defined dynamic semantics; the
744 compiler should halt with an error report, and produce no executable artifact.
745
746 The compilation model centers on artifacts called _crates_. Each compilation
747 processes a single crate in source form, and if successful, produces a single
748 crate in binary form: either an executable or a library.[^cratesourcefile]
749
750 [^cratesourcefile]: A crate is somewhat analogous to an *assembly* in the
751     ECMA-335 CLI model, a *library* in the SML/NJ Compilation Manager, a *unit*
752     in the Owens and Flatt module system, or a *configuration* in Mesa.
753
754 A _crate_ is a unit of compilation and linking, as well as versioning,
755 distribution and runtime loading. A crate contains a _tree_ of nested
756 [module](#modules) scopes. The top level of this tree is a module that is
757 anonymous (from the point of view of paths within the module) and any item
758 within a crate has a canonical [module path](#paths) denoting its location
759 within the crate's module tree.
760
761 The Rust compiler is always invoked with a single source file as input, and
762 always produces a single output crate. The processing of that source file may
763 result in other source files being loaded as modules. Source files have the
764 extension `.rs`.
765
766 A Rust source file describes a module, the name and location of which &mdash;
767 in the module tree of the current crate &mdash; are defined from outside the
768 source file: either by an explicit `mod_item` in a referencing source file, or
769 by the name of the crate itself.
770
771 Each source file contains a sequence of zero or more `item` definitions, and
772 may optionally begin with any number of `attributes` that apply to the
773 containing module. Attributes on the anonymous crate module define important
774 metadata that influences the behavior of the compiler.
775
776 ```no_run
777 // Crate name
778 #![crate_name = "projx"]
779
780 // Specify the output type
781 #![crate_type = "lib"]
782
783 // Turn on a warning
784 #![warn(non_camel_case_types)]
785 ```
786
787 A crate that contains a `main` function can be compiled to an executable. If a
788 `main` function is present, its return type must be [`unit`](#primitive-types)
789 and it must take no arguments.
790
791 # Items and attributes
792
793 Crates contain [items](#items), each of which may have some number of
794 [attributes](#attributes) attached to it.
795
796 ## Items
797
798 ```{.ebnf .gram}
799 item : extern_crate_decl | use_decl | mod_item | fn_item | type_item
800      | struct_item | enum_item | static_item | trait_item | impl_item
801      | extern_block ;
802 ```
803
804 An _item_ is a component of a crate. Items are organized within a crate by a
805 nested set of [modules](#modules). Every crate has a single "outermost"
806 anonymous module; all further items within the crate have [paths](#paths)
807 within the module tree of the crate.
808
809 Items are entirely determined at compile-time, generally remain fixed during
810 execution, and may reside in read-only memory.
811
812 There are several kinds of item:
813
814 * [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations)
815 * [`use` declarations](#use-declarations)
816 * [modules](#modules)
817 * [functions](#functions)
818 * [type definitions](#type-definitions)
819 * [structures](#structures)
820 * [enumerations](#enumerations)
821 * [static items](#static-items)
822 * [traits](#traits)
823 * [implementations](#implementations)
824
825 Some items form an implicit scope for the declaration of sub-items. In other
826 words, within a function or module, declarations of items can (in many cases)
827 be mixed with the statements, control blocks, and similar artifacts that
828 otherwise compose the item body. The meaning of these scoped items is the same
829 as if the item was declared outside the scope &mdash; it is still a static item
830 &mdash; except that the item's *path name* within the module namespace is
831 qualified by the name of the enclosing item, or is private to the enclosing
832 item (in the case of functions). The grammar specifies the exact locations in
833 which sub-item declarations may appear.
834
835 ### Type Parameters
836
837 All items except modules may be *parameterized* by type. Type parameters are
838 given as a comma-separated list of identifiers enclosed in angle brackets
839 (`<...>`), after the name of the item and before its definition. The type
840 parameters of an item are considered "part of the name", not part of the type
841 of the item. A referencing [path](#paths) must (in principle) provide type
842 arguments as a list of comma-separated types enclosed within angle brackets, in
843 order to refer to the type-parameterized item. In practice, the type-inference
844 system can usually infer such argument types from context. There are no
845 general type-parametric types, only type-parametric items. That is, Rust has
846 no notion of type abstraction: there are no first-class "forall" types.
847
848 ### Modules
849
850 ```{.ebnf .gram}
851 mod_item : "mod" ident ( ';' | '{' mod '}' );
852 mod : item * ;
853 ```
854
855 A module is a container for zero or more [items](#items).
856
857 A _module item_ is a module, surrounded in braces, named, and prefixed with the
858 keyword `mod`. A module item introduces a new, named module into the tree of
859 modules making up a crate. Modules can nest arbitrarily.
860
861 An example of a module:
862
863 ```
864 mod math {
865     type Complex = (f64, f64);
866     fn sin(f: f64) -> f64 {
867         /* ... */
868 # panic!();
869     }
870     fn cos(f: f64) -> f64 {
871         /* ... */
872 # panic!();
873     }
874     fn tan(f: f64) -> f64 {
875         /* ... */
876 # panic!();
877     }
878 }
879 ```
880
881 Modules and types share the same namespace. Declaring a named type with
882 the same name as a module in scope is forbidden: that is, a type definition,
883 trait, struct, enumeration, or type parameter can't shadow the name of a module
884 in scope, or vice versa.
885
886 A module without a body is loaded from an external file, by default with the
887 same name as the module, plus the `.rs` extension. When a nested submodule is
888 loaded from an external file, it is loaded from a subdirectory path that
889 mirrors the module hierarchy.
890
891 ```{.ignore}
892 // Load the `vec` module from `vec.rs`
893 mod vec;
894
895 mod thread {
896     // Load the `local_data` module from `thread/local_data.rs`
897     mod local_data;
898 }
899 ```
900
901 The directories and files used for loading external file modules can be
902 influenced with the `path` attribute.
903
904 ```{.ignore}
905 #[path = "thread_files"]
906 mod thread {
907     // Load the `local_data` module from `thread_files/tls.rs`
908     #[path = "tls.rs"]
909     mod local_data;
910 }
911 ```
912
913 ##### Extern crate declarations
914
915 ```{.ebnf .gram}
916 extern_crate_decl : "extern" "crate" crate_name
917 crate_name: ident | ( string_lit "as" ident )
918 ```
919
920 An _`extern crate` declaration_ specifies a dependency on an external crate.
921 The external crate is then bound into the declaring scope as the `ident`
922 provided in the `extern_crate_decl`.
923
924 The external crate is resolved to a specific `soname` at compile time, and a
925 runtime linkage requirement to that `soname` is passed to the linker for
926 loading at runtime. The `soname` is resolved at compile time by scanning the
927 compiler's library path and matching the optional `crateid` provided as a
928 string literal against the `crateid` attributes that were declared on the
929 external crate when it was compiled. If no `crateid` is provided, a default
930 `name` attribute is assumed, equal to the `ident` given in the
931 `extern_crate_decl`.
932
933 Three examples of `extern crate` declarations:
934
935 ```{.ignore}
936 extern crate pcre;
937
938 extern crate std; // equivalent to: extern crate std as std;
939
940 extern crate std as ruststd; // linking to 'std' under another name
941 ```
942
943 ##### Use declarations
944
945 ```{.ebnf .gram}
946 use_decl : "pub" ? "use" [ path "as" ident
947                           | path_glob ] ;
948
949 path_glob : ident [ "::" [ path_glob
950                           | '*' ] ] ?
951           | '{' path_item [ ',' path_item ] * '}' ;
952
953 path_item : ident | "self" ;
954 ```
955
956 A _use declaration_ creates one or more local name bindings synonymous with
957 some other [path](#paths). Usually a `use` declaration is used to shorten the
958 path required to refer to a module item. These declarations may appear at the
959 top of [modules](#modules) and [blocks](#blocks).
960
961 > **Note**: Unlike in many languages,
962 > `use` declarations in Rust do *not* declare linkage dependency with external crates.
963 > Rather, [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations) declare linkage dependencies.
964
965 Use declarations support a number of convenient shortcuts:
966
967 * Rebinding the target name as a new local name, using the syntax `use p::q::r as x;`
968 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element,
969   using the glob-like brace syntax `use a::b::{c,d,e,f};`
970 * Binding all paths matching a given prefix, using the asterisk wildcard syntax
971   `use a::b::*;`
972 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element
973   and their immediate parent module, using the `self` keyword, such as
974   `use a::b::{self, c, d};`
975
976 An example of `use` declarations:
977
978 ```
979 # #![feature(core)]
980 use std::option::Option::{Some, None};
981 use std::collections::hash_map::{self, HashMap};
982
983 fn foo<T>(_: T){}
984 fn bar(map1: HashMap<String, usize>, map2: hash_map::HashMap<String, usize>){}
985
986 fn main() {
987     // Equivalent to 'foo(vec![std::option::Option::Some(1.0f64),
988     // std::option::Option::None]);'
989     foo(vec![Some(1.0f64), None]);
990
991     // Both `hash_map` and `HashMap` are in scope.
992     let map1 = HashMap::new();
993     let map2 = hash_map::HashMap::new();
994     bar(map1, map2);
995 }
996 ```
997
998 Like items, `use` declarations are private to the containing module, by
999 default. Also like items, a `use` declaration can be public, if qualified by
1000 the `pub` keyword. Such a `use` declaration serves to _re-export_ a name. A
1001 public `use` declaration can therefore _redirect_ some public name to a
1002 different target definition: even a definition with a private canonical path,
1003 inside a different module. If a sequence of such redirections form a cycle or
1004 cannot be resolved unambiguously, they represent a compile-time error.
1005
1006 An example of re-exporting:
1007
1008 ```
1009 # fn main() { }
1010 mod quux {
1011     pub use quux::foo::{bar, baz};
1012
1013     pub mod foo {
1014         pub fn bar() { }
1015         pub fn baz() { }
1016     }
1017 }
1018 ```
1019
1020 In this example, the module `quux` re-exports two public names defined in
1021 `foo`.
1022
1023 Also note that the paths contained in `use` items are relative to the crate
1024 root. So, in the previous example, the `use` refers to `quux::foo::{bar,
1025 baz}`, and not simply to `foo::{bar, baz}`. This also means that top-level
1026 module declarations should be at the crate root if direct usage of the declared
1027 modules within `use` items is desired. It is also possible to use `self` and
1028 `super` at the beginning of a `use` item to refer to the current and direct
1029 parent modules respectively. All rules regarding accessing declared modules in
1030 `use` declarations applies to both module declarations and `extern crate`
1031 declarations.
1032
1033 An example of what will and will not work for `use` items:
1034
1035 ```
1036 # #![feature(core)]
1037 # #![allow(unused_imports)]
1038 use foo::core::iter;  // good: foo is at the root of the crate
1039 use foo::baz::foobaz;    // good: foo is at the root of the crate
1040
1041 mod foo {
1042     extern crate core;
1043
1044     use foo::core::iter; // good: foo is at crate root
1045 //  use core::iter;      // bad:  core is not at the crate root
1046     use self::baz::foobaz;  // good: self refers to module 'foo'
1047     use foo::bar::foobar;   // good: foo is at crate root
1048
1049     pub mod bar {
1050         pub fn foobar() { }
1051     }
1052
1053     pub mod baz {
1054         use super::bar::foobar; // good: super refers to module 'foo'
1055         pub fn foobaz() { }
1056     }
1057 }
1058
1059 fn main() {}
1060 ```
1061
1062 ### Functions
1063
1064 A _function item_ defines a sequence of [statements](#statements) and an
1065 optional final [expression](#expressions), along with a name and a set of
1066 parameters. Functions are declared with the keyword `fn`. Functions declare a
1067 set of *input* [*slots*](#memory-slots) as parameters, through which the caller
1068 passes arguments into the function, and an *output* [*slot*](#memory-slots)
1069 through which the function passes results back to the caller.
1070
1071 A function may also be copied into a first-class *value*, in which case the
1072 value has the corresponding [*function type*](#function-types), and can be used
1073 otherwise exactly as a function item (with a minor additional cost of calling
1074 the function indirectly).
1075
1076 Every control path in a function logically ends with a `return` expression or a
1077 diverging expression. If the outermost block of a function has a
1078 value-producing expression in its final-expression position, that expression is
1079 interpreted as an implicit `return` expression applied to the final-expression.
1080
1081 An example of a function:
1082
1083 ```
1084 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
1085     return x + y;
1086 }
1087 ```
1088
1089 As with `let` bindings, function arguments are irrefutable patterns, so any
1090 pattern that is valid in a let binding is also valid as an argument.
1091
1092 ```
1093 fn first((value, _): (i32, i32)) -> i32 { value }
1094 ```
1095
1096
1097 #### Generic functions
1098
1099 A _generic function_ allows one or more _parameterized types_ to appear in its
1100 signature. Each type parameter must be explicitly declared, in an
1101 angle-bracket-enclosed, comma-separated list following the function name.
1102
1103 ```{.ignore}
1104 fn iter<T>(seq: &[T], f: |T|) {
1105     for elt in seq.iter() { f(elt); }
1106 }
1107 fn map<T, U>(seq: &[T], f: |T| -> U) -> Vec<U> {
1108     let mut acc = vec![];
1109     for elt in seq.iter() { acc.push(f(elt)); }
1110     acc
1111 }
1112 ```
1113
1114 Inside the function signature and body, the name of the type parameter can be
1115 used as a type name.
1116
1117 When a generic function is referenced, its type is instantiated based on the
1118 context of the reference. For example, calling the `iter` function defined
1119 above on `[1, 2]` will instantiate type parameter `T` with `i32`, and require
1120 the closure parameter to have type `fn(i32)`.
1121
1122 The type parameters can also be explicitly supplied in a trailing
1123 [path](#paths) component after the function name. This might be necessary if
1124 there is not sufficient context to determine the type parameters. For example,
1125 `mem::size_of::<u32>() == 4`.
1126
1127 Since a parameter type is opaque to the generic function, the set of operations
1128 that can be performed on it is limited. Values of parameter type can only be
1129 moved, not copied.
1130
1131 ```
1132 fn id<T>(x: T) -> T { x }
1133 ```
1134
1135 Similarly, [trait](#traits) bounds can be specified for type parameters to
1136 allow methods with that trait to be called on values of that type.
1137
1138 #### Unsafety
1139
1140 Unsafe operations are those that potentially violate the memory-safety
1141 guarantees of Rust's static semantics.
1142
1143 The following language level features cannot be used in the safe subset of
1144 Rust:
1145
1146 - Dereferencing a [raw pointer](#pointer-types).
1147 - Reading or writing a [mutable static variable](#mutable-statics).
1148 - Calling an unsafe function (including an intrinsic or foreign function).
1149
1150 ##### Unsafe functions
1151
1152 Unsafe functions are functions that are not safe in all contexts and/or for all
1153 possible inputs. Such a function must be prefixed with the keyword `unsafe` and
1154 can only be called from an `unsafe` block or another `unsafe` function.
1155
1156 ##### Unsafe blocks
1157
1158 A block of code can be prefixed with the `unsafe` keyword, to permit calling
1159 `unsafe` functions or dereferencing raw pointers within a safe function.
1160
1161 When a programmer has sufficient conviction that a sequence of potentially
1162 unsafe operations is actually safe, they can encapsulate that sequence (taken
1163 as a whole) within an `unsafe` block. The compiler will consider uses of such
1164 code safe, in the surrounding context.
1165
1166 Unsafe blocks are used to wrap foreign libraries, make direct use of hardware
1167 or implement features not directly present in the language. For example, Rust
1168 provides the language features necessary to implement memory-safe concurrency
1169 in the language but the implementation of threads and message passing is in the
1170 standard library.
1171
1172 Rust's type system is a conservative approximation of the dynamic safety
1173 requirements, so in some cases there is a performance cost to using safe code.
1174 For example, a doubly-linked list is not a tree structure and can only be
1175 represented with reference-counted pointers in safe code. By using `unsafe`
1176 blocks to represent the reverse links as raw pointers, it can be implemented
1177 with only boxes.
1178
1179 ##### Behavior considered undefined
1180
1181 The following is a list of behavior which is forbidden in all Rust code,
1182 including within `unsafe` blocks and `unsafe` functions. Type checking provides
1183 the guarantee that these issues are never caused by safe code.
1184
1185 * Data races
1186 * Dereferencing a null/dangling raw pointer
1187 * Reads of [undef](http://llvm.org/docs/LangRef.html#undefined-values)
1188   (uninitialized) memory
1189 * Breaking the [pointer aliasing
1190   rules](http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointer-aliasing-rules)
1191   with raw pointers (a subset of the rules used by C)
1192 * `&mut` and `&` follow LLVM’s scoped [noalias] model, except if the `&T`
1193   contains an `UnsafeCell<U>`. Unsafe code must not violate these aliasing
1194   guarantees.
1195 * Mutating an immutable value/reference without `UnsafeCell<U>`
1196 * Invoking undefined behavior via compiler intrinsics:
1197   * Indexing outside of the bounds of an object with `std::ptr::offset`
1198     (`offset` intrinsic), with
1199     the exception of one byte past the end which is permitted.
1200   * Using `std::ptr::copy_nonoverlapping_memory` (`memcpy32`/`memcpy64`
1201     intrinsics) on overlapping buffers
1202 * Invalid values in primitive types, even in private fields/locals:
1203   * Dangling/null references or boxes
1204   * A value other than `false` (0) or `true` (1) in a `bool`
1205   * A discriminant in an `enum` not included in the type definition
1206   * A value in a `char` which is a surrogate or above `char::MAX`
1207   * Non-UTF-8 byte sequences in a `str`
1208 * Unwinding into Rust from foreign code or unwinding from Rust into foreign
1209   code. Rust's failure system is not compatible with exception handling in
1210   other languages. Unwinding must be caught and handled at FFI boundaries.
1211
1212 [noalias]: http://llvm.org/docs/LangRef.html#noalias
1213
1214 ##### Behaviour not considered unsafe
1215
1216 This is a list of behaviour not considered *unsafe* in Rust terms, but that may
1217 be undesired.
1218
1219 * Deadlocks
1220 * Reading data from private fields (`std::repr`)
1221 * Leaks due to reference count cycles, even in the global heap
1222 * Exiting without calling destructors
1223 * Sending signals
1224 * Accessing/modifying the file system
1225 * Unsigned integer overflow (well-defined as wrapping)
1226 * Signed integer overflow (well-defined as two’s complement representation
1227   wrapping)
1228
1229 #### Diverging functions
1230
1231 A special kind of function can be declared with a `!` character where the
1232 output slot type would normally be. For example:
1233
1234 ```
1235 fn my_err(s: &str) -> ! {
1236     println!("{}", s);
1237     panic!();
1238 }
1239 ```
1240
1241 We call such functions "diverging" because they never return a value to the
1242 caller. Every control path in a diverging function must end with a `panic!()` or
1243 a call to another diverging function on every control path. The `!` annotation
1244 does *not* denote a type.
1245
1246 It might be necessary to declare a diverging function because as mentioned
1247 previously, the typechecker checks that every control path in a function ends
1248 with a [`return`](#return-expressions) or diverging expression. So, if `my_err`
1249 were declared without the `!` annotation, the following code would not
1250 typecheck:
1251
1252 ```
1253 # fn my_err(s: &str) -> ! { panic!() }
1254
1255 fn f(i: i32) -> i32 {
1256    if i == 42 {
1257      return 42;
1258    }
1259    else {
1260      my_err("Bad number!");
1261    }
1262 }
1263 ```
1264
1265 This will not compile without the `!` annotation on `my_err`, since the `else`
1266 branch of the conditional in `f` does not return an `i32`, as required by the
1267 signature of `f`. Adding the `!` annotation to `my_err` informs the
1268 typechecker that, should control ever enter `my_err`, no further type judgments
1269 about `f` need to hold, since control will never resume in any context that
1270 relies on those judgments. Thus the return type on `f` only needs to reflect
1271 the `if` branch of the conditional.
1272
1273 #### Extern functions
1274
1275 Extern functions are part of Rust's foreign function interface, providing the
1276 opposite functionality to [external blocks](#external-blocks). Whereas
1277 external blocks allow Rust code to call foreign code, extern functions with
1278 bodies defined in Rust code _can be called by foreign code_. They are defined
1279 in the same way as any other Rust function, except that they have the `extern`
1280 modifier.
1281
1282 ```
1283 // Declares an extern fn, the ABI defaults to "C"
1284 extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1285
1286 // Declares an extern fn with "stdcall" ABI
1287 extern "stdcall" fn new_i32_stdcall() -> i32 { 0 }
1288 ```
1289
1290 Unlike normal functions, extern fns have an `extern "ABI" fn()`. This is the
1291 same type as the functions declared in an extern block.
1292
1293 ```
1294 # extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1295 let fptr: extern "C" fn() -> i32 = new_i32;
1296 ```
1297
1298 Extern functions may be called directly from Rust code as Rust uses large,
1299 contiguous stack segments like C.
1300
1301 ### Type aliases
1302
1303 A _type alias_ defines a new name for an existing [type](#types). Type
1304 aliases are declared with the keyword `type`. Every value has a single,
1305 specific type; the type-specified aspects of a value include:
1306
1307 * Whether the value is composed of sub-values or is indivisible.
1308 * Whether the value represents textual or numerical information.
1309 * Whether the value represents integral or floating-point information.
1310 * The sequence of memory operations required to access the value.
1311 * The [kind](#type-kinds) of the type.
1312
1313 For example, the type `(u8, u8)` defines the set of immutable values that are
1314 composite pairs, each containing two unsigned 8-bit integers accessed by
1315 pattern-matching and laid out in memory with the `x` component preceding the
1316 `y` component:
1317
1318 ```
1319 type Point = (u8, u8);
1320 let p: Point = (41, 68);
1321 ```
1322
1323 ### Structures
1324
1325 A _structure_ is a nominal [structure type](#structure-types) defined with the
1326 keyword `struct`.
1327
1328 An example of a `struct` item and its use:
1329
1330 ```
1331 struct Point {x: i32, y: i32}
1332 let p = Point {x: 10, y: 11};
1333 let px: i32 = p.x;
1334 ```
1335
1336 A _tuple structure_ is a nominal [tuple type](#tuple-types), also defined with
1337 the keyword `struct`. For example:
1338
1339 ```
1340 struct Point(i32, i32);
1341 let p = Point(10, 11);
1342 let px: i32 = match p { Point(x, _) => x };
1343 ```
1344
1345 A _unit-like struct_ is a structure without any fields, defined by leaving off
1346 the list of fields entirely. Such types will have a single value, just like
1347 the [unit value `()`](#unit-and-boolean-literals) of the unit type. For
1348 example:
1349
1350 ```
1351 struct Cookie;
1352 let c = [Cookie, Cookie, Cookie, Cookie];
1353 ```
1354
1355 The precise memory layout of a structure is not specified. One can specify a
1356 particular layout using the [`repr` attribute](#ffi-attributes).
1357
1358 ### Enumerations
1359
1360 An _enumeration_ is a simultaneous definition of a nominal [enumerated
1361 type](#enumerated-types) as well as a set of *constructors*, that can be used
1362 to create or pattern-match values of the corresponding enumerated type.
1363
1364 Enumerations are declared with the keyword `enum`.
1365
1366 An example of an `enum` item and its use:
1367
1368 ```
1369 enum Animal {
1370   Dog,
1371   Cat
1372 }
1373
1374 let mut a: Animal = Animal::Dog;
1375 a = Animal::Cat;
1376 ```
1377
1378 Enumeration constructors can have either named or unnamed fields:
1379
1380 ```
1381 # #![feature(struct_variant)]
1382 # fn main() {
1383 enum Animal {
1384     Dog (String, f64),
1385     Cat { name: String, weight: f64 }
1386 }
1387
1388 let mut a: Animal = Animal::Dog("Cocoa".to_string(), 37.2);
1389 a = Animal::Cat { name: "Spotty".to_string(), weight: 2.7 };
1390 # }
1391 ```
1392
1393 In this example, `Cat` is a _struct-like enum variant_,
1394 whereas `Dog` is simply called an enum variant.
1395
1396 Enums have a discriminant. You can assign them explicitly:
1397
1398 ```
1399 enum Foo {
1400     Bar = 123,
1401 }
1402 ```
1403
1404 If a discriminant isn't assigned, they start at zero, and add one for each
1405 variant, in order.
1406
1407 You can cast an enum to get this value:
1408
1409 ```
1410 # enum Foo { Bar = 123 }
1411 let x = Foo::Bar as u32; // x is now 123u32
1412 ```
1413
1414 This only works as long as none of the variants have data attached. If
1415 it were `Bar(i32)`, this is disallowed.
1416
1417 ### Constant items
1418
1419 ```{.ebnf .gram}
1420 const_item : "const" ident ':' type '=' expr ';' ;
1421 ```
1422
1423 A *constant item* is a named _constant value_ which is not associated with a
1424 specific memory location in the program. Constants are essentially inlined
1425 wherever they are used, meaning that they are copied directly into the relevant
1426 context when used. References to the same constant are not necessarily
1427 guaranteed to refer to the same memory address.
1428
1429 Constant values must not have destructors, and otherwise permit most forms of
1430 data. Constants may refer to the address of other constants, in which case the
1431 address will have the `static` lifetime. The compiler is, however, still at
1432 liberty to translate the constant many times, so the address referred to may not
1433 be stable.
1434
1435 Constants must be explicitly typed. The type may be `bool`, `char`, a number, or
1436 a type derived from those primitive types. The derived types are references with
1437 the `static` lifetime, fixed-size arrays, tuples, enum variants, and structs.
1438
1439 ```
1440 const BIT1: u32 = 1 << 0;
1441 const BIT2: u32 = 1 << 1;
1442
1443 const BITS: [u32; 2] = [BIT1, BIT2];
1444 const STRING: &'static str = "bitstring";
1445
1446 struct BitsNStrings<'a> {
1447     mybits: [u32; 2],
1448     mystring: &'a str
1449 }
1450
1451 const BITS_N_STRINGS: BitsNStrings<'static> = BitsNStrings {
1452     mybits: BITS,
1453     mystring: STRING
1454 };
1455 ```
1456
1457 ### Static items
1458
1459 ```{.ebnf .gram}
1460 static_item : "static" ident ':' type '=' expr ';' ;
1461 ```
1462
1463 A *static item* is similar to a *constant*, except that it represents a precise
1464 memory location in the program. A static is never "inlined" at the usage site,
1465 and all references to it refer to the same memory location. Static items have
1466 the `static` lifetime, which outlives all other lifetimes in a Rust program.
1467 Static items may be placed in read-only memory if they do not contain any
1468 interior mutability.
1469
1470 Statics may contain interior mutability through the `UnsafeCell` language item.
1471 All access to a static is safe, but there are a number of restrictions on
1472 statics:
1473
1474 * Statics may not contain any destructors.
1475 * The types of static values must ascribe to `Sync` to allow threadsafe access.
1476 * Statics may not refer to other statics by value, only by reference.
1477 * Constants cannot refer to statics.
1478
1479 Constants should in general be preferred over statics, unless large amounts of
1480 data are being stored, or single-address and mutability properties are required.
1481
1482 #### Mutable statics
1483
1484 If a static item is declared with the `mut` keyword, then it is allowed to
1485 be modified by the program. One of Rust's goals is to make concurrency bugs
1486 hard to run into, and this is obviously a very large source of race conditions
1487 or other bugs. For this reason, an `unsafe` block is required when either
1488 reading or writing a mutable static variable. Care should be taken to ensure
1489 that modifications to a mutable static are safe with respect to other threads
1490 running in the same process.
1491
1492 Mutable statics are still very useful, however. They can be used with C
1493 libraries and can also be bound from C libraries (in an `extern` block).
1494
1495 ```
1496 # fn atomic_add(_: &mut u32, _: u32) -> u32 { 2 }
1497
1498 static mut LEVELS: u32 = 0;
1499
1500 // This violates the idea of no shared state, and this doesn't internally
1501 // protect against races, so this function is `unsafe`
1502 unsafe fn bump_levels_unsafe1() -> u32 {
1503     let ret = LEVELS;
1504     LEVELS += 1;
1505     return ret;
1506 }
1507
1508 // Assuming that we have an atomic_add function which returns the old value,
1509 // this function is "safe" but the meaning of the return value may not be what
1510 // callers expect, so it's still marked as `unsafe`
1511 unsafe fn bump_levels_unsafe2() -> u32 {
1512     return atomic_add(&mut LEVELS, 1);
1513 }
1514 ```
1515
1516 Mutable statics have the same restrictions as normal statics, except that the
1517 type of the value is not required to ascribe to `Sync`.
1518
1519 ### Traits
1520
1521 A _trait_ describes a set of method types.
1522
1523 Traits can include default implementations of methods, written in terms of some
1524 unknown [`self` type](#self-types); the `self` type may either be completely
1525 unspecified, or constrained by some other trait.
1526
1527 Traits are implemented for specific types through separate
1528 [implementations](#implementations).
1529
1530 ```
1531 # type Surface = i32;
1532 # type BoundingBox = i32;
1533 trait Shape {
1534     fn draw(&self, Surface);
1535     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox;
1536 }
1537 ```
1538
1539 This defines a trait with two methods. All values that have
1540 [implementations](#implementations) of this trait in scope can have their
1541 `draw` and `bounding_box` methods called, using `value.bounding_box()`
1542 [syntax](#method-call-expressions).
1543
1544 Type parameters can be specified for a trait to make it generic. These appear
1545 after the trait name, using the same syntax used in [generic
1546 functions](#generic-functions).
1547
1548 ```
1549 trait Seq<T> {
1550    fn len(&self) -> u32;
1551    fn elt_at(&self, n: u32) -> T;
1552    fn iter<F>(&self, F) where F: Fn(T);
1553 }
1554 ```
1555
1556 Generic functions may use traits as _bounds_ on their type parameters. This
1557 will have two effects: only types that have the trait may instantiate the
1558 parameter, and within the generic function, the methods of the trait can be
1559 called on values that have the parameter's type. For example:
1560
1561 ```
1562 # type Surface = i32;
1563 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); }
1564 fn draw_twice<T: Shape>(surface: Surface, sh: T) {
1565     sh.draw(surface);
1566     sh.draw(surface);
1567 }
1568 ```
1569
1570 Traits also define an [object type](#object-types) with the same name as the
1571 trait. Values of this type are created by [casting](#type-cast-expressions)
1572 pointer values (pointing to a type for which an implementation of the given
1573 trait is in scope) to pointers to the trait name, used as a type.
1574
1575 ```
1576 # trait Shape { fn dummy(&self) { } }
1577 # impl Shape for i32 { }
1578 # let mycircle = 0i32;
1579 let myshape: Box<Shape> = Box::new(mycircle) as Box<Shape>;
1580 ```
1581
1582 The resulting value is a box containing the value that was cast, along with
1583 information that identifies the methods of the implementation that was used.
1584 Values with a trait type can have [methods called](#method-call-expressions) on
1585 them, for any method in the trait, and can be used to instantiate type
1586 parameters that are bounded by the trait.
1587
1588 Trait methods may be static, which means that they lack a `self` argument.
1589 This means that they can only be called with function call syntax (`f(x)`) and
1590 not method call syntax (`obj.f()`). The way to refer to the name of a static
1591 method is to qualify it with the trait name, treating the trait name like a
1592 module. For example:
1593
1594 ```
1595 trait Num {
1596     fn from_i32(n: i32) -> Self;
1597 }
1598 impl Num for f64 {
1599     fn from_i32(n: i32) -> f64 { n as f64 }
1600 }
1601 let x: f64 = Num::from_i32(42);
1602 ```
1603
1604 Traits may inherit from other traits. For example, in
1605
1606 ```
1607 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1608 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1609 ```
1610
1611 the syntax `Circle : Shape` means that types that implement `Circle` must also
1612 have an implementation for `Shape`. Multiple supertraits are separated by `+`,
1613 `trait Circle : Shape + PartialEq { }`. In an implementation of `Circle` for a
1614 given type `T`, methods can refer to `Shape` methods, since the typechecker
1615 checks that any type with an implementation of `Circle` also has an
1616 implementation of `Shape`.
1617
1618 In type-parameterized functions, methods of the supertrait may be called on
1619 values of subtrait-bound type parameters. Referring to the previous example of
1620 `trait Circle : Shape`:
1621
1622 ```
1623 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1624 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1625 fn radius_times_area<T: Circle>(c: T) -> f64 {
1626     // `c` is both a Circle and a Shape
1627     c.radius() * c.area()
1628 }
1629 ```
1630
1631 Likewise, supertrait methods may also be called on trait objects.
1632
1633 ```{.ignore}
1634 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1635 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1636 # impl Shape for i32 { fn area(&self) -> f64 { 0.0 } }
1637 # impl Circle for i32 { fn radius(&self) -> f64 { 0.0 } }
1638 # let mycircle = 0i32;
1639 let mycircle = Box::new(mycircle) as Box<Circle>;
1640 let nonsense = mycircle.radius() * mycircle.area();
1641 ```
1642
1643 ### Implementations
1644
1645 An _implementation_ is an item that implements a [trait](#traits) for a
1646 specific type.
1647
1648 Implementations are defined with the keyword `impl`.
1649
1650 ```
1651 # #[derive(Copy, Clone)]
1652 # struct Point {x: f64, y: f64};
1653 # type Surface = i32;
1654 # struct BoundingBox {x: f64, y: f64, width: f64, height: f64};
1655 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); fn bounding_box(&self) -> BoundingBox; }
1656 # fn do_draw_circle(s: Surface, c: Circle) { }
1657 struct Circle {
1658     radius: f64,
1659     center: Point,
1660 }
1661
1662 impl Copy for Circle {}
1663
1664 impl Clone for Circle {
1665     fn clone(&self) -> Circle { *self }
1666 }
1667
1668 impl Shape for Circle {
1669     fn draw(&self, s: Surface) { do_draw_circle(s, *self); }
1670     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox {
1671         let r = self.radius;
1672         BoundingBox{x: self.center.x - r, y: self.center.y - r,
1673          width: 2.0 * r, height: 2.0 * r}
1674     }
1675 }
1676 ```
1677
1678 It is possible to define an implementation without referring to a trait. The
1679 methods in such an implementation can only be used as direct calls on the
1680 values of the type that the implementation targets. In such an implementation,
1681 the trait type and `for` after `impl` are omitted. Such implementations are
1682 limited to nominal types (enums, structs), and the implementation must appear
1683 in the same module or a sub-module as the `self` type:
1684
1685 ```
1686 struct Point {x: i32, y: i32}
1687
1688 impl Point {
1689     fn log(&self) {
1690         println!("Point is at ({}, {})", self.x, self.y);
1691     }
1692 }
1693
1694 let my_point = Point {x: 10, y:11};
1695 my_point.log();
1696 ```
1697
1698 When a trait _is_ specified in an `impl`, all methods declared as part of the
1699 trait must be implemented, with matching types and type parameter counts.
1700
1701 An implementation can take type parameters, which can be different from the
1702 type parameters taken by the trait it implements. Implementation parameters
1703 are written after the `impl` keyword.
1704
1705 ```
1706 # trait Seq<T> { fn dummy(&self, _: T) { } }
1707 impl<T> Seq<T> for Vec<T> {
1708    /* ... */
1709 }
1710 impl Seq<bool> for u32 {
1711    /* Treat the integer as a sequence of bits */
1712 }
1713 ```
1714
1715 ### External blocks
1716
1717 ```{.ebnf .gram}
1718 extern_block_item : "extern" '{' extern_block '}' ;
1719 extern_block : [ foreign_fn ] * ;
1720 ```
1721
1722 External blocks form the basis for Rust's foreign function interface.
1723 Declarations in an external block describe symbols in external, non-Rust
1724 libraries.
1725
1726 Functions within external blocks are declared in the same way as other Rust
1727 functions, with the exception that they may not have a body and are instead
1728 terminated by a semicolon.
1729
1730 ```
1731 # #![feature(libc)]
1732 extern crate libc;
1733 use libc::{c_char, FILE};
1734
1735 extern {
1736     fn fopen(filename: *const c_char, mode: *const c_char) -> *mut FILE;
1737 }
1738 # fn main() {}
1739 ```
1740
1741 Functions within external blocks may be called by Rust code, just like
1742 functions defined in Rust. The Rust compiler automatically translates between
1743 the Rust ABI and the foreign ABI.
1744
1745 A number of [attributes](#attributes) control the behavior of external blocks.
1746
1747 By default external blocks assume that the library they are calling uses the
1748 standard C "cdecl" ABI. Other ABIs may be specified using an `abi` string, as
1749 shown here:
1750
1751 ```{.ignore}
1752 // Interface to the Windows API
1753 extern "stdcall" { }
1754 ```
1755
1756 The `link` attribute allows the name of the library to be specified. When
1757 specified the compiler will attempt to link against the native library of the
1758 specified name.
1759
1760 ```{.ignore}
1761 #[link(name = "crypto")]
1762 extern { }
1763 ```
1764
1765 The type of a function declared in an extern block is `extern "abi" fn(A1, ...,
1766 An) -> R`, where `A1...An` are the declared types of its arguments and `R` is
1767 the declared return type.
1768
1769 ## Visibility and Privacy
1770
1771 These two terms are often used interchangeably, and what they are attempting to
1772 convey is the answer to the question "Can this item be used at this location?"
1773
1774 Rust's name resolution operates on a global hierarchy of namespaces. Each level
1775 in the hierarchy can be thought of as some item. The items are one of those
1776 mentioned above, but also include external crates. Declaring or defining a new
1777 module can be thought of as inserting a new tree into the hierarchy at the
1778 location of the definition.
1779
1780 To control whether interfaces can be used across modules, Rust checks each use
1781 of an item to see whether it should be allowed or not. This is where privacy
1782 warnings are generated, or otherwise "you used a private item of another module
1783 and weren't allowed to."
1784
1785 By default, everything in Rust is *private*, with one exception. Enum variants
1786 in a `pub` enum are also public by default. You are allowed to alter this
1787 default visibility with the `priv` keyword. When an item is declared as `pub`,
1788 it can be thought of as being accessible to the outside world. For example:
1789
1790 ```
1791 # fn main() {}
1792 // Declare a private struct
1793 struct Foo;
1794
1795 // Declare a public struct with a private field
1796 pub struct Bar {
1797     field: i32
1798 }
1799
1800 // Declare a public enum with two public variants
1801 pub enum State {
1802     PubliclyAccessibleState,
1803     PubliclyAccessibleState2,
1804 }
1805 ```
1806
1807 With the notion of an item being either public or private, Rust allows item
1808 accesses in two cases:
1809
1810 1. If an item is public, then it can be used externally through any of its
1811    public ancestors.
1812 2. If an item is private, it may be accessed by the current module and its
1813    descendants.
1814
1815 These two cases are surprisingly powerful for creating module hierarchies
1816 exposing public APIs while hiding internal implementation details. To help
1817 explain, here's a few use cases and what they would entail:
1818
1819 * A library developer needs to expose functionality to crates which link
1820   against their library. As a consequence of the first case, this means that
1821   anything which is usable externally must be `pub` from the root down to the
1822   destination item. Any private item in the chain will disallow external
1823   accesses.
1824
1825 * A crate needs a global available "helper module" to itself, but it doesn't
1826   want to expose the helper module as a public API. To accomplish this, the
1827   root of the crate's hierarchy would have a private module which then
1828   internally has a "public api". Because the entire crate is a descendant of
1829   the root, then the entire local crate can access this private module through
1830   the second case.
1831
1832 * When writing unit tests for a module, it's often a common idiom to have an
1833   immediate child of the module to-be-tested named `mod test`. This module
1834   could access any items of the parent module through the second case, meaning
1835   that internal implementation details could also be seamlessly tested from the
1836   child module.
1837
1838 In the second case, it mentions that a private item "can be accessed" by the
1839 current module and its descendants, but the exact meaning of accessing an item
1840 depends on what the item is. Accessing a module, for example, would mean
1841 looking inside of it (to import more items). On the other hand, accessing a
1842 function would mean that it is invoked. Additionally, path expressions and
1843 import statements are considered to access an item in the sense that the
1844 import/expression is only valid if the destination is in the current visibility
1845 scope.
1846
1847 Here's an example of a program which exemplifies the three cases outlined
1848 above:
1849
1850 ```
1851 // This module is private, meaning that no external crate can access this
1852 // module. Because it is private at the root of this current crate, however, any
1853 // module in the crate may access any publicly visible item in this module.
1854 mod crate_helper_module {
1855
1856     // This function can be used by anything in the current crate
1857     pub fn crate_helper() {}
1858
1859     // This function *cannot* be used by anything else in the crate. It is not
1860     // publicly visible outside of the `crate_helper_module`, so only this
1861     // current module and its descendants may access it.
1862     fn implementation_detail() {}
1863 }
1864
1865 // This function is "public to the root" meaning that it's available to external
1866 // crates linking against this one.
1867 pub fn public_api() {}
1868
1869 // Similarly to 'public_api', this module is public so external crates may look
1870 // inside of it.
1871 pub mod submodule {
1872     use crate_helper_module;
1873
1874     pub fn my_method() {
1875         // Any item in the local crate may invoke the helper module's public
1876         // interface through a combination of the two rules above.
1877         crate_helper_module::crate_helper();
1878     }
1879
1880     // This function is hidden to any module which is not a descendant of
1881     // `submodule`
1882     fn my_implementation() {}
1883
1884     #[cfg(test)]
1885     mod test {
1886
1887         #[test]
1888         fn test_my_implementation() {
1889             // Because this module is a descendant of `submodule`, it's allowed
1890             // to access private items inside of `submodule` without a privacy
1891             // violation.
1892             super::my_implementation();
1893         }
1894     }
1895 }
1896
1897 # fn main() {}
1898 ```
1899
1900 For a rust program to pass the privacy checking pass, all paths must be valid
1901 accesses given the two rules above. This includes all use statements,
1902 expressions, types, etc.
1903
1904 ### Re-exporting and Visibility
1905
1906 Rust allows publicly re-exporting items through a `pub use` directive. Because
1907 this is a public directive, this allows the item to be used in the current
1908 module through the rules above. It essentially allows public access into the
1909 re-exported item. For example, this program is valid:
1910
1911 ```
1912 pub use self::implementation::api;
1913
1914 mod implementation {
1915     pub mod api {
1916         pub fn f() {}
1917     }
1918 }
1919
1920 # fn main() {}
1921 ```
1922
1923 This means that any external crate referencing `implementation::api::f` would
1924 receive a privacy violation, while the path `api::f` would be allowed.
1925
1926 When re-exporting a private item, it can be thought of as allowing the "privacy
1927 chain" being short-circuited through the reexport instead of passing through
1928 the namespace hierarchy as it normally would.
1929
1930 ## Attributes
1931
1932 ```{.ebnf .gram}
1933 attribute : '#' '!' ? '[' meta_item ']' ;
1934 meta_item : ident [ '=' literal
1935                   | '(' meta_seq ')' ] ? ;
1936 meta_seq : meta_item [ ',' meta_seq ] ? ;
1937 ```
1938
1939 Any item declaration may have an _attribute_ applied to it. Attributes in Rust
1940 are modeled on Attributes in ECMA-335, with the syntax coming from ECMA-334
1941 (C#). An attribute is a general, free-form metadatum that is interpreted
1942 according to name, convention, and language and compiler version. Attributes
1943 may appear as any of:
1944
1945 * A single identifier, the attribute name
1946 * An identifier followed by the equals sign '=' and a literal, providing a
1947   key/value pair
1948 * An identifier followed by a parenthesized list of sub-attribute arguments
1949
1950 Attributes with a bang ("!") after the hash ("#") apply to the item that the
1951 attribute is declared within. Attributes that do not have a bang after the hash
1952 apply to the item that follows the attribute.
1953
1954 An example of attributes:
1955
1956 ```{.rust}
1957 // General metadata applied to the enclosing module or crate.
1958 #![crate_type = "lib"]
1959
1960 // A function marked as a unit test
1961 #[test]
1962 fn test_foo() {
1963   /* ... */
1964 }
1965
1966 // A conditionally-compiled module
1967 #[cfg(target_os="linux")]
1968 mod bar {
1969   /* ... */
1970 }
1971
1972 // A lint attribute used to suppress a warning/error
1973 #[allow(non_camel_case_types)]
1974 type int8_t = i8;
1975 ```
1976
1977 > **Note:** At some point in the future, the compiler will distinguish between
1978 > language-reserved and user-available attributes. Until then, there is
1979 > effectively no difference between an attribute handled by a loadable syntax
1980 > extension and the compiler.
1981
1982 ### Crate-only attributes
1983
1984 - `crate_name` - specify the this crate's crate name.
1985 - `crate_type` - see [linkage](#linkage).
1986 - `feature` - see [compiler features](#compiler-features).
1987 - `no_builtins` - disable optimizing certain code patterns to invocations of
1988                   library functions that are assumed to exist
1989 - `no_main` - disable emitting the `main` symbol. Useful when some other
1990    object being linked to defines `main`.
1991 - `no_start` - disable linking to the `native` crate, which specifies the
1992   "start" language item.
1993 - `no_std` - disable linking to the `std` crate.
1994 - `plugin` â€” load a list of named crates as compiler plugins, e.g.
1995              `#![plugin(foo, bar)]`. Optional arguments for each plugin,
1996              i.e. `#![plugin(foo(... args ...))]`, are provided to the plugin's
1997              registrar function.  The `plugin` feature gate is required to use
1998              this attribute.
1999
2000 ### Module-only attributes
2001
2002 - `no_implicit_prelude` - disable injecting `use std::prelude::*` in this
2003   module.
2004 - `path` - specifies the file to load the module from. `#[path="foo.rs"] mod
2005   bar;` is equivalent to `mod bar { /* contents of foo.rs */ }`. The path is
2006   taken relative to the directory that the current module is in.
2007
2008 ### Function-only attributes
2009
2010 - `main` - indicates that this function should be passed to the entry point,
2011   rather than the function in the crate root named `main`.
2012 - `plugin_registrar` - mark this function as the registration point for
2013   [compiler plugins][plugin], such as loadable syntax extensions.
2014 - `start` - indicates that this function should be used as the entry point,
2015   overriding the "start" language item. See the "start" [language
2016   item](#language-items) for more details.
2017 - `test` - indicates that this function is a test function, to only be compiled
2018   in case of `--test`.
2019 - `should_panic` - indicates that this test function should panic, inverting the success condition.
2020 - `cold` - The function is unlikely to be executed, so optimize it (and calls
2021   to it) differently.
2022
2023 ### Static-only attributes
2024
2025 - `thread_local` - on a `static mut`, this signals that the value of this
2026   static may change depending on the current thread. The exact consequences of
2027   this are implementation-defined.
2028
2029 ### FFI attributes
2030
2031 On an `extern` block, the following attributes are interpreted:
2032
2033 - `link_args` - specify arguments to the linker, rather than just the library
2034   name and type. This is feature gated and the exact behavior is
2035   implementation-defined (due to variety of linker invocation syntax).
2036 - `link` - indicate that a native library should be linked to for the
2037   declarations in this block to be linked correctly. `link` supports an optional `kind`
2038   key with three possible values: `dylib`, `static`, and `framework`. See [external blocks](#external-blocks) for more about external blocks. Two
2039   examples: `#[link(name = "readline")]` and
2040   `#[link(name = "CoreFoundation", kind = "framework")]`.
2041
2042 On declarations inside an `extern` block, the following attributes are
2043 interpreted:
2044
2045 - `link_name` - the name of the symbol that this function or static should be
2046   imported as.
2047 - `linkage` - on a static, this specifies the [linkage
2048   type](http://llvm.org/docs/LangRef.html#linkage-types).
2049
2050 On `enum`s:
2051
2052 - `repr` - on C-like enums, this sets the underlying type used for
2053   representation. Takes one argument, which is the primitive
2054   type this enum should be represented for, or `C`, which specifies that it
2055   should be the default `enum` size of the C ABI for that platform. Note that
2056   enum representation in C is undefined, and this may be incorrect when the C
2057   code is compiled with certain flags.
2058
2059 On `struct`s:
2060
2061 - `repr` - specifies the representation to use for this struct. Takes a list
2062   of options. The currently accepted ones are `C` and `packed`, which may be
2063   combined. `C` will use a C ABI compatible struct layout, and `packed` will
2064   remove any padding between fields (note that this is very fragile and may
2065   break platforms which require aligned access).
2066
2067 ### Macro-related attributes
2068
2069 - `macro_use` on a `mod` â€” macros defined in this module will be visible in the
2070   module's parent, after this module has been included.
2071
2072 - `macro_use` on an `extern crate` â€” load macros from this crate.  An optional
2073   list of names `#[macro_use(foo, bar)]` restricts the import to just those
2074   macros named.  The `extern crate` must appear at the crate root, not inside
2075   `mod`, which ensures proper function of the [`$crate` macro
2076   variable](book/macros.html#the-variable-$crate).
2077
2078 - `macro_reexport` on an `extern crate` â€” re-export the named macros.
2079
2080 - `macro_export` - export a macro for cross-crate usage.
2081
2082 - `no_link` on an `extern crate` â€” even if we load this crate for macros, don't
2083   link it into the output.
2084
2085 See the [macros section of the
2086 book](book/macros.html#scoping-and-macro-import/export) for more information on
2087 macro scope.
2088
2089
2090 ### Miscellaneous attributes
2091
2092 - `export_name` - on statics and functions, this determines the name of the
2093   exported symbol.
2094 - `link_section` - on statics and functions, this specifies the section of the
2095   object file that this item's contents will be placed into.
2096 - `no_mangle` - on any item, do not apply the standard name mangling. Set the
2097   symbol for this item to its identifier.
2098 - `packed` - on structs or enums, eliminate any padding that would be used to
2099   align fields.
2100 - `simd` - on certain tuple structs, derive the arithmetic operators, which
2101   lower to the target's SIMD instructions, if any; the `simd` feature gate
2102   is necessary to use this attribute.
2103 - `static_assert` - on statics whose type is `bool`, terminates compilation
2104   with an error if it is not initialized to `true`.
2105 - `unsafe_destructor` - allow implementations of the "drop" language item
2106   where the type it is implemented for does not implement the "send" language
2107   item; the `unsafe_destructor` feature gate is needed to use this attribute
2108 - `unsafe_no_drop_flag` - on structs, remove the flag that prevents
2109   destructors from being run twice. Destructors might be run multiple times on
2110   the same object with this attribute.
2111 - `doc` - Doc comments such as `/// foo` are equivalent to `#[doc = "foo"]`.
2112 - `rustc_on_unimplemented` - Write a custom note to be shown along with the error
2113    when the trait is found to be unimplemented on a type.
2114    You may use format arguments like `{T}`, `{A}` to correspond to the
2115    types at the point of use corresponding to the type parameters of the
2116    trait of the same name. `{Self}` will be replaced with the type that is supposed
2117    to implement the trait but doesn't. To use this, the `on_unimplemented` feature gate
2118    must be enabled.
2119
2120 ### Conditional compilation
2121
2122 Sometimes one wants to have different compiler outputs from the same code,
2123 depending on build target, such as targeted operating system, or to enable
2124 release builds.
2125
2126 There are two kinds of configuration options, one that is either defined or not
2127 (`#[cfg(foo)]`), and the other that contains a string that can be checked
2128 against (`#[cfg(bar = "baz")]` (currently only compiler-defined configuration
2129 options can have the latter form).
2130
2131 ```
2132 // The function is only included in the build when compiling for OSX
2133 #[cfg(target_os = "macos")]
2134 fn macos_only() {
2135   // ...
2136 }
2137
2138 // This function is only included when either foo or bar is defined
2139 #[cfg(any(foo, bar))]
2140 fn needs_foo_or_bar() {
2141   // ...
2142 }
2143
2144 // This function is only included when compiling for a unixish OS with a 32-bit
2145 // architecture
2146 #[cfg(all(unix, target_pointer_width = "32"))]
2147 fn on_32bit_unix() {
2148   // ...
2149 }
2150
2151 // This function is only included when foo is not defined
2152 #[cfg(not(foo))]
2153 fn needs_not_foo() {
2154   // ...
2155 }
2156 ```
2157
2158 This illustrates some conditional compilation can be achieved using the
2159 `#[cfg(...)]` attribute. `any`, `all` and `not` can be used to assemble
2160 arbitrarily complex configurations through nesting.
2161
2162 The following configurations must be defined by the implementation:
2163
2164 * `target_arch = "..."`. Target CPU architecture, such as `"x86"`, `"x86_64"`
2165   `"mips"`, `"powerpc"`, `"arm"`, or `"aarch64"`.
2166 * `target_endian = "..."`. Endianness of the target CPU, either `"little"` or
2167   `"big"`.
2168 * `target_family = "..."`. Operating system family of the target, e. g.
2169   `"unix"` or `"windows"`. The value of this configuration option is defined
2170   as a configuration itself, like `unix` or `windows`.
2171 * `target_os = "..."`. Operating system of the target, examples include
2172   `"win32"`, `"macos"`, `"linux"`, `"android"`, `"freebsd"`, `"dragonfly"`,
2173   `"bitrig"` or `"openbsd"`.
2174 * `target_pointer_width = "..."`. Target pointer width in bits. This is set
2175   to `"32"` for targets with 32-bit pointers, and likewise set to `"64"` for
2176   64-bit pointers.
2177 * `unix`. See `target_family`.
2178 * `windows`. See `target_family`.
2179
2180 You can also set another attribute based on a `cfg` variable with `cfg_attr`:
2181
2182 ```rust,ignore
2183 #[cfg_attr(a, b)]
2184 ```
2185
2186 Will be the same as `#[b]` if `a` is set by `cfg`, and nothing otherwise.
2187
2188 ### Lint check attributes
2189
2190 A lint check names a potentially undesirable coding pattern, such as
2191 unreachable code or omitted documentation, for the static entity to which the
2192 attribute applies.
2193
2194 For any lint check `C`:
2195
2196 * `allow(C)` overrides the check for `C` so that violations will go
2197    unreported,
2198 * `deny(C)` signals an error after encountering a violation of `C`,
2199 * `forbid(C)` is the same as `deny(C)`, but also forbids changing the lint
2200    level afterwards,
2201 * `warn(C)` warns about violations of `C` but continues compilation.
2202
2203 The lint checks supported by the compiler can be found via `rustc -W help`,
2204 along with their default settings.  [Compiler
2205 plugins](book/plugins.html#lint-plugins) can provide additional lint checks.
2206
2207 ```{.ignore}
2208 mod m1 {
2209     // Missing documentation is ignored here
2210     #[allow(missing_docs)]
2211     pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2212
2213     // Missing documentation signals a warning here
2214     #[warn(missing_docs)]
2215     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2216
2217     // Missing documentation signals an error here
2218     #[deny(missing_docs)]
2219     pub fn undocumented_end() -> i32 { 3 }
2220 }
2221 ```
2222
2223 This example shows how one can use `allow` and `warn` to toggle a particular
2224 check on and off:
2225
2226 ```{.ignore}
2227 #[warn(missing_docs)]
2228 mod m2{
2229     #[allow(missing_docs)]
2230     mod nested {
2231         // Missing documentation is ignored here
2232         pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2233
2234         // Missing documentation signals a warning here,
2235         // despite the allow above.
2236         #[warn(missing_docs)]
2237         pub fn undocumented_two() -> i32 { 2 }
2238     }
2239
2240     // Missing documentation signals a warning here
2241     pub fn undocumented_too() -> i32 { 3 }
2242 }
2243 ```
2244
2245 This example shows how one can use `forbid` to disallow uses of `allow` for
2246 that lint check:
2247
2248 ```{.ignore}
2249 #[forbid(missing_docs)]
2250 mod m3 {
2251     // Attempting to toggle warning signals an error here
2252     #[allow(missing_docs)]
2253     /// Returns 2.
2254     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2255 }
2256 ```
2257
2258 ### Language items
2259
2260 Some primitive Rust operations are defined in Rust code, rather than being
2261 implemented directly in C or assembly language. The definitions of these
2262 operations have to be easy for the compiler to find. The `lang` attribute
2263 makes it possible to declare these operations. For example, the `str` module
2264 in the Rust standard library defines the string equality function:
2265
2266 ```{.ignore}
2267 #[lang="str_eq"]
2268 pub fn eq_slice(a: &str, b: &str) -> bool {
2269     // details elided
2270 }
2271 ```
2272
2273 The name `str_eq` has a special meaning to the Rust compiler, and the presence
2274 of this definition means that it will use this definition when generating calls
2275 to the string equality function.
2276
2277 A complete list of the built-in language items will be added in the future.
2278
2279 ### Inline attributes
2280
2281 The inline attribute is used to suggest to the compiler to perform an inline
2282 expansion and place a copy of the function or static in the caller rather than
2283 generating code to call the function or access the static where it is defined.
2284
2285 The compiler automatically inlines functions based on internal heuristics.
2286 Incorrectly inlining functions can actually making the program slower, so it
2287 should be used with care.
2288
2289 Immutable statics are always considered inlineable unless marked with
2290 `#[inline(never)]`. It is undefined whether two different inlineable statics
2291 have the same memory address. In other words, the compiler is free to collapse
2292 duplicate inlineable statics together.
2293
2294 `#[inline]` and `#[inline(always)]` always causes the function to be serialized
2295 into crate metadata to allow cross-crate inlining.
2296
2297 There are three different types of inline attributes:
2298
2299 * `#[inline]` hints the compiler to perform an inline expansion.
2300 * `#[inline(always)]` asks the compiler to always perform an inline expansion.
2301 * `#[inline(never)]` asks the compiler to never perform an inline expansion.
2302
2303 ### `derive`
2304
2305 The `derive` attribute allows certain traits to be automatically implemented
2306 for data structures. For example, the following will create an `impl` for the
2307 `PartialEq` and `Clone` traits for `Foo`, the type parameter `T` will be given
2308 the `PartialEq` or `Clone` constraints for the appropriate `impl`:
2309
2310 ```
2311 #[derive(PartialEq, Clone)]
2312 struct Foo<T> {
2313     a: i32,
2314     b: T
2315 }
2316 ```
2317
2318 The generated `impl` for `PartialEq` is equivalent to
2319
2320 ```
2321 # struct Foo<T> { a: i32, b: T }
2322 impl<T: PartialEq> PartialEq for Foo<T> {
2323     fn eq(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2324         self.a == other.a && self.b == other.b
2325     }
2326
2327     fn ne(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2328         self.a != other.a || self.b != other.b
2329     }
2330 }
2331 ```
2332
2333 ### Compiler Features
2334
2335 Certain aspects of Rust may be implemented in the compiler, but they're not
2336 necessarily ready for every-day use. These features are often of "prototype
2337 quality" or "almost production ready", but may not be stable enough to be
2338 considered a full-fledged language feature.
2339
2340 For this reason, Rust recognizes a special crate-level attribute of the form:
2341
2342 ```{.ignore}
2343 #![feature(feature1, feature2, feature3)]
2344 ```
2345
2346 This directive informs the compiler that the feature list: `feature1`,
2347 `feature2`, and `feature3` should all be enabled. This is only recognized at a
2348 crate-level, not at a module-level. Without this directive, all features are
2349 considered off, and using the features will result in a compiler error.
2350
2351 The currently implemented features of the reference compiler are:
2352
2353 * `advanced_slice_patterns` - See the [match expressions](#match-expressions)
2354                               section for discussion; the exact semantics of
2355                               slice patterns are subject to change, so some types
2356                               are still unstable.
2357
2358 * `slice_patterns` - OK, actually, slice patterns are just scary and
2359                      completely unstable.
2360
2361 * `asm` - The `asm!` macro provides a means for inline assembly. This is often
2362           useful, but the exact syntax for this feature along with its
2363           semantics are likely to change, so this macro usage must be opted
2364           into.
2365
2366 * `associated_types` - Allows type aliases in traits. Experimental.
2367
2368 * `box_patterns` - Allows `box` patterns, the exact semantics of which
2369                    is subject to change.
2370
2371 * `box_syntax` - Allows use of `box` expressions, the exact semantics of which
2372                  is subject to change.
2373
2374 * `concat_idents` - Allows use of the `concat_idents` macro, which is in many
2375                     ways insufficient for concatenating identifiers, and may be
2376                     removed entirely for something more wholesome.
2377
2378 * `custom_attribute` - Allows the usage of attributes unknown to the compiler
2379                        so that new attributes can be added in a backwards compatible
2380                        manner (RFC 572).
2381
2382 * `custom_derive` - Allows the use of `#[derive(Foo,Bar)]` as sugar for
2383                     `#[derive_Foo] #[derive_Bar]`, which can be user-defined syntax
2384                     extensions.
2385
2386 * `intrinsics` - Allows use of the "rust-intrinsics" ABI. Compiler intrinsics
2387                  are inherently unstable and no promise about them is made.
2388
2389 * `lang_items` - Allows use of the `#[lang]` attribute. Like `intrinsics`,
2390                  lang items are inherently unstable and no promise about them
2391                  is made.
2392
2393 * `link_args` - This attribute is used to specify custom flags to the linker,
2394                 but usage is strongly discouraged. The compiler's usage of the
2395                 system linker is not guaranteed to continue in the future, and
2396                 if the system linker is not used then specifying custom flags
2397                 doesn't have much meaning.
2398
2399 * `link_llvm_intrinsics` â€“ Allows linking to LLVM intrinsics via
2400                            `#[link_name="llvm.*"]`.
2401
2402 * `linkage` - Allows use of the `linkage` attribute, which is not portable.
2403
2404 * `log_syntax` - Allows use of the `log_syntax` macro attribute, which is a
2405                  nasty hack that will certainly be removed.
2406
2407 * `main` - Allows use of the `#[main]` attribute, which changes the entry point
2408            into a Rust program. This capability is subject to change.
2409
2410 * `macro_reexport` - Allows macros to be re-exported from one crate after being imported
2411                      from another. This feature was originally designed with the sole
2412                      use case of the Rust standard library in mind, and is subject to
2413                      change.
2414
2415 * `non_ascii_idents` - The compiler supports the use of non-ascii identifiers,
2416                        but the implementation is a little rough around the
2417                        edges, so this can be seen as an experimental feature
2418                        for now until the specification of identifiers is fully
2419                        fleshed out.
2420
2421 * `no_std` - Allows the `#![no_std]` crate attribute, which disables the implicit
2422              `extern crate std`. This typically requires use of the unstable APIs
2423              behind the libstd "facade", such as libcore and libcollections. It
2424              may also cause problems when using syntax extensions, including
2425              `#[derive]`.
2426
2427 * `on_unimplemented` - Allows the `#[rustc_on_unimplemented]` attribute, which allows
2428                        trait definitions to add specialized notes to error messages
2429                        when an implementation was expected but not found.
2430
2431 * `optin_builtin_traits` - Allows the definition of default and negative trait
2432                            implementations. Experimental.
2433
2434 * `plugin` - Usage of [compiler plugins][plugin] for custom lints or syntax extensions.
2435              These depend on compiler internals and are subject to change.
2436
2437 * `plugin_registrar` - Indicates that a crate provides [compiler plugins][plugin].
2438
2439 * `quote` - Allows use of the `quote_*!` family of macros, which are
2440             implemented very poorly and will likely change significantly
2441             with a proper implementation.
2442
2443 * `rustc_attrs` - Gates internal `#[rustc_*]` attributes which may be
2444                   for internal use only or have meaning added to them in the future.
2445
2446 * `rustc_diagnostic_macros`- A mysterious feature, used in the implementation
2447                              of rustc, not meant for mortals.
2448
2449 * `simd` - Allows use of the `#[simd]` attribute, which is overly simple and
2450            not the SIMD interface we want to expose in the long term.
2451
2452 * `simd_ffi` - Allows use of SIMD vectors in signatures for foreign functions.
2453                The SIMD interface is subject to change.
2454
2455 * `staged_api` - Allows usage of stability markers and `#![staged_api]` in a
2456                  crate. Stability markers are also attributes: `#[stable]`,
2457                  `#[unstable]`, and `#[deprecated]` are the three levels.
2458
2459 * `static_assert` - The `#[static_assert]` functionality is experimental and
2460                     unstable. The attribute can be attached to a `static` of
2461                     type `bool` and the compiler will error if the `bool` is
2462                     `false` at compile time. This version of this functionality
2463                     is unintuitive and suboptimal.
2464
2465 * `start` - Allows use of the `#[start]` attribute, which changes the entry point
2466             into a Rust program. This capability, especially the signature for the
2467             annotated function, is subject to change.
2468
2469 * `struct_inherit` - Allows using struct inheritance, which is barely
2470                      implemented and will probably be removed. Don't use this.
2471
2472 * `struct_variant` - Structural enum variants (those with named fields). It is
2473                      currently unknown whether this style of enum variant is as
2474                      fully supported as the tuple-forms, and it's not certain
2475                      that this style of variant should remain in the language.
2476                      For now this style of variant is hidden behind a feature
2477                      flag.
2478
2479 * `thread_local` - The usage of the `#[thread_local]` attribute is experimental
2480                    and should be seen as unstable. This attribute is used to
2481                    declare a `static` as being unique per-thread leveraging
2482                    LLVM's implementation which works in concert with the kernel
2483                    loader and dynamic linker. This is not necessarily available
2484                    on all platforms, and usage of it is discouraged.
2485
2486 * `trace_macros` - Allows use of the `trace_macros` macro, which is a nasty
2487                    hack that will certainly be removed.
2488
2489 * `unboxed_closures` - Rust's new closure design, which is currently a work in
2490                        progress feature with many known bugs.
2491
2492 * `unsafe_destructor` - Allows use of the `#[unsafe_destructor]` attribute,
2493                         which is considered wildly unsafe and will be
2494                         obsoleted by language improvements.
2495
2496 * `unsafe_no_drop_flag` - Allows use of the `#[unsafe_no_drop_flag]` attribute,
2497                           which removes hidden flag added to a type that
2498                           implements the `Drop` trait. The design for the
2499                           `Drop` flag is subject to change, and this feature
2500                           may be removed in the future.
2501
2502 * `unmarked_api` - Allows use of items within a `#![staged_api]` crate
2503                    which have not been marked with a stability marker.
2504                    Such items should not be allowed by the compiler to exist,
2505                    so if you need this there probably is a compiler bug.
2506
2507 * `visible_private_types` - Allows public APIs to expose otherwise private
2508                             types, e.g. as the return type of a public function.
2509                             This capability may be removed in the future.
2510
2511 * `allow_internal_unstable` - Allows `macro_rules!` macros to be tagged with the
2512                               `#[allow_internal_unstable]` attribute, designed
2513                               to allow `std` macros to call
2514                               `#[unstable]`/feature-gated functionality
2515                               internally without imposing on callers
2516                               (i.e. making them behave like function calls in
2517                               terms of encapsulation).
2518
2519 If a feature is promoted to a language feature, then all existing programs will
2520 start to receive compilation warnings about #[feature] directives which enabled
2521 the new feature (because the directive is no longer necessary). However, if a
2522 feature is decided to be removed from the language, errors will be issued (if
2523 there isn't a parser error first). The directive in this case is no longer
2524 necessary, and it's likely that existing code will break if the feature isn't
2525 removed.
2526
2527 If an unknown feature is found in a directive, it results in a compiler error.
2528 An unknown feature is one which has never been recognized by the compiler.
2529
2530 # Statements and expressions
2531
2532 Rust is _primarily_ an expression language. This means that most forms of
2533 value-producing or effect-causing evaluation are directed by the uniform syntax
2534 category of _expressions_. Each kind of expression can typically _nest_ within
2535 each other kind of expression, and rules for evaluation of expressions involve
2536 specifying both the value produced by the expression and the order in which its
2537 sub-expressions are themselves evaluated.
2538
2539 In contrast, statements in Rust serve _mostly_ to contain and explicitly
2540 sequence expression evaluation.
2541
2542 ## Statements
2543
2544 A _statement_ is a component of a block, which is in turn a component of an
2545 outer [expression](#expressions) or [function](#functions).
2546
2547 Rust has two kinds of statement: [declaration
2548 statements](#declaration-statements) and [expression
2549 statements](#expression-statements).
2550
2551 ### Declaration statements
2552
2553 A _declaration statement_ is one that introduces one or more *names* into the
2554 enclosing statement block. The declared names may denote new slots or new
2555 items.
2556
2557 #### Item declarations
2558
2559 An _item declaration statement_ has a syntactic form identical to an
2560 [item](#items) declaration within a module. Declaring an item &mdash; a
2561 function, enumeration, structure, type, static, trait, implementation or module
2562 &mdash; locally within a statement block is simply a way of restricting its
2563 scope to a narrow region containing all of its uses; it is otherwise identical
2564 in meaning to declaring the item outside the statement block.
2565
2566 > **Note**: there is no implicit capture of the function's dynamic environment when
2567 > declaring a function-local item.
2568
2569 #### Slot declarations
2570
2571 ```{.ebnf .gram}
2572 let_decl : "let" pat [':' type ] ? [ init ] ? ';' ;
2573 init : [ '=' ] expr ;
2574 ```
2575
2576 A _slot declaration_ introduces a new set of slots, given by a pattern. The
2577 pattern may be followed by a type annotation, and/or an initializer expression.
2578 When no type annotation is given, the compiler will infer the type, or signal
2579 an error if insufficient type information is available for definite inference.
2580 Any slots introduced by a slot declaration are visible from the point of
2581 declaration until the end of the enclosing block scope.
2582
2583 ### Expression statements
2584
2585 An _expression statement_ is one that evaluates an [expression](#expressions)
2586 and ignores its result. The type of an expression statement `e;` is always
2587 `()`, regardless of the type of `e`. As a rule, an expression statement's
2588 purpose is to trigger the effects of evaluating its expression.
2589
2590 ## Expressions
2591
2592 An expression may have two roles: it always produces a *value*, and it may have
2593 *effects* (otherwise known as "side effects"). An expression *evaluates to* a
2594 value, and has effects during *evaluation*. Many expressions contain
2595 sub-expressions (operands). The meaning of each kind of expression dictates
2596 several things:
2597
2598 * Whether or not to evaluate the sub-expressions when evaluating the expression
2599 * The order in which to evaluate the sub-expressions
2600 * How to combine the sub-expressions' values to obtain the value of the expression
2601
2602 In this way, the structure of expressions dictates the structure of execution.
2603 Blocks are just another kind of expression, so blocks, statements, expressions,
2604 and blocks again can recursively nest inside each other to an arbitrary depth.
2605
2606 #### Lvalues, rvalues and temporaries
2607
2608 Expressions are divided into two main categories: _lvalues_ and _rvalues_.
2609 Likewise within each expression, sub-expressions may occur in _lvalue context_
2610 or _rvalue context_. The evaluation of an expression depends both on its own
2611 category and the context it occurs within.
2612
2613 An lvalue is an expression that represents a memory location. These expressions
2614 are [paths](#path-expressions) (which refer to local variables, function and
2615 method arguments, or static variables), dereferences (`*expr`), [indexing
2616 expressions](#index-expressions) (`expr[expr]`), and [field
2617 references](#field-expressions) (`expr.f`). All other expressions are rvalues.
2618
2619 The left operand of an [assignment](#assignment-expressions) or
2620 [compound-assignment](#compound-assignment-expressions) expression is an lvalue
2621 context, as is the single operand of a unary
2622 [borrow](#unary-operator-expressions). All other expression contexts are
2623 rvalue contexts.
2624
2625 When an lvalue is evaluated in an _lvalue context_, it denotes a memory
2626 location; when evaluated in an _rvalue context_, it denotes the value held _in_
2627 that memory location.
2628
2629 When an rvalue is used in an lvalue context, a temporary un-named lvalue is
2630 created and used instead. A temporary's lifetime equals the largest lifetime
2631 of any reference that points to it.
2632
2633 #### Moved and copied types
2634
2635 When a [local variable](#memory-slots) is used as an
2636 [rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) the variable will either be moved
2637 or copied, depending on its type. All values whose type implements `Copy` are
2638 copied, all others are moved.
2639
2640 ### Literal expressions
2641
2642 A _literal expression_ consists of one of the [literal](#literals) forms
2643 described earlier. It directly describes a number, character, string, boolean
2644 value, or the unit value.
2645
2646 ```{.literals}
2647 ();        // unit type
2648 "hello";   // string type
2649 '5';       // character type
2650 5;         // integer type
2651 ```
2652
2653 ### Path expressions
2654
2655 A [path](#paths) used as an expression context denotes either a local variable
2656 or an item. Path expressions are [lvalues](#lvalues,-rvalues-and-temporaries).
2657
2658 ### Tuple expressions
2659
2660 Tuples are written by enclosing zero or more comma-separated expressions in
2661 parentheses. They are used to create [tuple-typed](#tuple-types) values.
2662
2663 ```{.tuple}
2664 (0,);
2665 (0.0, 4.5);
2666 ("a", 4us, true);
2667 ```
2668
2669 ### Unit expressions
2670
2671 The expression `()` denotes the _unit value_, the only value of the type with
2672 the same name.
2673
2674 ### Structure expressions
2675
2676 ```{.ebnf .gram}
2677 struct_expr : expr_path '{' ident ':' expr
2678                       [ ',' ident ':' expr ] *
2679                       [ ".." expr ] '}' |
2680               expr_path '(' expr
2681                       [ ',' expr ] * ')' |
2682               expr_path ;
2683 ```
2684
2685 There are several forms of structure expressions. A _structure expression_
2686 consists of the [path](#paths) of a [structure item](#structures), followed by
2687 a brace-enclosed list of one or more comma-separated name-value pairs,
2688 providing the field values of a new instance of the structure. A field name
2689 can be any identifier, and is separated from its value expression by a colon.
2690 The location denoted by a structure field is mutable if and only if the
2691 enclosing structure is mutable.
2692
2693 A _tuple structure expression_ consists of the [path](#paths) of a [structure
2694 item](#structures), followed by a parenthesized list of one or more
2695 comma-separated expressions (in other words, the path of a structure item
2696 followed by a tuple expression). The structure item must be a tuple structure
2697 item.
2698
2699 A _unit-like structure expression_ consists only of the [path](#paths) of a
2700 [structure item](#structures).
2701
2702 The following are examples of structure expressions:
2703
2704 ```
2705 # struct Point { x: f64, y: f64 }
2706 # struct TuplePoint(f64, f64);
2707 # mod game { pub struct User<'a> { pub name: &'a str, pub age: u32, pub score: usize } }
2708 # struct Cookie; fn some_fn<T>(t: T) {}
2709 Point {x: 10.0, y: 20.0};
2710 TuplePoint(10.0, 20.0);
2711 let u = game::User {name: "Joe", age: 35, score: 100_000};
2712 some_fn::<Cookie>(Cookie);
2713 ```
2714
2715 A structure expression forms a new value of the named structure type. Note
2716 that for a given *unit-like* structure type, this will always be the same
2717 value.
2718
2719 A structure expression can terminate with the syntax `..` followed by an
2720 expression to denote a functional update. The expression following `..` (the
2721 base) must have the same structure type as the new structure type being formed.
2722 The entire expression denotes the result of constructing a new structure (with
2723 the same type as the base expression) with the given values for the fields that
2724 were explicitly specified and the values in the base expression for all other
2725 fields.
2726
2727 ```
2728 # struct Point3d { x: i32, y: i32, z: i32 }
2729 let base = Point3d {x: 1, y: 2, z: 3};
2730 Point3d {y: 0, z: 10, .. base};
2731 ```
2732
2733 ### Block expressions
2734
2735 ```{.ebnf .gram}
2736 block_expr : '{' [ stmt ';' | item ] *
2737                  [ expr ] '}' ;
2738 ```
2739
2740 A _block expression_ is similar to a module in terms of the declarations that
2741 are possible. Each block conceptually introduces a new namespace scope. Use
2742 items can bring new names into scopes and declared items are in scope for only
2743 the block itself.
2744
2745 A block will execute each statement sequentially, and then execute the
2746 expression (if given). If the block ends in a statement, its value is `()`:
2747
2748 ```
2749 let x: () = { println!("Hello."); };
2750 ```
2751
2752 If it ends in an expression, its value and type are that of the expression:
2753
2754 ```
2755 let x: i32 = { println!("Hello."); 5 };
2756
2757 assert_eq!(5, x);
2758 ```
2759
2760 ### Method-call expressions
2761
2762 ```{.ebnf .gram}
2763 method_call_expr : expr '.' ident paren_expr_list ;
2764 ```
2765
2766 A _method call_ consists of an expression followed by a single dot, an
2767 identifier, and a parenthesized expression-list. Method calls are resolved to
2768 methods on specific traits, either statically dispatching to a method if the
2769 exact `self`-type of the left-hand-side is known, or dynamically dispatching if
2770 the left-hand-side expression is an indirect [object type](#object-types).
2771
2772 ### Field expressions
2773
2774 ```{.ebnf .gram}
2775 field_expr : expr '.' ident ;
2776 ```
2777
2778 A _field expression_ consists of an expression followed by a single dot and an
2779 identifier, when not immediately followed by a parenthesized expression-list
2780 (the latter is a [method call expression](#method-call-expressions)). A field
2781 expression denotes a field of a [structure](#structure-types).
2782
2783 ```{.ignore .field}
2784 mystruct.myfield;
2785 foo().x;
2786 (Struct {a: 10, b: 20}).a;
2787 ```
2788
2789 A field access is an [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) referring to
2790 the value of that field. When the type providing the field inherits mutability,
2791 it can be [assigned](#assignment-expressions) to.
2792
2793 Also, if the type of the expression to the left of the dot is a pointer, it is
2794 automatically dereferenced to make the field access possible.
2795
2796 ### Array expressions
2797
2798 ```{.ebnf .gram}
2799 array_expr : '[' "mut" ? array_elems? ']' ;
2800
2801 array_elems : [expr [',' expr]*] | [expr ';' expr] ;
2802 ```
2803
2804 An [array](#array,-and-slice-types) _expression_ is written by enclosing zero
2805 or more comma-separated expressions of uniform type in square brackets.
2806
2807 In the `[expr ';' expr]` form, the expression after the `';'` must be a
2808 constant expression that can be evaluated at compile time, such as a
2809 [literal](#literals) or a [static item](#static-items).
2810
2811 ```
2812 [1, 2, 3, 4];
2813 ["a", "b", "c", "d"];
2814 [0; 128];              // array with 128 zeros
2815 [0u8, 0u8, 0u8, 0u8];
2816 ```
2817
2818 ### Index expressions
2819
2820 ```{.ebnf .gram}
2821 idx_expr : expr '[' expr ']' ;
2822 ```
2823
2824 [Array](#array,-and-slice-types)-typed expressions can be indexed by
2825 writing a square-bracket-enclosed expression (the index) after them. When the
2826 array is mutable, the resulting [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) can
2827 be assigned to.
2828
2829 Indices are zero-based, and may be of any integral type. Vector access is
2830 bounds-checked at run-time. When the check fails, it will put the thread in a
2831 _panicked state_.
2832
2833 ```{should-fail}
2834 ([1, 2, 3, 4])[0];
2835 (["a", "b"])[10]; // panics
2836 ```
2837
2838 ### Unary operator expressions
2839
2840 Rust defines three unary operators. They are all written as prefix operators,
2841 before the expression they apply to.
2842
2843 * `-`
2844   : Negation. May only be applied to numeric types.
2845 * `*`
2846   : Dereference. When applied to a [pointer](#pointer-types) it denotes the
2847     pointed-to location. For pointers to mutable locations, the resulting
2848     [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) can be assigned to.
2849     On non-pointer types, it calls the `deref` method of the `std::ops::Deref`
2850     trait, or the `deref_mut` method of the `std::ops::DerefMut` trait (if
2851     implemented by the type and required for an outer expression that will or
2852     could mutate the dereference), and produces the result of dereferencing the
2853     `&` or `&mut` borrowed pointer returned from the overload method.
2854
2855 * `!`
2856   : Logical negation. On the boolean type, this flips between `true` and
2857     `false`. On integer types, this inverts the individual bits in the
2858     two's complement representation of the value.
2859
2860 ### Binary operator expressions
2861
2862 ```{.ebnf .gram}
2863 binop_expr : expr binop expr ;
2864 ```
2865
2866 Binary operators expressions are given in terms of [operator
2867 precedence](#operator-precedence).
2868
2869 #### Arithmetic operators
2870
2871 Binary arithmetic expressions are syntactic sugar for calls to built-in traits,
2872 defined in the `std::ops` module of the `std` library. This means that
2873 arithmetic operators can be overridden for user-defined types. The default
2874 meaning of the operators on standard types is given here.
2875
2876 * `+`
2877   : Addition and array/string concatenation.
2878     Calls the `add` method on the `std::ops::Add` trait.
2879 * `-`
2880   : Subtraction.
2881     Calls the `sub` method on the `std::ops::Sub` trait.
2882 * `*`
2883   : Multiplication.
2884     Calls the `mul` method on the `std::ops::Mul` trait.
2885 * `/`
2886   : Quotient.
2887     Calls the `div` method on the `std::ops::Div` trait.
2888 * `%`
2889   : Remainder.
2890     Calls the `rem` method on the `std::ops::Rem` trait.
2891
2892 #### Bitwise operators
2893
2894 Like the [arithmetic operators](#arithmetic-operators), bitwise operators are
2895 syntactic sugar for calls to methods of built-in traits. This means that
2896 bitwise operators can be overridden for user-defined types. The default
2897 meaning of the operators on standard types is given here.
2898
2899 * `&`
2900   : And.
2901     Calls the `bitand` method of the `std::ops::BitAnd` trait.
2902 * `|`
2903   : Inclusive or.
2904     Calls the `bitor` method of the `std::ops::BitOr` trait.
2905 * `^`
2906   : Exclusive or.
2907     Calls the `bitxor` method of the `std::ops::BitXor` trait.
2908 * `<<`
2909   : Left shift.
2910     Calls the `shl` method of the `std::ops::Shl` trait.
2911 * `>>`
2912   : Right shift.
2913     Calls the `shr` method of the `std::ops::Shr` trait.
2914
2915 #### Lazy boolean operators
2916
2917 The operators `||` and `&&` may be applied to operands of boolean type. The
2918 `||` operator denotes logical 'or', and the `&&` operator denotes logical
2919 'and'. They differ from `|` and `&` in that the right-hand operand is only
2920 evaluated when the left-hand operand does not already determine the result of
2921 the expression. That is, `||` only evaluates its right-hand operand when the
2922 left-hand operand evaluates to `false`, and `&&` only when it evaluates to
2923 `true`.
2924
2925 #### Comparison operators
2926
2927 Comparison operators are, like the [arithmetic
2928 operators](#arithmetic-operators), and [bitwise operators](#bitwise-operators),
2929 syntactic sugar for calls to built-in traits. This means that comparison
2930 operators can be overridden for user-defined types. The default meaning of the
2931 operators on standard types is given here.
2932
2933 * `==`
2934   : Equal to.
2935     Calls the `eq` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
2936 * `!=`
2937   : Unequal to.
2938     Calls the `ne` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
2939 * `<`
2940   : Less than.
2941     Calls the `lt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2942 * `>`
2943   : Greater than.
2944     Calls the `gt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2945 * `<=`
2946   : Less than or equal.
2947     Calls the `le` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2948 * `>=`
2949   : Greater than or equal.
2950     Calls the `ge` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2951
2952 #### Type cast expressions
2953
2954 A type cast expression is denoted with the binary operator `as`.
2955
2956 Executing an `as` expression casts the value on the left-hand side to the type
2957 on the right-hand side.
2958
2959 An example of an `as` expression:
2960
2961 ```
2962 # fn sum(v: &[f64]) -> f64 { 0.0 }
2963 # fn len(v: &[f64]) -> i32 { 0 }
2964
2965 fn avg(v: &[f64]) -> f64 {
2966   let sum: f64 = sum(v);
2967   let sz: f64 = len(v) as f64;
2968   return sum / sz;
2969 }
2970 ```
2971
2972 #### Assignment expressions
2973
2974 An _assignment expression_ consists of an
2975 [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) expression followed by an equals
2976 sign (`=`) and an [rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) expression.
2977
2978 Evaluating an assignment expression [either copies or
2979 moves](#moved-and-copied-types) its right-hand operand to its left-hand
2980 operand.
2981
2982 ```
2983 # let mut x = 0;
2984 # let y = 0;
2985
2986 x = y;
2987 ```
2988
2989 #### Compound assignment expressions
2990
2991 The `+`, `-`, `*`, `/`, `%`, `&`, `|`, `^`, `<<`, and `>>` operators may be
2992 composed with the `=` operator. The expression `lval OP= val` is equivalent to
2993 `lval = lval OP val`. For example, `x = x + 1` may be written as `x += 1`.
2994
2995 Any such expression always has the [`unit`](#primitive-types) type.
2996
2997 #### Operator precedence
2998
2999 The precedence of Rust binary operators is ordered as follows, going from
3000 strong to weak:
3001
3002 ```{.text .precedence}
3003 as
3004 * / %
3005 + -
3006 << >>
3007 &
3008 ^
3009 |
3010 == != < > <= >=
3011 &&
3012 ||
3013 = ..
3014 ```
3015
3016 Operators at the same precedence level are evaluated left-to-right. [Unary
3017 operators](#unary-operator-expressions) have the same precedence level and are
3018 stronger than any of the binary operators.
3019
3020 ### Grouped expressions
3021
3022 An expression enclosed in parentheses evaluates to the result of the enclosed
3023 expression. Parentheses can be used to explicitly specify evaluation order
3024 within an expression.
3025
3026 ```{.ebnf .gram}
3027 paren_expr : '(' expr ')' ;
3028 ```
3029
3030 An example of a parenthesized expression:
3031
3032 ```
3033 let x: i32 = (2 + 3) * 4;
3034 ```
3035
3036
3037 ### Call expressions
3038
3039 ```{.ebnf .gram}
3040 expr_list : [ expr [ ',' expr ]* ] ? ;
3041 paren_expr_list : '(' expr_list ')' ;
3042 call_expr : expr paren_expr_list ;
3043 ```
3044
3045 A _call expression_ invokes a function, providing zero or more input slots and
3046 an optional reference slot to serve as the function's output, bound to the
3047 `lval` on the right hand side of the call. If the function eventually returns,
3048 then the expression completes.
3049
3050 Some examples of call expressions:
3051
3052 ```
3053 # fn add(x: i32, y: i32) -> i32 { 0 }
3054
3055 let x: i32 = add(1i32, 2i32);
3056 let pi: Result<f32, _> = "3.14".parse();
3057 ```
3058
3059 ### Lambda expressions
3060
3061 ```{.ebnf .gram}
3062 ident_list : [ ident [ ',' ident ]* ] ? ;
3063 lambda_expr : '|' ident_list '|' expr ;
3064 ```
3065
3066 A _lambda expression_ (sometimes called an "anonymous function expression")
3067 defines a function and denotes it as a value, in a single expression. A lambda
3068 expression is a pipe-symbol-delimited (`|`) list of identifiers followed by an
3069 expression.
3070
3071 A lambda expression denotes a function that maps a list of parameters
3072 (`ident_list`) onto the expression that follows the `ident_list`. The
3073 identifiers in the `ident_list` are the parameters to the function. These
3074 parameters' types need not be specified, as the compiler infers them from
3075 context.
3076
3077 Lambda expressions are most useful when passing functions as arguments to other
3078 functions, as an abbreviation for defining and capturing a separate function.
3079
3080 Significantly, lambda expressions _capture their environment_, which regular
3081 [function definitions](#functions) do not. The exact type of capture depends
3082 on the [function type](#function-types) inferred for the lambda expression. In
3083 the simplest and least-expensive form (analogous to a ```|| { }``` expression),
3084 the lambda expression captures its environment by reference, effectively
3085 borrowing pointers to all outer variables mentioned inside the function.
3086 Alternately, the compiler may infer that a lambda expression should copy or
3087 move values (depending on their type) from the environment into the lambda
3088 expression's captured environment.
3089
3090 In this example, we define a function `ten_times` that takes a higher-order
3091 function argument, and call it with a lambda expression as an argument:
3092
3093 ```
3094 fn ten_times<F>(f: F) where F: Fn(i32) {
3095     let mut i = 0i32;
3096     while i < 10 {
3097         f(i);
3098         i += 1;
3099     }
3100 }
3101
3102 ten_times(|j| println!("hello, {}", j));
3103 ```
3104
3105 ### While loops
3106
3107 ```{.ebnf .gram}
3108 while_expr : [ lifetime ':' ] "while" no_struct_literal_expr '{' block '}' ;
3109 ```
3110
3111 A `while` loop begins by evaluating the boolean loop conditional expression.
3112 If the loop conditional expression evaluates to `true`, the loop body block
3113 executes and control returns to the loop conditional expression. If the loop
3114 conditional expression evaluates to `false`, the `while` expression completes.
3115
3116 An example:
3117
3118 ```
3119 let mut i = 0;
3120
3121 while i < 10 {
3122     println!("hello");
3123     i = i + 1;
3124 }
3125 ```
3126
3127 ### Infinite loops
3128
3129 A `loop` expression denotes an infinite loop.
3130
3131 ```{.ebnf .gram}
3132 loop_expr : [ lifetime ':' ] "loop" '{' block '}';
3133 ```
3134
3135 A `loop` expression may optionally have a _label_. If a label is present, then
3136 labeled `break` and `continue` expressions nested within this loop may exit out
3137 of this loop or return control to its head. See [Break
3138 expressions](#break-expressions) and [Continue
3139 expressions](#continue-expressions).
3140
3141 ### Break expressions
3142
3143 ```{.ebnf .gram}
3144 break_expr : "break" [ lifetime ];
3145 ```
3146
3147 A `break` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3148 executing a `break` expression immediately terminates the innermost loop
3149 enclosing it. It is only permitted in the body of a loop. If the label is
3150 present, then `break foo` terminates the loop with label `foo`, which need not
3151 be the innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3152
3153 ### Continue expressions
3154
3155 ```{.ebnf .gram}
3156 continue_expr : "continue" [ lifetime ];
3157 ```
3158
3159 A `continue` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3160 executing a `continue` expression immediately terminates the current iteration
3161 of the innermost loop enclosing it, returning control to the loop *head*. In
3162 the case of a `while` loop, the head is the conditional expression controlling
3163 the loop. In the case of a `for` loop, the head is the call-expression
3164 controlling the loop. If the label is present, then `continue foo` returns
3165 control to the head of the loop with label `foo`, which need not be the
3166 innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3167
3168 A `continue` expression is only permitted in the body of a loop.
3169
3170 ### For expressions
3171
3172 ```{.ebnf .gram}
3173 for_expr : [ lifetime ':' ] "for" pat "in" no_struct_literal_expr '{' block '}' ;
3174 ```
3175
3176 A `for` expression is a syntactic construct for looping over elements provided
3177 by an implementation of `std::iter::Iterator`.
3178
3179 An example of a for loop over the contents of an array:
3180
3181 ```
3182 # type Foo = i32;
3183 # fn bar(f: Foo) { }
3184 # let a = 0;
3185 # let b = 0;
3186 # let c = 0;
3187
3188 let v: &[Foo] = &[a, b, c];
3189
3190 for e in v.iter() {
3191     bar(*e);
3192 }
3193 ```
3194
3195 An example of a for loop over a series of integers:
3196
3197 ```
3198 # fn bar(b:usize) { }
3199 for i in 0..256 {
3200     bar(i);
3201 }
3202 ```
3203
3204 ### If expressions
3205
3206 ```{.ebnf .gram}
3207 if_expr : "if" no_struct_literal_expr '{' block '}'
3208           else_tail ? ;
3209
3210 else_tail : "else" [ if_expr | if_let_expr
3211                    | '{' block '}' ] ;
3212 ```
3213
3214 An `if` expression is a conditional branch in program control. The form of an
3215 `if` expression is a condition expression, followed by a consequent block, any
3216 number of `else if` conditions and blocks, and an optional trailing `else`
3217 block. The condition expressions must have type `bool`. If a condition
3218 expression evaluates to `true`, the consequent block is executed and any
3219 subsequent `else if` or `else` block is skipped. If a condition expression
3220 evaluates to `false`, the consequent block is skipped and any subsequent `else
3221 if` condition is evaluated. If all `if` and `else if` conditions evaluate to
3222 `false` then any `else` block is executed.
3223
3224 ### Match expressions
3225
3226 ```{.ebnf .gram}
3227 match_expr : "match" no_struct_literal_expr '{' match_arm * '}' ;
3228
3229 match_arm : attribute * match_pat "=>" [ expr "," | '{' block '}' ] ;
3230
3231 match_pat : pat [ '|' pat ] * [ "if" expr ] ? ;
3232 ```
3233
3234 A `match` expression branches on a *pattern*. The exact form of matching that
3235 occurs depends on the pattern. Patterns consist of some combination of
3236 literals, destructured arrays or enum constructors, structures and tuples,
3237 variable binding specifications, wildcards (`..`), and placeholders (`_`). A
3238 `match` expression has a *head expression*, which is the value to compare to
3239 the patterns. The type of the patterns must equal the type of the head
3240 expression.
3241
3242 In a pattern whose head expression has an `enum` type, a placeholder (`_`)
3243 stands for a *single* data field, whereas a wildcard `..` stands for *all* the
3244 fields of a particular variant. For example:
3245
3246 ```
3247 #![feature(box_patterns)]
3248 #![feature(box_syntax)]
3249 enum List<X> { Nil, Cons(X, Box<List<X>>) }
3250
3251 fn main() {
3252     let x: List<i32> = List::Cons(10, box List::Cons(11, box List::Nil));
3253
3254     match x {
3255         List::Cons(_, box List::Nil) => panic!("singleton list"),
3256         List::Cons(..)               => return,
3257         List::Nil                    => panic!("empty list")
3258     }
3259 }
3260 ```
3261
3262 The first pattern matches lists constructed by applying `Cons` to any head
3263 value, and a tail value of `box Nil`. The second pattern matches _any_ list
3264 constructed with `Cons`, ignoring the values of its arguments. The difference
3265 between `_` and `..` is that the pattern `C(_)` is only type-correct if `C` has
3266 exactly one argument, while the pattern `C(..)` is type-correct for any enum
3267 variant `C`, regardless of how many arguments `C` has.
3268
3269 Used inside an array pattern, `..` stands for any number of elements, when the
3270 `advanced_slice_patterns` feature gate is turned on. This wildcard can be used
3271 at most once for a given array, which implies that it cannot be used to
3272 specifically match elements that are at an unknown distance from both ends of a
3273 array, like `[.., 42, ..]`. If preceded by a variable name, it will bind the
3274 corresponding slice to the variable. Example:
3275
3276 ```
3277 # #![feature(advanced_slice_patterns, slice_patterns)]
3278 fn is_symmetric(list: &[u32]) -> bool {
3279     match list {
3280         [] | [_]                   => true,
3281         [x, inside.., y] if x == y => is_symmetric(inside),
3282         _                          => false
3283     }
3284 }
3285
3286 fn main() {
3287     let sym     = &[0, 1, 4, 2, 4, 1, 0];
3288     let not_sym = &[0, 1, 7, 2, 4, 1, 0];
3289     assert!(is_symmetric(sym));
3290     assert!(!is_symmetric(not_sym));
3291 }
3292 ```
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 #![feature(box_patterns)]
3312 #![feature(box_syntax)]
3313 # fn process_pair(a: i32, b: i32) { }
3314 # fn process_ten() { }
3315
3316 enum List<X> { Nil, Cons(X, Box<List<X>>) }
3317
3318 fn main() {
3319     let x: List<i32> = List::Cons(10, box List::Cons(11, box List::Nil));
3320
3321     match x {
3322         List::Cons(a, box List::Cons(b, _)) => {
3323             process_pair(a, b);
3324         }
3325         List::Cons(10, _) => {
3326             process_ten();
3327         }
3328         List::Nil => {
3329             return;
3330         }
3331         _ => {
3332             panic!();
3333         }
3334     }
3335 }
3336 ```
3337
3338 Patterns that bind variables default to binding to a copy or move of the
3339 matched value (depending on the matched value's type). This can be changed to
3340 bind to a reference by using the `ref` keyword, or to a mutable reference using
3341 `ref mut`.
3342
3343 Subpatterns can also be bound to variables by the use of the syntax `variable @
3344 subpattern`. For example:
3345
3346 ```
3347 #![feature(box_patterns)]
3348 #![feature(box_syntax)]
3349
3350 enum List { Nil, Cons(u32, Box<List>) }
3351
3352 fn is_sorted(list: &List) -> bool {
3353     match *list {
3354         List::Nil | List::Cons(_, box List::Nil) => true,
3355         List::Cons(x, ref r @ box List::Cons(_, _)) => {
3356             match *r {
3357                 box List::Cons(y, _) => (x <= y) && is_sorted(&**r),
3358                 _ => panic!()
3359             }
3360         }
3361     }
3362 }
3363
3364 fn main() {
3365     let a = List::Cons(6, box List::Cons(7, box List::Cons(42, box List::Nil)));
3366     assert!(is_sorted(&a));
3367 }
3368
3369 ```
3370
3371 Patterns can also dereference pointers by using the `&`, `&mut` and `box`
3372 symbols, as appropriate. For example, these two matches on `x: &i32` are
3373 equivalent:
3374
3375 ```
3376 # let x = &3;
3377 let y = match *x { 0 => "zero", _ => "some" };
3378 let z = match x { &0 => "zero", _ => "some" };
3379
3380 assert_eq!(y, z);
3381 ```
3382
3383 A pattern that's just an identifier, like `Nil` in the previous example, could
3384 either refer to an enum variant that's in scope, or bind a new variable. The
3385 compiler resolves this ambiguity by forbidding variable bindings that occur in
3386 `match` patterns from shadowing names of variants that are in scope. For
3387 example, wherever `List` is in scope, a `match` pattern would not be able to
3388 bind `Nil` as a new name. The compiler interprets a variable pattern `x` as a
3389 binding _only_ if there is no variant named `x` in scope. A convention you can
3390 use to avoid conflicts is simply to name variants with upper-case letters, and
3391 local variables with lower-case letters.
3392
3393 Multiple match patterns may be joined with the `|` operator. A range of values
3394 may be specified with `...`. For example:
3395
3396 ```
3397 # let x = 2;
3398
3399 let message = match x {
3400   0 | 1  => "not many",
3401   2 ... 9 => "a few",
3402   _      => "lots"
3403 };
3404 ```
3405
3406 Range patterns only work on scalar types (like integers and characters; not
3407 like arrays and structs, which have sub-components). A range pattern may not
3408 be a sub-range of another range pattern inside the same `match`.
3409
3410 Finally, match patterns can accept *pattern guards* to further refine the
3411 criteria for matching a case. Pattern guards appear after the pattern and
3412 consist of a bool-typed expression following the `if` keyword. A pattern guard
3413 may refer to the variables bound within the pattern they follow.
3414
3415 ```
3416 # let maybe_digit = Some(0);
3417 # fn process_digit(i: i32) { }
3418 # fn process_other(i: i32) { }
3419
3420 let message = match maybe_digit {
3421   Some(x) if x < 10 => process_digit(x),
3422   Some(x) => process_other(x),
3423   None => panic!()
3424 };
3425 ```
3426
3427 ### If let expressions
3428
3429 ```{.ebnf .gram}
3430 if_let_expr : "if" "let" pat '=' expr '{' block '}'
3431                else_tail ? ;
3432 else_tail : "else" [ if_expr | if_let_expr | '{' block '}' ] ;
3433 ```
3434
3435 An `if let` expression is semantically identical to an `if` expression but in place
3436 of a condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3437 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the corresponding
3438 block will execute, otherwise flow proceeds to the first `else` block that follows.
3439
3440 ### While let loops
3441
3442 ```{.ebnf .gram}
3443 while_let_expr : "while" "let" pat '=' expr '{' block '}' ;
3444 ```
3445
3446 A `while let` loop is semantically identical to a `while` loop but in place of a
3447 condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3448 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the
3449 loop body block executes and control returns to the pattern matching statement.
3450 Otherwise, the while expression completes.
3451
3452 ### Return expressions
3453
3454 ```{.ebnf .gram}
3455 return_expr : "return" expr ? ;
3456 ```
3457
3458 Return expressions are denoted with the keyword `return`. Evaluating a `return`
3459 expression moves its argument into the output slot of the current function,
3460 destroys the current function activation frame, and transfers control to the
3461 caller frame.
3462
3463 An example of a `return` expression:
3464
3465 ```
3466 fn max(a: i32, b: i32) -> i32 {
3467    if a > b {
3468       return a;
3469    }
3470    return b;
3471 }
3472 ```
3473
3474 # Type system
3475
3476 ## Types
3477
3478 Every slot, item and value in a Rust program has a type. The _type_ of a
3479 *value* defines the interpretation of the memory holding it.
3480
3481 Built-in types and type-constructors are tightly integrated into the language,
3482 in nontrivial ways that are not possible to emulate in user-defined types.
3483 User-defined types have limited capabilities.
3484
3485 ### Primitive types
3486
3487 The primitive types are the following:
3488
3489 * The "unit" type `()`, having the single "unit" value `()` (occasionally called
3490   "nil"). [^unittype]
3491 * The boolean type `bool` with values `true` and `false`.
3492 * The machine types.
3493 * The machine-dependent integer and floating-point types.
3494
3495 [^unittype]: The "unit" value `()` is *not* a sentinel "null pointer" value for
3496     reference slots; the "unit" type is the implicit return type from functions
3497     otherwise lacking a return type, and can be used in other contexts (such as
3498     message-sending or type-parametric code) as a zero-size type.]
3499
3500 #### Machine types
3501
3502 The machine types are the following:
3503
3504 * The unsigned word types `u8`, `u16`, `u32` and `u64`, with values drawn from
3505   the integer intervals [0, 2^8 - 1], [0, 2^16 - 1], [0, 2^32 - 1] and
3506   [0, 2^64 - 1] respectively.
3507
3508 * The signed two's complement word types `i8`, `i16`, `i32` and `i64`, with
3509   values drawn from the integer intervals [-(2^(7)), 2^7 - 1],
3510   [-(2^(15)), 2^15 - 1], [-(2^(31)), 2^31 - 1], [-(2^(63)), 2^63 - 1]
3511   respectively.
3512
3513 * The IEEE 754-2008 `binary32` and `binary64` floating-point types: `f32` and
3514   `f64`, respectively.
3515
3516 #### Machine-dependent integer types
3517
3518 The `usize` type is an unsigned integer type with the same number of bits as the
3519 platform's pointer type. It can represent every memory address in the process.
3520
3521 The `isize` type is a signed integer type with the same number of bits as the
3522 platform's pointer type. The theoretical upper bound on object and array size
3523 is the maximum `isize` value. This ensures that `isize` can be used to calculate
3524 differences between pointers into an object or array and can address every byte
3525 within an object along with one byte past the end.
3526
3527 ### Textual types
3528
3529 The types `char` and `str` hold textual data.
3530
3531 A value of type `char` is a [Unicode scalar value](
3532 http://www.unicode.org/glossary/#unicode_scalar_value) (i.e. a code point that
3533 is not a surrogate), represented as a 32-bit unsigned word in the 0x0000 to
3534 0xD7FF or 0xE000 to 0x10FFFF range. A `[char]` array is effectively an UCS-4 /
3535 UTF-32 string.
3536
3537 A value of type `str` is a Unicode string, represented as an array of 8-bit
3538 unsigned bytes holding a sequence of UTF-8 codepoints. Since `str` is of
3539 unknown size, it is not a _first-class_ type, but can only be instantiated
3540 through a pointer type, such as `&str` or `String`.
3541
3542 ### Tuple types
3543
3544 A tuple *type* is a heterogeneous product of other types, called the *elements*
3545 of the tuple. It has no nominal name and is instead structurally typed.
3546
3547 Tuple types and values are denoted by listing the types or values of their
3548 elements, respectively, in a parenthesized, comma-separated list.
3549
3550 Because tuple elements don't have a name, they can only be accessed by
3551 pattern-matching or by using `N` directly as a field to access the
3552 `N`th element.
3553
3554 An example of a tuple type and its use:
3555
3556 ```
3557 type Pair<'a> = (i32, &'a str);
3558 let p: Pair<'static> = (10, "hello");
3559 let (a, b) = p;
3560 assert!(b != "world");
3561 assert!(p.0 == 10);
3562 ```
3563
3564 ### Array, and Slice types
3565
3566 Rust has two different types for a list of items:
3567
3568 * `[T; N]`, an 'array'.
3569 * `&[T]`, a 'slice'.
3570
3571 An array has a fixed size, and can be allocated on either the stack or the
3572 heap.
3573
3574 A slice is a 'view' into an array. It doesn't own the data it points
3575 to, it borrows it.
3576
3577 An example of each kind:
3578
3579 ```{rust}
3580 let vec: Vec<i32> = vec![1, 2, 3];
3581 let arr: [i32; 3] = [1, 2, 3];
3582 let s: &[i32] = &vec[..];
3583 ```
3584
3585 As you can see, the `vec!` macro allows you to create a `Vec<T>` easily. The
3586 `vec!` macro is also part of the standard library, rather than the language.
3587
3588 All in-bounds elements of arrays, and slices are always initialized, and access
3589 to an array or slice is always bounds-checked.
3590
3591 ### Structure types
3592
3593 A `struct` *type* is a heterogeneous product of other types, called the
3594 *fields* of the type.[^structtype]
3595
3596 [^structtype]: `struct` types are analogous `struct` types in C,
3597     the *record* types of the ML family,
3598     or the *structure* types of the Lisp family.
3599
3600 New instances of a `struct` can be constructed with a [struct
3601 expression](#structure-expressions).
3602
3603 The memory layout of a `struct` is undefined by default to allow for compiler
3604 optimizations like field reordering, but it can be fixed with the
3605 `#[repr(...)]` attribute. In either case, fields may be given in any order in
3606 a corresponding struct *expression*; the resulting `struct` value will always
3607 have the same memory layout.
3608
3609 The fields of a `struct` may be qualified by [visibility
3610 modifiers](#re-exporting-and-visibility), to allow access to data in a
3611 structure outside a module.
3612
3613 A _tuple struct_ type is just like a structure type, except that the fields are
3614 anonymous.
3615
3616 A _unit-like struct_ type is like a structure type, except that it has no
3617 fields. The one value constructed by the associated [structure
3618 expression](#structure-expressions) is the only value that inhabits such a
3619 type.
3620
3621 ### Enumerated types
3622
3623 An *enumerated type* is a nominal, heterogeneous disjoint union type, denoted
3624 by the name of an [`enum` item](#enumerations). [^enumtype]
3625
3626 [^enumtype]: The `enum` type is analogous to a `data` constructor declaration in
3627              ML, or a *pick ADT* in Limbo.
3628
3629 An [`enum` item](#enumerations) declares both the type and a number of *variant
3630 constructors*, each of which is independently named and takes an optional tuple
3631 of arguments.
3632
3633 New instances of an `enum` can be constructed by calling one of the variant
3634 constructors, in a [call expression](#call-expressions).
3635
3636 Any `enum` value consumes as much memory as the largest variant constructor for
3637 its corresponding `enum` type.
3638
3639 Enum types cannot be denoted *structurally* as types, but must be denoted by
3640 named reference to an [`enum` item](#enumerations).
3641
3642 ### Recursive types
3643
3644 Nominal types &mdash; [enumerations](#enumerated-types) and
3645 [structures](#structure-types) &mdash; may be recursive. That is, each `enum`
3646 constructor or `struct` field may refer, directly or indirectly, to the
3647 enclosing `enum` or `struct` type itself. Such recursion has restrictions:
3648
3649 * Recursive types must include a nominal type in the recursion
3650   (not mere [type definitions](#type-definitions),
3651    or other structural types such as [arrays](#array,-and-slice-types) or [tuples](#tuple-types)).
3652 * A recursive `enum` item must have at least one non-recursive constructor
3653   (in order to give the recursion a basis case).
3654 * The size of a recursive type must be finite;
3655   in other words the recursive fields of the type must be [pointer types](#pointer-types).
3656 * Recursive type definitions can cross module boundaries, but not module *visibility* boundaries,
3657   or crate boundaries (in order to simplify the module system and type checker).
3658
3659 An example of a *recursive* type and its use:
3660
3661 ```
3662 enum List<T> {
3663     Nil,
3664     Cons(T, Box<List<T>>)
3665 }
3666
3667 let a: List<i32> = List::Cons(7, Box::new(List::Cons(13, Box::new(List::Nil))));
3668 ```
3669
3670 ### Pointer types
3671
3672 All pointers in Rust are explicit first-class values. They can be copied,
3673 stored into data structures, and returned from functions. There are two
3674 varieties of pointer in Rust:
3675
3676 * References (`&`)
3677   : These point to memory _owned by some other value_.
3678     A reference type is written `&type` for some lifetime-variable `f`,
3679     or just `&'a type` when you need an explicit lifetime.
3680     Copying a reference is a "shallow" operation:
3681     it involves only copying the pointer itself.
3682     Releasing a reference typically has no effect on the value it points to,
3683     with the exception of temporary values, which are released when the last
3684     reference to them is released.
3685
3686 * Raw pointers (`*`)
3687   : Raw pointers are pointers without safety or liveness guarantees.
3688     Raw pointers are written as `*const T` or `*mut T`,
3689     for example `*const int` means a raw pointer to an integer.
3690     Copying or dropping a raw pointer has no effect on the lifecycle of any
3691     other value. Dereferencing a raw pointer or converting it to any other
3692     pointer type is an [`unsafe` operation](#unsafe-functions).
3693     Raw pointers are generally discouraged in Rust code;
3694     they exist to support interoperability with foreign code,
3695     and writing performance-critical or low-level functions.
3696
3697 The standard library contains additional 'smart pointer' types beyond references
3698 and raw pointers.
3699
3700 ### Function types
3701
3702 The function type constructor `fn` forms new function types. A function type
3703 consists of a possibly-empty set of function-type modifiers (such as `unsafe`
3704 or `extern`), a sequence of input types and an output type.
3705
3706 An example of a `fn` type:
3707
3708 ```
3709 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
3710   return x + y;
3711 }
3712
3713 let mut x = add(5,7);
3714
3715 type Binop = fn(i32, i32) -> i32;
3716 let bo: Binop = add;
3717 x = bo(5,7);
3718 ```
3719
3720 ### Closure types
3721
3722 ```{.ebnf .notation}
3723 closure_type := [ 'unsafe' ] [ '<' lifetime-list '>' ] '|' arg-list '|'
3724                 [ ':' bound-list ] [ '->' type ]
3725 lifetime-list := lifetime | lifetime ',' lifetime-list
3726 arg-list := ident ':' type | ident ':' type ',' arg-list
3727 bound-list := bound | bound '+' bound-list
3728 bound := path | lifetime
3729 ```
3730
3731 The type of a closure mapping an input of type `A` to an output of type `B` is
3732 `|A| -> B`. A closure with no arguments or return values has type `||`.
3733
3734 An example of creating and calling a closure:
3735
3736 ```rust
3737 let captured_var = 10;
3738
3739 let closure_no_args = || println!("captured_var={}", captured_var);
3740
3741 let closure_args = |arg: i32| -> i32 {
3742   println!("captured_var={}, arg={}", captured_var, arg);
3743   arg // Note lack of semicolon after 'arg'
3744 };
3745
3746 fn call_closure<F: Fn(), G: Fn(i32) -> i32>(c1: F, c2: G) {
3747   c1();
3748   c2(2);
3749 }
3750
3751 call_closure(closure_no_args, closure_args);
3752
3753 ```
3754
3755 ### Object types
3756
3757 Every trait item (see [traits](#traits)) defines a type with the same name as
3758 the trait. This type is called the _object type_ of the trait. Object types
3759 permit "late binding" of methods, dispatched using _virtual method tables_
3760 ("vtables"). Whereas most calls to trait methods are "early bound" (statically
3761 resolved) to specific implementations at compile time, a call to a method on an
3762 object type is only resolved to a vtable entry at compile time. The actual
3763 implementation for each vtable entry can vary on an object-by-object basis.
3764
3765 Given a pointer-typed expression `E` of type `&T` or `Box<T>`, where `T`
3766 implements trait `R`, casting `E` to the corresponding pointer type `&R` or
3767 `Box<R>` results in a value of the _object type_ `R`. This result is
3768 represented as a pair of pointers: the vtable pointer for the `T`
3769 implementation of `R`, and the pointer value of `E`.
3770
3771 An example of an object type:
3772
3773 ```
3774 trait Printable {
3775   fn stringify(&self) -> String;
3776 }
3777
3778 impl Printable for i32 {
3779   fn stringify(&self) -> String { self.to_string() }
3780 }
3781
3782 fn print(a: Box<Printable>) {
3783    println!("{}", a.stringify());
3784 }
3785
3786 fn main() {
3787    print(Box::new(10) as Box<Printable>);
3788 }
3789 ```
3790
3791 In this example, the trait `Printable` occurs as an object type in both the
3792 type signature of `print`, and the cast expression in `main`.
3793
3794 ### Type parameters
3795
3796 Within the body of an item that has type parameter declarations, the names of
3797 its type parameters are types:
3798
3799 ```ignore
3800 fn map<A: Clone, B: Clone>(f: |A| -> B, xs: &[A]) -> Vec<B> {
3801     if xs.is_empty() {
3802        return vec![];
3803     }
3804     let first: B = f(xs[0].clone());
3805     let mut rest: Vec<B> = map(f, xs.slice(1, xs.len()));
3806     rest.insert(0, first);
3807     return rest;
3808 }
3809 ```
3810
3811 Here, `first` has type `B`, referring to `map`'s `B` type parameter; and `rest`
3812 has type `Vec<B>`, a vector type with element type `B`.
3813
3814 ### Self types
3815
3816 The special type `self` has a meaning within methods inside an impl item. It
3817 refers to the type of the implicit `self` argument. For example, in:
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 `self` refers to the value of type `String` that is the receiver for a call to
3832 the method `make_string`.
3833
3834 # The `Copy` trait
3835
3836 Rust has a special trait, `Copy`, which when implemented changes the semantics
3837 of a value. Values whose type implements `Copy` are copied rather than moved
3838 upon assignment.
3839
3840 # The `Sized` trait
3841
3842 `Sized` is a special trait which indicates that the size of this type is known
3843 at compile-time.
3844
3845 # The `Drop` trait
3846
3847 The `Drop` trait provides a destructor, to be run whenever a value of this type
3848 is to be destroyed.
3849
3850 # Memory model
3851
3852 A Rust program's memory consists of a static set of *items* and a *heap*.
3853 Immutable portions of the heap may be shared between threads, mutable portions
3854 may not.
3855
3856 Allocations in the stack consist of *slots*, and allocations in the heap
3857 consist of *boxes*.
3858
3859 ### Memory allocation and lifetime
3860
3861 The _items_ of a program are those functions, modules and types that have their
3862 value calculated at compile-time and stored uniquely in the memory image of the
3863 rust process. Items are neither dynamically allocated nor freed.
3864
3865 The _heap_ is a general term that describes boxes.  The lifetime of an
3866 allocation in the heap depends on the lifetime of the box values pointing to
3867 it. Since box values may themselves be passed in and out of frames, or stored
3868 in the heap, heap allocations may outlive the frame they are allocated within.
3869
3870 ### Memory ownership
3871
3872 When a stack frame is exited, its local allocations are all released, and its
3873 references to boxes are dropped.
3874
3875 ### Memory slots
3876
3877 A _slot_ is a component of a stack frame, either a function parameter, a
3878 [temporary](#lvalues,-rvalues-and-temporaries), or a local variable.
3879
3880 A _local variable_ (or *stack-local* allocation) holds a value directly,
3881 allocated within the stack's memory. The value is a part of the stack frame.
3882
3883 Local variables are immutable unless declared otherwise like: `let mut x = ...`.
3884
3885 Function parameters are immutable unless declared with `mut`. The `mut` keyword
3886 applies only to the following parameter (so `|mut x, y|` and `fn f(mut x:
3887 Box<i32>, y: Box<i32>)` declare one mutable variable `x` and one immutable
3888 variable `y`).
3889
3890 Methods that take either `self` or `Box<Self>` can optionally place them in a
3891 mutable slot by prefixing them with `mut` (similar to regular arguments):
3892
3893 ```
3894 trait Changer {
3895     fn change(mut self) -> Self;
3896     fn modify(mut self: Box<Self>) -> Box<Self>;
3897 }
3898 ```
3899
3900 Local variables are not initialized when allocated; the entire frame worth of
3901 local variables are allocated at once, on frame-entry, in an uninitialized
3902 state. Subsequent statements within a function may or may not initialize the
3903 local variables. Local variables can be used only after they have been
3904 initialized; this is enforced by the compiler.
3905
3906 # Runtime services, linkage and debugging
3907
3908 The Rust _runtime_ is a relatively compact collection of Rust code that
3909 provides fundamental services and datatypes to all Rust threads at run-time. It
3910 is smaller and simpler than many modern language runtimes. It is tightly
3911 integrated into the language's execution model of memory, threads, communication
3912 and logging.
3913
3914 ### Memory allocation
3915
3916 The runtime memory-management system is based on a _service-provider
3917 interface_, through which the runtime requests blocks of memory from its
3918 environment and releases them back to its environment when they are no longer
3919 needed. The default implementation of the service-provider interface consists
3920 of the C runtime functions `malloc` and `free`.
3921
3922 The runtime memory-management system, in turn, supplies Rust threads with
3923 facilities for allocating releasing stacks, as well as allocating and freeing
3924 heap data.
3925
3926 ### Built in types
3927
3928 The runtime provides C and Rust code to assist with various built-in types,
3929 such as arrays, strings, and the low level communication system (ports,
3930 channels, threads).
3931
3932 Support for other built-in types such as simple types, tuples and enums is
3933 open-coded by the Rust compiler.
3934
3935 ### Thread scheduling and communication
3936
3937 The runtime provides code to manage inter-thread communication. This includes
3938 the system of thread-lifecycle state transitions depending on the contents of
3939 queues, as well as code to copy values between queues and their recipients and
3940 to serialize values for transmission over operating-system inter-process
3941 communication facilities.
3942
3943 ### Linkage
3944
3945 The Rust compiler supports various methods to link crates together both
3946 statically and dynamically. This section will explore the various methods to
3947 link Rust crates together, and more information about native libraries can be
3948 found in the [ffi section of the book][ffi].
3949
3950 In one session of compilation, the compiler can generate multiple artifacts
3951 through the usage of either command line flags or the `crate_type` attribute.
3952 If one or more command line flag is specified, all `crate_type` attributes will
3953 be ignored in favor of only building the artifacts specified by command line.
3954
3955 * `--crate-type=bin`, `#[crate_type = "bin"]` - A runnable executable will be
3956   produced. This requires that there is a `main` function in the crate which
3957   will be run when the program begins executing. This will link in all Rust and
3958   native dependencies, producing a distributable binary.
3959
3960 * `--crate-type=lib`, `#[crate_type = "lib"]` - A Rust library will be produced.
3961   This is an ambiguous concept as to what exactly is produced because a library
3962   can manifest itself in several forms. The purpose of this generic `lib` option
3963   is to generate the "compiler recommended" style of library. The output library
3964   will always be usable by rustc, but the actual type of library may change from
3965   time-to-time. The remaining output types are all different flavors of
3966   libraries, and the `lib` type can be seen as an alias for one of them (but the
3967   actual one is compiler-defined).
3968
3969 * `--crate-type=dylib`, `#[crate_type = "dylib"]` - A dynamic Rust library will
3970   be produced. This is different from the `lib` output type in that this forces
3971   dynamic library generation. The resulting dynamic library can be used as a
3972   dependency for other libraries and/or executables. This output type will
3973   create `*.so` files on linux, `*.dylib` files on osx, and `*.dll` files on
3974   windows.
3975
3976 * `--crate-type=staticlib`, `#[crate_type = "staticlib"]` - A static system
3977   library will be produced. This is different from other library outputs in that
3978   the Rust compiler will never attempt to link to `staticlib` outputs. The
3979   purpose of this output type is to create a static library containing all of
3980   the local crate's code along with all upstream dependencies. The static
3981   library is actually a `*.a` archive on linux and osx and a `*.lib` file on
3982   windows. This format is recommended for use in situations such as linking
3983   Rust code into an existing non-Rust application because it will not have
3984   dynamic dependencies on other Rust code.
3985
3986 * `--crate-type=rlib`, `#[crate_type = "rlib"]` - A "Rust library" file will be
3987   produced. This is used as an intermediate artifact and can be thought of as a
3988   "static Rust library". These `rlib` files, unlike `staticlib` files, are
3989   interpreted by the Rust compiler in future linkage. This essentially means
3990   that `rustc` will look for metadata in `rlib` files like it looks for metadata
3991   in dynamic libraries. This form of output is used to produce statically linked
3992   executables as well as `staticlib` outputs.
3993
3994 Note that these outputs are stackable in the sense that if multiple are
3995 specified, then the compiler will produce each form of output at once without
3996 having to recompile. However, this only applies for outputs specified by the
3997 same method. If only `crate_type` attributes are specified, then they will all
3998 be built, but if one or more `--crate-type` command line flag is specified,
3999 then only those outputs will be built.
4000
4001 With all these different kinds of outputs, if crate A depends on crate B, then
4002 the compiler could find B in various different forms throughout the system. The
4003 only forms looked for by the compiler, however, are the `rlib` format and the
4004 dynamic library format. With these two options for a dependent library, the
4005 compiler must at some point make a choice between these two formats. With this
4006 in mind, the compiler follows these rules when determining what format of
4007 dependencies will be used:
4008
4009 1. If a static library is being produced, all upstream dependencies are
4010    required to be available in `rlib` formats. This requirement stems from the
4011    reason that a dynamic library cannot be converted into a static format.
4012
4013    Note that it is impossible to link in native dynamic dependencies to a static
4014    library, and in this case warnings will be printed about all unlinked native
4015    dynamic dependencies.
4016
4017 2. If an `rlib` file is being produced, then there are no restrictions on what
4018    format the upstream dependencies are available in. It is simply required that
4019    all upstream dependencies be available for reading metadata from.
4020
4021    The reason for this is that `rlib` files do not contain any of their upstream
4022    dependencies. It wouldn't be very efficient for all `rlib` files to contain a
4023    copy of `libstd.rlib`!
4024
4025 3. If an executable is being produced and the `-C prefer-dynamic` flag is not
4026    specified, then dependencies are first attempted to be found in the `rlib`
4027    format. If some dependencies are not available in an rlib format, then
4028    dynamic linking is attempted (see below).
4029
4030 4. If a dynamic library or an executable that is being dynamically linked is
4031    being produced, then the compiler will attempt to reconcile the available
4032    dependencies in either the rlib or dylib format to create a final product.
4033
4034    A major goal of the compiler is to ensure that a library never appears more
4035    than once in any artifact. For example, if dynamic libraries B and C were
4036    each statically linked to library A, then a crate could not link to B and C
4037    together because there would be two copies of A. The compiler allows mixing
4038    the rlib and dylib formats, but this restriction must be satisfied.
4039
4040    The compiler currently implements no method of hinting what format a library
4041    should be linked with. When dynamically linking, the compiler will attempt to
4042    maximize dynamic dependencies while still allowing some dependencies to be
4043    linked in via an rlib.
4044
4045    For most situations, having all libraries available as a dylib is recommended
4046    if dynamically linking. For other situations, the compiler will emit a
4047    warning if it is unable to determine which formats to link each library with.
4048
4049 In general, `--crate-type=bin` or `--crate-type=lib` should be sufficient for
4050 all compilation needs, and the other options are just available if more
4051 fine-grained control is desired over the output format of a Rust crate.
4052
4053 # Appendix: Rationales and design tradeoffs
4054
4055 *TODO*.
4056
4057 # Appendix: Influences
4058
4059 Rust is not a particularly original language, with design elements coming from
4060 a wide range of sources. Some of these are listed below (including elements
4061 that have since been removed):
4062
4063 * SML, OCaml: algebraic datatypes, pattern matching, type inference,
4064   semicolon statement separation
4065 * C++: references, RAII, smart pointers, move semantics, monomorphisation,
4066   memory model
4067 * ML Kit, Cyclone: region based memory management
4068 * Haskell (GHC): typeclasses, type families
4069 * Newsqueak, Alef, Limbo: channels, concurrency
4070 * Erlang: message passing, task failure, ~~linked task failure~~,
4071   ~~lightweight concurrency~~
4072 * Swift: optional bindings
4073 * Scheme: hygienic macros
4074 * C#: attributes
4075 * Ruby: ~~block syntax~~
4076 * NIL, Hermes: ~~typestate~~
4077 * [Unicode Annex #31](http://www.unicode.org/reports/tr31/): identifier and
4078   pattern syntax
4079
4080 [ffi]: book/ffi.html
4081 [plugin]: book/plugins.html