]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/doc/reference.md
Auto merge of #28980 - nrc:unsafe-macros, r=@pnkfelix
[rust.git] / src / doc / reference.md
1 % The Rust Reference
2
3 # Introduction
4
5 This document is the primary reference for the Rust programming language. It
6 provides three kinds of material:
7
8   - Chapters that informally describe each language construct and their use.
9   - Chapters that informally describe the memory model, concurrency model,
10     runtime services, linkage model and debugging facilities.
11   - Appendix chapters providing rationale and references to languages that
12     influenced the design.
13
14 This document does not serve as an introduction to the language. Background
15 familiarity with the language is assumed. A separate [book] is available to
16 help acquire such background familiarity.
17
18 This document also does not serve as a reference to the [standard] library
19 included in the language distribution. Those libraries are documented
20 separately by extracting documentation attributes from their source code. Many
21 of the features that one might expect to be language features are library
22 features in Rust, so what you're looking for may be there, not here.
23
24 You may also be interested in the [grammar].
25
26 [book]: book/index.html
27 [standard]: std/index.html
28 [grammar]: grammar.html
29
30 # Notation
31
32 ## Unicode productions
33
34 A few productions in Rust's grammar permit Unicode code points outside the
35 ASCII range. We define these productions in terms of character properties
36 specified in the Unicode standard, rather than in terms of ASCII-range code
37 points. The grammar has a [Special Unicode Productions][unicodeproductions]
38 section that lists these productions.
39
40 [unicodeproductions]: grammar.html#special-unicode-productions
41
42 ## String table productions
43
44 Some rules in the grammar — notably [unary
45 operators](#unary-operator-expressions), [binary
46 operators](#binary-operator-expressions), and [keywords][keywords] — are
47 given in a simplified form: as a listing of a table of unquoted, printable
48 whitespace-separated strings. These cases form a subset of the rules regarding
49 the [token](#tokens) rule, and are assumed to be the result of a
50 lexical-analysis phase feeding the parser, driven by a DFA, operating over the
51 disjunction of all such string table entries.
52
53 [keywords]: grammar.html#keywords
54
55 When such a string enclosed in double-quotes (`"`) occurs inside the grammar,
56 it is an implicit reference to a single member of such a string table
57 production. See [tokens](#tokens) for more information.
58
59 # Lexical structure
60
61 ## Input format
62
63 Rust input is interpreted as a sequence of Unicode code points encoded in UTF-8.
64 Most Rust grammar rules are defined in terms of printable ASCII-range
65 code points, but a small number are defined in terms of Unicode properties or
66 explicit code point lists. [^inputformat]
67
68 [^inputformat]: Substitute definitions for the special Unicode productions are
69   provided to the grammar verifier, restricted to ASCII range, when verifying the
70   grammar in this document.
71
72 ## Identifiers
73
74 An identifier is any nonempty Unicode[^non_ascii_idents] string of the following form:
75
76 [^non_ascii_idents]: Non-ASCII characters in identifiers are currently feature
77   gated. This is expected to improve soon.
78
79 Either
80
81    * The first character has property `XID_start`
82    * The remaining characters have property `XID_continue`
83
84 Or
85
86    * The first character is `_`
87    * The identifier is more than one character, `_` alone is not an identifier
88    * The remaining characters have property `XID_continue`
89
90 that does _not_ occur in the set of [keywords][keywords].
91
92 > **Note**: `XID_start` and `XID_continue` as character properties cover the
93 > character ranges used to form the more familiar C and Java language-family
94 > identifiers.
95
96 ## Comments
97
98 Comments in Rust code follow the general C++ style of line (`//`) and
99 block (`/* ... */`) comment forms. Nested block comments are supported.
100
101 Line comments beginning with exactly _three_ slashes (`///`), and block
102 comments beginning with exactly one repeated asterisk in the block-open
103 sequence (`/**`), are interpreted as a special syntax for `doc`
104 [attributes](#attributes). That is, they are equivalent to writing
105 `#[doc="..."]` around the body of the comment, i.e., `/// Foo` turns into
106 `#[doc="Foo"]`.
107
108 Line comments beginning with `//!` and block comments beginning with `/*!` are
109 doc comments that apply to the parent of the comment, rather than the item
110 that follows.  That is, they are equivalent to writing `#![doc="..."]` around
111 the body of the comment. `//!` comments are usually used to document
112 modules that occupy a source file.
113
114 Non-doc comments are interpreted as a form of whitespace.
115
116 ## Whitespace
117
118 Whitespace is any non-empty string containing only the following characters:
119
120 - `U+0020` (space, `' '`)
121 - `U+0009` (tab, `'\t'`)
122 - `U+000A` (LF, `'\n'`)
123 - `U+000D` (CR, `'\r'`)
124
125 Rust is a "free-form" language, meaning that all forms of whitespace serve only
126 to separate _tokens_ in the grammar, and have no semantic significance.
127
128 A Rust program has identical meaning if each whitespace element is replaced
129 with any other legal whitespace element, such as a single space character.
130
131 ## Tokens
132
133 Tokens are primitive productions in the grammar defined by regular
134 (non-recursive) languages. "Simple" tokens are given in [string table
135 production](#string-table-productions) form, and occur in the rest of the
136 grammar as double-quoted strings. Other tokens have exact rules given.
137
138 ### Literals
139
140 A literal is an expression consisting of a single token, rather than a sequence
141 of tokens, that immediately and directly denotes the value it evaluates to,
142 rather than referring to it by name or some other evaluation rule. A literal is
143 a form of constant expression, so is evaluated (primarily) at compile time.
144
145 #### Examples
146
147 ##### Characters and strings
148
149 |                                              | Example         | `#` sets   | Characters  | Escapes             |
150 |----------------------------------------------|-----------------|------------|-------------|---------------------|
151 | [Character](#character-literals)             | `'H'`           | `N/A`      | All Unicode | `\'` & [Byte](#byte-escapes) & [Unicode](#unicode-escapes) |
152 | [String](#string-literals)                   | `"hello"`       | `N/A`      | All Unicode | `\"` & [Byte](#byte-escapes) & [Unicode](#unicode-escapes) |
153 | [Raw](#raw-string-literals)                  | `r#"hello"#`    | `0...`     | All Unicode | `N/A`                                                      |
154 | [Byte](#byte-literals)                       | `b'H'`          | `N/A`      | All ASCII   | `\'` & [Byte](#byte-escapes)                               |
155 | [Byte string](#byte-string-literals)         | `b"hello"`      | `N/A`      | All ASCII   | `\"` & [Byte](#byte-escapes)                               |
156 | [Raw byte string](#raw-byte-string-literals) | `br#"hello"#`   | `0...`     | All ASCII   | `N/A`                                                      |
157
158 ##### Byte escapes
159
160 |   | Name |
161 |---|------|
162 | `\x7F` | 8-bit character code (exactly 2 digits) |
163 | `\n` | Newline |
164 | `\r` | Carriage return |
165 | `\t` | Tab |
166 | `\\` | Backslash |
167
168 ##### Unicode escapes
169 |   | Name |
170 |---|------|
171 | `\u{7FFF}` | 24-bit Unicode character code (up to 6 digits) |
172
173 ##### Numbers
174
175 | [Number literals](#number-literals)`*` | Example | Exponentiation | Suffixes |
176 |----------------------------------------|---------|----------------|----------|
177 | Decimal integer | `98_222` | `N/A` | Integer suffixes |
178 | Hex integer | `0xff` | `N/A` | Integer suffixes |
179 | Octal integer | `0o77` | `N/A` | Integer suffixes |
180 | Binary integer | `0b1111_0000` | `N/A` | Integer suffixes |
181 | Floating-point | `123.0E+77` | `Optional` | Floating-point suffixes |
182
183 `*` All number literals allow `_` as a visual separator: `1_234.0E+18f64`
184
185 ##### Suffixes
186 | Integer | Floating-point |
187 |---------|----------------|
188 | `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64`, `isize`, `usize` | `f32`, `f64` |
189
190 #### Character and string literals
191
192 ##### Character literals
193
194 A _character literal_ is a single Unicode character enclosed within two
195 `U+0027` (single-quote) characters, with the exception of `U+0027` itself,
196 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`).
197
198 ##### String literals
199
200 A _string literal_ is a sequence of any Unicode characters enclosed within two
201 `U+0022` (double-quote) characters, with the exception of `U+0022` itself,
202 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`).
203
204 Line-break characters are allowed in string literals. Normally they represent
205 themselves (i.e. no translation), but as a special exception, when a `U+005C`
206 character (`\`) occurs immediately before the newline, the `U+005C` character,
207 the newline, and all whitespace at the beginning of the next line are ignored.
208 Thus `a` and `b` are equal:
209
210 ```rust
211 let a = "foobar";
212 let b = "foo\
213          bar";
214
215 assert_eq!(a,b);
216 ```
217
218 ##### Character escapes
219
220 Some additional _escapes_ are available in either character or non-raw string
221 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
222 following forms:
223
224 * An _8-bit code point escape_ starts with `U+0078` (`x`) and is
225   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the Unicode code point
226   equal to the provided hex value.
227 * A _24-bit code point escape_ starts with `U+0075` (`u`) and is followed
228   by up to six _hex digits_ surrounded by braces `U+007B` (`{`) and `U+007D`
229   (`}`). It denotes the Unicode code point equal to the provided hex value.
230 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
231   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the Unicode values `U+000A` (LF),
232   `U+000D` (CR) or `U+0009` (HT) respectively.
233 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
234   escaped in order to denote *itself*.
235
236 ##### Raw string literals
237
238 Raw string literals do not process any escapes. They start with the character
239 `U+0072` (`r`), followed by zero or more of the character `U+0023` (`#`) and a
240 `U+0022` (double-quote) character. The _raw string body_ can contain any sequence
241 of Unicode characters and is terminated only by another `U+0022` (double-quote)
242 character, followed by the same number of `U+0023` (`#`) characters that preceded
243 the opening `U+0022` (double-quote) character.
244
245 All Unicode characters contained in the raw string body represent themselves,
246 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
247 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
248 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
249
250 Examples for string literals:
251
252 ```
253 "foo"; r"foo";                     // foo
254 "\"foo\""; r#""foo""#;             // "foo"
255
256 "foo #\"# bar";
257 r##"foo #"# bar"##;                // foo #"# bar
258
259 "\x52"; "R"; r"R";                 // R
260 "\\x52"; r"\x52";                  // \x52
261 ```
262
263 #### Byte and byte string literals
264
265 ##### Byte literals
266
267 A _byte literal_ is a single ASCII character (in the `U+0000` to `U+007F`
268 range) or a single _escape_ preceded by the characters `U+0062` (`b`) and
269 `U+0027` (single-quote), and followed by the character `U+0027`. If the character
270 `U+0027` is present within the literal, it must be _escaped_ by a preceding
271 `U+005C` (`\`) character. It is equivalent to a `u8` unsigned 8-bit integer
272 _number literal_.
273
274 ##### Byte string literals
275
276 A non-raw _byte string literal_ is a sequence of ASCII characters and _escapes_,
277 preceded by the characters `U+0062` (`b`) and `U+0022` (double-quote), and
278 followed by the character `U+0022`. If the character `U+0022` is present within
279 the literal, it must be _escaped_ by a preceding `U+005C` (`\`) character.
280 Alternatively, a byte string literal can be a _raw byte string literal_, defined
281 below. A byte string literal of length `n` is equivalent to a `&'static [u8; n]` borrowed fixed-sized array
282 of unsigned 8-bit integers.
283
284 Some additional _escapes_ are available in either byte or non-raw byte string
285 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
286 following forms:
287
288 * A _byte escape_ escape starts with `U+0078` (`x`) and is
289   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the byte
290   equal to the provided hex value.
291 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
292   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the bytes values `0x0A` (ASCII LF),
293   `0x0D` (ASCII CR) or `0x09` (ASCII HT) respectively.
294 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
295   escaped in order to denote its ASCII encoding `0x5C`.
296
297 ##### Raw byte string literals
298
299 Raw byte string literals do not process any escapes. They start with the
300 character `U+0062` (`b`), followed by `U+0072` (`r`), followed by zero or more
301 of the character `U+0023` (`#`), and a `U+0022` (double-quote) character. The
302 _raw string body_ can contain any sequence of ASCII characters and is terminated
303 only by another `U+0022` (double-quote) character, followed by the same number of
304 `U+0023` (`#`) characters that preceded the opening `U+0022` (double-quote)
305 character. A raw byte string literal can not contain any non-ASCII byte.
306
307 All characters contained in the raw string body represent their ASCII encoding,
308 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
309 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
310 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
311
312 Examples for byte string literals:
313
314 ```
315 b"foo"; br"foo";                     // foo
316 b"\"foo\""; br#""foo""#;             // "foo"
317
318 b"foo #\"# bar";
319 br##"foo #"# bar"##;                 // foo #"# bar
320
321 b"\x52"; b"R"; br"R";                // R
322 b"\\x52"; br"\x52";                  // \x52
323 ```
324
325 #### Number literals
326
327 A _number literal_ is either an _integer literal_ or a _floating-point
328 literal_. The grammar for recognizing the two kinds of literals is mixed.
329
330 ##### Integer literals
331
332 An _integer literal_ has one of four forms:
333
334 * A _decimal literal_ starts with a *decimal digit* and continues with any
335   mixture of *decimal digits* and _underscores_.
336 * A _hex literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0078`
337   (`0x`) and continues as any mixture of hex digits and underscores.
338 * An _octal literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+006F`
339   (`0o`) and continues as any mixture of octal digits and underscores.
340 * A _binary literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0062`
341   (`0b`) and continues as any mixture of binary digits and underscores.
342
343 Like any literal, an integer literal may be followed (immediately,
344 without any spaces) by an _integer suffix_, which forcibly sets the
345 type of the literal. The integer suffix must be the name of one of the
346 integral types: `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64`,
347 `isize`, or `usize`.
348
349 The type of an _unsuffixed_ integer literal is determined by type inference:
350
351 * If an integer type can be _uniquely_ determined from the surrounding
352   program context, the unsuffixed integer literal has that type.
353
354 * If the program context under-constrains the type, it defaults to the
355   signed 32-bit integer `i32`.
356
357 * If the program context over-constrains the type, it is considered a
358   static type error.
359
360 Examples of integer literals of various forms:
361
362 ```
363 123i32;                            // type i32
364 123u32;                            // type u32
365 123_u32;                           // type u32
366 0xff_u8;                           // type u8
367 0o70_i16;                          // type i16
368 0b1111_1111_1001_0000_i32;         // type i32
369 0usize;                            // type usize
370 ```
371
372 ##### Floating-point literals
373
374 A _floating-point literal_ has one of two forms:
375
376 * A _decimal literal_ followed by a period character `U+002E` (`.`). This is
377   optionally followed by another decimal literal, with an optional _exponent_.
378 * A single _decimal literal_ followed by an _exponent_.
379
380 Like integer literals, a floating-point literal may be followed by a
381 suffix, so long as the pre-suffix part does not end with `U+002E` (`.`).
382 The suffix forcibly sets the type of the literal. There are two valid
383 _floating-point suffixes_, `f32` and `f64` (the 32-bit and 64-bit floating point
384 types), which explicitly determine the type of the literal.
385
386 The type of an _unsuffixed_ floating-point literal is determined by
387 type inference:
388
389 * If a floating-point type can be _uniquely_ determined from the
390   surrounding program context, the unsuffixed floating-point literal
391   has that type.
392
393 * If the program context under-constrains the type, it defaults to `f64`.
394
395 * If the program context over-constrains the type, it is considered a
396   static type error.
397
398 Examples of floating-point literals of various forms:
399
400 ```
401 123.0f64;        // type f64
402 0.1f64;          // type f64
403 0.1f32;          // type f32
404 12E+99_f64;      // type f64
405 let x: f64 = 2.; // type f64
406 ```
407
408 This last example is different because it is not possible to use the suffix
409 syntax with a floating point literal ending in a period. `2.f64` would attempt
410 to call a method named `f64` on `2`.
411
412 The representation semantics of floating-point numbers are described in
413 ["Machine Types"](#machine-types).
414
415 #### Boolean literals
416
417 The two values of the boolean type are written `true` and `false`.
418
419 ### Symbols
420
421 Symbols are a general class of printable [tokens](#tokens) that play structural
422 roles in a variety of grammar productions. They are cataloged here for
423 completeness as the set of remaining miscellaneous printable tokens that do not
424 otherwise appear as [unary operators](#unary-operator-expressions), [binary
425 operators](#binary-operator-expressions), or [keywords][keywords].
426
427
428 ## Paths
429
430 A _path_ is a sequence of one or more path components _logically_ separated by
431 a namespace qualifier (`::`). If a path consists of only one component, it may
432 refer to either an [item](#items) or a [variable](#variables) in a local control
433 scope. If a path has multiple components, it refers to an item.
434
435 Every item has a _canonical path_ within its crate, but the path naming an item
436 is only meaningful within a given crate. There is no global namespace across
437 crates; an item's canonical path merely identifies it within the crate.
438
439 Two examples of simple paths consisting of only identifier components:
440
441 ```{.ignore}
442 x;
443 x::y::z;
444 ```
445
446 Path components are usually [identifiers](#identifiers), but they may
447 also include angle-bracket-enclosed lists of type arguments. In
448 [expression](#expressions) context, the type argument list is given
449 after a `::` namespace qualifier in order to disambiguate it from a
450 relational expression involving the less-than symbol (`<`). In type
451 expression context, the final namespace qualifier is omitted.
452
453 Two examples of paths with type arguments:
454
455 ```
456 # struct HashMap<K, V>(K,V);
457 # fn f() {
458 # fn id<T>(t: T) -> T { t }
459 type T = HashMap<i32,String>; // Type arguments used in a type expression
460 let x  = id::<i32>(10);       // Type arguments used in a call expression
461 # }
462 ```
463
464 Paths can be denoted with various leading qualifiers to change the meaning of
465 how it is resolved:
466
467 * Paths starting with `::` are considered to be global paths where the
468   components of the path start being resolved from the crate root. Each
469   identifier in the path must resolve to an item.
470
471 ```rust
472 mod a {
473     pub fn foo() {}
474 }
475 mod b {
476     pub fn foo() {
477         ::a::foo(); // call a's foo function
478     }
479 }
480 # fn main() {}
481 ```
482
483 * Paths starting with the keyword `super` begin resolution relative to the
484   parent module. Each further identifier must resolve to an item.
485
486 ```rust
487 mod a {
488     pub fn foo() {}
489 }
490 mod b {
491     pub fn foo() {
492         super::a::foo(); // call a's foo function
493     }
494 }
495 # fn main() {}
496 ```
497
498 * Paths starting with the keyword `self` begin resolution relative to the
499   current module. Each further identifier must resolve to an item.
500
501 ```rust
502 fn foo() {}
503 fn bar() {
504     self::foo();
505 }
506 # fn main() {}
507 ```
508
509 # Syntax extensions
510
511 A number of minor features of Rust are not central enough to have their own
512 syntax, and yet are not implementable as functions. Instead, they are given
513 names, and invoked through a consistent syntax: `some_extension!(...)`.
514
515 Users of `rustc` can define new syntax extensions in two ways:
516
517 * [Compiler plugins][plugin] can include arbitrary Rust code that
518   manipulates syntax trees at compile time. Note that the interface
519   for compiler plugins is considered highly unstable.
520
521 * [Macros](book/macros.html) define new syntax in a higher-level,
522   declarative way.
523
524 ## Macros
525
526 `macro_rules` allows users to define syntax extension in a declarative way.  We
527 call such extensions "macros by example" or simply "macros" — to be distinguished
528 from the "procedural macros" defined in [compiler plugins][plugin].
529
530 Currently, macros can expand to expressions, statements, items, or patterns.
531
532 (A `sep_token` is any token other than `*` and `+`. A `non_special_token` is
533 any token other than a delimiter or `$`.)
534
535 The macro expander looks up macro invocations by name, and tries each macro
536 rule in turn. It transcribes the first successful match. Matching and
537 transcription are closely related to each other, and we will describe them
538 together.
539
540 ### Macro By Example
541
542 The macro expander matches and transcribes every token that does not begin with
543 a `$` literally, including delimiters. For parsing reasons, delimiters must be
544 balanced, but they are otherwise not special.
545
546 In the matcher, `$` _name_ `:` _designator_ matches the nonterminal in the Rust
547 syntax named by _designator_. Valid designators are `item`, `block`, `stmt`,
548 `pat`, `expr`, `ty` (type), `ident`, `path`, `tt` (either side of the `=>`
549 in macro rules), and `meta` (contents of an attribute). In the transcriber, the
550 designator is already known, and so only the name of a matched nonterminal comes
551 after the dollar sign.
552
553 In both the matcher and transcriber, the Kleene star-like operator indicates
554 repetition. The Kleene star operator consists of `$` and parentheses, optionally
555 followed by a separator token, followed by `*` or `+`. `*` means zero or more
556 repetitions, `+` means at least one repetition. The parentheses are not matched or
557 transcribed. On the matcher side, a name is bound to _all_ of the names it
558 matches, in a structure that mimics the structure of the repetition encountered
559 on a successful match. The job of the transcriber is to sort that structure
560 out.
561
562 The rules for transcription of these repetitions are called "Macro By Example".
563 Essentially, one "layer" of repetition is discharged at a time, and all of them
564 must be discharged by the time a name is transcribed. Therefore, `( $( $i:ident
565 ),* ) => ( $i )` is an invalid macro, but `( $( $i:ident ),* ) => ( $( $i:ident
566 ),*  )` is acceptable (if trivial).
567
568 When Macro By Example encounters a repetition, it examines all of the `$`
569 _name_ s that occur in its body. At the "current layer", they all must repeat
570 the same number of times, so ` ( $( $i:ident ),* ; $( $j:ident ),* ) => ( $(
571 ($i,$j) ),* )` is valid if given the argument `(a,b,c ; d,e,f)`, but not
572 `(a,b,c ; d,e)`. The repetition walks through the choices at that layer in
573 lockstep, so the former input transcribes to `(a,d), (b,e), (c,f)`.
574
575 Nested repetitions are allowed.
576
577 ### Parsing limitations
578
579 The parser used by the macro system is reasonably powerful, but the parsing of
580 Rust syntax is restricted in two ways:
581
582 1. Macro definitions are required to include suitable separators after parsing
583    expressions and other bits of the Rust grammar. This implies that
584    a macro definition like `$i:expr [ , ]` is not legal, because `[` could be part
585    of an expression. A macro definition like `$i:expr,` or `$i:expr;` would be legal,
586    however, because `,` and `;` are legal separators. See [RFC 550] for more information.
587 2. The parser must have eliminated all ambiguity by the time it reaches a `$`
588    _name_ `:` _designator_. This requirement most often affects name-designator
589    pairs when they occur at the beginning of, or immediately after, a `$(...)*`;
590    requiring a distinctive token in front can solve the problem.
591
592 [RFC 550]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0550-macro-future-proofing.md
593
594 # Crates and source files
595
596 Although Rust, like any other language, can be implemented by an interpreter as
597 well as a compiler, the only existing implementation is a compiler,
598 and the language has
599 always been designed to be compiled. For these reasons, this section assumes a
600 compiler.
601
602 Rust's semantics obey a *phase distinction* between compile-time and
603 run-time.[^phase-distinction] Semantic rules that have a *static
604 interpretation* govern the success or failure of compilation, while
605 semantic rules
606 that have a *dynamic interpretation* govern the behavior of the program at
607 run-time.
608
609 [^phase-distinction]: This distinction would also exist in an interpreter.
610     Static checks like syntactic analysis, type checking, and lints should
611     happen before the program is executed regardless of when it is executed.
612
613 The compilation model centers on artifacts called _crates_. Each compilation
614 processes a single crate in source form, and if successful, produces a single
615 crate in binary form: either an executable or some sort of
616 library.[^cratesourcefile]
617
618 [^cratesourcefile]: A crate is somewhat analogous to an *assembly* in the
619     ECMA-335 CLI model, a *library* in the SML/NJ Compilation Manager, a *unit*
620     in the Owens and Flatt module system, or a *configuration* in Mesa.
621
622 A _crate_ is a unit of compilation and linking, as well as versioning,
623 distribution and runtime loading. A crate contains a _tree_ of nested
624 [module](#modules) scopes. The top level of this tree is a module that is
625 anonymous (from the point of view of paths within the module) and any item
626 within a crate has a canonical [module path](#paths) denoting its location
627 within the crate's module tree.
628
629 The Rust compiler is always invoked with a single source file as input, and
630 always produces a single output crate. The processing of that source file may
631 result in other source files being loaded as modules. Source files have the
632 extension `.rs`.
633
634 A Rust source file describes a module, the name and location of which &mdash;
635 in the module tree of the current crate &mdash; are defined from outside the
636 source file: either by an explicit `mod_item` in a referencing source file, or
637 by the name of the crate itself. Every source file is a module, but not every
638 module needs its own source file: [module definitions](#modules) can be nested
639 within one file.
640
641 Each source file contains a sequence of zero or more `item` definitions, and
642 may optionally begin with any number of [attributes](#items-and-attributes)
643 that apply to the containing module, most of which influence the behavior of
644 the compiler. The anonymous crate module can have additional attributes that
645 apply to the crate as a whole.
646
647 ```no_run
648 // Specify the crate name.
649 #![crate_name = "projx"]
650
651 // Specify the type of output artifact.
652 #![crate_type = "lib"]
653
654 // Turn on a warning.
655 // This can be done in any module, not just the anonymous crate module.
656 #![warn(non_camel_case_types)]
657 ```
658
659 A crate that contains a `main` function can be compiled to an executable. If a
660 `main` function is present, its return type must be [`unit`](#tuple-types)
661 and it must take no arguments.
662
663 # Items and attributes
664
665 Crates contain [items](#items), each of which may have some number of
666 [attributes](#attributes) attached to it.
667
668 ## Items
669
670 An _item_ is a component of a crate. Items are organized within a crate by a
671 nested set of [modules](#modules). Every crate has a single "outermost"
672 anonymous module; all further items within the crate have [paths](#paths)
673 within the module tree of the crate.
674
675 Items are entirely determined at compile-time, generally remain fixed during
676 execution, and may reside in read-only memory.
677
678 There are several kinds of item:
679
680 * [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations)
681 * [`use` declarations](#use-declarations)
682 * [modules](#modules)
683 * [functions](#functions)
684 * [type definitions](grammar.html#type-definitions)
685 * [structs](#structs)
686 * [enumerations](#enumerations)
687 * [constant items](#constant-items)
688 * [static items](#static-items)
689 * [traits](#traits)
690 * [implementations](#implementations)
691
692 Some items form an implicit scope for the declaration of sub-items. In other
693 words, within a function or module, declarations of items can (in many cases)
694 be mixed with the statements, control blocks, and similar artifacts that
695 otherwise compose the item body. The meaning of these scoped items is the same
696 as if the item was declared outside the scope &mdash; it is still a static item
697 &mdash; except that the item's *path name* within the module namespace is
698 qualified by the name of the enclosing item, or is private to the enclosing
699 item (in the case of functions). The grammar specifies the exact locations in
700 which sub-item declarations may appear.
701
702 ### Type Parameters
703
704 All items except modules, constants and statics may be *parameterized* by type.
705 Type parameters are given as a comma-separated list of identifiers enclosed in
706 angle brackets (`<...>`), after the name of the item and before its definition.
707 The type parameters of an item are considered "part of the name", not part of
708 the type of the item. A referencing [path](#paths) must (in principle) provide
709 type arguments as a list of comma-separated types enclosed within angle
710 brackets, in order to refer to the type-parameterized item. In practice, the
711 type-inference system can usually infer such argument types from context. There
712 are no general type-parametric types, only type-parametric items. That is, Rust
713 has no notion of type abstraction: there are no higher-ranked (or "forall") types
714 abstracted over other types, though higher-ranked types do exist for lifetimes.
715
716 ### Modules
717
718 A module is a container for zero or more [items](#items).
719
720 A _module item_ is a module, surrounded in braces, named, and prefixed with the
721 keyword `mod`. A module item introduces a new, named module into the tree of
722 modules making up a crate. Modules can nest arbitrarily.
723
724 An example of a module:
725
726 ```
727 mod math {
728     type Complex = (f64, f64);
729     fn sin(f: f64) -> f64 {
730         /* ... */
731 # panic!();
732     }
733     fn cos(f: f64) -> f64 {
734         /* ... */
735 # panic!();
736     }
737     fn tan(f: f64) -> f64 {
738         /* ... */
739 # panic!();
740     }
741 }
742 ```
743
744 Modules and types share the same namespace. Declaring a named type with
745 the same name as a module in scope is forbidden: that is, a type definition,
746 trait, struct, enumeration, or type parameter can't shadow the name of a module
747 in scope, or vice versa.
748
749 A module without a body is loaded from an external file, by default with the
750 same name as the module, plus the `.rs` extension. When a nested submodule is
751 loaded from an external file, it is loaded from a subdirectory path that
752 mirrors the module hierarchy.
753
754 ```{.ignore}
755 // Load the `vec` module from `vec.rs`
756 mod vec;
757
758 mod thread {
759     // Load the `local_data` module from `thread/local_data.rs`
760     // or `thread/local_data/mod.rs`.
761     mod local_data;
762 }
763 ```
764
765 The directories and files used for loading external file modules can be
766 influenced with the `path` attribute.
767
768 ```{.ignore}
769 #[path = "thread_files"]
770 mod thread {
771     // Load the `local_data` module from `thread_files/tls.rs`
772     #[path = "tls.rs"]
773     mod local_data;
774 }
775 ```
776
777 #### Extern crate declarations
778
779 An _`extern crate` declaration_ specifies a dependency on an external crate.
780 The external crate is then bound into the declaring scope as the `ident`
781 provided in the `extern_crate_decl`.
782
783 The external crate is resolved to a specific `soname` at compile time, and a
784 runtime linkage requirement to that `soname` is passed to the linker for
785 loading at runtime. The `soname` is resolved at compile time by scanning the
786 compiler's library path and matching the optional `crateid` provided against
787 the `crateid` attributes that were declared on the external crate when it was
788 compiled. If no `crateid` is provided, a default `name` attribute is assumed,
789 equal to the `ident` given in the `extern_crate_decl`.
790
791 Three examples of `extern crate` declarations:
792
793 ```{.ignore}
794 extern crate pcre;
795
796 extern crate std; // equivalent to: extern crate std as std;
797
798 extern crate std as ruststd; // linking to 'std' under another name
799 ```
800
801 #### Use declarations
802
803 A _use declaration_ creates one or more local name bindings synonymous with
804 some other [path](#paths). Usually a `use` declaration is used to shorten the
805 path required to refer to a module item. These declarations may appear at the
806 top of [modules](#modules) and [blocks](grammar.html#block-expressions).
807
808 > **Note**: Unlike in many languages,
809 > `use` declarations in Rust do *not* declare linkage dependency with external crates.
810 > Rather, [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations) declare linkage dependencies.
811
812 Use declarations support a number of convenient shortcuts:
813
814 * Rebinding the target name as a new local name, using the syntax `use p::q::r as x;`
815 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element,
816   using the glob-like brace syntax `use a::b::{c,d,e,f};`
817 * Binding all paths matching a given prefix, using the asterisk wildcard syntax
818   `use a::b::*;`
819 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element
820   and their immediate parent module, using the `self` keyword, such as
821   `use a::b::{self, c, d};`
822
823 An example of `use` declarations:
824
825 ```rust
826 use std::option::Option::{Some, None};
827 use std::collections::hash_map::{self, HashMap};
828
829 fn foo<T>(_: T){}
830 fn bar(map1: HashMap<String, usize>, map2: hash_map::HashMap<String, usize>){}
831
832 fn main() {
833     // Equivalent to 'foo(vec![std::option::Option::Some(1.0f64),
834     // std::option::Option::None]);'
835     foo(vec![Some(1.0f64), None]);
836
837     // Both `hash_map` and `HashMap` are in scope.
838     let map1 = HashMap::new();
839     let map2 = hash_map::HashMap::new();
840     bar(map1, map2);
841 }
842 ```
843
844 Like items, `use` declarations are private to the containing module, by
845 default. Also like items, a `use` declaration can be public, if qualified by
846 the `pub` keyword. Such a `use` declaration serves to _re-export_ a name. A
847 public `use` declaration can therefore _redirect_ some public name to a
848 different target definition: even a definition with a private canonical path,
849 inside a different module. If a sequence of such redirections form a cycle or
850 cannot be resolved unambiguously, they represent a compile-time error.
851
852 An example of re-exporting:
853
854 ```
855 # fn main() { }
856 mod quux {
857     pub use quux::foo::{bar, baz};
858
859     pub mod foo {
860         pub fn bar() { }
861         pub fn baz() { }
862     }
863 }
864 ```
865
866 In this example, the module `quux` re-exports two public names defined in
867 `foo`.
868
869 Also note that the paths contained in `use` items are relative to the crate
870 root. So, in the previous example, the `use` refers to `quux::foo::{bar,
871 baz}`, and not simply to `foo::{bar, baz}`. This also means that top-level
872 module declarations should be at the crate root if direct usage of the declared
873 modules within `use` items is desired. It is also possible to use `self` and
874 `super` at the beginning of a `use` item to refer to the current and direct
875 parent modules respectively. All rules regarding accessing declared modules in
876 `use` declarations apply to both module declarations and `extern crate`
877 declarations.
878
879 An example of what will and will not work for `use` items:
880
881 ```
882 # #![allow(unused_imports)]
883 use foo::baz::foobaz;    // good: foo is at the root of the crate
884
885 mod foo {
886
887     mod example {
888         pub mod iter {}
889     }
890
891     use foo::example::iter; // good: foo is at crate root
892 //  use example::iter;      // bad:  example is not at the crate root
893     use self::baz::foobaz;  // good: self refers to module 'foo'
894     use foo::bar::foobar;   // good: foo is at crate root
895
896     pub mod bar {
897         pub fn foobar() { }
898     }
899
900     pub mod baz {
901         use super::bar::foobar; // good: super refers to module 'foo'
902         pub fn foobaz() { }
903     }
904 }
905
906 fn main() {}
907 ```
908
909 ### Functions
910
911 A _function item_ defines a sequence of [statements](#statements) and a
912 final [expression](#expressions), along with a name and a set of
913 parameters. Other than a name, all these are optional.
914 Functions are declared with the keyword `fn`. Functions may declare a
915 set of *input* [*variables*](#variables) as parameters, through which the caller
916 passes arguments into the function, and the *output* [*type*](#types)
917 of the value the function will return to its caller on completion.
918
919 A function may also be copied into a first-class *value*, in which case the
920 value has the corresponding [*function type*](#function-types), and can be used
921 otherwise exactly as a function item (with a minor additional cost of calling
922 the function indirectly).
923
924 Every control path in a function logically ends with a `return` expression or a
925 diverging expression. If the outermost block of a function has a
926 value-producing expression in its final-expression position, that expression is
927 interpreted as an implicit `return` expression applied to the final-expression.
928
929 An example of a function:
930
931 ```
932 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
933     x + y
934 }
935 ```
936
937 As with `let` bindings, function arguments are irrefutable patterns, so any
938 pattern that is valid in a let binding is also valid as an argument.
939
940 ```
941 fn first((value, _): (i32, i32)) -> i32 { value }
942 ```
943
944
945 #### Generic functions
946
947 A _generic function_ allows one or more _parameterized types_ to appear in its
948 signature. Each type parameter must be explicitly declared, in an
949 angle-bracket-enclosed, comma-separated list following the function name.
950
951 ```rust,ignore
952 // foo is generic over A and B
953
954 fn foo<A, B>(x: A, y: B) {
955 ```
956
957 Inside the function signature and body, the name of the type parameter can be
958 used as a type name. [Trait](#traits) bounds can be specified for type parameters
959 to allow methods with that trait to be called on values of that type. This is
960 specified using the `where` syntax:
961
962 ```rust,ignore
963 fn foo<T>(x: T) where T: Debug {
964 ```
965
966 When a generic function is referenced, its type is instantiated based on the
967 context of the reference. For example, calling the `foo` function here:
968
969 ```
970 use std::fmt::Debug;
971
972 fn foo<T>(x: &[T]) where T: Debug {
973     // details elided
974     # ()
975 }
976
977 foo(&[1, 2]);
978 ```
979
980 will instantiate type parameter `T` with `i32`.
981
982 The type parameters can also be explicitly supplied in a trailing
983 [path](#paths) component after the function name. This might be necessary if
984 there is not sufficient context to determine the type parameters. For example,
985 `mem::size_of::<u32>() == 4`.
986
987 #### Diverging functions
988
989 A special kind of function can be declared with a `!` character where the
990 output type would normally be. For example:
991
992 ```
993 fn my_err(s: &str) -> ! {
994     println!("{}", s);
995     panic!();
996 }
997 ```
998
999 We call such functions "diverging" because they never return a value to the
1000 caller. Every control path in a diverging function must end with a `panic!()` or
1001 a call to another diverging function on every control path. The `!` annotation
1002 does *not* denote a type.
1003
1004 It might be necessary to declare a diverging function because as mentioned
1005 previously, the typechecker checks that every control path in a function ends
1006 with a [`return`](#return-expressions) or diverging expression. So, if `my_err`
1007 were declared without the `!` annotation, the following code would not
1008 typecheck:
1009
1010 ```
1011 # fn my_err(s: &str) -> ! { panic!() }
1012
1013 fn f(i: i32) -> i32 {
1014     if i == 42 {
1015         return 42;
1016     }
1017     else {
1018         my_err("Bad number!");
1019     }
1020 }
1021 ```
1022
1023 This will not compile without the `!` annotation on `my_err`, since the `else`
1024 branch of the conditional in `f` does not return an `i32`, as required by the
1025 signature of `f`. Adding the `!` annotation to `my_err` informs the
1026 typechecker that, should control ever enter `my_err`, no further type judgments
1027 about `f` need to hold, since control will never resume in any context that
1028 relies on those judgments. Thus the return type on `f` only needs to reflect
1029 the `if` branch of the conditional.
1030
1031 #### Extern functions
1032
1033 Extern functions are part of Rust's foreign function interface, providing the
1034 opposite functionality to [external blocks](#external-blocks). Whereas
1035 external blocks allow Rust code to call foreign code, extern functions with
1036 bodies defined in Rust code _can be called by foreign code_. They are defined
1037 in the same way as any other Rust function, except that they have the `extern`
1038 modifier.
1039
1040 ```
1041 // Declares an extern fn, the ABI defaults to "C"
1042 extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1043
1044 // Declares an extern fn with "stdcall" ABI
1045 extern "stdcall" fn new_i32_stdcall() -> i32 { 0 }
1046 ```
1047
1048 Unlike normal functions, extern fns have type `extern "ABI" fn()`. This is the
1049 same type as the functions declared in an extern block.
1050
1051 ```
1052 # extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1053 let fptr: extern "C" fn() -> i32 = new_i32;
1054 ```
1055
1056 Extern functions may be called directly from Rust code as Rust uses large,
1057 contiguous stack segments like C.
1058
1059 ### Type aliases
1060
1061 A _type alias_ defines a new name for an existing [type](#types). Type
1062 aliases are declared with the keyword `type`. Every value has a single,
1063 specific type, but may implement several different traits, or be compatible with
1064 several different type constraints.
1065
1066 For example, the following defines the type `Point` as a synonym for the type
1067 `(u8, u8)`, the type of pairs of unsigned 8 bit integers:
1068
1069 ```
1070 type Point = (u8, u8);
1071 let p: Point = (41, 68);
1072 ```
1073
1074 ### Structs
1075
1076 A _structure_ is a nominal [structure type](#structure-types) defined with the
1077 keyword `struct`.
1078
1079 An example of a `struct` item and its use:
1080
1081 ```
1082 struct Point {x: i32, y: i32}
1083 let p = Point {x: 10, y: 11};
1084 let px: i32 = p.x;
1085 ```
1086
1087 A _tuple structure_ is a nominal [tuple type](#tuple-types), also defined with
1088 the keyword `struct`. For example:
1089
1090 ```
1091 struct Point(i32, i32);
1092 let p = Point(10, 11);
1093 let px: i32 = match p { Point(x, _) => x };
1094 ```
1095
1096 A _unit-like struct_ is a structure without any fields, defined by leaving off
1097 the list of fields entirely. Such a structure implicitly defines a constant of
1098 its type with the same name. For example:
1099
1100 ```
1101 # #![feature(braced_empty_structs)]
1102 struct Cookie;
1103 let c = [Cookie, Cookie {}, Cookie, Cookie {}];
1104 ```
1105
1106 is equivalent to
1107
1108 ```
1109 # #![feature(braced_empty_structs)]
1110 struct Cookie {}
1111 const Cookie: Cookie = Cookie {};
1112 let c = [Cookie, Cookie {}, Cookie, Cookie {}];
1113 ```
1114
1115 The precise memory layout of a structure is not specified. One can specify a
1116 particular layout using the [`repr` attribute](#ffi-attributes).
1117
1118 ### Enumerations
1119
1120 An _enumeration_ is a simultaneous definition of a nominal [enumerated
1121 type](#enumerated-types) as well as a set of *constructors*, that can be used
1122 to create or pattern-match values of the corresponding enumerated type.
1123
1124 Enumerations are declared with the keyword `enum`.
1125
1126 An example of an `enum` item and its use:
1127
1128 ```
1129 enum Animal {
1130     Dog,
1131     Cat,
1132 }
1133
1134 let mut a: Animal = Animal::Dog;
1135 a = Animal::Cat;
1136 ```
1137
1138 Enumeration constructors can have either named or unnamed fields:
1139
1140 ```rust
1141 enum Animal {
1142     Dog (String, f64),
1143     Cat { name: String, weight: f64 }
1144 }
1145
1146 let mut a: Animal = Animal::Dog("Cocoa".to_string(), 37.2);
1147 a = Animal::Cat { name: "Spotty".to_string(), weight: 2.7 };
1148 ```
1149
1150 In this example, `Cat` is a _struct-like enum variant_,
1151 whereas `Dog` is simply called an enum variant.
1152
1153 Enums have a discriminant. You can assign them explicitly:
1154
1155 ```
1156 enum Foo {
1157     Bar = 123,
1158 }
1159 ```
1160
1161 If a discriminant isn't assigned, they start at zero, and add one for each
1162 variant, in order.
1163
1164 You can cast an enum to get this value:
1165
1166 ```
1167 # enum Foo { Bar = 123 }
1168 let x = Foo::Bar as u32; // x is now 123u32
1169 ```
1170
1171 This only works as long as none of the variants have data attached. If
1172 it were `Bar(i32)`, this is disallowed.
1173
1174 ### Constant items
1175
1176 A *constant item* is a named _constant value_ which is not associated with a
1177 specific memory location in the program. Constants are essentially inlined
1178 wherever they are used, meaning that they are copied directly into the relevant
1179 context when used. References to the same constant are not necessarily
1180 guaranteed to refer to the same memory address.
1181
1182 Constant values must not have destructors, and otherwise permit most forms of
1183 data. Constants may refer to the address of other constants, in which case the
1184 address will have the `static` lifetime. The compiler is, however, still at
1185 liberty to translate the constant many times, so the address referred to may not
1186 be stable.
1187
1188 Constants must be explicitly typed. The type may be `bool`, `char`, a number, or
1189 a type derived from those primitive types. The derived types are references with
1190 the `static` lifetime, fixed-size arrays, tuples, enum variants, and structs.
1191
1192 ```
1193 const BIT1: u32 = 1 << 0;
1194 const BIT2: u32 = 1 << 1;
1195
1196 const BITS: [u32; 2] = [BIT1, BIT2];
1197 const STRING: &'static str = "bitstring";
1198
1199 struct BitsNStrings<'a> {
1200     mybits: [u32; 2],
1201     mystring: &'a str
1202 }
1203
1204 const BITS_N_STRINGS: BitsNStrings<'static> = BitsNStrings {
1205     mybits: BITS,
1206     mystring: STRING
1207 };
1208 ```
1209
1210 ### Static items
1211
1212 A *static item* is similar to a *constant*, except that it represents a precise
1213 memory location in the program. A static is never "inlined" at the usage site,
1214 and all references to it refer to the same memory location. Static items have
1215 the `static` lifetime, which outlives all other lifetimes in a Rust program.
1216 Static items may be placed in read-only memory if they do not contain any
1217 interior mutability.
1218
1219 Statics may contain interior mutability through the `UnsafeCell` language item.
1220 All access to a static is safe, but there are a number of restrictions on
1221 statics:
1222
1223 * Statics may not contain any destructors.
1224 * The types of static values must ascribe to `Sync` to allow thread-safe access.
1225 * Statics may not refer to other statics by value, only by reference.
1226 * Constants cannot refer to statics.
1227
1228 Constants should in general be preferred over statics, unless large amounts of
1229 data are being stored, or single-address and mutability properties are required.
1230
1231 #### Mutable statics
1232
1233 If a static item is declared with the `mut` keyword, then it is allowed to
1234 be modified by the program. One of Rust's goals is to make concurrency bugs
1235 hard to run into, and this is obviously a very large source of race conditions
1236 or other bugs. For this reason, an `unsafe` block is required when either
1237 reading or writing a mutable static variable. Care should be taken to ensure
1238 that modifications to a mutable static are safe with respect to other threads
1239 running in the same process.
1240
1241 Mutable statics are still very useful, however. They can be used with C
1242 libraries and can also be bound from C libraries (in an `extern` block).
1243
1244 ```
1245 # fn atomic_add(_: &mut u32, _: u32) -> u32 { 2 }
1246
1247 static mut LEVELS: u32 = 0;
1248
1249 // This violates the idea of no shared state, and this doesn't internally
1250 // protect against races, so this function is `unsafe`
1251 unsafe fn bump_levels_unsafe1() -> u32 {
1252     let ret = LEVELS;
1253     LEVELS += 1;
1254     return ret;
1255 }
1256
1257 // Assuming that we have an atomic_add function which returns the old value,
1258 // this function is "safe" but the meaning of the return value may not be what
1259 // callers expect, so it's still marked as `unsafe`
1260 unsafe fn bump_levels_unsafe2() -> u32 {
1261     return atomic_add(&mut LEVELS, 1);
1262 }
1263 ```
1264
1265 Mutable statics have the same restrictions as normal statics, except that the
1266 type of the value is not required to ascribe to `Sync`.
1267
1268 ### Traits
1269
1270 A _trait_ describes an abstract interface that types can
1271 implement. This interface consists of associated items, which come in
1272 three varieties:
1273
1274 - functions
1275 - constants
1276 - types
1277
1278 Associated functions whose first parameter is named `self` are called
1279 methods and may be invoked using `.` notation (e.g., `x.foo()`).
1280
1281 All traits define an implicit type parameter `Self` that refers to
1282 "the type that is implementing this interface". Traits may also
1283 contain additional type parameters. These type parameters (including
1284 `Self`) may be constrained by other traits and so forth as usual.
1285
1286 Trait bounds on `Self` are considered "supertraits". These are
1287 required to be acyclic.  Supertraits are somewhat different from other
1288 constraints in that they affect what methods are available in the
1289 vtable when the trait is used as a [trait object](#trait-objects).
1290
1291 Traits are implemented for specific types through separate
1292 [implementations](#implementations).
1293
1294 Consider the following trait:
1295
1296 ```
1297 # type Surface = i32;
1298 # type BoundingBox = i32;
1299 trait Shape {
1300     fn draw(&self, Surface);
1301     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox;
1302 }
1303 ```
1304
1305 This defines a trait with two methods. All values that have
1306 [implementations](#implementations) of this trait in scope can have their
1307 `draw` and `bounding_box` methods called, using `value.bounding_box()`
1308 [syntax](#method-call-expressions).
1309
1310 Traits can include default implementations of methods, as in:
1311
1312 ```
1313 trait Foo {
1314     fn bar(&self);
1315     fn baz(&self) { println!("We called baz."); }
1316 }
1317 ```
1318
1319 Here the `baz` method has a default implementation, so types that implement
1320 `Foo` need only implement `bar`. It is also possible for implementing types
1321 to override a method that has a default implementation.
1322
1323 Type parameters can be specified for a trait to make it generic. These appear
1324 after the trait name, using the same syntax used in [generic
1325 functions](#generic-functions).
1326
1327 ```
1328 trait Seq<T> {
1329     fn len(&self) -> u32;
1330     fn elt_at(&self, n: u32) -> T;
1331     fn iter<F>(&self, F) where F: Fn(T);
1332 }
1333 ```
1334
1335 It is also possible to define associated types for a trait. Consider the
1336 following example of a `Container` trait. Notice how the type is available
1337 for use in the method signatures:
1338
1339 ```
1340 trait Container {
1341     type E;
1342     fn empty() -> Self;
1343     fn insert(&mut self, Self::E);
1344 }
1345 ```
1346
1347 In order for a type to implement this trait, it must not only provide
1348 implementations for every method, but it must specify the type `E`. Here's
1349 an implementation of `Container` for the standard library type `Vec`:
1350
1351 ```
1352 # trait Container {
1353 #     type E;
1354 #     fn empty() -> Self;
1355 #     fn insert(&mut self, Self::E);
1356 # }
1357 impl<T> Container for Vec<T> {
1358     type E = T;
1359     fn empty() -> Vec<T> { Vec::new() }
1360     fn insert(&mut self, x: T) { self.push(x); }
1361 }
1362 ```
1363
1364 Generic functions may use traits as _bounds_ on their type parameters. This
1365 will have two effects:
1366
1367 - Only types that have the trait may instantiate the parameter.
1368 - Within the generic function, the methods of the trait can be
1369   called on values that have the parameter's type.
1370
1371 For example:
1372
1373 ```
1374 # type Surface = i32;
1375 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); }
1376 fn draw_twice<T: Shape>(surface: Surface, sh: T) {
1377     sh.draw(surface);
1378     sh.draw(surface);
1379 }
1380 ```
1381
1382 Traits also define a [trait object](#trait-objects) with the same
1383 name as the trait. Values of this type are created by coercing from a
1384 pointer of some specific type to a pointer of trait type. For example,
1385 `&T` could be coerced to `&Shape` if `T: Shape` holds (and similarly
1386 for `Box<T>`). This coercion can either be implicit or
1387 [explicit](#type-cast-expressions). Here is an example of an explicit
1388 coercion:
1389
1390 ```
1391 trait Shape { }
1392 impl Shape for i32 { }
1393 let mycircle = 0i32;
1394 let myshape: Box<Shape> = Box::new(mycircle) as Box<Shape>;
1395 ```
1396
1397 The resulting value is a box containing the value that was cast, along with
1398 information that identifies the methods of the implementation that was used.
1399 Values with a trait type can have [methods called](#method-call-expressions) on
1400 them, for any method in the trait, and can be used to instantiate type
1401 parameters that are bounded by the trait.
1402
1403 Trait methods may be static, which means that they lack a `self` argument.
1404 This means that they can only be called with function call syntax (`f(x)`) and
1405 not method call syntax (`obj.f()`). The way to refer to the name of a static
1406 method is to qualify it with the trait name, treating the trait name like a
1407 module. For example:
1408
1409 ```
1410 trait Num {
1411     fn from_i32(n: i32) -> Self;
1412 }
1413 impl Num for f64 {
1414     fn from_i32(n: i32) -> f64 { n as f64 }
1415 }
1416 let x: f64 = Num::from_i32(42);
1417 ```
1418
1419 Traits may inherit from other traits. Consider the following example:
1420
1421 ```
1422 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1423 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1424 ```
1425
1426 The syntax `Circle : Shape` means that types that implement `Circle` must also
1427 have an implementation for `Shape`. Multiple supertraits are separated by `+`,
1428 `trait Circle : Shape + PartialEq { }`. In an implementation of `Circle` for a
1429 given type `T`, methods can refer to `Shape` methods, since the typechecker
1430 checks that any type with an implementation of `Circle` also has an
1431 implementation of `Shape`:
1432
1433 ```rust
1434 struct Foo;
1435
1436 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1437 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1438 impl Shape for Foo {
1439     fn area(&self) -> f64 {
1440         0.0
1441     }
1442 }
1443 impl Circle for Foo {
1444     fn radius(&self) -> f64 {
1445         println!("calling area: {}", self.area());
1446
1447         0.0
1448     }
1449 }
1450
1451 let c = Foo;
1452 c.radius();
1453 ```
1454
1455 In type-parameterized functions, methods of the supertrait may be called on
1456 values of subtrait-bound type parameters. Referring to the previous example of
1457 `trait Circle : Shape`:
1458
1459 ```
1460 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1461 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1462 fn radius_times_area<T: Circle>(c: T) -> f64 {
1463     // `c` is both a Circle and a Shape
1464     c.radius() * c.area()
1465 }
1466 ```
1467
1468 Likewise, supertrait methods may also be called on trait objects.
1469
1470 ```{.ignore}
1471 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1472 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1473 # impl Shape for i32 { fn area(&self) -> f64 { 0.0 } }
1474 # impl Circle for i32 { fn radius(&self) -> f64 { 0.0 } }
1475 # let mycircle = 0i32;
1476 let mycircle = Box::new(mycircle) as Box<Circle>;
1477 let nonsense = mycircle.radius() * mycircle.area();
1478 ```
1479
1480 ### Implementations
1481
1482 An _implementation_ is an item that implements a [trait](#traits) for a
1483 specific type.
1484
1485 Implementations are defined with the keyword `impl`.
1486
1487 ```
1488 # #[derive(Copy, Clone)]
1489 # struct Point {x: f64, y: f64};
1490 # type Surface = i32;
1491 # struct BoundingBox {x: f64, y: f64, width: f64, height: f64};
1492 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); fn bounding_box(&self) -> BoundingBox; }
1493 # fn do_draw_circle(s: Surface, c: Circle) { }
1494 struct Circle {
1495     radius: f64,
1496     center: Point,
1497 }
1498
1499 impl Copy for Circle {}
1500
1501 impl Clone for Circle {
1502     fn clone(&self) -> Circle { *self }
1503 }
1504
1505 impl Shape for Circle {
1506     fn draw(&self, s: Surface) { do_draw_circle(s, *self); }
1507     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox {
1508         let r = self.radius;
1509         BoundingBox {
1510             x: self.center.x - r,
1511             y: self.center.y - r,
1512             width: 2.0 * r,
1513             height: 2.0 * r,
1514         }
1515     }
1516 }
1517 ```
1518
1519 It is possible to define an implementation without referring to a trait. The
1520 methods in such an implementation can only be used as direct calls on the
1521 values of the type that the implementation targets. In such an implementation,
1522 the trait type and `for` after `impl` are omitted. Such implementations are
1523 limited to nominal types (enums, structs), and the implementation must appear
1524 in the same crate as the `self` type:
1525
1526 ```
1527 struct Point {x: i32, y: i32}
1528
1529 impl Point {
1530     fn log(&self) {
1531         println!("Point is at ({}, {})", self.x, self.y);
1532     }
1533 }
1534
1535 let my_point = Point {x: 10, y:11};
1536 my_point.log();
1537 ```
1538
1539 When a trait _is_ specified in an `impl`, all methods declared as part of the
1540 trait must be implemented, with matching types and type parameter counts.
1541
1542 An implementation can take type parameters, which can be different from the
1543 type parameters taken by the trait it implements. Implementation parameters
1544 are written after the `impl` keyword.
1545
1546 ```
1547 # trait Seq<T> { fn dummy(&self, _: T) { } }
1548 impl<T> Seq<T> for Vec<T> {
1549     /* ... */
1550 }
1551 impl Seq<bool> for u32 {
1552     /* Treat the integer as a sequence of bits */
1553 }
1554 ```
1555
1556 ### External blocks
1557
1558 External blocks form the basis for Rust's foreign function interface.
1559 Declarations in an external block describe symbols in external, non-Rust
1560 libraries.
1561
1562 Functions within external blocks are declared in the same way as other Rust
1563 functions, with the exception that they may not have a body and are instead
1564 terminated by a semicolon.
1565
1566 Functions within external blocks may be called by Rust code, just like
1567 functions defined in Rust. The Rust compiler automatically translates between
1568 the Rust ABI and the foreign ABI.
1569
1570 A number of [attributes](#attributes) control the behavior of external blocks.
1571
1572 By default external blocks assume that the library they are calling uses the
1573 standard C "cdecl" ABI. Other ABIs may be specified using an `abi` string, as
1574 shown here:
1575
1576 ```ignore
1577 // Interface to the Windows API
1578 extern "stdcall" { }
1579 ```
1580
1581 The `link` attribute allows the name of the library to be specified. When
1582 specified the compiler will attempt to link against the native library of the
1583 specified name.
1584
1585 ```{.ignore}
1586 #[link(name = "crypto")]
1587 extern { }
1588 ```
1589
1590 The type of a function declared in an extern block is `extern "abi" fn(A1, ...,
1591 An) -> R`, where `A1...An` are the declared types of its arguments and `R` is
1592 the declared return type.
1593
1594 It is valid to add the `link` attribute on an empty extern block. You can use
1595 this to satisfy the linking requirements of extern blocks elsewhere in your code
1596 (including upstream crates) instead of adding the attribute to each extern block.
1597
1598 ## Visibility and Privacy
1599
1600 These two terms are often used interchangeably, and what they are attempting to
1601 convey is the answer to the question "Can this item be used at this location?"
1602
1603 Rust's name resolution operates on a global hierarchy of namespaces. Each level
1604 in the hierarchy can be thought of as some item. The items are one of those
1605 mentioned above, but also include external crates. Declaring or defining a new
1606 module can be thought of as inserting a new tree into the hierarchy at the
1607 location of the definition.
1608
1609 To control whether interfaces can be used across modules, Rust checks each use
1610 of an item to see whether it should be allowed or not. This is where privacy
1611 warnings are generated, or otherwise "you used a private item of another module
1612 and weren't allowed to."
1613
1614 By default, everything in Rust is *private*, with one exception. Enum variants
1615 in a `pub` enum are also public by default. When an item is declared as `pub`,
1616 it can be thought of as being accessible to the outside world. For example:
1617
1618 ```
1619 # fn main() {}
1620 // Declare a private struct
1621 struct Foo;
1622
1623 // Declare a public struct with a private field
1624 pub struct Bar {
1625     field: i32
1626 }
1627
1628 // Declare a public enum with two public variants
1629 pub enum State {
1630     PubliclyAccessibleState,
1631     PubliclyAccessibleState2,
1632 }
1633 ```
1634
1635 With the notion of an item being either public or private, Rust allows item
1636 accesses in two cases:
1637
1638 1. If an item is public, then it can be used externally through any of its
1639    public ancestors.
1640 2. If an item is private, it may be accessed by the current module and its
1641    descendants.
1642
1643 These two cases are surprisingly powerful for creating module hierarchies
1644 exposing public APIs while hiding internal implementation details. To help
1645 explain, here's a few use cases and what they would entail:
1646
1647 * A library developer needs to expose functionality to crates which link
1648   against their library. As a consequence of the first case, this means that
1649   anything which is usable externally must be `pub` from the root down to the
1650   destination item. Any private item in the chain will disallow external
1651   accesses.
1652
1653 * A crate needs a global available "helper module" to itself, but it doesn't
1654   want to expose the helper module as a public API. To accomplish this, the
1655   root of the crate's hierarchy would have a private module which then
1656   internally has a "public API". Because the entire crate is a descendant of
1657   the root, then the entire local crate can access this private module through
1658   the second case.
1659
1660 * When writing unit tests for a module, it's often a common idiom to have an
1661   immediate child of the module to-be-tested named `mod test`. This module
1662   could access any items of the parent module through the second case, meaning
1663   that internal implementation details could also be seamlessly tested from the
1664   child module.
1665
1666 In the second case, it mentions that a private item "can be accessed" by the
1667 current module and its descendants, but the exact meaning of accessing an item
1668 depends on what the item is. Accessing a module, for example, would mean
1669 looking inside of it (to import more items). On the other hand, accessing a
1670 function would mean that it is invoked. Additionally, path expressions and
1671 import statements are considered to access an item in the sense that the
1672 import/expression is only valid if the destination is in the current visibility
1673 scope.
1674
1675 Here's an example of a program which exemplifies the three cases outlined
1676 above:
1677
1678 ```
1679 // This module is private, meaning that no external crate can access this
1680 // module. Because it is private at the root of this current crate, however, any
1681 // module in the crate may access any publicly visible item in this module.
1682 mod crate_helper_module {
1683
1684     // This function can be used by anything in the current crate
1685     pub fn crate_helper() {}
1686
1687     // This function *cannot* be used by anything else in the crate. It is not
1688     // publicly visible outside of the `crate_helper_module`, so only this
1689     // current module and its descendants may access it.
1690     fn implementation_detail() {}
1691 }
1692
1693 // This function is "public to the root" meaning that it's available to external
1694 // crates linking against this one.
1695 pub fn public_api() {}
1696
1697 // Similarly to 'public_api', this module is public so external crates may look
1698 // inside of it.
1699 pub mod submodule {
1700     use crate_helper_module;
1701
1702     pub fn my_method() {
1703         // Any item in the local crate may invoke the helper module's public
1704         // interface through a combination of the two rules above.
1705         crate_helper_module::crate_helper();
1706     }
1707
1708     // This function is hidden to any module which is not a descendant of
1709     // `submodule`
1710     fn my_implementation() {}
1711
1712     #[cfg(test)]
1713     mod test {
1714
1715         #[test]
1716         fn test_my_implementation() {
1717             // Because this module is a descendant of `submodule`, it's allowed
1718             // to access private items inside of `submodule` without a privacy
1719             // violation.
1720             super::my_implementation();
1721         }
1722     }
1723 }
1724
1725 # fn main() {}
1726 ```
1727
1728 For a rust program to pass the privacy checking pass, all paths must be valid
1729 accesses given the two rules above. This includes all use statements,
1730 expressions, types, etc.
1731
1732 ### Re-exporting and Visibility
1733
1734 Rust allows publicly re-exporting items through a `pub use` directive. Because
1735 this is a public directive, this allows the item to be used in the current
1736 module through the rules above. It essentially allows public access into the
1737 re-exported item. For example, this program is valid:
1738
1739 ```
1740 pub use self::implementation::api;
1741
1742 mod implementation {
1743     pub mod api {
1744         pub fn f() {}
1745     }
1746 }
1747
1748 # fn main() {}
1749 ```
1750
1751 This means that any external crate referencing `implementation::api::f` would
1752 receive a privacy violation, while the path `api::f` would be allowed.
1753
1754 When re-exporting a private item, it can be thought of as allowing the "privacy
1755 chain" being short-circuited through the reexport instead of passing through
1756 the namespace hierarchy as it normally would.
1757
1758 ## Attributes
1759
1760 Any item declaration may have an _attribute_ applied to it. Attributes in Rust
1761 are modeled on Attributes in ECMA-335, with the syntax coming from ECMA-334
1762 (C#). An attribute is a general, free-form metadatum that is interpreted
1763 according to name, convention, and language and compiler version. Attributes
1764 may appear as any of:
1765
1766 * A single identifier, the attribute name
1767 * An identifier followed by the equals sign '=' and a literal, providing a
1768   key/value pair
1769 * An identifier followed by a parenthesized list of sub-attribute arguments
1770
1771 Attributes with a bang ("!") after the hash ("#") apply to the item that the
1772 attribute is declared within. Attributes that do not have a bang after the hash
1773 apply to the item that follows the attribute.
1774
1775 An example of attributes:
1776
1777 ```{.rust}
1778 // General metadata applied to the enclosing module or crate.
1779 #![crate_type = "lib"]
1780
1781 // A function marked as a unit test
1782 #[test]
1783 fn test_foo() {
1784     /* ... */
1785 }
1786
1787 // A conditionally-compiled module
1788 #[cfg(target_os="linux")]
1789 mod bar {
1790     /* ... */
1791 }
1792
1793 // A lint attribute used to suppress a warning/error
1794 #[allow(non_camel_case_types)]
1795 type int8_t = i8;
1796 ```
1797
1798 > **Note:** At some point in the future, the compiler will distinguish between
1799 > language-reserved and user-available attributes. Until then, there is
1800 > effectively no difference between an attribute handled by a loadable syntax
1801 > extension and the compiler.
1802
1803 ### Crate-only attributes
1804
1805 - `crate_name` - specify the crate's crate name.
1806 - `crate_type` - see [linkage](#linkage).
1807 - `feature` - see [compiler features](#compiler-features).
1808 - `no_builtins` - disable optimizing certain code patterns to invocations of
1809                   library functions that are assumed to exist
1810 - `no_main` - disable emitting the `main` symbol. Useful when some other
1811    object being linked to defines `main`.
1812 - `no_start` - disable linking to the `native` crate, which specifies the
1813   "start" language item.
1814 - `no_std` - disable linking to the `std` crate.
1815 - `plugin` - load a list of named crates as compiler plugins, e.g.
1816              `#![plugin(foo, bar)]`. Optional arguments for each plugin,
1817              i.e. `#![plugin(foo(... args ...))]`, are provided to the plugin's
1818              registrar function.  The `plugin` feature gate is required to use
1819              this attribute.
1820 - `recursion_limit` - Sets the maximum depth for potentially
1821                       infinitely-recursive compile-time operations like
1822                       auto-dereference or macro expansion. The default is
1823                       `#![recursion_limit="64"]`.
1824
1825 ### Module-only attributes
1826
1827 - `no_implicit_prelude` - disable injecting `use std::prelude::*` in this
1828   module.
1829 - `path` - specifies the file to load the module from. `#[path="foo.rs"] mod
1830   bar;` is equivalent to `mod bar { /* contents of foo.rs */ }`. The path is
1831   taken relative to the directory that the current module is in.
1832
1833 ### Function-only attributes
1834
1835 - `main` - indicates that this function should be passed to the entry point,
1836   rather than the function in the crate root named `main`.
1837 - `plugin_registrar` - mark this function as the registration point for
1838   [compiler plugins][plugin], such as loadable syntax extensions.
1839 - `start` - indicates that this function should be used as the entry point,
1840   overriding the "start" language item. See the "start" [language
1841   item](#language-items) for more details.
1842 - `test` - indicates that this function is a test function, to only be compiled
1843   in case of `--test`.
1844 - `should_panic` - indicates that this test function should panic, inverting the success condition.
1845 - `cold` - The function is unlikely to be executed, so optimize it (and calls
1846   to it) differently.
1847
1848 ### Static-only attributes
1849
1850 - `thread_local` - on a `static mut`, this signals that the value of this
1851   static may change depending on the current thread. The exact consequences of
1852   this are implementation-defined.
1853
1854 ### FFI attributes
1855
1856 On an `extern` block, the following attributes are interpreted:
1857
1858 - `link_args` - specify arguments to the linker, rather than just the library
1859   name and type. This is feature gated and the exact behavior is
1860   implementation-defined (due to variety of linker invocation syntax).
1861 - `link` - indicate that a native library should be linked to for the
1862   declarations in this block to be linked correctly. `link` supports an optional
1863   `kind` key with three possible values: `dylib`, `static`, and `framework`. See
1864   [external blocks](#external-blocks) for more about external blocks. Two
1865   examples: `#[link(name = "readline")]` and
1866   `#[link(name = "CoreFoundation", kind = "framework")]`.
1867 - `linked_from` - indicates what native library this block of FFI items is
1868   coming from. This attribute is of the form `#[linked_from = "foo"]` where
1869   `foo` is the name of a library in either `#[link]` or a `-l` flag. This
1870   attribute is currently required to export symbols from a Rust dynamic library
1871   on Windows, and it is feature gated behind the `linked_from` feature.
1872
1873 On declarations inside an `extern` block, the following attributes are
1874 interpreted:
1875
1876 - `link_name` - the name of the symbol that this function or static should be
1877   imported as.
1878 - `linkage` - on a static, this specifies the [linkage
1879   type](http://llvm.org/docs/LangRef.html#linkage-types).
1880
1881 On `enum`s:
1882
1883 - `repr` - on C-like enums, this sets the underlying type used for
1884   representation. Takes one argument, which is the primitive
1885   type this enum should be represented for, or `C`, which specifies that it
1886   should be the default `enum` size of the C ABI for that platform. Note that
1887   enum representation in C is undefined, and this may be incorrect when the C
1888   code is compiled with certain flags.
1889
1890 On `struct`s:
1891
1892 - `repr` - specifies the representation to use for this struct. Takes a list
1893   of options. The currently accepted ones are `C` and `packed`, which may be
1894   combined. `C` will use a C ABI compatible struct layout, and `packed` will
1895   remove any padding between fields (note that this is very fragile and may
1896   break platforms which require aligned access).
1897
1898 ### Macro-related attributes
1899
1900 - `macro_use` on a `mod` — macros defined in this module will be visible in the
1901   module's parent, after this module has been included.
1902
1903 - `macro_use` on an `extern crate` — load macros from this crate.  An optional
1904   list of names `#[macro_use(foo, bar)]` restricts the import to just those
1905   macros named.  The `extern crate` must appear at the crate root, not inside
1906   `mod`, which ensures proper function of the [`$crate` macro
1907   variable](book/macros.html#the-variable-crate).
1908
1909 - `macro_reexport` on an `extern crate` — re-export the named macros.
1910
1911 - `macro_export` - export a macro for cross-crate usage.
1912
1913 - `no_link` on an `extern crate` — even if we load this crate for macros, don't
1914   link it into the output.
1915
1916 See the [macros section of the
1917 book](book/macros.html#scoping-and-macro-importexport) for more information on
1918 macro scope.
1919
1920
1921 ### Miscellaneous attributes
1922
1923 - `export_name` - on statics and functions, this determines the name of the
1924   exported symbol.
1925 - `link_section` - on statics and functions, this specifies the section of the
1926   object file that this item's contents will be placed into.
1927 - `no_mangle` - on any item, do not apply the standard name mangling. Set the
1928   symbol for this item to its identifier.
1929 - `simd` - on certain tuple structs, derive the arithmetic operators, which
1930   lower to the target's SIMD instructions, if any; the `simd` feature gate
1931   is necessary to use this attribute.
1932 - `unsafe_destructor_blind_to_params` - on `Drop::drop` method, asserts that the
1933   destructor code (and all potential specializations of that code) will
1934   never attempt to read from nor write to any references with lifetimes
1935   that come in via generic parameters. This is a constraint we cannot
1936   currently express via the type system, and therefore we rely on the
1937   programmer to assert that it holds. Adding this to a Drop impl causes
1938   the associated destructor to be considered "uninteresting" by the
1939   Drop-Check rule, and thus it can help sidestep data ordering
1940   constraints that would otherwise be introduced by the Drop-Check
1941   rule. Such sidestepping of the constraints, if done incorrectly, can
1942   lead to undefined behavior (in the form of reading or writing to data
1943   outside of its dynamic extent), and thus this attribute has the word
1944   "unsafe" in its name. To use this, the
1945   `unsafe_destructor_blind_to_params` feature gate must be enabled.
1946 - `unsafe_no_drop_flag` - on structs, remove the flag that prevents
1947   destructors from being run twice. Destructors might be run multiple times on
1948   the same object with this attribute. To use this, the `unsafe_no_drop_flag` feature
1949   gate must be enabled.
1950 - `doc` - Doc comments such as `/// foo` are equivalent to `#[doc = "foo"]`.
1951 - `rustc_on_unimplemented` - Write a custom note to be shown along with the error
1952    when the trait is found to be unimplemented on a type.
1953    You may use format arguments like `{T}`, `{A}` to correspond to the
1954    types at the point of use corresponding to the type parameters of the
1955    trait of the same name. `{Self}` will be replaced with the type that is supposed
1956    to implement the trait but doesn't. To use this, the `on_unimplemented` feature gate
1957    must be enabled.
1958
1959 ### Conditional compilation
1960
1961 Sometimes one wants to have different compiler outputs from the same code,
1962 depending on build target, such as targeted operating system, or to enable
1963 release builds.
1964
1965 There are two kinds of configuration options, one that is either defined or not
1966 (`#[cfg(foo)]`), and the other that contains a string that can be checked
1967 against (`#[cfg(bar = "baz")]`). Currently, only compiler-defined configuration
1968 options can have the latter form.
1969
1970 ```
1971 // The function is only included in the build when compiling for OSX
1972 #[cfg(target_os = "macos")]
1973 fn macos_only() {
1974   // ...
1975 }
1976
1977 // This function is only included when either foo or bar is defined
1978 #[cfg(any(foo, bar))]
1979 fn needs_foo_or_bar() {
1980   // ...
1981 }
1982
1983 // This function is only included when compiling for a unixish OS with a 32-bit
1984 // architecture
1985 #[cfg(all(unix, target_pointer_width = "32"))]
1986 fn on_32bit_unix() {
1987   // ...
1988 }
1989
1990 // This function is only included when foo is not defined
1991 #[cfg(not(foo))]
1992 fn needs_not_foo() {
1993   // ...
1994 }
1995 ```
1996
1997 This illustrates some conditional compilation can be achieved using the
1998 `#[cfg(...)]` attribute. `any`, `all` and `not` can be used to assemble
1999 arbitrarily complex configurations through nesting.
2000
2001 The following configurations must be defined by the implementation:
2002
2003 * `debug_assertions` - Enabled by default when compiling without optimizations.
2004   This can be used to enable extra debugging code in development but not in
2005   production.  For example, it controls the behavior of the standard library's
2006   `debug_assert!` macro.
2007 * `target_arch = "..."` - Target CPU architecture, such as `"x86"`, `"x86_64"`
2008   `"mips"`, `"powerpc"`, `"arm"`, or `"aarch64"`.
2009 * `target_endian = "..."` - Endianness of the target CPU, either `"little"` or
2010   `"big"`.
2011 * `target_env = ".."` - An option provided by the compiler by default
2012   describing the runtime environment of the target platform. Some examples of
2013   this are `musl` for builds targeting the MUSL libc implementation, `msvc` for
2014   Windows builds targeting MSVC, and `gnu` frequently the rest of the time. This
2015   option may also be blank on some platforms.
2016 * `target_family = "..."` - Operating system family of the target, e. g.
2017   `"unix"` or `"windows"`. The value of this configuration option is defined
2018   as a configuration itself, like `unix` or `windows`.
2019 * `target_os = "..."` - Operating system of the target, examples include
2020   `"windows"`, `"macos"`, `"ios"`, `"linux"`, `"android"`, `"freebsd"`, `"dragonfly"`,
2021   `"bitrig"` , `"openbsd"` or `"netbsd"`.
2022 * `target_pointer_width = "..."` - Target pointer width in bits. This is set
2023   to `"32"` for targets with 32-bit pointers, and likewise set to `"64"` for
2024   64-bit pointers.
2025 * `target_vendor = "..."` - Vendor of the target, for example `apple`, `pc`, or
2026   simply `"unknown"`.
2027 * `test` - Enabled when compiling the test harness (using the `--test` flag).
2028 * `unix` - See `target_family`.
2029 * `windows` - See `target_family`.
2030
2031 You can also set another attribute based on a `cfg` variable with `cfg_attr`:
2032
2033 ```rust,ignore
2034 #[cfg_attr(a, b)]
2035 ```
2036
2037 Will be the same as `#[b]` if `a` is set by `cfg`, and nothing otherwise.
2038
2039 ### Lint check attributes
2040
2041 A lint check names a potentially undesirable coding pattern, such as
2042 unreachable code or omitted documentation, for the static entity to which the
2043 attribute applies.
2044
2045 For any lint check `C`:
2046
2047 * `allow(C)` overrides the check for `C` so that violations will go
2048    unreported,
2049 * `deny(C)` signals an error after encountering a violation of `C`,
2050 * `forbid(C)` is the same as `deny(C)`, but also forbids changing the lint
2051    level afterwards,
2052 * `warn(C)` warns about violations of `C` but continues compilation.
2053
2054 The lint checks supported by the compiler can be found via `rustc -W help`,
2055 along with their default settings.  [Compiler
2056 plugins](book/compiler-plugins.html#lint-plugins) can provide additional lint checks.
2057
2058 ```{.ignore}
2059 mod m1 {
2060     // Missing documentation is ignored here
2061     #[allow(missing_docs)]
2062     pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2063
2064     // Missing documentation signals a warning here
2065     #[warn(missing_docs)]
2066     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2067
2068     // Missing documentation signals an error here
2069     #[deny(missing_docs)]
2070     pub fn undocumented_end() -> i32 { 3 }
2071 }
2072 ```
2073
2074 This example shows how one can use `allow` and `warn` to toggle a particular
2075 check on and off:
2076
2077 ```{.ignore}
2078 #[warn(missing_docs)]
2079 mod m2{
2080     #[allow(missing_docs)]
2081     mod nested {
2082         // Missing documentation is ignored here
2083         pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2084
2085         // Missing documentation signals a warning here,
2086         // despite the allow above.
2087         #[warn(missing_docs)]
2088         pub fn undocumented_two() -> i32 { 2 }
2089     }
2090
2091     // Missing documentation signals a warning here
2092     pub fn undocumented_too() -> i32 { 3 }
2093 }
2094 ```
2095
2096 This example shows how one can use `forbid` to disallow uses of `allow` for
2097 that lint check:
2098
2099 ```{.ignore}
2100 #[forbid(missing_docs)]
2101 mod m3 {
2102     // Attempting to toggle warning signals an error here
2103     #[allow(missing_docs)]
2104     /// Returns 2.
2105     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2106 }
2107 ```
2108
2109 ### Language items
2110
2111 Some primitive Rust operations are defined in Rust code, rather than being
2112 implemented directly in C or assembly language. The definitions of these
2113 operations have to be easy for the compiler to find. The `lang` attribute
2114 makes it possible to declare these operations. For example, the `str` module
2115 in the Rust standard library defines the string equality function:
2116
2117 ```{.ignore}
2118 #[lang = "str_eq"]
2119 pub fn eq_slice(a: &str, b: &str) -> bool {
2120     // details elided
2121 }
2122 ```
2123
2124 The name `str_eq` has a special meaning to the Rust compiler, and the presence
2125 of this definition means that it will use this definition when generating calls
2126 to the string equality function.
2127
2128 The set of language items is currently considered unstable. A complete
2129 list of the built-in language items will be added in the future.
2130
2131 ### Inline attributes
2132
2133 The inline attribute suggests that the compiler should place a copy of
2134 the function or static in the caller, rather than generating code to
2135 call the function or access the static where it is defined.
2136
2137 The compiler automatically inlines functions based on internal heuristics.
2138 Incorrectly inlining functions can actually make the program slower, so it
2139 should be used with care.
2140
2141 `#[inline]` and `#[inline(always)]` always cause the function to be serialized
2142 into the crate metadata to allow cross-crate inlining.
2143
2144 There are three different types of inline attributes:
2145
2146 * `#[inline]` hints the compiler to perform an inline expansion.
2147 * `#[inline(always)]` asks the compiler to always perform an inline expansion.
2148 * `#[inline(never)]` asks the compiler to never perform an inline expansion.
2149
2150 ### `derive`
2151
2152 The `derive` attribute allows certain traits to be automatically implemented
2153 for data structures. For example, the following will create an `impl` for the
2154 `PartialEq` and `Clone` traits for `Foo`, the type parameter `T` will be given
2155 the `PartialEq` or `Clone` constraints for the appropriate `impl`:
2156
2157 ```
2158 #[derive(PartialEq, Clone)]
2159 struct Foo<T> {
2160     a: i32,
2161     b: T
2162 }
2163 ```
2164
2165 The generated `impl` for `PartialEq` is equivalent to
2166
2167 ```
2168 # struct Foo<T> { a: i32, b: T }
2169 impl<T: PartialEq> PartialEq for Foo<T> {
2170     fn eq(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2171         self.a == other.a && self.b == other.b
2172     }
2173
2174     fn ne(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2175         self.a != other.a || self.b != other.b
2176     }
2177 }
2178 ```
2179
2180 ### Compiler Features
2181
2182 Certain aspects of Rust may be implemented in the compiler, but they're not
2183 necessarily ready for every-day use. These features are often of "prototype
2184 quality" or "almost production ready", but may not be stable enough to be
2185 considered a full-fledged language feature.
2186
2187 For this reason, Rust recognizes a special crate-level attribute of the form:
2188
2189 ```{.ignore}
2190 #![feature(feature1, feature2, feature3)]
2191 ```
2192
2193 This directive informs the compiler that the feature list: `feature1`,
2194 `feature2`, and `feature3` should all be enabled. This is only recognized at a
2195 crate-level, not at a module-level. Without this directive, all features are
2196 considered off, and using the features will result in a compiler error.
2197
2198 The currently implemented features of the reference compiler are:
2199
2200 * `advanced_slice_patterns` - See the [match expressions](#match-expressions)
2201                               section for discussion; the exact semantics of
2202                               slice patterns are subject to change, so some types
2203                               are still unstable.
2204
2205 * `slice_patterns` - OK, actually, slice patterns are just scary and
2206                      completely unstable.
2207
2208 * `asm` - The `asm!` macro provides a means for inline assembly. This is often
2209           useful, but the exact syntax for this feature along with its
2210           semantics are likely to change, so this macro usage must be opted
2211           into.
2212
2213 * `associated_consts` - Allows constants to be defined in `impl` and `trait`
2214                         blocks, so that they can be associated with a type or
2215                         trait in a similar manner to methods and associated
2216                         types.
2217
2218 * `box_patterns` - Allows `box` patterns, the exact semantics of which
2219                    is subject to change.
2220
2221 * `box_syntax` - Allows use of `box` expressions, the exact semantics of which
2222                  is subject to change.
2223
2224 * `cfg_target_vendor` - Allows conditional compilation using the `target_vendor`
2225                         matcher which is subject to change.
2226
2227 * `concat_idents` - Allows use of the `concat_idents` macro, which is in many
2228                     ways insufficient for concatenating identifiers, and may be
2229                     removed entirely for something more wholesome.
2230
2231 * `custom_attribute` - Allows the usage of attributes unknown to the compiler
2232                        so that new attributes can be added in a backwards compatible
2233                        manner (RFC 572).
2234
2235 * `custom_derive` - Allows the use of `#[derive(Foo,Bar)]` as sugar for
2236                     `#[derive_Foo] #[derive_Bar]`, which can be user-defined syntax
2237                     extensions.
2238
2239 * `intrinsics` - Allows use of the "rust-intrinsics" ABI. Compiler intrinsics
2240                  are inherently unstable and no promise about them is made.
2241
2242 * `lang_items` - Allows use of the `#[lang]` attribute. Like `intrinsics`,
2243                  lang items are inherently unstable and no promise about them
2244                  is made.
2245
2246 * `link_args` - This attribute is used to specify custom flags to the linker,
2247                 but usage is strongly discouraged. The compiler's usage of the
2248                 system linker is not guaranteed to continue in the future, and
2249                 if the system linker is not used then specifying custom flags
2250                 doesn't have much meaning.
2251
2252 * `link_llvm_intrinsics` – Allows linking to LLVM intrinsics via
2253                            `#[link_name="llvm.*"]`.
2254
2255 * `linkage` - Allows use of the `linkage` attribute, which is not portable.
2256
2257 * `log_syntax` - Allows use of the `log_syntax` macro attribute, which is a
2258                  nasty hack that will certainly be removed.
2259
2260 * `main` - Allows use of the `#[main]` attribute, which changes the entry point
2261            into a Rust program. This capability is subject to change.
2262
2263 * `macro_reexport` - Allows macros to be re-exported from one crate after being imported
2264                      from another. This feature was originally designed with the sole
2265                      use case of the Rust standard library in mind, and is subject to
2266                      change.
2267
2268 * `non_ascii_idents` - The compiler supports the use of non-ascii identifiers,
2269                        but the implementation is a little rough around the
2270                        edges, so this can be seen as an experimental feature
2271                        for now until the specification of identifiers is fully
2272                        fleshed out.
2273
2274 * `no_std` - Allows the `#![no_std]` crate attribute, which disables the implicit
2275              `extern crate std`. This typically requires use of the unstable APIs
2276              behind the libstd "facade", such as libcore and libcollections. It
2277              may also cause problems when using syntax extensions, including
2278              `#[derive]`.
2279
2280 * `on_unimplemented` - Allows the `#[rustc_on_unimplemented]` attribute, which allows
2281                        trait definitions to add specialized notes to error messages
2282                        when an implementation was expected but not found.
2283
2284 * `optin_builtin_traits` - Allows the definition of default and negative trait
2285                            implementations. Experimental.
2286
2287 * `plugin` - Usage of [compiler plugins][plugin] for custom lints or syntax extensions.
2288              These depend on compiler internals and are subject to change.
2289
2290 * `plugin_registrar` - Indicates that a crate provides [compiler plugins][plugin].
2291
2292 * `quote` - Allows use of the `quote_*!` family of macros, which are
2293             implemented very poorly and will likely change significantly
2294             with a proper implementation.
2295
2296 * `rustc_attrs` - Gates internal `#[rustc_*]` attributes which may be
2297                   for internal use only or have meaning added to them in the future.
2298
2299 * `rustc_diagnostic_macros`- A mysterious feature, used in the implementation
2300                              of rustc, not meant for mortals.
2301
2302 * `simd` - Allows use of the `#[simd]` attribute, which is overly simple and
2303            not the SIMD interface we want to expose in the long term.
2304
2305 * `simd_ffi` - Allows use of SIMD vectors in signatures for foreign functions.
2306                The SIMD interface is subject to change.
2307
2308 * `staged_api` - Allows usage of stability markers and `#![staged_api]` in a
2309                  crate. Stability markers are also attributes: `#[stable]`,
2310                  `#[unstable]`, and `#[deprecated]` are the three levels.
2311
2312 * `start` - Allows use of the `#[start]` attribute, which changes the entry point
2313             into a Rust program. This capability, especially the signature for the
2314             annotated function, is subject to change.
2315
2316 * `struct_variant` - Structural enum variants (those with named fields). It is
2317                      currently unknown whether this style of enum variant is as
2318                      fully supported as the tuple-forms, and it's not certain
2319                      that this style of variant should remain in the language.
2320                      For now this style of variant is hidden behind a feature
2321                      flag.
2322
2323 * `thread_local` - The usage of the `#[thread_local]` attribute is experimental
2324                    and should be seen as unstable. This attribute is used to
2325                    declare a `static` as being unique per-thread leveraging
2326                    LLVM's implementation which works in concert with the kernel
2327                    loader and dynamic linker. This is not necessarily available
2328                    on all platforms, and usage of it is discouraged.
2329
2330 * `trace_macros` - Allows use of the `trace_macros` macro, which is a nasty
2331                    hack that will certainly be removed.
2332
2333 * `unboxed_closures` - Rust's new closure design, which is currently a work in
2334                        progress feature with many known bugs.
2335
2336 * `unsafe_no_drop_flag` - Allows use of the `#[unsafe_no_drop_flag]` attribute,
2337                           which removes hidden flag added to a type that
2338                           implements the `Drop` trait. The design for the
2339                           `Drop` flag is subject to change, and this feature
2340                           may be removed in the future.
2341
2342 * `unmarked_api` - Allows use of items within a `#![staged_api]` crate
2343                    which have not been marked with a stability marker.
2344                    Such items should not be allowed by the compiler to exist,
2345                    so if you need this there probably is a compiler bug.
2346
2347 * `visible_private_types` - Allows public APIs to expose otherwise private
2348                             types, e.g. as the return type of a public function.
2349                             This capability may be removed in the future.
2350
2351 * `allow_internal_unstable` - Allows `macro_rules!` macros to be tagged with the
2352                               `#[allow_internal_unstable]` attribute, designed
2353                               to allow `std` macros to call
2354                               `#[unstable]`/feature-gated functionality
2355                               internally without imposing on callers
2356                               (i.e. making them behave like function calls in
2357                               terms of encapsulation).
2358 * - `default_type_parameter_fallback` - Allows type parameter defaults to
2359                                         influence type inference.
2360 * - `braced_empty_structs` - Allows use of empty structs and enum variants with braces.
2361
2362 If a feature is promoted to a language feature, then all existing programs will
2363 start to receive compilation warnings about `#![feature]` directives which enabled
2364 the new feature (because the directive is no longer necessary). However, if a
2365 feature is decided to be removed from the language, errors will be issued (if
2366 there isn't a parser error first). The directive in this case is no longer
2367 necessary, and it's likely that existing code will break if the feature isn't
2368 removed.
2369
2370 If an unknown feature is found in a directive, it results in a compiler error.
2371 An unknown feature is one which has never been recognized by the compiler.
2372
2373 # Statements and expressions
2374
2375 Rust is _primarily_ an expression language. This means that most forms of
2376 value-producing or effect-causing evaluation are directed by the uniform syntax
2377 category of _expressions_. Each kind of expression can typically _nest_ within
2378 each other kind of expression, and rules for evaluation of expressions involve
2379 specifying both the value produced by the expression and the order in which its
2380 sub-expressions are themselves evaluated.
2381
2382 In contrast, statements in Rust serve _mostly_ to contain and explicitly
2383 sequence expression evaluation.
2384
2385 ## Statements
2386
2387 A _statement_ is a component of a block, which is in turn a component of an
2388 outer [expression](#expressions) or [function](#functions).
2389
2390 Rust has two kinds of statement: [declaration
2391 statements](#declaration-statements) and [expression
2392 statements](#expression-statements).
2393
2394 ### Declaration statements
2395
2396 A _declaration statement_ is one that introduces one or more *names* into the
2397 enclosing statement block. The declared names may denote new variables or new
2398 items.
2399
2400 #### Item declarations
2401
2402 An _item declaration statement_ has a syntactic form identical to an
2403 [item](#items) declaration within a module. Declaring an item &mdash; a
2404 function, enumeration, structure, type, static, trait, implementation or module
2405 &mdash; locally within a statement block is simply a way of restricting its
2406 scope to a narrow region containing all of its uses; it is otherwise identical
2407 in meaning to declaring the item outside the statement block.
2408
2409 > **Note**: there is no implicit capture of the function's dynamic environment when
2410 > declaring a function-local item.
2411
2412 #### Variable declarations
2413
2414 A _variable declaration_ introduces a new set of variable, given by a pattern. The
2415 pattern may be followed by a type annotation, and/or an initializer expression.
2416 When no type annotation is given, the compiler will infer the type, or signal
2417 an error if insufficient type information is available for definite inference.
2418 Any variables introduced by a variable declaration are visible from the point of
2419 declaration until the end of the enclosing block scope.
2420
2421 ### Expression statements
2422
2423 An _expression statement_ is one that evaluates an [expression](#expressions)
2424 and ignores its result. The type of an expression statement `e;` is always
2425 `()`, regardless of the type of `e`. As a rule, an expression statement's
2426 purpose is to trigger the effects of evaluating its expression.
2427
2428 ## Expressions
2429
2430 An expression may have two roles: it always produces a *value*, and it may have
2431 *effects* (otherwise known as "side effects"). An expression *evaluates to* a
2432 value, and has effects during *evaluation*. Many expressions contain
2433 sub-expressions (operands). The meaning of each kind of expression dictates
2434 several things:
2435
2436 * Whether or not to evaluate the sub-expressions when evaluating the expression
2437 * The order in which to evaluate the sub-expressions
2438 * How to combine the sub-expressions' values to obtain the value of the expression
2439
2440 In this way, the structure of expressions dictates the structure of execution.
2441 Blocks are just another kind of expression, so blocks, statements, expressions,
2442 and blocks again can recursively nest inside each other to an arbitrary depth.
2443
2444 #### Lvalues, rvalues and temporaries
2445
2446 Expressions are divided into two main categories: _lvalues_ and _rvalues_.
2447 Likewise within each expression, sub-expressions may occur in _lvalue context_
2448 or _rvalue context_. The evaluation of an expression depends both on its own
2449 category and the context it occurs within.
2450
2451 An lvalue is an expression that represents a memory location. These expressions
2452 are [paths](#path-expressions) (which refer to local variables, function and
2453 method arguments, or static variables), dereferences (`*expr`), [indexing
2454 expressions](#index-expressions) (`expr[expr]`), and [field
2455 references](#field-expressions) (`expr.f`). All other expressions are rvalues.
2456
2457 The left operand of an [assignment](#assignment-expressions) or
2458 [compound-assignment](#compound-assignment-expressions) expression is
2459 an lvalue context, as is the single operand of a unary
2460 [borrow](#unary-operator-expressions). The discriminant or subject of
2461 a [match expression](#match-expressions) may be an lvalue context, if
2462 ref bindings are made, but is otherwise an rvalue context. All other
2463 expression contexts are rvalue contexts.
2464
2465 When an lvalue is evaluated in an _lvalue context_, it denotes a memory
2466 location; when evaluated in an _rvalue context_, it denotes the value held _in_
2467 that memory location.
2468
2469 ##### Temporary lifetimes
2470
2471 When an rvalue is used in an lvalue context, a temporary un-named
2472 lvalue is created and used instead. The lifetime of temporary values
2473 is typically the innermost enclosing statement; the tail expression of
2474 a block is considered part of the statement that encloses the block.
2475
2476 When a temporary rvalue is being created that is assigned into a `let`
2477 declaration, however, the temporary is created with the lifetime of
2478 the enclosing block instead, as using the enclosing statement (the
2479 `let` declaration) would be a guaranteed error (since a pointer to the
2480 temporary would be stored into a variable, but the temporary would be
2481 freed before the variable could be used). The compiler uses simple
2482 syntactic rules to decide which values are being assigned into a `let`
2483 binding, and therefore deserve a longer temporary lifetime.
2484
2485 Here are some examples:
2486
2487 - `let x = foo(&temp())`. The expression `temp()` is an rvalue. As it
2488   is being borrowed, a temporary is created which will be freed after
2489   the innermost enclosing statement (the `let` declaration, in this case).
2490 - `let x = temp().foo()`. This is the same as the previous example,
2491   except that the value of `temp()` is being borrowed via autoref on a
2492   method-call. Here we are assuming that `foo()` is an `&self` method
2493   defined in some trait, say `Foo`. In other words, the expression
2494   `temp().foo()` is equivalent to `Foo::foo(&temp())`.
2495 - `let x = &temp()`. Here, the same temporary is being assigned into
2496   `x`, rather than being passed as a parameter, and hence the
2497   temporary's lifetime is considered to be the enclosing block.
2498 - `let x = SomeStruct { foo: &temp() }`. As in the previous case, the
2499   temporary is assigned into a struct which is then assigned into a
2500   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2501 - `let x = [ &temp() ]`. As in the previous case, the
2502   temporary is assigned into an array which is then assigned into a
2503   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2504 - `let ref x = temp()`. In this case, the temporary is created using a ref binding,
2505   but the result is the same: the lifetime is extended to the enclosing block.
2506
2507 #### Moved and copied types
2508
2509 When a [local variable](#variables) is used as an
2510 [rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries), the variable will be copied
2511 if its type implements `Copy`. All others are moved.
2512
2513 ### Literal expressions
2514
2515 A _literal expression_ consists of one of the [literal](#literals) forms
2516 described earlier. It directly describes a number, character, string, boolean
2517 value, or the unit value.
2518
2519 ```{.literals}
2520 ();        // unit type
2521 "hello";   // string type
2522 '5';       // character type
2523 5;         // integer type
2524 ```
2525
2526 ### Path expressions
2527
2528 A [path](#paths) used as an expression context denotes either a local variable
2529 or an item. Path expressions are [lvalues](#lvalues-rvalues-and-temporaries).
2530
2531 ### Tuple expressions
2532
2533 Tuples are written by enclosing zero or more comma-separated expressions in
2534 parentheses. They are used to create [tuple-typed](#tuple-types) values.
2535
2536 ```{.tuple}
2537 (0.0, 4.5);
2538 ("a", 4usize, true);
2539 ```
2540
2541 You can disambiguate a single-element tuple from a value in parentheses with a
2542 comma:
2543
2544 ```
2545 (0,); // single-element tuple
2546 (0); // zero in parentheses
2547 ```
2548
2549 ### Structure expressions
2550
2551 There are several forms of structure expressions. A _structure expression_
2552 consists of the [path](#paths) of a [structure item](#structs), followed by
2553 a brace-enclosed list of one or more comma-separated name-value pairs,
2554 providing the field values of a new instance of the structure. A field name
2555 can be any identifier, and is separated from its value expression by a colon.
2556 The location denoted by a structure field is mutable if and only if the
2557 enclosing structure is mutable.
2558
2559 A _tuple structure expression_ consists of the [path](#paths) of a [structure
2560 item](#structs), followed by a parenthesized list of one or more
2561 comma-separated expressions (in other words, the path of a structure item
2562 followed by a tuple expression). The structure item must be a tuple structure
2563 item.
2564
2565 A _unit-like structure expression_ consists only of the [path](#paths) of a
2566 [structure item](#structs).
2567
2568 The following are examples of structure expressions:
2569
2570 ```
2571 # struct Point { x: f64, y: f64 }
2572 # struct TuplePoint(f64, f64);
2573 # mod game { pub struct User<'a> { pub name: &'a str, pub age: u32, pub score: usize } }
2574 # struct Cookie; fn some_fn<T>(t: T) {}
2575 Point {x: 10.0, y: 20.0};
2576 TuplePoint(10.0, 20.0);
2577 let u = game::User {name: "Joe", age: 35, score: 100_000};
2578 some_fn::<Cookie>(Cookie);
2579 ```
2580
2581 A structure expression forms a new value of the named structure type. Note
2582 that for a given *unit-like* structure type, this will always be the same
2583 value.
2584
2585 A structure expression can terminate with the syntax `..` followed by an
2586 expression to denote a functional update. The expression following `..` (the
2587 base) must have the same structure type as the new structure type being formed.
2588 The entire expression denotes the result of constructing a new structure (with
2589 the same type as the base expression) with the given values for the fields that
2590 were explicitly specified and the values in the base expression for all other
2591 fields.
2592
2593 ```
2594 # struct Point3d { x: i32, y: i32, z: i32 }
2595 let base = Point3d {x: 1, y: 2, z: 3};
2596 Point3d {y: 0, z: 10, .. base};
2597 ```
2598
2599 ### Block expressions
2600
2601 A _block expression_ is similar to a module in terms of the declarations that
2602 are possible. Each block conceptually introduces a new namespace scope. Use
2603 items can bring new names into scopes and declared items are in scope for only
2604 the block itself.
2605
2606 A block will execute each statement sequentially, and then execute the
2607 expression (if given). If the block ends in a statement, its value is `()`:
2608
2609 ```
2610 let x: () = { println!("Hello."); };
2611 ```
2612
2613 If it ends in an expression, its value and type are that of the expression:
2614
2615 ```
2616 let x: i32 = { println!("Hello."); 5 };
2617
2618 assert_eq!(5, x);
2619 ```
2620
2621 ### Method-call expressions
2622
2623 A _method call_ consists of an expression followed by a single dot, an
2624 identifier, and a parenthesized expression-list. Method calls are resolved to
2625 methods on specific traits, either statically dispatching to a method if the
2626 exact `self`-type of the left-hand-side is known, or dynamically dispatching if
2627 the left-hand-side expression is an indirect [trait object](#trait-objects).
2628
2629 ### Field expressions
2630
2631 A _field expression_ consists of an expression followed by a single dot and an
2632 identifier, when not immediately followed by a parenthesized expression-list
2633 (the latter is a [method call expression](#method-call-expressions)). A field
2634 expression denotes a field of a [structure](#structure-types).
2635
2636 ```{.ignore .field}
2637 mystruct.myfield;
2638 foo().x;
2639 (Struct {a: 10, b: 20}).a;
2640 ```
2641
2642 A field access is an [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) referring to
2643 the value of that field. When the type providing the field inherits mutability,
2644 it can be [assigned](#assignment-expressions) to.
2645
2646 Also, if the type of the expression to the left of the dot is a
2647 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2648 to make the field access possible. In cases of ambiguity, we prefer
2649 fewer autoderefs to more.
2650
2651 ### Array expressions
2652
2653 An [array](#array-and-slice-types) _expression_ is written by enclosing zero
2654 or more comma-separated expressions of uniform type in square brackets.
2655
2656 In the `[expr ';' expr]` form, the expression after the `';'` must be a
2657 constant expression that can be evaluated at compile time, such as a
2658 [literal](#literals) or a [static item](#static-items).
2659
2660 ```
2661 [1, 2, 3, 4];
2662 ["a", "b", "c", "d"];
2663 [0; 128];              // array with 128 zeros
2664 [0u8, 0u8, 0u8, 0u8];
2665 ```
2666
2667 ### Index expressions
2668
2669 [Array](#array-and-slice-types)-typed expressions can be indexed by
2670 writing a square-bracket-enclosed expression (the index) after them. When the
2671 array is mutable, the resulting [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) can
2672 be assigned to.
2673
2674 Indices are zero-based, and may be of any integral type. Vector access is
2675 bounds-checked at compile-time for constant arrays being accessed with a constant index value.
2676 Otherwise a check will be performed at run-time that will put the thread in a _panicked state_ if it fails.
2677
2678 ```{should-fail}
2679 ([1, 2, 3, 4])[0];
2680
2681 let x = (["a", "b"])[10]; // compiler error: const index-expr is out of bounds
2682
2683 let n = 10;
2684 let y = (["a", "b"])[n]; // panics
2685
2686 let arr = ["a", "b"];
2687 arr[10]; // panics
2688 ```
2689
2690 Also, if the type of the expression to the left of the brackets is a
2691 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2692 to make the indexing possible. In cases of ambiguity, we prefer fewer
2693 autoderefs to more.
2694
2695 ### Range expressions
2696
2697 The `..` operator will construct an object of one of the `std::ops::Range` variants.
2698
2699 ```
2700 1..2;   // std::ops::Range
2701 3..;    // std::ops::RangeFrom
2702 ..4;    // std::ops::RangeTo
2703 ..;     // std::ops::RangeFull
2704 ```
2705
2706 The following expressions are equivalent.
2707
2708 ```
2709 let x = std::ops::Range {start: 0, end: 10};
2710 let y = 0..10;
2711
2712 assert_eq!(x, y);
2713 ```
2714
2715 ### Unary operator expressions
2716
2717 Rust defines the following unary operators. They are all written as prefix operators,
2718 before the expression they apply to.
2719
2720 * `-`
2721   : Negation. May only be applied to numeric types.
2722 * `*`
2723   : Dereference. When applied to a [pointer](#pointer-types) it denotes the
2724     pointed-to location. For pointers to mutable locations, the resulting
2725     [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) can be assigned to.
2726     On non-pointer types, it calls the `deref` method of the `std::ops::Deref`
2727     trait, or the `deref_mut` method of the `std::ops::DerefMut` trait (if
2728     implemented by the type and required for an outer expression that will or
2729     could mutate the dereference), and produces the result of dereferencing the
2730     `&` or `&mut` borrowed pointer returned from the overload method.
2731 * `!`
2732   : Logical negation. On the boolean type, this flips between `true` and
2733     `false`. On integer types, this inverts the individual bits in the
2734     two's complement representation of the value.
2735 * `&` and `&mut`
2736   : Borrowing. When applied to an lvalue, these operators produce a
2737     reference (pointer) to the lvalue. The lvalue is also placed into
2738     a borrowed state for the duration of the reference. For a shared
2739     borrow (`&`), this implies that the lvalue may not be mutated, but
2740     it may be read or shared again. For a mutable borrow (`&mut`), the
2741     lvalue may not be accessed in any way until the borrow expires.
2742     If the `&` or `&mut` operators are applied to an rvalue, a
2743     temporary value is created; the lifetime of this temporary value
2744     is defined by [syntactic rules](#temporary-lifetimes).
2745
2746 ### Binary operator expressions
2747
2748 Binary operators expressions are given in terms of [operator
2749 precedence](#operator-precedence).
2750
2751 #### Arithmetic operators
2752
2753 Binary arithmetic expressions are syntactic sugar for calls to built-in traits,
2754 defined in the `std::ops` module of the `std` library. This means that
2755 arithmetic operators can be overridden for user-defined types. The default
2756 meaning of the operators on standard types is given here.
2757
2758 * `+`
2759   : Addition and array/string concatenation.
2760     Calls the `add` method on the `std::ops::Add` trait.
2761 * `-`
2762   : Subtraction.
2763     Calls the `sub` method on the `std::ops::Sub` trait.
2764 * `*`
2765   : Multiplication.
2766     Calls the `mul` method on the `std::ops::Mul` trait.
2767 * `/`
2768   : Quotient.
2769     Calls the `div` method on the `std::ops::Div` trait.
2770 * `%`
2771   : Remainder.
2772     Calls the `rem` method on the `std::ops::Rem` trait.
2773
2774 #### Bitwise operators
2775
2776 Like the [arithmetic operators](#arithmetic-operators), bitwise operators are
2777 syntactic sugar for calls to methods of built-in traits. This means that
2778 bitwise operators can be overridden for user-defined types. The default
2779 meaning of the operators on standard types is given here. Bitwise `&`, `|` and
2780 `^` applied to boolean arguments are equivalent to logical `&&`, `||` and `!=`
2781 evaluated in non-lazy fashion.
2782
2783 * `&`
2784   : Bitwise AND.
2785     Calls the `bitand` method of the `std::ops::BitAnd` trait.
2786 * `|`
2787   : Bitwise inclusive OR.
2788     Calls the `bitor` method of the `std::ops::BitOr` trait.
2789 * `^`
2790   : Bitwise exclusive OR.
2791     Calls the `bitxor` method of the `std::ops::BitXor` trait.
2792 * `<<`
2793   : Left shift.
2794     Calls the `shl` method of the `std::ops::Shl` trait.
2795 * `>>`
2796   : Right shift (arithmetic).
2797     Calls the `shr` method of the `std::ops::Shr` trait.
2798
2799 #### Lazy boolean operators
2800
2801 The operators `||` and `&&` may be applied to operands of boolean type. The
2802 `||` operator denotes logical 'or', and the `&&` operator denotes logical
2803 'and'. They differ from `|` and `&` in that the right-hand operand is only
2804 evaluated when the left-hand operand does not already determine the result of
2805 the expression. That is, `||` only evaluates its right-hand operand when the
2806 left-hand operand evaluates to `false`, and `&&` only when it evaluates to
2807 `true`.
2808
2809 #### Comparison operators
2810
2811 Comparison operators are, like the [arithmetic
2812 operators](#arithmetic-operators), and [bitwise operators](#bitwise-operators),
2813 syntactic sugar for calls to built-in traits. This means that comparison
2814 operators can be overridden for user-defined types. The default meaning of the
2815 operators on standard types is given here.
2816
2817 * `==`
2818   : Equal to.
2819     Calls the `eq` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
2820 * `!=`
2821   : Unequal to.
2822     Calls the `ne` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
2823 * `<`
2824   : Less than.
2825     Calls the `lt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2826 * `>`
2827   : Greater than.
2828     Calls the `gt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2829 * `<=`
2830   : Less than or equal.
2831     Calls the `le` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2832 * `>=`
2833   : Greater than or equal.
2834     Calls the `ge` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2835
2836 #### Type cast expressions
2837
2838 A type cast expression is denoted with the binary operator `as`.
2839
2840 Executing an `as` expression casts the value on the left-hand side to the type
2841 on the right-hand side.
2842
2843 An example of an `as` expression:
2844
2845 ```
2846 # fn sum(values: &[f64]) -> f64 { 0.0 }
2847 # fn len(values: &[f64]) -> i32 { 0 }
2848
2849 fn average(values: &[f64]) -> f64 {
2850     let sum: f64 = sum(values);
2851     let size: f64 = len(values) as f64;
2852     sum / size
2853 }
2854 ```
2855
2856 Some of the conversions which can be done through the `as` operator
2857 can also be done implicitly at various points in the program, such as
2858 argument passing and assignment to a `let` binding with an explicit
2859 type. Implicit conversions are limited to "harmless" conversions that
2860 do not lose information and which have minimal or no risk of
2861 surprising side-effects on the dynamic execution semantics.
2862
2863 #### Assignment expressions
2864
2865 An _assignment expression_ consists of an
2866 [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) expression followed by an equals
2867 sign (`=`) and an [rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) expression.
2868
2869 Evaluating an assignment expression [either copies or
2870 moves](#moved-and-copied-types) its right-hand operand to its left-hand
2871 operand.
2872
2873 ```
2874 # let mut x = 0;
2875 # let y = 0;
2876 x = y;
2877 ```
2878
2879 #### Compound assignment expressions
2880
2881 The `+`, `-`, `*`, `/`, `%`, `&`, `|`, `^`, `<<`, and `>>` operators may be
2882 composed with the `=` operator. The expression `lval OP= val` is equivalent to
2883 `lval = lval OP val`. For example, `x = x + 1` may be written as `x += 1`.
2884
2885 Any such expression always has the [`unit`](#tuple-types) type.
2886
2887 #### Operator precedence
2888
2889 The precedence of Rust binary operators is ordered as follows, going from
2890 strong to weak:
2891
2892 ```{.text .precedence}
2893 as
2894 * / %
2895 + -
2896 << >>
2897 &
2898 ^
2899 |
2900 == != < > <= >=
2901 &&
2902 ||
2903 = ..
2904 ```
2905
2906 Operators at the same precedence level are evaluated left-to-right. [Unary
2907 operators](#unary-operator-expressions) have the same precedence level and are
2908 stronger than any of the binary operators.
2909
2910 ### Grouped expressions
2911
2912 An expression enclosed in parentheses evaluates to the result of the enclosed
2913 expression. Parentheses can be used to explicitly specify evaluation order
2914 within an expression.
2915
2916 An example of a parenthesized expression:
2917
2918 ```
2919 let x: i32 = (2 + 3) * 4;
2920 ```
2921
2922
2923 ### Call expressions
2924
2925 A _call expression_ invokes a function, providing zero or more input variables
2926 and an optional location to move the function's output into. If the function
2927 eventually returns, then the expression completes.
2928
2929 Some examples of call expressions:
2930
2931 ```
2932 # fn add(x: i32, y: i32) -> i32 { 0 }
2933
2934 let x: i32 = add(1i32, 2i32);
2935 let pi: Result<f32, _> = "3.14".parse();
2936 ```
2937
2938 ### Lambda expressions
2939
2940 A _lambda expression_ (sometimes called an "anonymous function expression")
2941 defines a function and denotes it as a value, in a single expression. A lambda
2942 expression is a pipe-symbol-delimited (`|`) list of identifiers followed by an
2943 expression.
2944
2945 A lambda expression denotes a function that maps a list of parameters
2946 (`ident_list`) onto the expression that follows the `ident_list`. The
2947 identifiers in the `ident_list` are the parameters to the function. These
2948 parameters' types need not be specified, as the compiler infers them from
2949 context.
2950
2951 Lambda expressions are most useful when passing functions as arguments to other
2952 functions, as an abbreviation for defining and capturing a separate function.
2953
2954 Significantly, lambda expressions _capture their environment_, which regular
2955 [function definitions](#functions) do not. The exact type of capture depends
2956 on the [function type](#function-types) inferred for the lambda expression. In
2957 the simplest and least-expensive form (analogous to a ```|| { }``` expression),
2958 the lambda expression captures its environment by reference, effectively
2959 borrowing pointers to all outer variables mentioned inside the function.
2960 Alternately, the compiler may infer that a lambda expression should copy or
2961 move values (depending on their type) from the environment into the lambda
2962 expression's captured environment.
2963
2964 In this example, we define a function `ten_times` that takes a higher-order
2965 function argument, and we then call it with a lambda expression as an argument:
2966
2967 ```
2968 fn ten_times<F>(f: F) where F: Fn(i32) {
2969     for index in 0..10 {
2970         f(index);
2971     }
2972 }
2973
2974 ten_times(|j| println!("hello, {}", j));
2975 ```
2976
2977 ### Infinite loops
2978
2979 A `loop` expression denotes an infinite loop.
2980
2981 A `loop` expression may optionally have a _label_. The label is written as
2982 a lifetime preceding the loop expression, as in `'foo: loop{ }`. If a
2983 label is present, then labeled `break` and `continue` expressions nested
2984 within this loop may exit out of this loop or return control to its head.
2985 See [break expressions](#break-expressions) and [continue
2986 expressions](#continue-expressions).
2987
2988 ### `break` expressions
2989
2990 A `break` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
2991 executing a `break` expression immediately terminates the innermost loop
2992 enclosing it. It is only permitted in the body of a loop. If the label is
2993 present, then `break 'foo` terminates the loop with label `'foo`, which need not
2994 be the innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
2995
2996 ### `continue` expressions
2997
2998 A `continue` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
2999 executing a `continue` expression immediately terminates the current iteration
3000 of the innermost loop enclosing it, returning control to the loop *head*. In
3001 the case of a `while` loop, the head is the conditional expression controlling
3002 the loop. In the case of a `for` loop, the head is the call-expression
3003 controlling the loop. If the label is present, then `continue 'foo` returns
3004 control to the head of the loop with label `'foo`, which need not be the
3005 innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3006
3007 A `continue` expression is only permitted in the body of a loop.
3008
3009 ### `while` loops
3010
3011 A `while` loop begins by evaluating the boolean loop conditional expression.
3012 If the loop conditional expression evaluates to `true`, the loop body block
3013 executes and control returns to the loop conditional expression. If the loop
3014 conditional expression evaluates to `false`, the `while` expression completes.
3015
3016 An example:
3017
3018 ```
3019 let mut i = 0;
3020
3021 while i < 10 {
3022     println!("hello");
3023     i = i + 1;
3024 }
3025 ```
3026
3027 Like `loop` expressions, `while` loops can be controlled with `break` or
3028 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3029 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3030 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3031
3032 ### `for` expressions
3033
3034 A `for` expression is a syntactic construct for looping over elements provided
3035 by an implementation of `std::iter::IntoIterator`.
3036
3037 An example of a `for` loop over the contents of an array:
3038
3039 ```
3040 # type Foo = i32;
3041 # fn bar(f: &Foo) { }
3042 # let a = 0;
3043 # let b = 0;
3044 # let c = 0;
3045
3046 let v: &[Foo] = &[a, b, c];
3047
3048 for e in v {
3049     bar(e);
3050 }
3051 ```
3052
3053 An example of a for loop over a series of integers:
3054
3055 ```
3056 # fn bar(b:usize) { }
3057 for i in 0..256 {
3058     bar(i);
3059 }
3060 ```
3061
3062 Like `loop` expressions, `for` loops can be controlled with `break` or
3063 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3064 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3065 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3066
3067 ### `if` expressions
3068
3069 An `if` expression is a conditional branch in program control. The form of an
3070 `if` expression is a condition expression, followed by a consequent block, any
3071 number of `else if` conditions and blocks, and an optional trailing `else`
3072 block. The condition expressions must have type `bool`. If a condition
3073 expression evaluates to `true`, the consequent block is executed and any
3074 subsequent `else if` or `else` block is skipped. If a condition expression
3075 evaluates to `false`, the consequent block is skipped and any subsequent `else
3076 if` condition is evaluated. If all `if` and `else if` conditions evaluate to
3077 `false` then any `else` block is executed.
3078
3079 ### `match` expressions
3080
3081 A `match` expression branches on a *pattern*. The exact form of matching that
3082 occurs depends on the pattern. Patterns consist of some combination of
3083 literals, destructured arrays or enum constructors, structs and tuples,
3084 variable binding specifications, wildcards (`..`), and placeholders (`_`). A
3085 `match` expression has a *head expression*, which is the value to compare to
3086 the patterns. The type of the patterns must equal the type of the head
3087 expression.
3088
3089 In a pattern whose head expression has an `enum` type, a placeholder (`_`)
3090 stands for a *single* data field, whereas a wildcard `..` stands for *all* the
3091 fields of a particular variant.
3092
3093 A `match` behaves differently depending on whether or not the head expression
3094 is an [lvalue or an rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries). If the head
3095 expression is an rvalue, it is first evaluated into a temporary location, and
3096 the resulting value is sequentially compared to the patterns in the arms until
3097 a match is found. The first arm with a matching pattern is chosen as the branch
3098 target of the `match`, any variables bound by the pattern are assigned to local
3099 variables in the arm's block, and control enters the block.
3100
3101 When the head expression is an lvalue, the match does not allocate a temporary
3102 location (however, a by-value binding may copy or move from the lvalue). When
3103 possible, it is preferable to match on lvalues, as the lifetime of these
3104 matches inherits the lifetime of the lvalue, rather than being restricted to
3105 the inside of the match.
3106
3107 An example of a `match` expression:
3108
3109 ```
3110 let x = 1;
3111
3112 match x {
3113     1 => println!("one"),
3114     2 => println!("two"),
3115     3 => println!("three"),
3116     4 => println!("four"),
3117     5 => println!("five"),
3118     _ => println!("something else"),
3119 }
3120 ```
3121
3122 Patterns that bind variables default to binding to a copy or move of the
3123 matched value (depending on the matched value's type). This can be changed to
3124 bind to a reference by using the `ref` keyword, or to a mutable reference using
3125 `ref mut`.
3126
3127 Subpatterns can also be bound to variables by the use of the syntax `variable @
3128 subpattern`. For example:
3129
3130 ```
3131 let x = 1;
3132
3133 match x {
3134     e @ 1 ... 5 => println!("got a range element {}", e),
3135     _ => println!("anything"),
3136 }
3137 ```
3138
3139 Patterns can also dereference pointers by using the `&`, `&mut` and `box`
3140 symbols, as appropriate. For example, these two matches on `x: &i32` are
3141 equivalent:
3142
3143 ```
3144 # let x = &3;
3145 let y = match *x { 0 => "zero", _ => "some" };
3146 let z = match x { &0 => "zero", _ => "some" };
3147
3148 assert_eq!(y, z);
3149 ```
3150
3151 Multiple match patterns may be joined with the `|` operator. A range of values
3152 may be specified with `...`. For example:
3153
3154 ```
3155 # let x = 2;
3156
3157 let message = match x {
3158     0 | 1  => "not many",
3159     2 ... 9 => "a few",
3160     _      => "lots"
3161 };
3162 ```
3163
3164 Range patterns only work on scalar types (like integers and characters; not
3165 like arrays and structs, which have sub-components). A range pattern may not
3166 be a sub-range of another range pattern inside the same `match`.
3167
3168 Finally, match patterns can accept *pattern guards* to further refine the
3169 criteria for matching a case. Pattern guards appear after the pattern and
3170 consist of a bool-typed expression following the `if` keyword. A pattern guard
3171 may refer to the variables bound within the pattern they follow.
3172
3173 ```
3174 # let maybe_digit = Some(0);
3175 # fn process_digit(i: i32) { }
3176 # fn process_other(i: i32) { }
3177
3178 let message = match maybe_digit {
3179     Some(x) if x < 10 => process_digit(x),
3180     Some(x) => process_other(x),
3181     None => panic!()
3182 };
3183 ```
3184
3185 ### `if let` expressions
3186
3187 An `if let` expression is semantically identical to an `if` expression but in place
3188 of a condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3189 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the corresponding
3190 block will execute, otherwise flow proceeds to the first `else` block that follows.
3191
3192 ```
3193 let dish = ("Ham", "Eggs");
3194
3195 // this body will be skipped because the pattern is refuted
3196 if let ("Bacon", b) = dish {
3197     println!("Bacon is served with {}", b);
3198 }
3199
3200 // this body will execute
3201 if let ("Ham", b) = dish {
3202     println!("Ham is served with {}", b);
3203 }
3204 ```
3205
3206 ### `while let` loops
3207
3208 A `while let` loop is semantically identical to a `while` loop but in place of a
3209 condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3210 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the
3211 loop body block executes and control returns to the pattern matching statement.
3212 Otherwise, the while expression completes.
3213
3214 ### `return` expressions
3215
3216 Return expressions are denoted with the keyword `return`. Evaluating a `return`
3217 expression moves its argument into the designated output location for the
3218 current function call, destroys the current function activation frame, and
3219 transfers control to the caller frame.
3220
3221 An example of a `return` expression:
3222
3223 ```
3224 fn max(a: i32, b: i32) -> i32 {
3225     if a > b {
3226         return a;
3227     }
3228     return b;
3229 }
3230 ```
3231
3232 # Type system
3233
3234 ## Types
3235
3236 Every variable, item and value in a Rust program has a type. The _type_ of a
3237 *value* defines the interpretation of the memory holding it.
3238
3239 Built-in types and type-constructors are tightly integrated into the language,
3240 in nontrivial ways that are not possible to emulate in user-defined types.
3241 User-defined types have limited capabilities.
3242
3243 ### Primitive types
3244
3245 The primitive types are the following:
3246
3247 * The boolean type `bool` with values `true` and `false`.
3248 * The machine types (integer and floating-point).
3249 * The machine-dependent integer types.
3250
3251 #### Machine types
3252
3253 The machine types are the following:
3254
3255 * The unsigned word types `u8`, `u16`, `u32` and `u64`, with values drawn from
3256   the integer intervals [0, 2^8 - 1], [0, 2^16 - 1], [0, 2^32 - 1] and
3257   [0, 2^64 - 1] respectively.
3258
3259 * The signed two's complement word types `i8`, `i16`, `i32` and `i64`, with
3260   values drawn from the integer intervals [-(2^(7)), 2^7 - 1],
3261   [-(2^(15)), 2^15 - 1], [-(2^(31)), 2^31 - 1], [-(2^(63)), 2^63 - 1]
3262   respectively.
3263
3264 * The IEEE 754-2008 `binary32` and `binary64` floating-point types: `f32` and
3265   `f64`, respectively.
3266
3267 #### Machine-dependent integer types
3268
3269 The `usize` type is an unsigned integer type with the same number of bits as the
3270 platform's pointer type. It can represent every memory address in the process.
3271
3272 The `isize` type is a signed integer type with the same number of bits as the
3273 platform's pointer type. The theoretical upper bound on object and array size
3274 is the maximum `isize` value. This ensures that `isize` can be used to calculate
3275 differences between pointers into an object or array and can address every byte
3276 within an object along with one byte past the end.
3277
3278 ### Textual types
3279
3280 The types `char` and `str` hold textual data.
3281
3282 A value of type `char` is a [Unicode scalar value](
3283 http://www.unicode.org/glossary/#unicode_scalar_value) (i.e. a code point that
3284 is not a surrogate), represented as a 32-bit unsigned word in the 0x0000 to
3285 0xD7FF or 0xE000 to 0x10FFFF range. A `[char]` array is effectively an UCS-4 /
3286 UTF-32 string.
3287
3288 A value of type `str` is a Unicode string, represented as an array of 8-bit
3289 unsigned bytes holding a sequence of UTF-8 code points. Since `str` is of
3290 unknown size, it is not a _first-class_ type, but can only be instantiated
3291 through a pointer type, such as `&str`.
3292
3293 ### Tuple types
3294
3295 A tuple *type* is a heterogeneous product of other types, called the *elements*
3296 of the tuple. It has no nominal name and is instead structurally typed.
3297
3298 Tuple types and values are denoted by listing the types or values of their
3299 elements, respectively, in a parenthesized, comma-separated list.
3300
3301 Because tuple elements don't have a name, they can only be accessed by
3302 pattern-matching or by using `N` directly as a field to access the
3303 `N`th element.
3304
3305 An example of a tuple type and its use:
3306
3307 ```
3308 type Pair<'a> = (i32, &'a str);
3309 let p: Pair<'static> = (10, "ten");
3310 let (a, b) = p;
3311
3312 assert_eq!(a, 10);
3313 assert_eq!(b, "ten");
3314 assert_eq!(p.0, 10);
3315 assert_eq!(p.1, "ten");
3316 ```
3317
3318 For historical reasons and convenience, the tuple type with no elements (`()`)
3319 is often called ‘unit’ or ‘the unit type’.
3320
3321 ### Array, and Slice types
3322
3323 Rust has two different types for a list of items:
3324
3325 * `[T; N]`, an 'array'
3326 * `&[T]`, a 'slice'
3327
3328 An array has a fixed size, and can be allocated on either the stack or the
3329 heap.
3330
3331 A slice is a 'view' into an array. It doesn't own the data it points
3332 to, it borrows it.
3333
3334 Examples:
3335
3336 ```{rust}
3337 // A stack-allocated array
3338 let array: [i32; 3] = [1, 2, 3];
3339
3340 // A heap-allocated array
3341 let vector: Vec<i32> = vec![1, 2, 3];
3342
3343 // A slice into an array
3344 let slice: &[i32] = &vector[..];
3345 ```
3346
3347 As you can see, the `vec!` macro allows you to create a `Vec<T>` easily. The
3348 `vec!` macro is also part of the standard library, rather than the language.
3349
3350 All in-bounds elements of arrays and slices are always initialized, and access
3351 to an array or slice is always bounds-checked.
3352
3353 ### Structure types
3354
3355 A `struct` *type* is a heterogeneous product of other types, called the
3356 *fields* of the type.[^structtype]
3357
3358 [^structtype]: `struct` types are analogous to `struct` types in C,
3359     the *record* types of the ML family,
3360     or the *structure* types of the Lisp family.
3361
3362 New instances of a `struct` can be constructed with a [struct
3363 expression](#structure-expressions).
3364
3365 The memory layout of a `struct` is undefined by default to allow for compiler
3366 optimizations like field reordering, but it can be fixed with the
3367 `#[repr(...)]` attribute. In either case, fields may be given in any order in
3368 a corresponding struct *expression*; the resulting `struct` value will always
3369 have the same memory layout.
3370
3371 The fields of a `struct` may be qualified by [visibility
3372 modifiers](#visibility-and-privacy), to allow access to data in a
3373 structure outside a module.
3374
3375 A _tuple struct_ type is just like a structure type, except that the fields are
3376 anonymous.
3377
3378 A _unit-like struct_ type is like a structure type, except that it has no
3379 fields. The one value constructed by the associated [structure
3380 expression](#structure-expressions) is the only value that inhabits such a
3381 type.
3382
3383 ### Enumerated types
3384
3385 An *enumerated type* is a nominal, heterogeneous disjoint union type, denoted
3386 by the name of an [`enum` item](#enumerations). [^enumtype]
3387
3388 [^enumtype]: The `enum` type is analogous to a `data` constructor declaration in
3389              ML, or a *pick ADT* in Limbo.
3390
3391 An [`enum` item](#enumerations) declares both the type and a number of *variant
3392 constructors*, each of which is independently named and takes an optional tuple
3393 of arguments.
3394
3395 New instances of an `enum` can be constructed by calling one of the variant
3396 constructors, in a [call expression](#call-expressions).
3397
3398 Any `enum` value consumes as much memory as the largest variant constructor for
3399 its corresponding `enum` type.
3400
3401 Enum types cannot be denoted *structurally* as types, but must be denoted by
3402 named reference to an [`enum` item](#enumerations).
3403
3404 ### Recursive types
3405
3406 Nominal types &mdash; [enumerations](#enumerated-types) and
3407 [structs](#structure-types) &mdash; may be recursive. That is, each `enum`
3408 constructor or `struct` field may refer, directly or indirectly, to the
3409 enclosing `enum` or `struct` type itself. Such recursion has restrictions:
3410
3411 * Recursive types must include a nominal type in the recursion
3412   (not mere [type definitions](grammar.html#type-definitions),
3413    or other structural types such as [arrays](#array-and-slice-types) or [tuples](#tuple-types)).
3414 * A recursive `enum` item must have at least one non-recursive constructor
3415   (in order to give the recursion a basis case).
3416 * The size of a recursive type must be finite;
3417   in other words the recursive fields of the type must be [pointer types](#pointer-types).
3418 * Recursive type definitions can cross module boundaries, but not module *visibility* boundaries,
3419   or crate boundaries (in order to simplify the module system and type checker).
3420
3421 An example of a *recursive* type and its use:
3422
3423 ```
3424 enum List<T> {
3425     Nil,
3426     Cons(T, Box<List<T>>)
3427 }
3428
3429 let a: List<i32> = List::Cons(7, Box::new(List::Cons(13, Box::new(List::Nil))));
3430 ```
3431
3432 ### Pointer types
3433
3434 All pointers in Rust are explicit first-class values. They can be copied,
3435 stored into data structs, and returned from functions. There are two
3436 varieties of pointer in Rust:
3437
3438 * References (`&`)
3439   : These point to memory _owned by some other value_.
3440     A reference type is written `&type`,
3441     or `&'a type` when you need to specify an explicit lifetime.
3442     Copying a reference is a "shallow" operation:
3443     it involves only copying the pointer itself.
3444     Releasing a reference has no effect on the value it points to,
3445     but a reference of a temporary value will keep it alive during the scope
3446     of the reference itself.
3447
3448 * Raw pointers (`*`)
3449   : Raw pointers are pointers without safety or liveness guarantees.
3450     Raw pointers are written as `*const T` or `*mut T`,
3451     for example `*const i32` means a raw pointer to a 32-bit integer.
3452     Copying or dropping a raw pointer has no effect on the lifecycle of any
3453     other value. Dereferencing a raw pointer or converting it to any other
3454     pointer type is an [`unsafe` operation](#unsafe-functions).
3455     Raw pointers are generally discouraged in Rust code;
3456     they exist to support interoperability with foreign code,
3457     and writing performance-critical or low-level functions.
3458
3459 The standard library contains additional 'smart pointer' types beyond references
3460 and raw pointers.
3461
3462 ### Function types
3463
3464 The function type constructor `fn` forms new function types. A function type
3465 consists of a possibly-empty set of function-type modifiers (such as `unsafe`
3466 or `extern`), a sequence of input types and an output type.
3467
3468 An example of a `fn` type:
3469
3470 ```
3471 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
3472     return x + y;
3473 }
3474
3475 let mut x = add(5,7);
3476
3477 type Binop = fn(i32, i32) -> i32;
3478 let bo: Binop = add;
3479 x = bo(5,7);
3480 ```
3481
3482 #### Function types for specific items
3483
3484 Internal to the compiler, there are also function types that are specific to a particular
3485 function item. In the following snippet, for example, the internal types of the functions
3486 `foo` and `bar` are different, despite the fact that they have the same signature:
3487
3488 ```
3489 fn foo() { }
3490 fn bar() { }
3491 ```
3492
3493 The types of `foo` and `bar` can both be implicitly coerced to the fn
3494 pointer type `fn()`. There is currently no syntax for unique fn types,
3495 though the compiler will emit a type like `fn() {foo}` in error
3496 messages to indicate "the unique fn type for the function `foo`".
3497
3498 ### Closure types
3499
3500 A [lambda expression](#lambda-expressions) produces a closure value with
3501 a unique, anonymous type that cannot be written out.
3502
3503 Depending on the requirements of the closure, its type implements one or
3504 more of the closure traits:
3505
3506 * `FnOnce`
3507   : The closure can be called once. A closure called as `FnOnce`
3508     can move out values from its environment.
3509
3510 * `FnMut`
3511   : The closure can be called multiple times as mutable. A closure called as
3512     `FnMut` can mutate values from its environment. `FnMut` inherits from
3513     `FnOnce` (i.e. anything implementing `FnMut` also implements `FnOnce`).
3514
3515 * `Fn`
3516   : The closure can be called multiple times through a shared reference.
3517     A closure called as `Fn` can neither move out from nor mutate values
3518     from its environment. `Fn` inherits from `FnMut`, which itself
3519     inherits from `FnOnce`.
3520
3521
3522 ### Trait objects
3523
3524 In Rust, a type like `&SomeTrait` or `Box<SomeTrait>` is called a _trait object_.
3525 Each instance of a trait object includes:
3526
3527  - a pointer to an instance of a type `T` that implements `SomeTrait`
3528  - a _virtual method table_, often just called a _vtable_, which contains, for
3529    each method of `SomeTrait` that `T` implements, a pointer to `T`'s
3530    implementation (i.e. a function pointer).
3531
3532 The purpose of trait objects is to permit "late binding" of methods. A call to
3533 a method on a trait object is only resolved to a vtable entry at compile time.
3534 The actual implementation for each vtable entry can vary on an object-by-object
3535 basis.
3536
3537 Note that for a trait object to be instantiated, the trait must be
3538 _object-safe_. Object safety rules are defined in [RFC 255].
3539
3540 [RFC 255]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0255-object-safety.md
3541
3542 Given a pointer-typed expression `E` of type `&T` or `Box<T>`, where `T`
3543 implements trait `R`, casting `E` to the corresponding pointer type `&R` or
3544 `Box<R>` results in a value of the _trait object_ `R`. This result is
3545 represented as a pair of pointers: the vtable pointer for the `T`
3546 implementation of `R`, and the pointer value of `E`.
3547
3548 An example of a trait object:
3549
3550 ```
3551 trait Printable {
3552     fn stringify(&self) -> String;
3553 }
3554
3555 impl Printable for i32 {
3556     fn stringify(&self) -> String { self.to_string() }
3557 }
3558
3559 fn print(a: Box<Printable>) {
3560     println!("{}", a.stringify());
3561 }
3562
3563 fn main() {
3564     print(Box::new(10) as Box<Printable>);
3565 }
3566 ```
3567
3568 In this example, the trait `Printable` occurs as a trait object in both the
3569 type signature of `print`, and the cast expression in `main`.
3570
3571 ### Type parameters
3572
3573 Within the body of an item that has type parameter declarations, the names of
3574 its type parameters are types:
3575
3576 ```ignore
3577 fn to_vec<A: Clone>(xs: &[A]) -> Vec<A> {
3578     if xs.is_empty() {
3579         return vec![];
3580     }
3581     let first: A = xs[0].clone();
3582     let mut rest: Vec<A> = to_vec(&xs[1..]);
3583     rest.insert(0, first);
3584     rest
3585 }
3586 ```
3587
3588 Here, `first` has type `A`, referring to `to_vec`'s `A` type parameter; and `rest`
3589 has type `Vec<A>`, a vector with element type `A`.
3590
3591 ### Self types
3592
3593 The special type `Self` has a meaning within traits and impls. In a trait definition, it refers
3594 to an implicit type parameter representing the "implementing" type. In an impl,
3595 it is an alias for the implementing type. For example, in:
3596
3597 ```
3598 trait Printable {
3599     fn make_string(&self) -> String;
3600 }
3601
3602 impl Printable for String {
3603     fn make_string(&self) -> String {
3604         (*self).clone()
3605     }
3606 }
3607 ```
3608
3609 The notation `&self` is a shorthand for `self: &Self`. In this case,
3610 in the impl, `Self` refers to the value of type `String` that is the
3611 receiver for a call to the method `make_string`.
3612
3613 ## Subtyping
3614
3615 Subtyping is implicit and can occur at any stage in type checking or
3616 inference. Subtyping in Rust is very restricted and occurs only due to
3617 variance with respect to lifetimes and between types with higher ranked
3618 lifetimes. If we were to erase lifetimes from types, then the only subtyping
3619 would be due to type equality.
3620
3621 Consider the following example: string literals always have `'static`
3622 lifetime. Nevertheless, we can assign `s` to `t`:
3623
3624 ```
3625 fn bar<'a>() {
3626     let s: &'static str = "hi";
3627     let t: &'a str = s;
3628 }
3629 ```
3630 Since `'static` "lives longer" than `'a`, `&'static str` is a subtype of
3631 `&'a str`.
3632
3633 ## Type coercions
3634
3635 Coercions are defined in [RFC401]. A coercion is implicit and has no syntax.
3636
3637 [RFC401]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0401-coercions.md
3638
3639 ### Coercion sites
3640
3641 A coercion can only occur at certain coercion sites in a program; these are
3642 typically places where the desired type is explicit or can be derived by
3643 propagation from explicit types (without type inference). Possible coercion
3644 sites are:
3645
3646 * `let` statements where an explicit type is given.
3647
3648    For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3649
3650    ```rust
3651    let _: i8 = 128;
3652    ```
3653
3654 * `static` and `const` statements (similar to `let` statements).
3655
3656 * Arguments for function calls
3657
3658   The value being coerced is the actual parameter, and it is coerced to
3659   the type of the formal parameter.
3660
3661   For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3662
3663   ```rust
3664   fn bar(_: i8) { }
3665
3666   fn main() {
3667       bar(128);
3668   }
3669   ```
3670
3671 * Instantiations of struct or variant fields
3672
3673   For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3674
3675   ```rust
3676   struct Foo { x: i8 }
3677
3678   fn main() {
3679       Foo { x: 128 };
3680   }
3681   ```
3682
3683 * Function results, either the final line of a block if it is not
3684   semicolon-terminated or any expression in a `return` statement
3685
3686   For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3687
3688   ```rust
3689   fn foo() -> i8 {
3690       128
3691   }
3692   ```
3693
3694 If the expression in one of these coercion sites is a coercion-propagating
3695 expression, then the relevant sub-expressions in that expression are also
3696 coercion sites. Propagation recurses from these new coercion sites.
3697 Propagating expressions and their relevant sub-expressions are:
3698
3699 * Array literals, where the array has type `[U; n]`. Each sub-expression in
3700 the array literal is a coercion site for coercion to type `U`.
3701
3702 * Array literals with repeating syntax, where the array has type `[U; n]`. The
3703 repeated sub-expression is a coercion site for coercion to type `U`.
3704
3705 * Tuples, where a tuple is a coercion site to type `(U_0, U_1, ..., U_n)`.
3706 Each sub-expression is a coercion site to the respective type, e.g. the
3707 zeroth sub-expression is a coercion site to type `U_0`.
3708
3709 * Parenthesised sub-expressions (`(e)`): if the expression has type `U`, then
3710 the sub-expression is a coercion site to `U`.
3711
3712 * Blocks: if a block has type `U`, then the last expression in the block (if
3713 it is not semicolon-terminated) is a coercion site to `U`. This includes
3714 blocks which are part of control flow statements, such as `if`/`else`, if
3715 the block has a known type.
3716
3717 ### Coercion types
3718
3719 Coercion is allowed between the following types:
3720
3721 * `T` to `U` if `T` is a subtype of `U` (*reflexive case*)
3722
3723 * `T_1` to `T_3` where `T_1` coerces to `T_2` and `T_2` coerces to `T_3`
3724 (*transitive case*)
3725
3726     Note that this is not fully supported yet
3727
3728 * `&mut T` to `&T`
3729
3730 * `*mut T` to `*const T`
3731
3732 * `&T` to `*const T`
3733
3734 * `&mut T` to `*mut T`
3735
3736 * `&T` to `&U` if `T` implements `Deref<Target = U>`. For example:
3737
3738   ```rust
3739   use std::ops::Deref;
3740
3741   struct CharContainer {
3742       value: char
3743   }
3744
3745   impl Deref for CharContainer {
3746       type Target = char;
3747
3748       fn deref<'a>(&'a self) -> &'a char {
3749           &self.value
3750       }
3751   }
3752
3753   fn foo(arg: &char) {}
3754
3755   fn main() {
3756       let x = &mut CharContainer { value: 'y' };
3757       foo(x); //&mut CharContainer is coerced to &char.
3758   }
3759   ```
3760
3761 * `&mut T` to `&mut U` if `T` implements `DerefMut<Target = U>`.
3762
3763 * TyCtor(`T`) to TyCtor(coerce_inner(`T`)), where TyCtor(`T`) is one of
3764     - `&T`
3765     - `&mut T`
3766     - `*const T`
3767     - `*mut T`
3768     - `Box<T>`
3769
3770     and where
3771     - coerce_inner(`[T, ..n]`) = `[T]`
3772     - coerce_inner(`T`) = `U` where `T` is a concrete type which implements the
3773     trait `U`.
3774
3775     In the future, coerce_inner will be recursively extended to tuples and
3776     structs. In addition, coercions from sub-traits to super-traits will be
3777     added. See [RFC401] for more details.
3778
3779 # Special traits
3780
3781 Several traits define special evaluation behavior.
3782
3783 ## The `Copy` trait
3784
3785 The `Copy` trait changes the semantics of a type implementing it. Values whose
3786 type implements `Copy` are copied rather than moved upon assignment.
3787
3788 ## The `Sized` trait
3789
3790 The `Sized` trait indicates that the size of this type is known at compile-time.
3791
3792 ## The `Drop` trait
3793
3794 The `Drop` trait provides a destructor, to be run whenever a value of this type
3795 is to be destroyed.
3796
3797 ## The `Deref` trait
3798
3799 The `Deref<Target = U>` trait allows a type to implicitly implement all the methods
3800 of the type `U`. When attempting to resolve a method call, the compiler will search
3801 the top-level type for the implementation of the called method. If no such method is
3802 found, `.deref()` is called and the compiler continues to search for the method
3803 implementation in the returned type `U`.
3804
3805 # Memory model
3806
3807 A Rust program's memory consists of a static set of *items* and a *heap*.
3808 Immutable portions of the heap may be safely shared between threads, mutable
3809 portions may not be safely shared, but several mechanisms for effectively-safe
3810 sharing of mutable values, built on unsafe code but enforcing a safe locking
3811 discipline, exist in the standard library.
3812
3813 Allocations in the stack consist of *variables*, and allocations in the heap
3814 consist of *boxes*.
3815
3816 ### Memory allocation and lifetime
3817
3818 The _items_ of a program are those functions, modules and types that have their
3819 value calculated at compile-time and stored uniquely in the memory image of the
3820 rust process. Items are neither dynamically allocated nor freed.
3821
3822 The _heap_ is a general term that describes boxes.  The lifetime of an
3823 allocation in the heap depends on the lifetime of the box values pointing to
3824 it. Since box values may themselves be passed in and out of frames, or stored
3825 in the heap, heap allocations may outlive the frame they are allocated within.
3826
3827 ### Memory ownership
3828
3829 When a stack frame is exited, its local allocations are all released, and its
3830 references to boxes are dropped.
3831
3832 ### Variables
3833
3834 A _variable_ is a component of a stack frame, either a named function parameter,
3835 an anonymous [temporary](#lvalues-rvalues-and-temporaries), or a named local
3836 variable.
3837
3838 A _local variable_ (or *stack-local* allocation) holds a value directly,
3839 allocated within the stack's memory. The value is a part of the stack frame.
3840
3841 Local variables are immutable unless declared otherwise like: `let mut x = ...`.
3842
3843 Function parameters are immutable unless declared with `mut`. The `mut` keyword
3844 applies only to the following parameter (so `|mut x, y|` and `fn f(mut x:
3845 Box<i32>, y: Box<i32>)` declare one mutable variable `x` and one immutable
3846 variable `y`).
3847
3848 Methods that take either `self` or `Box<Self>` can optionally place them in a
3849 mutable variable by prefixing them with `mut` (similar to regular arguments):
3850
3851 ```
3852 trait Changer {
3853     fn change(mut self) -> Self;
3854     fn modify(mut self: Box<Self>) -> Box<Self>;
3855 }
3856 ```
3857
3858 Local variables are not initialized when allocated; the entire frame worth of
3859 local variables are allocated at once, on frame-entry, in an uninitialized
3860 state. Subsequent statements within a function may or may not initialize the
3861 local variables. Local variables can be used only after they have been
3862 initialized; this is enforced by the compiler.
3863
3864 # Linkage
3865
3866 The Rust compiler supports various methods to link crates together both
3867 statically and dynamically. This section will explore the various methods to
3868 link Rust crates together, and more information about native libraries can be
3869 found in the [FFI section of the book][ffi].
3870
3871 In one session of compilation, the compiler can generate multiple artifacts
3872 through the usage of either command line flags or the `crate_type` attribute.
3873 If one or more command line flags are specified, all `crate_type` attributes will
3874 be ignored in favor of only building the artifacts specified by command line.
3875
3876 * `--crate-type=bin`, `#[crate_type = "bin"]` - A runnable executable will be
3877   produced. This requires that there is a `main` function in the crate which
3878   will be run when the program begins executing. This will link in all Rust and
3879   native dependencies, producing a distributable binary.
3880
3881 * `--crate-type=lib`, `#[crate_type = "lib"]` - A Rust library will be produced.
3882   This is an ambiguous concept as to what exactly is produced because a library
3883   can manifest itself in several forms. The purpose of this generic `lib` option
3884   is to generate the "compiler recommended" style of library. The output library
3885   will always be usable by rustc, but the actual type of library may change from
3886   time-to-time. The remaining output types are all different flavors of
3887   libraries, and the `lib` type can be seen as an alias for one of them (but the
3888   actual one is compiler-defined).
3889
3890 * `--crate-type=dylib`, `#[crate_type = "dylib"]` - A dynamic Rust library will
3891   be produced. This is different from the `lib` output type in that this forces
3892   dynamic library generation. The resulting dynamic library can be used as a
3893   dependency for other libraries and/or executables. This output type will
3894   create `*.so` files on linux, `*.dylib` files on osx, and `*.dll` files on
3895   windows.
3896
3897 * `--crate-type=staticlib`, `#[crate_type = "staticlib"]` - A static system
3898   library will be produced. This is different from other library outputs in that
3899   the Rust compiler will never attempt to link to `staticlib` outputs. The
3900   purpose of this output type is to create a static library containing all of
3901   the local crate's code along with all upstream dependencies. The static
3902   library is actually a `*.a` archive on linux and osx and a `*.lib` file on
3903   windows. This format is recommended for use in situations such as linking
3904   Rust code into an existing non-Rust application because it will not have
3905   dynamic dependencies on other Rust code.
3906
3907 * `--crate-type=rlib`, `#[crate_type = "rlib"]` - A "Rust library" file will be
3908   produced. This is used as an intermediate artifact and can be thought of as a
3909   "static Rust library". These `rlib` files, unlike `staticlib` files, are
3910   interpreted by the Rust compiler in future linkage. This essentially means
3911   that `rustc` will look for metadata in `rlib` files like it looks for metadata
3912   in dynamic libraries. This form of output is used to produce statically linked
3913   executables as well as `staticlib` outputs.
3914
3915 Note that these outputs are stackable in the sense that if multiple are
3916 specified, then the compiler will produce each form of output at once without
3917 having to recompile. However, this only applies for outputs specified by the
3918 same method. If only `crate_type` attributes are specified, then they will all
3919 be built, but if one or more `--crate-type` command line flags are specified,
3920 then only those outputs will be built.
3921
3922 With all these different kinds of outputs, if crate A depends on crate B, then
3923 the compiler could find B in various different forms throughout the system. The
3924 only forms looked for by the compiler, however, are the `rlib` format and the
3925 dynamic library format. With these two options for a dependent library, the
3926 compiler must at some point make a choice between these two formats. With this
3927 in mind, the compiler follows these rules when determining what format of
3928 dependencies will be used:
3929
3930 1. If a static library is being produced, all upstream dependencies are
3931    required to be available in `rlib` formats. This requirement stems from the
3932    reason that a dynamic library cannot be converted into a static format.
3933
3934    Note that it is impossible to link in native dynamic dependencies to a static
3935    library, and in this case warnings will be printed about all unlinked native
3936    dynamic dependencies.
3937
3938 2. If an `rlib` file is being produced, then there are no restrictions on what
3939    format the upstream dependencies are available in. It is simply required that
3940    all upstream dependencies be available for reading metadata from.
3941
3942    The reason for this is that `rlib` files do not contain any of their upstream
3943    dependencies. It wouldn't be very efficient for all `rlib` files to contain a
3944    copy of `libstd.rlib`!
3945
3946 3. If an executable is being produced and the `-C prefer-dynamic` flag is not
3947    specified, then dependencies are first attempted to be found in the `rlib`
3948    format. If some dependencies are not available in an rlib format, then
3949    dynamic linking is attempted (see below).
3950
3951 4. If a dynamic library or an executable that is being dynamically linked is
3952    being produced, then the compiler will attempt to reconcile the available
3953    dependencies in either the rlib or dylib format to create a final product.
3954
3955    A major goal of the compiler is to ensure that a library never appears more
3956    than once in any artifact. For example, if dynamic libraries B and C were
3957    each statically linked to library A, then a crate could not link to B and C
3958    together because there would be two copies of A. The compiler allows mixing
3959    the rlib and dylib formats, but this restriction must be satisfied.
3960
3961    The compiler currently implements no method of hinting what format a library
3962    should be linked with. When dynamically linking, the compiler will attempt to
3963    maximize dynamic dependencies while still allowing some dependencies to be
3964    linked in via an rlib.
3965
3966    For most situations, having all libraries available as a dylib is recommended
3967    if dynamically linking. For other situations, the compiler will emit a
3968    warning if it is unable to determine which formats to link each library with.
3969
3970 In general, `--crate-type=bin` or `--crate-type=lib` should be sufficient for
3971 all compilation needs, and the other options are just available if more
3972 fine-grained control is desired over the output format of a Rust crate.
3973
3974 # Unsafety
3975
3976 Unsafe operations are those that potentially violate the memory-safety
3977 guarantees of Rust's static semantics.
3978
3979 The following language level features cannot be used in the safe subset of
3980 Rust:
3981
3982 - Dereferencing a [raw pointer](#pointer-types).
3983 - Reading or writing a [mutable static variable](#mutable-statics).
3984 - Calling an unsafe function (including an intrinsic or foreign function).
3985
3986 ## Unsafe functions
3987
3988 Unsafe functions are functions that are not safe in all contexts and/or for all
3989 possible inputs. Such a function must be prefixed with the keyword `unsafe` and
3990 can only be called from an `unsafe` block or another `unsafe` function.
3991
3992 ## Unsafe blocks
3993
3994 A block of code can be prefixed with the `unsafe` keyword, to permit calling
3995 `unsafe` functions or dereferencing raw pointers within a safe function.
3996
3997 When a programmer has sufficient conviction that a sequence of potentially
3998 unsafe operations is actually safe, they can encapsulate that sequence (taken
3999 as a whole) within an `unsafe` block. The compiler will consider uses of such
4000 code safe, in the surrounding context.
4001
4002 Unsafe blocks are used to wrap foreign libraries, make direct use of hardware
4003 or implement features not directly present in the language. For example, Rust
4004 provides the language features necessary to implement memory-safe concurrency
4005 in the language but the implementation of threads and message passing is in the
4006 standard library.
4007
4008 Rust's type system is a conservative approximation of the dynamic safety
4009 requirements, so in some cases there is a performance cost to using safe code.
4010 For example, a doubly-linked list is not a tree structure and can only be
4011 represented with reference-counted pointers in safe code. By using `unsafe`
4012 blocks to represent the reverse links as raw pointers, it can be implemented
4013 with only boxes.
4014
4015 ## Behavior considered undefined
4016
4017 The following is a list of behavior which is forbidden in all Rust code,
4018 including within `unsafe` blocks and `unsafe` functions. Type checking provides
4019 the guarantee that these issues are never caused by safe code.
4020
4021 * Data races
4022 * Dereferencing a null/dangling raw pointer
4023 * Reads of [undef](http://llvm.org/docs/LangRef.html#undefined-values)
4024   (uninitialized) memory
4025 * Breaking the [pointer aliasing
4026   rules](http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointer-aliasing-rules)
4027   with raw pointers (a subset of the rules used by C)
4028 * `&mut` and `&` follow LLVM’s scoped [noalias] model, except if the `&T`
4029   contains an `UnsafeCell<U>`. Unsafe code must not violate these aliasing
4030   guarantees.
4031 * Mutating non-mutable data (that is, data reached through a shared reference or
4032   data owned by a `let` binding), unless that data is contained within an `UnsafeCell<U>`.
4033 * Invoking undefined behavior via compiler intrinsics:
4034   * Indexing outside of the bounds of an object with `std::ptr::offset`
4035     (`offset` intrinsic), with
4036     the exception of one byte past the end which is permitted.
4037   * Using `std::ptr::copy_nonoverlapping_memory` (`memcpy32`/`memcpy64`
4038     intrinsics) on overlapping buffers
4039 * Invalid values in primitive types, even in private fields/locals:
4040   * Dangling/null references or boxes
4041   * A value other than `false` (0) or `true` (1) in a `bool`
4042   * A discriminant in an `enum` not included in the type definition
4043   * A value in a `char` which is a surrogate or above `char::MAX`
4044   * Non-UTF-8 byte sequences in a `str`
4045 * Unwinding into Rust from foreign code or unwinding from Rust into foreign
4046   code. Rust's failure system is not compatible with exception handling in
4047   other languages. Unwinding must be caught and handled at FFI boundaries.
4048
4049 [noalias]: http://llvm.org/docs/LangRef.html#noalias
4050
4051 ## Behavior not considered unsafe
4052
4053 This is a list of behavior not considered *unsafe* in Rust terms, but that may
4054 be undesired.
4055
4056 * Deadlocks
4057 * Leaks of memory and other resources
4058 * Exiting without calling destructors
4059 * Integer overflow
4060   - Overflow is considered "unexpected" behavior and is always user-error,
4061     unless the `wrapping` primitives are used. In non-optimized builds, the compiler
4062     will insert debug checks that panic on overflow, but in optimized builds overflow
4063     instead results in wrapped values. See [RFC 560] for the rationale and more details.
4064
4065 [RFC 560]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0560-integer-overflow.md
4066
4067 # Appendix: Influences
4068
4069 Rust is not a particularly original language, with design elements coming from
4070 a wide range of sources. Some of these are listed below (including elements
4071 that have since been removed):
4072
4073 * SML, OCaml: algebraic data types, pattern matching, type inference,
4074   semicolon statement separation
4075 * C++: references, RAII, smart pointers, move semantics, monomorphisation,
4076   memory model
4077 * ML Kit, Cyclone: region based memory management
4078 * Haskell (GHC): typeclasses, type families
4079 * Newsqueak, Alef, Limbo: channels, concurrency
4080 * Erlang: message passing, thread failure, ~~linked thread failure~~,
4081   ~~lightweight concurrency~~
4082 * Swift: optional bindings
4083 * Scheme: hygienic macros
4084 * C#: attributes
4085 * Ruby: ~~block syntax~~
4086 * NIL, Hermes: ~~typestate~~
4087 * [Unicode Annex #31](http://www.unicode.org/reports/tr31/): identifier and
4088   pattern syntax
4089
4090 [ffi]: book/ffi.html
4091 [plugin]: book/compiler-plugins.html