]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/doc/reference.md
Auto merge of #29243 - skeleten:issue-29184, r=alexcrichton
[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 a
423 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 They are catalogued in [the Symbols section][symbols] of the Grammar document.
427
428 [symbols]: grammar.html#symbols
429
430
431 ## Paths
432
433 A _path_ is a sequence of one or more path components _logically_ separated by
434 a namespace qualifier (`::`). If a path consists of only one component, it may
435 refer to either an [item](#items) or a [variable](#variables) in a local control
436 scope. If a path has multiple components, it refers to an item.
437
438 Every item has a _canonical path_ within its crate, but the path naming an item
439 is only meaningful within a given crate. There is no global namespace across
440 crates; an item's canonical path merely identifies it within the crate.
441
442 Two examples of simple paths consisting of only identifier components:
443
444 ```{.ignore}
445 x;
446 x::y::z;
447 ```
448
449 Path components are usually [identifiers](#identifiers), but they may
450 also include angle-bracket-enclosed lists of type arguments. In
451 [expression](#expressions) context, the type argument list is given
452 after a `::` namespace qualifier in order to disambiguate it from a
453 relational expression involving the less-than symbol (`<`). In type
454 expression context, the final namespace qualifier is omitted.
455
456 Two examples of paths with type arguments:
457
458 ```
459 # struct HashMap<K, V>(K,V);
460 # fn f() {
461 # fn id<T>(t: T) -> T { t }
462 type T = HashMap<i32,String>; // Type arguments used in a type expression
463 let x  = id::<i32>(10);       // Type arguments used in a call expression
464 # }
465 ```
466
467 Paths can be denoted with various leading qualifiers to change the meaning of
468 how it is resolved:
469
470 * Paths starting with `::` are considered to be global paths where the
471   components of the path start being resolved from the crate root. Each
472   identifier in the path must resolve to an item.
473
474 ```rust
475 mod a {
476     pub fn foo() {}
477 }
478 mod b {
479     pub fn foo() {
480         ::a::foo(); // call a's foo function
481     }
482 }
483 # fn main() {}
484 ```
485
486 * Paths starting with the keyword `super` begin resolution relative to the
487   parent module. Each further identifier must resolve to an item.
488
489 ```rust
490 mod a {
491     pub fn foo() {}
492 }
493 mod b {
494     pub fn foo() {
495         super::a::foo(); // call a's foo function
496     }
497 }
498 # fn main() {}
499 ```
500
501 * Paths starting with the keyword `self` begin resolution relative to the
502   current module. Each further identifier must resolve to an item.
503
504 ```rust
505 fn foo() {}
506 fn bar() {
507     self::foo();
508 }
509 # fn main() {}
510 ```
511
512 # Syntax extensions
513
514 A number of minor features of Rust are not central enough to have their own
515 syntax, and yet are not implementable as functions. Instead, they are given
516 names, and invoked through a consistent syntax: `some_extension!(...)`.
517
518 Users of `rustc` can define new syntax extensions in two ways:
519
520 * [Compiler plugins][plugin] can include arbitrary Rust code that
521   manipulates syntax trees at compile time. Note that the interface
522   for compiler plugins is considered highly unstable.
523
524 * [Macros](book/macros.html) define new syntax in a higher-level,
525   declarative way.
526
527 ## Macros
528
529 `macro_rules` allows users to define syntax extension in a declarative way.  We
530 call such extensions "macros by example" or simply "macros" — to be distinguished
531 from the "procedural macros" defined in [compiler plugins][plugin].
532
533 Currently, macros can expand to expressions, statements, items, or patterns.
534
535 (A `sep_token` is any token other than `*` and `+`. A `non_special_token` is
536 any token other than a delimiter or `$`.)
537
538 The macro expander looks up macro invocations by name, and tries each macro
539 rule in turn. It transcribes the first successful match. Matching and
540 transcription are closely related to each other, and we will describe them
541 together.
542
543 ### Macro By Example
544
545 The macro expander matches and transcribes every token that does not begin with
546 a `$` literally, including delimiters. For parsing reasons, delimiters must be
547 balanced, but they are otherwise not special.
548
549 In the matcher, `$` _name_ `:` _designator_ matches the nonterminal in the Rust
550 syntax named by _designator_. Valid designators are `item`, `block`, `stmt`,
551 `pat`, `expr`, `ty` (type), `ident`, `path`, `tt` (either side of the `=>`
552 in macro rules), and `meta` (contents of an attribute). In the transcriber, the
553 designator is already known, and so only the name of a matched nonterminal comes
554 after the dollar sign.
555
556 In both the matcher and transcriber, the Kleene star-like operator indicates
557 repetition. The Kleene star operator consists of `$` and parentheses, optionally
558 followed by a separator token, followed by `*` or `+`. `*` means zero or more
559 repetitions, `+` means at least one repetition. The parentheses are not matched or
560 transcribed. On the matcher side, a name is bound to _all_ of the names it
561 matches, in a structure that mimics the structure of the repetition encountered
562 on a successful match. The job of the transcriber is to sort that structure
563 out.
564
565 The rules for transcription of these repetitions are called "Macro By Example".
566 Essentially, one "layer" of repetition is discharged at a time, and all of them
567 must be discharged by the time a name is transcribed. Therefore, `( $( $i:ident
568 ),* ) => ( $i )` is an invalid macro, but `( $( $i:ident ),* ) => ( $( $i:ident
569 ),*  )` is acceptable (if trivial).
570
571 When Macro By Example encounters a repetition, it examines all of the `$`
572 _name_ s that occur in its body. At the "current layer", they all must repeat
573 the same number of times, so ` ( $( $i:ident ),* ; $( $j:ident ),* ) => ( $(
574 ($i,$j) ),* )` is valid if given the argument `(a,b,c ; d,e,f)`, but not
575 `(a,b,c ; d,e)`. The repetition walks through the choices at that layer in
576 lockstep, so the former input transcribes to `(a,d), (b,e), (c,f)`.
577
578 Nested repetitions are allowed.
579
580 ### Parsing limitations
581
582 The parser used by the macro system is reasonably powerful, but the parsing of
583 Rust syntax is restricted in two ways:
584
585 1. Macro definitions are required to include suitable separators after parsing
586    expressions and other bits of the Rust grammar. This implies that
587    a macro definition like `$i:expr [ , ]` is not legal, because `[` could be part
588    of an expression. A macro definition like `$i:expr,` or `$i:expr;` would be legal,
589    however, because `,` and `;` are legal separators. See [RFC 550] for more information.
590 2. The parser must have eliminated all ambiguity by the time it reaches a `$`
591    _name_ `:` _designator_. This requirement most often affects name-designator
592    pairs when they occur at the beginning of, or immediately after, a `$(...)*`;
593    requiring a distinctive token in front can solve the problem.
594
595 [RFC 550]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0550-macro-future-proofing.md
596
597 # Crates and source files
598
599 Although Rust, like any other language, can be implemented by an interpreter as
600 well as a compiler, the only existing implementation is a compiler,
601 and the language has
602 always been designed to be compiled. For these reasons, this section assumes a
603 compiler.
604
605 Rust's semantics obey a *phase distinction* between compile-time and
606 run-time.[^phase-distinction] Semantic rules that have a *static
607 interpretation* govern the success or failure of compilation, while
608 semantic rules
609 that have a *dynamic interpretation* govern the behavior of the program at
610 run-time.
611
612 [^phase-distinction]: This distinction would also exist in an interpreter.
613     Static checks like syntactic analysis, type checking, and lints should
614     happen before the program is executed regardless of when it is executed.
615
616 The compilation model centers on artifacts called _crates_. Each compilation
617 processes a single crate in source form, and if successful, produces a single
618 crate in binary form: either an executable or some sort of
619 library.[^cratesourcefile]
620
621 [^cratesourcefile]: A crate is somewhat analogous to an *assembly* in the
622     ECMA-335 CLI model, a *library* in the SML/NJ Compilation Manager, a *unit*
623     in the Owens and Flatt module system, or a *configuration* in Mesa.
624
625 A _crate_ is a unit of compilation and linking, as well as versioning,
626 distribution and runtime loading. A crate contains a _tree_ of nested
627 [module](#modules) scopes. The top level of this tree is a module that is
628 anonymous (from the point of view of paths within the module) and any item
629 within a crate has a canonical [module path](#paths) denoting its location
630 within the crate's module tree.
631
632 The Rust compiler is always invoked with a single source file as input, and
633 always produces a single output crate. The processing of that source file may
634 result in other source files being loaded as modules. Source files have the
635 extension `.rs`.
636
637 A Rust source file describes a module, the name and location of which &mdash;
638 in the module tree of the current crate &mdash; are defined from outside the
639 source file: either by an explicit `mod_item` in a referencing source file, or
640 by the name of the crate itself. Every source file is a module, but not every
641 module needs its own source file: [module definitions](#modules) can be nested
642 within one file.
643
644 Each source file contains a sequence of zero or more `item` definitions, and
645 may optionally begin with any number of [attributes](#items-and-attributes)
646 that apply to the containing module, most of which influence the behavior of
647 the compiler. The anonymous crate module can have additional attributes that
648 apply to the crate as a whole.
649
650 ```no_run
651 // Specify the crate name.
652 #![crate_name = "projx"]
653
654 // Specify the type of output artifact.
655 #![crate_type = "lib"]
656
657 // Turn on a warning.
658 // This can be done in any module, not just the anonymous crate module.
659 #![warn(non_camel_case_types)]
660 ```
661
662 A crate that contains a `main` function can be compiled to an executable. If a
663 `main` function is present, its return type must be [`unit`](#tuple-types)
664 and it must take no arguments.
665
666 # Items and attributes
667
668 Crates contain [items](#items), each of which may have some number of
669 [attributes](#attributes) attached to it.
670
671 ## Items
672
673 An _item_ is a component of a crate. Items are organized within a crate by a
674 nested set of [modules](#modules). Every crate has a single "outermost"
675 anonymous module; all further items within the crate have [paths](#paths)
676 within the module tree of the crate.
677
678 Items are entirely determined at compile-time, generally remain fixed during
679 execution, and may reside in read-only memory.
680
681 There are several kinds of item:
682
683 * [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations)
684 * [`use` declarations](#use-declarations)
685 * [modules](#modules)
686 * [functions](#functions)
687 * [type definitions](grammar.html#type-definitions)
688 * [structs](#structs)
689 * [enumerations](#enumerations)
690 * [constant items](#constant-items)
691 * [static items](#static-items)
692 * [traits](#traits)
693 * [implementations](#implementations)
694
695 Some items form an implicit scope for the declaration of sub-items. In other
696 words, within a function or module, declarations of items can (in many cases)
697 be mixed with the statements, control blocks, and similar artifacts that
698 otherwise compose the item body. The meaning of these scoped items is the same
699 as if the item was declared outside the scope &mdash; it is still a static item
700 &mdash; except that the item's *path name* within the module namespace is
701 qualified by the name of the enclosing item, or is private to the enclosing
702 item (in the case of functions). The grammar specifies the exact locations in
703 which sub-item declarations may appear.
704
705 ### Type Parameters
706
707 All items except modules, constants and statics may be *parameterized* by type.
708 Type parameters are given as a comma-separated list of identifiers enclosed in
709 angle brackets (`<...>`), after the name of the item and before its definition.
710 The type parameters of an item are considered "part of the name", not part of
711 the type of the item. A referencing [path](#paths) must (in principle) provide
712 type arguments as a list of comma-separated types enclosed within angle
713 brackets, in order to refer to the type-parameterized item. In practice, the
714 type-inference system can usually infer such argument types from context. There
715 are no general type-parametric types, only type-parametric items. That is, Rust
716 has no notion of type abstraction: there are no higher-ranked (or "forall") types
717 abstracted over other types, though higher-ranked types do exist for lifetimes.
718
719 ### Modules
720
721 A module is a container for zero or more [items](#items).
722
723 A _module item_ is a module, surrounded in braces, named, and prefixed with the
724 keyword `mod`. A module item introduces a new, named module into the tree of
725 modules making up a crate. Modules can nest arbitrarily.
726
727 An example of a module:
728
729 ```
730 mod math {
731     type Complex = (f64, f64);
732     fn sin(f: f64) -> f64 {
733         /* ... */
734 # panic!();
735     }
736     fn cos(f: f64) -> f64 {
737         /* ... */
738 # panic!();
739     }
740     fn tan(f: f64) -> f64 {
741         /* ... */
742 # panic!();
743     }
744 }
745 ```
746
747 Modules and types share the same namespace. Declaring a named type with
748 the same name as a module in scope is forbidden: that is, a type definition,
749 trait, struct, enumeration, or type parameter can't shadow the name of a module
750 in scope, or vice versa.
751
752 A module without a body is loaded from an external file, by default with the
753 same name as the module, plus the `.rs` extension. When a nested submodule is
754 loaded from an external file, it is loaded from a subdirectory path that
755 mirrors the module hierarchy.
756
757 ```{.ignore}
758 // Load the `vec` module from `vec.rs`
759 mod vec;
760
761 mod thread {
762     // Load the `local_data` module from `thread/local_data.rs`
763     // or `thread/local_data/mod.rs`.
764     mod local_data;
765 }
766 ```
767
768 The directories and files used for loading external file modules can be
769 influenced with the `path` attribute.
770
771 ```{.ignore}
772 #[path = "thread_files"]
773 mod thread {
774     // Load the `local_data` module from `thread_files/tls.rs`
775     #[path = "tls.rs"]
776     mod local_data;
777 }
778 ```
779
780 #### Extern crate declarations
781
782 An _`extern crate` declaration_ specifies a dependency on an external crate.
783 The external crate is then bound into the declaring scope as the `ident`
784 provided in the `extern_crate_decl`.
785
786 The external crate is resolved to a specific `soname` at compile time, and a
787 runtime linkage requirement to that `soname` is passed to the linker for
788 loading at runtime. The `soname` is resolved at compile time by scanning the
789 compiler's library path and matching the optional `crateid` provided against
790 the `crateid` attributes that were declared on the external crate when it was
791 compiled. If no `crateid` is provided, a default `name` attribute is assumed,
792 equal to the `ident` given in the `extern_crate_decl`.
793
794 Three examples of `extern crate` declarations:
795
796 ```{.ignore}
797 extern crate pcre;
798
799 extern crate std; // equivalent to: extern crate std as std;
800
801 extern crate std as ruststd; // linking to 'std' under another name
802 ```
803
804 #### Use declarations
805
806 A _use declaration_ creates one or more local name bindings synonymous with
807 some other [path](#paths). Usually a `use` declaration is used to shorten the
808 path required to refer to a module item. These declarations may appear at the
809 top of [modules](#modules) and [blocks](grammar.html#block-expressions).
810
811 > **Note**: Unlike in many languages,
812 > `use` declarations in Rust do *not* declare linkage dependency with external crates.
813 > Rather, [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations) declare linkage dependencies.
814
815 Use declarations support a number of convenient shortcuts:
816
817 * Rebinding the target name as a new local name, using the syntax `use p::q::r as x;`
818 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element,
819   using the glob-like brace syntax `use a::b::{c,d,e,f};`
820 * Binding all paths matching a given prefix, using the asterisk wildcard syntax
821   `use a::b::*;`
822 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element
823   and their immediate parent module, using the `self` keyword, such as
824   `use a::b::{self, c, d};`
825
826 An example of `use` declarations:
827
828 ```rust
829 use std::option::Option::{Some, None};
830 use std::collections::hash_map::{self, HashMap};
831
832 fn foo<T>(_: T){}
833 fn bar(map1: HashMap<String, usize>, map2: hash_map::HashMap<String, usize>){}
834
835 fn main() {
836     // Equivalent to 'foo(vec![std::option::Option::Some(1.0f64),
837     // std::option::Option::None]);'
838     foo(vec![Some(1.0f64), None]);
839
840     // Both `hash_map` and `HashMap` are in scope.
841     let map1 = HashMap::new();
842     let map2 = hash_map::HashMap::new();
843     bar(map1, map2);
844 }
845 ```
846
847 Like items, `use` declarations are private to the containing module, by
848 default. Also like items, a `use` declaration can be public, if qualified by
849 the `pub` keyword. Such a `use` declaration serves to _re-export_ a name. A
850 public `use` declaration can therefore _redirect_ some public name to a
851 different target definition: even a definition with a private canonical path,
852 inside a different module. If a sequence of such redirections form a cycle or
853 cannot be resolved unambiguously, they represent a compile-time error.
854
855 An example of re-exporting:
856
857 ```
858 # fn main() { }
859 mod quux {
860     pub use quux::foo::{bar, baz};
861
862     pub mod foo {
863         pub fn bar() { }
864         pub fn baz() { }
865     }
866 }
867 ```
868
869 In this example, the module `quux` re-exports two public names defined in
870 `foo`.
871
872 Also note that the paths contained in `use` items are relative to the crate
873 root. So, in the previous example, the `use` refers to `quux::foo::{bar,
874 baz}`, and not simply to `foo::{bar, baz}`. This also means that top-level
875 module declarations should be at the crate root if direct usage of the declared
876 modules within `use` items is desired. It is also possible to use `self` and
877 `super` at the beginning of a `use` item to refer to the current and direct
878 parent modules respectively. All rules regarding accessing declared modules in
879 `use` declarations apply to both module declarations and `extern crate`
880 declarations.
881
882 An example of what will and will not work for `use` items:
883
884 ```
885 # #![allow(unused_imports)]
886 use foo::baz::foobaz;    // good: foo is at the root of the crate
887
888 mod foo {
889
890     mod example {
891         pub mod iter {}
892     }
893
894     use foo::example::iter; // good: foo is at crate root
895 //  use example::iter;      // bad:  example is not at the crate root
896     use self::baz::foobaz;  // good: self refers to module 'foo'
897     use foo::bar::foobar;   // good: foo is at crate root
898
899     pub mod bar {
900         pub fn foobar() { }
901     }
902
903     pub mod baz {
904         use super::bar::foobar; // good: super refers to module 'foo'
905         pub fn foobaz() { }
906     }
907 }
908
909 fn main() {}
910 ```
911
912 ### Functions
913
914 A _function item_ defines a sequence of [statements](#statements) and a
915 final [expression](#expressions), along with a name and a set of
916 parameters. Other than a name, all these are optional.
917 Functions are declared with the keyword `fn`. Functions may declare a
918 set of *input* [*variables*](#variables) as parameters, through which the caller
919 passes arguments into the function, and the *output* [*type*](#types)
920 of the value the function will return to its caller on completion.
921
922 A function may also be copied into a first-class *value*, in which case the
923 value has the corresponding [*function type*](#function-types), and can be used
924 otherwise exactly as a function item (with a minor additional cost of calling
925 the function indirectly).
926
927 Every control path in a function logically ends with a `return` expression or a
928 diverging expression. If the outermost block of a function has a
929 value-producing expression in its final-expression position, that expression is
930 interpreted as an implicit `return` expression applied to the final-expression.
931
932 An example of a function:
933
934 ```
935 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
936     x + y
937 }
938 ```
939
940 As with `let` bindings, function arguments are irrefutable patterns, so any
941 pattern that is valid in a let binding is also valid as an argument.
942
943 ```
944 fn first((value, _): (i32, i32)) -> i32 { value }
945 ```
946
947
948 #### Generic functions
949
950 A _generic function_ allows one or more _parameterized types_ to appear in its
951 signature. Each type parameter must be explicitly declared, in an
952 angle-bracket-enclosed, comma-separated list following the function name.
953
954 ```rust,ignore
955 // foo is generic over A and B
956
957 fn foo<A, B>(x: A, y: B) {
958 ```
959
960 Inside the function signature and body, the name of the type parameter can be
961 used as a type name. [Trait](#traits) bounds can be specified for type parameters
962 to allow methods with that trait to be called on values of that type. This is
963 specified using the `where` syntax:
964
965 ```rust,ignore
966 fn foo<T>(x: T) where T: Debug {
967 ```
968
969 When a generic function is referenced, its type is instantiated based on the
970 context of the reference. For example, calling the `foo` function here:
971
972 ```
973 use std::fmt::Debug;
974
975 fn foo<T>(x: &[T]) where T: Debug {
976     // details elided
977     # ()
978 }
979
980 foo(&[1, 2]);
981 ```
982
983 will instantiate type parameter `T` with `i32`.
984
985 The type parameters can also be explicitly supplied in a trailing
986 [path](#paths) component after the function name. This might be necessary if
987 there is not sufficient context to determine the type parameters. For example,
988 `mem::size_of::<u32>() == 4`.
989
990 #### Diverging functions
991
992 A special kind of function can be declared with a `!` character where the
993 output type would normally be. For example:
994
995 ```
996 fn my_err(s: &str) -> ! {
997     println!("{}", s);
998     panic!();
999 }
1000 ```
1001
1002 We call such functions "diverging" because they never return a value to the
1003 caller. Every control path in a diverging function must end with a `panic!()` or
1004 a call to another diverging function on every control path. The `!` annotation
1005 does *not* denote a type.
1006
1007 It might be necessary to declare a diverging function because as mentioned
1008 previously, the typechecker checks that every control path in a function ends
1009 with a [`return`](#return-expressions) or diverging expression. So, if `my_err`
1010 were declared without the `!` annotation, the following code would not
1011 typecheck:
1012
1013 ```
1014 # fn my_err(s: &str) -> ! { panic!() }
1015
1016 fn f(i: i32) -> i32 {
1017     if i == 42 {
1018         return 42;
1019     }
1020     else {
1021         my_err("Bad number!");
1022     }
1023 }
1024 ```
1025
1026 This will not compile without the `!` annotation on `my_err`, since the `else`
1027 branch of the conditional in `f` does not return an `i32`, as required by the
1028 signature of `f`. Adding the `!` annotation to `my_err` informs the
1029 typechecker that, should control ever enter `my_err`, no further type judgments
1030 about `f` need to hold, since control will never resume in any context that
1031 relies on those judgments. Thus the return type on `f` only needs to reflect
1032 the `if` branch of the conditional.
1033
1034 #### Extern functions
1035
1036 Extern functions are part of Rust's foreign function interface, providing the
1037 opposite functionality to [external blocks](#external-blocks). Whereas
1038 external blocks allow Rust code to call foreign code, extern functions with
1039 bodies defined in Rust code _can be called by foreign code_. They are defined
1040 in the same way as any other Rust function, except that they have the `extern`
1041 modifier.
1042
1043 ```
1044 // Declares an extern fn, the ABI defaults to "C"
1045 extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1046
1047 // Declares an extern fn with "stdcall" ABI
1048 extern "stdcall" fn new_i32_stdcall() -> i32 { 0 }
1049 ```
1050
1051 Unlike normal functions, extern fns have type `extern "ABI" fn()`. This is the
1052 same type as the functions declared in an extern block.
1053
1054 ```
1055 # extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1056 let fptr: extern "C" fn() -> i32 = new_i32;
1057 ```
1058
1059 Extern functions may be called directly from Rust code as Rust uses large,
1060 contiguous stack segments like C.
1061
1062 ### Type aliases
1063
1064 A _type alias_ defines a new name for an existing [type](#types). Type
1065 aliases are declared with the keyword `type`. Every value has a single,
1066 specific type, but may implement several different traits, or be compatible with
1067 several different type constraints.
1068
1069 For example, the following defines the type `Point` as a synonym for the type
1070 `(u8, u8)`, the type of pairs of unsigned 8 bit integers:
1071
1072 ```
1073 type Point = (u8, u8);
1074 let p: Point = (41, 68);
1075 ```
1076
1077 ### Structs
1078
1079 A _struct_ is a nominal [struct type](#struct-types) defined with the
1080 keyword `struct`.
1081
1082 An example of a `struct` item and its use:
1083
1084 ```
1085 struct Point {x: i32, y: i32}
1086 let p = Point {x: 10, y: 11};
1087 let px: i32 = p.x;
1088 ```
1089
1090 A _tuple struct_ is a nominal [tuple type](#tuple-types), also defined with
1091 the keyword `struct`. For example:
1092
1093 ```
1094 struct Point(i32, i32);
1095 let p = Point(10, 11);
1096 let px: i32 = match p { Point(x, _) => x };
1097 ```
1098
1099 A _unit-like struct_ is a struct without any fields, defined by leaving off
1100 the list of fields entirely. Such a struct implicitly defines a constant of
1101 its type with the same name. For example:
1102
1103 ```
1104 # #![feature(braced_empty_structs)]
1105 struct Cookie;
1106 let c = [Cookie, Cookie {}, Cookie, Cookie {}];
1107 ```
1108
1109 is equivalent to
1110
1111 ```
1112 # #![feature(braced_empty_structs)]
1113 struct Cookie {}
1114 const Cookie: Cookie = Cookie {};
1115 let c = [Cookie, Cookie {}, Cookie, Cookie {}];
1116 ```
1117
1118 The precise memory layout of a struct is not specified. One can specify a
1119 particular layout using the [`repr` attribute](#ffi-attributes).
1120
1121 ### Enumerations
1122
1123 An _enumeration_ is a simultaneous definition of a nominal [enumerated
1124 type](#enumerated-types) as well as a set of *constructors*, that can be used
1125 to create or pattern-match values of the corresponding enumerated type.
1126
1127 Enumerations are declared with the keyword `enum`.
1128
1129 An example of an `enum` item and its use:
1130
1131 ```
1132 enum Animal {
1133     Dog,
1134     Cat,
1135 }
1136
1137 let mut a: Animal = Animal::Dog;
1138 a = Animal::Cat;
1139 ```
1140
1141 Enumeration constructors can have either named or unnamed fields:
1142
1143 ```rust
1144 enum Animal {
1145     Dog (String, f64),
1146     Cat { name: String, weight: f64 }
1147 }
1148
1149 let mut a: Animal = Animal::Dog("Cocoa".to_string(), 37.2);
1150 a = Animal::Cat { name: "Spotty".to_string(), weight: 2.7 };
1151 ```
1152
1153 In this example, `Cat` is a _struct-like enum variant_,
1154 whereas `Dog` is simply called an enum variant.
1155
1156 Enums have a discriminant. You can assign them explicitly:
1157
1158 ```
1159 enum Foo {
1160     Bar = 123,
1161 }
1162 ```
1163
1164 If a discriminant isn't assigned, they start at zero, and add one for each
1165 variant, in order.
1166
1167 You can cast an enum to get this value:
1168
1169 ```
1170 # enum Foo { Bar = 123 }
1171 let x = Foo::Bar as u32; // x is now 123u32
1172 ```
1173
1174 This only works as long as none of the variants have data attached. If
1175 it were `Bar(i32)`, this is disallowed.
1176
1177 ### Constant items
1178
1179 A *constant item* is a named _constant value_ which is not associated with a
1180 specific memory location in the program. Constants are essentially inlined
1181 wherever they are used, meaning that they are copied directly into the relevant
1182 context when used. References to the same constant are not necessarily
1183 guaranteed to refer to the same memory address.
1184
1185 Constant values must not have destructors, and otherwise permit most forms of
1186 data. Constants may refer to the address of other constants, in which case the
1187 address will have the `static` lifetime. The compiler is, however, still at
1188 liberty to translate the constant many times, so the address referred to may not
1189 be stable.
1190
1191 Constants must be explicitly typed. The type may be `bool`, `char`, a number, or
1192 a type derived from those primitive types. The derived types are references with
1193 the `static` lifetime, fixed-size arrays, tuples, enum variants, and structs.
1194
1195 ```
1196 const BIT1: u32 = 1 << 0;
1197 const BIT2: u32 = 1 << 1;
1198
1199 const BITS: [u32; 2] = [BIT1, BIT2];
1200 const STRING: &'static str = "bitstring";
1201
1202 struct BitsNStrings<'a> {
1203     mybits: [u32; 2],
1204     mystring: &'a str
1205 }
1206
1207 const BITS_N_STRINGS: BitsNStrings<'static> = BitsNStrings {
1208     mybits: BITS,
1209     mystring: STRING
1210 };
1211 ```
1212
1213 ### Static items
1214
1215 A *static item* is similar to a *constant*, except that it represents a precise
1216 memory location in the program. A static is never "inlined" at the usage site,
1217 and all references to it refer to the same memory location. Static items have
1218 the `static` lifetime, which outlives all other lifetimes in a Rust program.
1219 Static items may be placed in read-only memory if they do not contain any
1220 interior mutability.
1221
1222 Statics may contain interior mutability through the `UnsafeCell` language item.
1223 All access to a static is safe, but there are a number of restrictions on
1224 statics:
1225
1226 * Statics may not contain any destructors.
1227 * The types of static values must ascribe to `Sync` to allow thread-safe access.
1228 * Statics may not refer to other statics by value, only by reference.
1229 * Constants cannot refer to statics.
1230
1231 Constants should in general be preferred over statics, unless large amounts of
1232 data are being stored, or single-address and mutability properties are required.
1233
1234 #### Mutable statics
1235
1236 If a static item is declared with the `mut` keyword, then it is allowed to
1237 be modified by the program. One of Rust's goals is to make concurrency bugs
1238 hard to run into, and this is obviously a very large source of race conditions
1239 or other bugs. For this reason, an `unsafe` block is required when either
1240 reading or writing a mutable static variable. Care should be taken to ensure
1241 that modifications to a mutable static are safe with respect to other threads
1242 running in the same process.
1243
1244 Mutable statics are still very useful, however. They can be used with C
1245 libraries and can also be bound from C libraries (in an `extern` block).
1246
1247 ```
1248 # fn atomic_add(_: &mut u32, _: u32) -> u32 { 2 }
1249
1250 static mut LEVELS: u32 = 0;
1251
1252 // This violates the idea of no shared state, and this doesn't internally
1253 // protect against races, so this function is `unsafe`
1254 unsafe fn bump_levels_unsafe1() -> u32 {
1255     let ret = LEVELS;
1256     LEVELS += 1;
1257     return ret;
1258 }
1259
1260 // Assuming that we have an atomic_add function which returns the old value,
1261 // this function is "safe" but the meaning of the return value may not be what
1262 // callers expect, so it's still marked as `unsafe`
1263 unsafe fn bump_levels_unsafe2() -> u32 {
1264     return atomic_add(&mut LEVELS, 1);
1265 }
1266 ```
1267
1268 Mutable statics have the same restrictions as normal statics, except that the
1269 type of the value is not required to ascribe to `Sync`.
1270
1271 ### Traits
1272
1273 A _trait_ describes an abstract interface that types can
1274 implement. This interface consists of associated items, which come in
1275 three varieties:
1276
1277 - functions
1278 - constants
1279 - types
1280
1281 Associated functions whose first parameter is named `self` are called
1282 methods and may be invoked using `.` notation (e.g., `x.foo()`).
1283
1284 All traits define an implicit type parameter `Self` that refers to
1285 "the type that is implementing this interface". Traits may also
1286 contain additional type parameters. These type parameters (including
1287 `Self`) may be constrained by other traits and so forth as usual.
1288
1289 Trait bounds on `Self` are considered "supertraits". These are
1290 required to be acyclic.  Supertraits are somewhat different from other
1291 constraints in that they affect what methods are available in the
1292 vtable when the trait is used as a [trait object](#trait-objects).
1293
1294 Traits are implemented for specific types through separate
1295 [implementations](#implementations).
1296
1297 Consider the following trait:
1298
1299 ```
1300 # type Surface = i32;
1301 # type BoundingBox = i32;
1302 trait Shape {
1303     fn draw(&self, Surface);
1304     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox;
1305 }
1306 ```
1307
1308 This defines a trait with two methods. All values that have
1309 [implementations](#implementations) of this trait in scope can have their
1310 `draw` and `bounding_box` methods called, using `value.bounding_box()`
1311 [syntax](#method-call-expressions).
1312
1313 Traits can include default implementations of methods, as in:
1314
1315 ```
1316 trait Foo {
1317     fn bar(&self);
1318     fn baz(&self) { println!("We called baz."); }
1319 }
1320 ```
1321
1322 Here the `baz` method has a default implementation, so types that implement
1323 `Foo` need only implement `bar`. It is also possible for implementing types
1324 to override a method that has a default implementation.
1325
1326 Type parameters can be specified for a trait to make it generic. These appear
1327 after the trait name, using the same syntax used in [generic
1328 functions](#generic-functions).
1329
1330 ```
1331 trait Seq<T> {
1332     fn len(&self) -> u32;
1333     fn elt_at(&self, n: u32) -> T;
1334     fn iter<F>(&self, F) where F: Fn(T);
1335 }
1336 ```
1337
1338 It is also possible to define associated types for a trait. Consider the
1339 following example of a `Container` trait. Notice how the type is available
1340 for use in the method signatures:
1341
1342 ```
1343 trait Container {
1344     type E;
1345     fn empty() -> Self;
1346     fn insert(&mut self, Self::E);
1347 }
1348 ```
1349
1350 In order for a type to implement this trait, it must not only provide
1351 implementations for every method, but it must specify the type `E`. Here's
1352 an implementation of `Container` for the standard library type `Vec`:
1353
1354 ```
1355 # trait Container {
1356 #     type E;
1357 #     fn empty() -> Self;
1358 #     fn insert(&mut self, Self::E);
1359 # }
1360 impl<T> Container for Vec<T> {
1361     type E = T;
1362     fn empty() -> Vec<T> { Vec::new() }
1363     fn insert(&mut self, x: T) { self.push(x); }
1364 }
1365 ```
1366
1367 Generic functions may use traits as _bounds_ on their type parameters. This
1368 will have two effects:
1369
1370 - Only types that have the trait may instantiate the parameter.
1371 - Within the generic function, the methods of the trait can be
1372   called on values that have the parameter's type.
1373
1374 For example:
1375
1376 ```
1377 # type Surface = i32;
1378 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); }
1379 fn draw_twice<T: Shape>(surface: Surface, sh: T) {
1380     sh.draw(surface);
1381     sh.draw(surface);
1382 }
1383 ```
1384
1385 Traits also define a [trait object](#trait-objects) with the same
1386 name as the trait. Values of this type are created by coercing from a
1387 pointer of some specific type to a pointer of trait type. For example,
1388 `&T` could be coerced to `&Shape` if `T: Shape` holds (and similarly
1389 for `Box<T>`). This coercion can either be implicit or
1390 [explicit](#type-cast-expressions). Here is an example of an explicit
1391 coercion:
1392
1393 ```
1394 trait Shape { }
1395 impl Shape for i32 { }
1396 let mycircle = 0i32;
1397 let myshape: Box<Shape> = Box::new(mycircle) as Box<Shape>;
1398 ```
1399
1400 The resulting value is a box containing the value that was cast, along with
1401 information that identifies the methods of the implementation that was used.
1402 Values with a trait type can have [methods called](#method-call-expressions) on
1403 them, for any method in the trait, and can be used to instantiate type
1404 parameters that are bounded by the trait.
1405
1406 Trait methods may be static, which means that they lack a `self` argument.
1407 This means that they can only be called with function call syntax (`f(x)`) and
1408 not method call syntax (`obj.f()`). The way to refer to the name of a static
1409 method is to qualify it with the trait name, treating the trait name like a
1410 module. For example:
1411
1412 ```
1413 trait Num {
1414     fn from_i32(n: i32) -> Self;
1415 }
1416 impl Num for f64 {
1417     fn from_i32(n: i32) -> f64 { n as f64 }
1418 }
1419 let x: f64 = Num::from_i32(42);
1420 ```
1421
1422 Traits may inherit from other traits. Consider the following example:
1423
1424 ```
1425 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1426 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1427 ```
1428
1429 The syntax `Circle : Shape` means that types that implement `Circle` must also
1430 have an implementation for `Shape`. Multiple supertraits are separated by `+`,
1431 `trait Circle : Shape + PartialEq { }`. In an implementation of `Circle` for a
1432 given type `T`, methods can refer to `Shape` methods, since the typechecker
1433 checks that any type with an implementation of `Circle` also has an
1434 implementation of `Shape`:
1435
1436 ```rust
1437 struct Foo;
1438
1439 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1440 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1441 impl Shape for Foo {
1442     fn area(&self) -> f64 {
1443         0.0
1444     }
1445 }
1446 impl Circle for Foo {
1447     fn radius(&self) -> f64 {
1448         println!("calling area: {}", self.area());
1449
1450         0.0
1451     }
1452 }
1453
1454 let c = Foo;
1455 c.radius();
1456 ```
1457
1458 In type-parameterized functions, methods of the supertrait may be called on
1459 values of subtrait-bound type parameters. Referring to the previous example of
1460 `trait Circle : Shape`:
1461
1462 ```
1463 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1464 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1465 fn radius_times_area<T: Circle>(c: T) -> f64 {
1466     // `c` is both a Circle and a Shape
1467     c.radius() * c.area()
1468 }
1469 ```
1470
1471 Likewise, supertrait methods may also be called on trait objects.
1472
1473 ```{.ignore}
1474 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1475 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1476 # impl Shape for i32 { fn area(&self) -> f64 { 0.0 } }
1477 # impl Circle for i32 { fn radius(&self) -> f64 { 0.0 } }
1478 # let mycircle = 0i32;
1479 let mycircle = Box::new(mycircle) as Box<Circle>;
1480 let nonsense = mycircle.radius() * mycircle.area();
1481 ```
1482
1483 ### Implementations
1484
1485 An _implementation_ is an item that implements a [trait](#traits) for a
1486 specific type.
1487
1488 Implementations are defined with the keyword `impl`.
1489
1490 ```
1491 # #[derive(Copy, Clone)]
1492 # struct Point {x: f64, y: f64};
1493 # type Surface = i32;
1494 # struct BoundingBox {x: f64, y: f64, width: f64, height: f64};
1495 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); fn bounding_box(&self) -> BoundingBox; }
1496 # fn do_draw_circle(s: Surface, c: Circle) { }
1497 struct Circle {
1498     radius: f64,
1499     center: Point,
1500 }
1501
1502 impl Copy for Circle {}
1503
1504 impl Clone for Circle {
1505     fn clone(&self) -> Circle { *self }
1506 }
1507
1508 impl Shape for Circle {
1509     fn draw(&self, s: Surface) { do_draw_circle(s, *self); }
1510     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox {
1511         let r = self.radius;
1512         BoundingBox {
1513             x: self.center.x - r,
1514             y: self.center.y - r,
1515             width: 2.0 * r,
1516             height: 2.0 * r,
1517         }
1518     }
1519 }
1520 ```
1521
1522 It is possible to define an implementation without referring to a trait. The
1523 methods in such an implementation can only be used as direct calls on the
1524 values of the type that the implementation targets. In such an implementation,
1525 the trait type and `for` after `impl` are omitted. Such implementations are
1526 limited to nominal types (enums, structs), and the implementation must appear
1527 in the same crate as the `self` type:
1528
1529 ```
1530 struct Point {x: i32, y: i32}
1531
1532 impl Point {
1533     fn log(&self) {
1534         println!("Point is at ({}, {})", self.x, self.y);
1535     }
1536 }
1537
1538 let my_point = Point {x: 10, y:11};
1539 my_point.log();
1540 ```
1541
1542 When a trait _is_ specified in an `impl`, all methods declared as part of the
1543 trait must be implemented, with matching types and type parameter counts.
1544
1545 An implementation can take type parameters, which can be different from the
1546 type parameters taken by the trait it implements. Implementation parameters
1547 are written after the `impl` keyword.
1548
1549 ```
1550 # trait Seq<T> { fn dummy(&self, _: T) { } }
1551 impl<T> Seq<T> for Vec<T> {
1552     /* ... */
1553 }
1554 impl Seq<bool> for u32 {
1555     /* Treat the integer as a sequence of bits */
1556 }
1557 ```
1558
1559 ### External blocks
1560
1561 External blocks form the basis for Rust's foreign function interface.
1562 Declarations in an external block describe symbols in external, non-Rust
1563 libraries.
1564
1565 Functions within external blocks are declared in the same way as other Rust
1566 functions, with the exception that they may not have a body and are instead
1567 terminated by a semicolon.
1568
1569 Functions within external blocks may be called by Rust code, just like
1570 functions defined in Rust. The Rust compiler automatically translates between
1571 the Rust ABI and the foreign ABI.
1572
1573 A number of [attributes](#attributes) control the behavior of external blocks.
1574
1575 By default external blocks assume that the library they are calling uses the
1576 standard C "cdecl" ABI. Other ABIs may be specified using an `abi` string, as
1577 shown here:
1578
1579 ```ignore
1580 // Interface to the Windows API
1581 extern "stdcall" { }
1582 ```
1583
1584 The `link` attribute allows the name of the library to be specified. When
1585 specified the compiler will attempt to link against the native library of the
1586 specified name.
1587
1588 ```{.ignore}
1589 #[link(name = "crypto")]
1590 extern { }
1591 ```
1592
1593 The type of a function declared in an extern block is `extern "abi" fn(A1, ...,
1594 An) -> R`, where `A1...An` are the declared types of its arguments and `R` is
1595 the declared return type.
1596
1597 It is valid to add the `link` attribute on an empty extern block. You can use
1598 this to satisfy the linking requirements of extern blocks elsewhere in your code
1599 (including upstream crates) instead of adding the attribute to each extern block.
1600
1601 ## Visibility and Privacy
1602
1603 These two terms are often used interchangeably, and what they are attempting to
1604 convey is the answer to the question "Can this item be used at this location?"
1605
1606 Rust's name resolution operates on a global hierarchy of namespaces. Each level
1607 in the hierarchy can be thought of as some item. The items are one of those
1608 mentioned above, but also include external crates. Declaring or defining a new
1609 module can be thought of as inserting a new tree into the hierarchy at the
1610 location of the definition.
1611
1612 To control whether interfaces can be used across modules, Rust checks each use
1613 of an item to see whether it should be allowed or not. This is where privacy
1614 warnings are generated, or otherwise "you used a private item of another module
1615 and weren't allowed to."
1616
1617 By default, everything in Rust is *private*, with one exception. Enum variants
1618 in a `pub` enum are also public by default. When an item is declared as `pub`,
1619 it can be thought of as being accessible to the outside world. For example:
1620
1621 ```
1622 # fn main() {}
1623 // Declare a private struct
1624 struct Foo;
1625
1626 // Declare a public struct with a private field
1627 pub struct Bar {
1628     field: i32
1629 }
1630
1631 // Declare a public enum with two public variants
1632 pub enum State {
1633     PubliclyAccessibleState,
1634     PubliclyAccessibleState2,
1635 }
1636 ```
1637
1638 With the notion of an item being either public or private, Rust allows item
1639 accesses in two cases:
1640
1641 1. If an item is public, then it can be used externally through any of its
1642    public ancestors.
1643 2. If an item is private, it may be accessed by the current module and its
1644    descendants.
1645
1646 These two cases are surprisingly powerful for creating module hierarchies
1647 exposing public APIs while hiding internal implementation details. To help
1648 explain, here's a few use cases and what they would entail:
1649
1650 * A library developer needs to expose functionality to crates which link
1651   against their library. As a consequence of the first case, this means that
1652   anything which is usable externally must be `pub` from the root down to the
1653   destination item. Any private item in the chain will disallow external
1654   accesses.
1655
1656 * A crate needs a global available "helper module" to itself, but it doesn't
1657   want to expose the helper module as a public API. To accomplish this, the
1658   root of the crate's hierarchy would have a private module which then
1659   internally has a "public API". Because the entire crate is a descendant of
1660   the root, then the entire local crate can access this private module through
1661   the second case.
1662
1663 * When writing unit tests for a module, it's often a common idiom to have an
1664   immediate child of the module to-be-tested named `mod test`. This module
1665   could access any items of the parent module through the second case, meaning
1666   that internal implementation details could also be seamlessly tested from the
1667   child module.
1668
1669 In the second case, it mentions that a private item "can be accessed" by the
1670 current module and its descendants, but the exact meaning of accessing an item
1671 depends on what the item is. Accessing a module, for example, would mean
1672 looking inside of it (to import more items). On the other hand, accessing a
1673 function would mean that it is invoked. Additionally, path expressions and
1674 import statements are considered to access an item in the sense that the
1675 import/expression is only valid if the destination is in the current visibility
1676 scope.
1677
1678 Here's an example of a program which exemplifies the three cases outlined
1679 above:
1680
1681 ```
1682 // This module is private, meaning that no external crate can access this
1683 // module. Because it is private at the root of this current crate, however, any
1684 // module in the crate may access any publicly visible item in this module.
1685 mod crate_helper_module {
1686
1687     // This function can be used by anything in the current crate
1688     pub fn crate_helper() {}
1689
1690     // This function *cannot* be used by anything else in the crate. It is not
1691     // publicly visible outside of the `crate_helper_module`, so only this
1692     // current module and its descendants may access it.
1693     fn implementation_detail() {}
1694 }
1695
1696 // This function is "public to the root" meaning that it's available to external
1697 // crates linking against this one.
1698 pub fn public_api() {}
1699
1700 // Similarly to 'public_api', this module is public so external crates may look
1701 // inside of it.
1702 pub mod submodule {
1703     use crate_helper_module;
1704
1705     pub fn my_method() {
1706         // Any item in the local crate may invoke the helper module's public
1707         // interface through a combination of the two rules above.
1708         crate_helper_module::crate_helper();
1709     }
1710
1711     // This function is hidden to any module which is not a descendant of
1712     // `submodule`
1713     fn my_implementation() {}
1714
1715     #[cfg(test)]
1716     mod test {
1717
1718         #[test]
1719         fn test_my_implementation() {
1720             // Because this module is a descendant of `submodule`, it's allowed
1721             // to access private items inside of `submodule` without a privacy
1722             // violation.
1723             super::my_implementation();
1724         }
1725     }
1726 }
1727
1728 # fn main() {}
1729 ```
1730
1731 For a rust program to pass the privacy checking pass, all paths must be valid
1732 accesses given the two rules above. This includes all use statements,
1733 expressions, types, etc.
1734
1735 ### Re-exporting and Visibility
1736
1737 Rust allows publicly re-exporting items through a `pub use` directive. Because
1738 this is a public directive, this allows the item to be used in the current
1739 module through the rules above. It essentially allows public access into the
1740 re-exported item. For example, this program is valid:
1741
1742 ```
1743 pub use self::implementation::api;
1744
1745 mod implementation {
1746     pub mod api {
1747         pub fn f() {}
1748     }
1749 }
1750
1751 # fn main() {}
1752 ```
1753
1754 This means that any external crate referencing `implementation::api::f` would
1755 receive a privacy violation, while the path `api::f` would be allowed.
1756
1757 When re-exporting a private item, it can be thought of as allowing the "privacy
1758 chain" being short-circuited through the reexport instead of passing through
1759 the namespace hierarchy as it normally would.
1760
1761 ## Attributes
1762
1763 Any item declaration may have an _attribute_ applied to it. Attributes in Rust
1764 are modeled on Attributes in ECMA-335, with the syntax coming from ECMA-334
1765 (C#). An attribute is a general, free-form metadatum that is interpreted
1766 according to name, convention, and language and compiler version. Attributes
1767 may appear as any of:
1768
1769 * A single identifier, the attribute name
1770 * An identifier followed by the equals sign '=' and a literal, providing a
1771   key/value pair
1772 * An identifier followed by a parenthesized list of sub-attribute arguments
1773
1774 Attributes with a bang ("!") after the hash ("#") apply to the item that the
1775 attribute is declared within. Attributes that do not have a bang after the hash
1776 apply to the item that follows the attribute.
1777
1778 An example of attributes:
1779
1780 ```{.rust}
1781 // General metadata applied to the enclosing module or crate.
1782 #![crate_type = "lib"]
1783
1784 // A function marked as a unit test
1785 #[test]
1786 fn test_foo() {
1787     /* ... */
1788 }
1789
1790 // A conditionally-compiled module
1791 #[cfg(target_os="linux")]
1792 mod bar {
1793     /* ... */
1794 }
1795
1796 // A lint attribute used to suppress a warning/error
1797 #[allow(non_camel_case_types)]
1798 type int8_t = i8;
1799 ```
1800
1801 > **Note:** At some point in the future, the compiler will distinguish between
1802 > language-reserved and user-available attributes. Until then, there is
1803 > effectively no difference between an attribute handled by a loadable syntax
1804 > extension and the compiler.
1805
1806 ### Crate-only attributes
1807
1808 - `crate_name` - specify the crate's crate name.
1809 - `crate_type` - see [linkage](#linkage).
1810 - `feature` - see [compiler features](#compiler-features).
1811 - `no_builtins` - disable optimizing certain code patterns to invocations of
1812                   library functions that are assumed to exist
1813 - `no_main` - disable emitting the `main` symbol. Useful when some other
1814    object being linked to defines `main`.
1815 - `no_start` - disable linking to the `native` crate, which specifies the
1816   "start" language item.
1817 - `no_std` - disable linking to the `std` crate.
1818 - `plugin` - load a list of named crates as compiler plugins, e.g.
1819              `#![plugin(foo, bar)]`. Optional arguments for each plugin,
1820              i.e. `#![plugin(foo(... args ...))]`, are provided to the plugin's
1821              registrar function.  The `plugin` feature gate is required to use
1822              this attribute.
1823 - `recursion_limit` - Sets the maximum depth for potentially
1824                       infinitely-recursive compile-time operations like
1825                       auto-dereference or macro expansion. The default is
1826                       `#![recursion_limit="64"]`.
1827
1828 ### Module-only attributes
1829
1830 - `no_implicit_prelude` - disable injecting `use std::prelude::*` in this
1831   module.
1832 - `path` - specifies the file to load the module from. `#[path="foo.rs"] mod
1833   bar;` is equivalent to `mod bar { /* contents of foo.rs */ }`. The path is
1834   taken relative to the directory that the current module is in.
1835
1836 ### Function-only attributes
1837
1838 - `main` - indicates that this function should be passed to the entry point,
1839   rather than the function in the crate root named `main`.
1840 - `plugin_registrar` - mark this function as the registration point for
1841   [compiler plugins][plugin], such as loadable syntax extensions.
1842 - `start` - indicates that this function should be used as the entry point,
1843   overriding the "start" language item. See the "start" [language
1844   item](#language-items) for more details.
1845 - `test` - indicates that this function is a test function, to only be compiled
1846   in case of `--test`.
1847 - `should_panic` - indicates that this test function should panic, inverting the success condition.
1848 - `cold` - The function is unlikely to be executed, so optimize it (and calls
1849   to it) differently.
1850
1851 ### Static-only attributes
1852
1853 - `thread_local` - on a `static mut`, this signals that the value of this
1854   static may change depending on the current thread. The exact consequences of
1855   this are implementation-defined.
1856
1857 ### FFI attributes
1858
1859 On an `extern` block, the following attributes are interpreted:
1860
1861 - `link_args` - specify arguments to the linker, rather than just the library
1862   name and type. This is feature gated and the exact behavior is
1863   implementation-defined (due to variety of linker invocation syntax).
1864 - `link` - indicate that a native library should be linked to for the
1865   declarations in this block to be linked correctly. `link` supports an optional
1866   `kind` key with three possible values: `dylib`, `static`, and `framework`. See
1867   [external blocks](#external-blocks) for more about external blocks. Two
1868   examples: `#[link(name = "readline")]` and
1869   `#[link(name = "CoreFoundation", kind = "framework")]`.
1870 - `linked_from` - indicates what native library this block of FFI items is
1871   coming from. This attribute is of the form `#[linked_from = "foo"]` where
1872   `foo` is the name of a library in either `#[link]` or a `-l` flag. This
1873   attribute is currently required to export symbols from a Rust dynamic library
1874   on Windows, and it is feature gated behind the `linked_from` feature.
1875
1876 On declarations inside an `extern` block, the following attributes are
1877 interpreted:
1878
1879 - `link_name` - the name of the symbol that this function or static should be
1880   imported as.
1881 - `linkage` - on a static, this specifies the [linkage
1882   type](http://llvm.org/docs/LangRef.html#linkage-types).
1883
1884 On `enum`s:
1885
1886 - `repr` - on C-like enums, this sets the underlying type used for
1887   representation. Takes one argument, which is the primitive
1888   type this enum should be represented for, or `C`, which specifies that it
1889   should be the default `enum` size of the C ABI for that platform. Note that
1890   enum representation in C is undefined, and this may be incorrect when the C
1891   code is compiled with certain flags.
1892
1893 On `struct`s:
1894
1895 - `repr` - specifies the representation to use for this struct. Takes a list
1896   of options. The currently accepted ones are `C` and `packed`, which may be
1897   combined. `C` will use a C ABI compatible struct layout, and `packed` will
1898   remove any padding between fields (note that this is very fragile and may
1899   break platforms which require aligned access).
1900
1901 ### Macro-related attributes
1902
1903 - `macro_use` on a `mod` — macros defined in this module will be visible in the
1904   module's parent, after this module has been included.
1905
1906 - `macro_use` on an `extern crate` — load macros from this crate.  An optional
1907   list of names `#[macro_use(foo, bar)]` restricts the import to just those
1908   macros named.  The `extern crate` must appear at the crate root, not inside
1909   `mod`, which ensures proper function of the [`$crate` macro
1910   variable](book/macros.html#the-variable-crate).
1911
1912 - `macro_reexport` on an `extern crate` — re-export the named macros.
1913
1914 - `macro_export` - export a macro for cross-crate usage.
1915
1916 - `no_link` on an `extern crate` — even if we load this crate for macros, don't
1917   link it into the output.
1918
1919 See the [macros section of the
1920 book](book/macros.html#scoping-and-macro-importexport) for more information on
1921 macro scope.
1922
1923
1924 ### Miscellaneous attributes
1925
1926 - `export_name` - on statics and functions, this determines the name of the
1927   exported symbol.
1928 - `link_section` - on statics and functions, this specifies the section of the
1929   object file that this item's contents will be placed into.
1930 - `no_mangle` - on any item, do not apply the standard name mangling. Set the
1931   symbol for this item to its identifier.
1932 - `simd` - on certain tuple structs, derive the arithmetic operators, which
1933   lower to the target's SIMD instructions, if any; the `simd` feature gate
1934   is necessary to use this attribute.
1935 - `unsafe_destructor_blind_to_params` - on `Drop::drop` method, asserts that the
1936   destructor code (and all potential specializations of that code) will
1937   never attempt to read from nor write to any references with lifetimes
1938   that come in via generic parameters. This is a constraint we cannot
1939   currently express via the type system, and therefore we rely on the
1940   programmer to assert that it holds. Adding this to a Drop impl causes
1941   the associated destructor to be considered "uninteresting" by the
1942   Drop-Check rule, and thus it can help sidestep data ordering
1943   constraints that would otherwise be introduced by the Drop-Check
1944   rule. Such sidestepping of the constraints, if done incorrectly, can
1945   lead to undefined behavior (in the form of reading or writing to data
1946   outside of its dynamic extent), and thus this attribute has the word
1947   "unsafe" in its name. To use this, the
1948   `unsafe_destructor_blind_to_params` feature gate must be enabled.
1949 - `unsafe_no_drop_flag` - on structs, remove the flag that prevents
1950   destructors from being run twice. Destructors might be run multiple times on
1951   the same object with this attribute. To use this, the `unsafe_no_drop_flag` feature
1952   gate must be enabled.
1953 - `doc` - Doc comments such as `/// foo` are equivalent to `#[doc = "foo"]`.
1954 - `rustc_on_unimplemented` - Write a custom note to be shown along with the error
1955    when the trait is found to be unimplemented on a type.
1956    You may use format arguments like `{T}`, `{A}` to correspond to the
1957    types at the point of use corresponding to the type parameters of the
1958    trait of the same name. `{Self}` will be replaced with the type that is supposed
1959    to implement the trait but doesn't. To use this, the `on_unimplemented` feature gate
1960    must be enabled.
1961
1962 ### Conditional compilation
1963
1964 Sometimes one wants to have different compiler outputs from the same code,
1965 depending on build target, such as targeted operating system, or to enable
1966 release builds.
1967
1968 There are two kinds of configuration options, one that is either defined or not
1969 (`#[cfg(foo)]`), and the other that contains a string that can be checked
1970 against (`#[cfg(bar = "baz")]`). Currently, only compiler-defined configuration
1971 options can have the latter form.
1972
1973 ```
1974 // The function is only included in the build when compiling for OSX
1975 #[cfg(target_os = "macos")]
1976 fn macos_only() {
1977   // ...
1978 }
1979
1980 // This function is only included when either foo or bar is defined
1981 #[cfg(any(foo, bar))]
1982 fn needs_foo_or_bar() {
1983   // ...
1984 }
1985
1986 // This function is only included when compiling for a unixish OS with a 32-bit
1987 // architecture
1988 #[cfg(all(unix, target_pointer_width = "32"))]
1989 fn on_32bit_unix() {
1990   // ...
1991 }
1992
1993 // This function is only included when foo is not defined
1994 #[cfg(not(foo))]
1995 fn needs_not_foo() {
1996   // ...
1997 }
1998 ```
1999
2000 This illustrates some conditional compilation can be achieved using the
2001 `#[cfg(...)]` attribute. `any`, `all` and `not` can be used to assemble
2002 arbitrarily complex configurations through nesting.
2003
2004 The following configurations must be defined by the implementation:
2005
2006 * `debug_assertions` - Enabled by default when compiling without optimizations.
2007   This can be used to enable extra debugging code in development but not in
2008   production.  For example, it controls the behavior of the standard library's
2009   `debug_assert!` macro.
2010 * `target_arch = "..."` - Target CPU architecture, such as `"x86"`, `"x86_64"`
2011   `"mips"`, `"powerpc"`, `"arm"`, or `"aarch64"`.
2012 * `target_endian = "..."` - Endianness of the target CPU, either `"little"` or
2013   `"big"`.
2014 * `target_env = ".."` - An option provided by the compiler by default
2015   describing the runtime environment of the target platform. Some examples of
2016   this are `musl` for builds targeting the MUSL libc implementation, `msvc` for
2017   Windows builds targeting MSVC, and `gnu` frequently the rest of the time. This
2018   option may also be blank on some platforms.
2019 * `target_family = "..."` - Operating system family of the target, e. g.
2020   `"unix"` or `"windows"`. The value of this configuration option is defined
2021   as a configuration itself, like `unix` or `windows`.
2022 * `target_os = "..."` - Operating system of the target, examples include
2023   `"windows"`, `"macos"`, `"ios"`, `"linux"`, `"android"`, `"freebsd"`, `"dragonfly"`,
2024   `"bitrig"` , `"openbsd"` or `"netbsd"`.
2025 * `target_pointer_width = "..."` - Target pointer width in bits. This is set
2026   to `"32"` for targets with 32-bit pointers, and likewise set to `"64"` for
2027   64-bit pointers.
2028 * `target_vendor = "..."` - Vendor of the target, for example `apple`, `pc`, or
2029   simply `"unknown"`.
2030 * `test` - Enabled when compiling the test harness (using the `--test` flag).
2031 * `unix` - See `target_family`.
2032 * `windows` - See `target_family`.
2033
2034 You can also set another attribute based on a `cfg` variable with `cfg_attr`:
2035
2036 ```rust,ignore
2037 #[cfg_attr(a, b)]
2038 ```
2039
2040 Will be the same as `#[b]` if `a` is set by `cfg`, and nothing otherwise.
2041
2042 ### Lint check attributes
2043
2044 A lint check names a potentially undesirable coding pattern, such as
2045 unreachable code or omitted documentation, for the static entity to which the
2046 attribute applies.
2047
2048 For any lint check `C`:
2049
2050 * `allow(C)` overrides the check for `C` so that violations will go
2051    unreported,
2052 * `deny(C)` signals an error after encountering a violation of `C`,
2053 * `forbid(C)` is the same as `deny(C)`, but also forbids changing the lint
2054    level afterwards,
2055 * `warn(C)` warns about violations of `C` but continues compilation.
2056
2057 The lint checks supported by the compiler can be found via `rustc -W help`,
2058 along with their default settings.  [Compiler
2059 plugins](book/compiler-plugins.html#lint-plugins) can provide additional lint checks.
2060
2061 ```{.ignore}
2062 mod m1 {
2063     // Missing documentation is ignored here
2064     #[allow(missing_docs)]
2065     pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2066
2067     // Missing documentation signals a warning here
2068     #[warn(missing_docs)]
2069     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2070
2071     // Missing documentation signals an error here
2072     #[deny(missing_docs)]
2073     pub fn undocumented_end() -> i32 { 3 }
2074 }
2075 ```
2076
2077 This example shows how one can use `allow` and `warn` to toggle a particular
2078 check on and off:
2079
2080 ```{.ignore}
2081 #[warn(missing_docs)]
2082 mod m2{
2083     #[allow(missing_docs)]
2084     mod nested {
2085         // Missing documentation is ignored here
2086         pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2087
2088         // Missing documentation signals a warning here,
2089         // despite the allow above.
2090         #[warn(missing_docs)]
2091         pub fn undocumented_two() -> i32 { 2 }
2092     }
2093
2094     // Missing documentation signals a warning here
2095     pub fn undocumented_too() -> i32 { 3 }
2096 }
2097 ```
2098
2099 This example shows how one can use `forbid` to disallow uses of `allow` for
2100 that lint check:
2101
2102 ```{.ignore}
2103 #[forbid(missing_docs)]
2104 mod m3 {
2105     // Attempting to toggle warning signals an error here
2106     #[allow(missing_docs)]
2107     /// Returns 2.
2108     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2109 }
2110 ```
2111
2112 ### Language items
2113
2114 Some primitive Rust operations are defined in Rust code, rather than being
2115 implemented directly in C or assembly language. The definitions of these
2116 operations have to be easy for the compiler to find. The `lang` attribute
2117 makes it possible to declare these operations. For example, the `str` module
2118 in the Rust standard library defines the string equality function:
2119
2120 ```{.ignore}
2121 #[lang = "str_eq"]
2122 pub fn eq_slice(a: &str, b: &str) -> bool {
2123     // details elided
2124 }
2125 ```
2126
2127 The name `str_eq` has a special meaning to the Rust compiler, and the presence
2128 of this definition means that it will use this definition when generating calls
2129 to the string equality function.
2130
2131 The set of language items is currently considered unstable. A complete
2132 list of the built-in language items will be added in the future.
2133
2134 ### Inline attributes
2135
2136 The inline attribute suggests that the compiler should place a copy of
2137 the function or static in the caller, rather than generating code to
2138 call the function or access the static where it is defined.
2139
2140 The compiler automatically inlines functions based on internal heuristics.
2141 Incorrectly inlining functions can actually make the program slower, so it
2142 should be used with care.
2143
2144 `#[inline]` and `#[inline(always)]` always cause the function to be serialized
2145 into the crate metadata to allow cross-crate inlining.
2146
2147 There are three different types of inline attributes:
2148
2149 * `#[inline]` hints the compiler to perform an inline expansion.
2150 * `#[inline(always)]` asks the compiler to always perform an inline expansion.
2151 * `#[inline(never)]` asks the compiler to never perform an inline expansion.
2152
2153 ### `derive`
2154
2155 The `derive` attribute allows certain traits to be automatically implemented
2156 for data structures. For example, the following will create an `impl` for the
2157 `PartialEq` and `Clone` traits for `Foo`, the type parameter `T` will be given
2158 the `PartialEq` or `Clone` constraints for the appropriate `impl`:
2159
2160 ```
2161 #[derive(PartialEq, Clone)]
2162 struct Foo<T> {
2163     a: i32,
2164     b: T
2165 }
2166 ```
2167
2168 The generated `impl` for `PartialEq` is equivalent to
2169
2170 ```
2171 # struct Foo<T> { a: i32, b: T }
2172 impl<T: PartialEq> PartialEq for Foo<T> {
2173     fn eq(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2174         self.a == other.a && self.b == other.b
2175     }
2176
2177     fn ne(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2178         self.a != other.a || self.b != other.b
2179     }
2180 }
2181 ```
2182
2183 ### Compiler Features
2184
2185 Certain aspects of Rust may be implemented in the compiler, but they're not
2186 necessarily ready for every-day use. These features are often of "prototype
2187 quality" or "almost production ready", but may not be stable enough to be
2188 considered a full-fledged language feature.
2189
2190 For this reason, Rust recognizes a special crate-level attribute of the form:
2191
2192 ```{.ignore}
2193 #![feature(feature1, feature2, feature3)]
2194 ```
2195
2196 This directive informs the compiler that the feature list: `feature1`,
2197 `feature2`, and `feature3` should all be enabled. This is only recognized at a
2198 crate-level, not at a module-level. Without this directive, all features are
2199 considered off, and using the features will result in a compiler error.
2200
2201 The currently implemented features of the reference compiler are:
2202
2203 * `advanced_slice_patterns` - See the [match expressions](#match-expressions)
2204                               section for discussion; the exact semantics of
2205                               slice patterns are subject to change, so some types
2206                               are still unstable.
2207
2208 * `slice_patterns` - OK, actually, slice patterns are just scary and
2209                      completely unstable.
2210
2211 * `asm` - The `asm!` macro provides a means for inline assembly. This is often
2212           useful, but the exact syntax for this feature along with its
2213           semantics are likely to change, so this macro usage must be opted
2214           into.
2215
2216 * `associated_consts` - Allows constants to be defined in `impl` and `trait`
2217                         blocks, so that they can be associated with a type or
2218                         trait in a similar manner to methods and associated
2219                         types.
2220
2221 * `box_patterns` - Allows `box` patterns, the exact semantics of which
2222                    is subject to change.
2223
2224 * `box_syntax` - Allows use of `box` expressions, the exact semantics of which
2225                  is subject to change.
2226
2227 * `cfg_target_vendor` - Allows conditional compilation using the `target_vendor`
2228                         matcher which is subject to change.
2229
2230 * `concat_idents` - Allows use of the `concat_idents` macro, which is in many
2231                     ways insufficient for concatenating identifiers, and may be
2232                     removed entirely for something more wholesome.
2233
2234 * `custom_attribute` - Allows the usage of attributes unknown to the compiler
2235                        so that new attributes can be added in a backwards compatible
2236                        manner (RFC 572).
2237
2238 * `custom_derive` - Allows the use of `#[derive(Foo,Bar)]` as sugar for
2239                     `#[derive_Foo] #[derive_Bar]`, which can be user-defined syntax
2240                     extensions.
2241
2242 * `intrinsics` - Allows use of the "rust-intrinsics" ABI. Compiler intrinsics
2243                  are inherently unstable and no promise about them is made.
2244
2245 * `lang_items` - Allows use of the `#[lang]` attribute. Like `intrinsics`,
2246                  lang items are inherently unstable and no promise about them
2247                  is made.
2248
2249 * `link_args` - This attribute is used to specify custom flags to the linker,
2250                 but usage is strongly discouraged. The compiler's usage of the
2251                 system linker is not guaranteed to continue in the future, and
2252                 if the system linker is not used then specifying custom flags
2253                 doesn't have much meaning.
2254
2255 * `link_llvm_intrinsics` – Allows linking to LLVM intrinsics via
2256                            `#[link_name="llvm.*"]`.
2257
2258 * `linkage` - Allows use of the `linkage` attribute, which is not portable.
2259
2260 * `log_syntax` - Allows use of the `log_syntax` macro attribute, which is a
2261                  nasty hack that will certainly be removed.
2262
2263 * `main` - Allows use of the `#[main]` attribute, which changes the entry point
2264            into a Rust program. This capability is subject to change.
2265
2266 * `macro_reexport` - Allows macros to be re-exported from one crate after being imported
2267                      from another. This feature was originally designed with the sole
2268                      use case of the Rust standard library in mind, and is subject to
2269                      change.
2270
2271 * `non_ascii_idents` - The compiler supports the use of non-ascii identifiers,
2272                        but the implementation is a little rough around the
2273                        edges, so this can be seen as an experimental feature
2274                        for now until the specification of identifiers is fully
2275                        fleshed out.
2276
2277 * `no_std` - Allows the `#![no_std]` crate attribute, which disables the implicit
2278              `extern crate std`. This typically requires use of the unstable APIs
2279              behind the libstd "facade", such as libcore and libcollections. It
2280              may also cause problems when using syntax extensions, including
2281              `#[derive]`.
2282
2283 * `on_unimplemented` - Allows the `#[rustc_on_unimplemented]` attribute, which allows
2284                        trait definitions to add specialized notes to error messages
2285                        when an implementation was expected but not found.
2286
2287 * `optin_builtin_traits` - Allows the definition of default and negative trait
2288                            implementations. Experimental.
2289
2290 * `plugin` - Usage of [compiler plugins][plugin] for custom lints or syntax extensions.
2291              These depend on compiler internals and are subject to change.
2292
2293 * `plugin_registrar` - Indicates that a crate provides [compiler plugins][plugin].
2294
2295 * `quote` - Allows use of the `quote_*!` family of macros, which are
2296             implemented very poorly and will likely change significantly
2297             with a proper implementation.
2298
2299 * `rustc_attrs` - Gates internal `#[rustc_*]` attributes which may be
2300                   for internal use only or have meaning added to them in the future.
2301
2302 * `rustc_diagnostic_macros`- A mysterious feature, used in the implementation
2303                              of rustc, not meant for mortals.
2304
2305 * `simd` - Allows use of the `#[simd]` attribute, which is overly simple and
2306            not the SIMD interface we want to expose in the long term.
2307
2308 * `simd_ffi` - Allows use of SIMD vectors in signatures for foreign functions.
2309                The SIMD interface is subject to change.
2310
2311 * `staged_api` - Allows usage of stability markers and `#![staged_api]` in a
2312                  crate. Stability markers are also attributes: `#[stable]`,
2313                  `#[unstable]`, and `#[deprecated]` are the three levels.
2314
2315 * `start` - Allows use of the `#[start]` attribute, which changes the entry point
2316             into a Rust program. This capability, especially the signature for the
2317             annotated function, is subject to change.
2318
2319 * `struct_variant` - Structural enum variants (those with named fields). It is
2320                      currently unknown whether this style of enum variant is as
2321                      fully supported as the tuple-forms, and it's not certain
2322                      that this style of variant should remain in the language.
2323                      For now this style of variant is hidden behind a feature
2324                      flag.
2325
2326 * `thread_local` - The usage of the `#[thread_local]` attribute is experimental
2327                    and should be seen as unstable. This attribute is used to
2328                    declare a `static` as being unique per-thread leveraging
2329                    LLVM's implementation which works in concert with the kernel
2330                    loader and dynamic linker. This is not necessarily available
2331                    on all platforms, and usage of it is discouraged.
2332
2333 * `trace_macros` - Allows use of the `trace_macros` macro, which is a nasty
2334                    hack that will certainly be removed.
2335
2336 * `unboxed_closures` - Rust's new closure design, which is currently a work in
2337                        progress feature with many known bugs.
2338
2339 * `unsafe_no_drop_flag` - Allows use of the `#[unsafe_no_drop_flag]` attribute,
2340                           which removes hidden flag added to a type that
2341                           implements the `Drop` trait. The design for the
2342                           `Drop` flag is subject to change, and this feature
2343                           may be removed in the future.
2344
2345 * `unmarked_api` - Allows use of items within a `#![staged_api]` crate
2346                    which have not been marked with a stability marker.
2347                    Such items should not be allowed by the compiler to exist,
2348                    so if you need this there probably is a compiler bug.
2349
2350 * `visible_private_types` - Allows public APIs to expose otherwise private
2351                             types, e.g. as the return type of a public function.
2352                             This capability may be removed in the future.
2353
2354 * `allow_internal_unstable` - Allows `macro_rules!` macros to be tagged with the
2355                               `#[allow_internal_unstable]` attribute, designed
2356                               to allow `std` macros to call
2357                               `#[unstable]`/feature-gated functionality
2358                               internally without imposing on callers
2359                               (i.e. making them behave like function calls in
2360                               terms of encapsulation).
2361 * - `default_type_parameter_fallback` - Allows type parameter defaults to
2362                                         influence type inference.
2363 * - `braced_empty_structs` - Allows use of empty structs and enum variants with braces.
2364
2365 If a feature is promoted to a language feature, then all existing programs will
2366 start to receive compilation warnings about `#![feature]` directives which enabled
2367 the new feature (because the directive is no longer necessary). However, if a
2368 feature is decided to be removed from the language, errors will be issued (if
2369 there isn't a parser error first). The directive in this case is no longer
2370 necessary, and it's likely that existing code will break if the feature isn't
2371 removed.
2372
2373 If an unknown feature is found in a directive, it results in a compiler error.
2374 An unknown feature is one which has never been recognized by the compiler.
2375
2376 # Statements and expressions
2377
2378 Rust is _primarily_ an expression language. This means that most forms of
2379 value-producing or effect-causing evaluation are directed by the uniform syntax
2380 category of _expressions_. Each kind of expression can typically _nest_ within
2381 each other kind of expression, and rules for evaluation of expressions involve
2382 specifying both the value produced by the expression and the order in which its
2383 sub-expressions are themselves evaluated.
2384
2385 In contrast, statements in Rust serve _mostly_ to contain and explicitly
2386 sequence expression evaluation.
2387
2388 ## Statements
2389
2390 A _statement_ is a component of a block, which is in turn a component of an
2391 outer [expression](#expressions) or [function](#functions).
2392
2393 Rust has two kinds of statement: [declaration
2394 statements](#declaration-statements) and [expression
2395 statements](#expression-statements).
2396
2397 ### Declaration statements
2398
2399 A _declaration statement_ is one that introduces one or more *names* into the
2400 enclosing statement block. The declared names may denote new variables or new
2401 items.
2402
2403 #### Item declarations
2404
2405 An _item declaration statement_ has a syntactic form identical to an
2406 [item](#items) declaration within a module. Declaring an item &mdash; a
2407 function, enumeration, struct, type, static, trait, implementation or module
2408 &mdash; locally within a statement block is simply a way of restricting its
2409 scope to a narrow region containing all of its uses; it is otherwise identical
2410 in meaning to declaring the item outside the statement block.
2411
2412 > **Note**: there is no implicit capture of the function's dynamic environment when
2413 > declaring a function-local item.
2414
2415 #### Variable declarations
2416
2417 A _variable declaration_ introduces a new set of variable, given by a pattern. The
2418 pattern may be followed by a type annotation, and/or an initializer expression.
2419 When no type annotation is given, the compiler will infer the type, or signal
2420 an error if insufficient type information is available for definite inference.
2421 Any variables introduced by a variable declaration are visible from the point of
2422 declaration until the end of the enclosing block scope.
2423
2424 ### Expression statements
2425
2426 An _expression statement_ is one that evaluates an [expression](#expressions)
2427 and ignores its result. The type of an expression statement `e;` is always
2428 `()`, regardless of the type of `e`. As a rule, an expression statement's
2429 purpose is to trigger the effects of evaluating its expression.
2430
2431 ## Expressions
2432
2433 An expression may have two roles: it always produces a *value*, and it may have
2434 *effects* (otherwise known as "side effects"). An expression *evaluates to* a
2435 value, and has effects during *evaluation*. Many expressions contain
2436 sub-expressions (operands). The meaning of each kind of expression dictates
2437 several things:
2438
2439 * Whether or not to evaluate the sub-expressions when evaluating the expression
2440 * The order in which to evaluate the sub-expressions
2441 * How to combine the sub-expressions' values to obtain the value of the expression
2442
2443 In this way, the structure of expressions dictates the structure of execution.
2444 Blocks are just another kind of expression, so blocks, statements, expressions,
2445 and blocks again can recursively nest inside each other to an arbitrary depth.
2446
2447 #### Lvalues, rvalues and temporaries
2448
2449 Expressions are divided into two main categories: _lvalues_ and _rvalues_.
2450 Likewise within each expression, sub-expressions may occur in _lvalue context_
2451 or _rvalue context_. The evaluation of an expression depends both on its own
2452 category and the context it occurs within.
2453
2454 An lvalue is an expression that represents a memory location. These expressions
2455 are [paths](#path-expressions) (which refer to local variables, function and
2456 method arguments, or static variables), dereferences (`*expr`), [indexing
2457 expressions](#index-expressions) (`expr[expr]`), and [field
2458 references](#field-expressions) (`expr.f`). All other expressions are rvalues.
2459
2460 The left operand of an [assignment](#assignment-expressions) or
2461 [compound-assignment](#compound-assignment-expressions) expression is
2462 an lvalue context, as is the single operand of a unary
2463 [borrow](#unary-operator-expressions). The discriminant or subject of
2464 a [match expression](#match-expressions) may be an lvalue context, if
2465 ref bindings are made, but is otherwise an rvalue context. All other
2466 expression contexts are rvalue contexts.
2467
2468 When an lvalue is evaluated in an _lvalue context_, it denotes a memory
2469 location; when evaluated in an _rvalue context_, it denotes the value held _in_
2470 that memory location.
2471
2472 ##### Temporary lifetimes
2473
2474 When an rvalue is used in an lvalue context, a temporary un-named
2475 lvalue is created and used instead. The lifetime of temporary values
2476 is typically the innermost enclosing statement; the tail expression of
2477 a block is considered part of the statement that encloses the block.
2478
2479 When a temporary rvalue is being created that is assigned into a `let`
2480 declaration, however, the temporary is created with the lifetime of
2481 the enclosing block instead, as using the enclosing statement (the
2482 `let` declaration) would be a guaranteed error (since a pointer to the
2483 temporary would be stored into a variable, but the temporary would be
2484 freed before the variable could be used). The compiler uses simple
2485 syntactic rules to decide which values are being assigned into a `let`
2486 binding, and therefore deserve a longer temporary lifetime.
2487
2488 Here are some examples:
2489
2490 - `let x = foo(&temp())`. The expression `temp()` is an rvalue. As it
2491   is being borrowed, a temporary is created which will be freed after
2492   the innermost enclosing statement (the `let` declaration, in this case).
2493 - `let x = temp().foo()`. This is the same as the previous example,
2494   except that the value of `temp()` is being borrowed via autoref on a
2495   method-call. Here we are assuming that `foo()` is an `&self` method
2496   defined in some trait, say `Foo`. In other words, the expression
2497   `temp().foo()` is equivalent to `Foo::foo(&temp())`.
2498 - `let x = &temp()`. Here, the same temporary is being assigned into
2499   `x`, rather than being passed as a parameter, and hence the
2500   temporary's lifetime is considered to be the enclosing block.
2501 - `let x = SomeStruct { foo: &temp() }`. As in the previous case, the
2502   temporary is assigned into a struct which is then assigned into a
2503   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2504 - `let x = [ &temp() ]`. As in the previous case, the
2505   temporary is assigned into an array which is then assigned into a
2506   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2507 - `let ref x = temp()`. In this case, the temporary is created using a ref binding,
2508   but the result is the same: the lifetime is extended to the enclosing block.
2509
2510 #### Moved and copied types
2511
2512 When a [local variable](#variables) is used as an
2513 [rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries), the variable will be copied
2514 if its type implements `Copy`. All others are moved.
2515
2516 ### Literal expressions
2517
2518 A _literal expression_ consists of one of the [literal](#literals) forms
2519 described earlier. It directly describes a number, character, string, boolean
2520 value, or the unit value.
2521
2522 ```{.literals}
2523 ();        // unit type
2524 "hello";   // string type
2525 '5';       // character type
2526 5;         // integer type
2527 ```
2528
2529 ### Path expressions
2530
2531 A [path](#paths) used as an expression context denotes either a local variable
2532 or an item. Path expressions are [lvalues](#lvalues-rvalues-and-temporaries).
2533
2534 ### Tuple expressions
2535
2536 Tuples are written by enclosing zero or more comma-separated expressions in
2537 parentheses. They are used to create [tuple-typed](#tuple-types) values.
2538
2539 ```{.tuple}
2540 (0.0, 4.5);
2541 ("a", 4usize, true);
2542 ```
2543
2544 You can disambiguate a single-element tuple from a value in parentheses with a
2545 comma:
2546
2547 ```
2548 (0,); // single-element tuple
2549 (0); // zero in parentheses
2550 ```
2551
2552 ### Struct expressions
2553
2554 There are several forms of struct expressions. A _struct expression_
2555 consists of the [path](#paths) of a [struct item](#structs), followed by
2556 a brace-enclosed list of one or more comma-separated name-value pairs,
2557 providing the field values of a new instance of the struct. A field name
2558 can be any identifier, and is separated from its value expression by a colon.
2559 The location denoted by a struct field is mutable if and only if the
2560 enclosing struct is mutable.
2561
2562 A _tuple struct expression_ consists of the [path](#paths) of a [struct
2563 item](#structs), followed by a parenthesized list of one or more
2564 comma-separated expressions (in other words, the path of a struct item
2565 followed by a tuple expression). The struct item must be a tuple struct
2566 item.
2567
2568 A _unit-like struct expression_ consists only of the [path](#paths) of a
2569 [struct item](#structs).
2570
2571 The following are examples of struct expressions:
2572
2573 ```
2574 # struct Point { x: f64, y: f64 }
2575 # struct TuplePoint(f64, f64);
2576 # mod game { pub struct User<'a> { pub name: &'a str, pub age: u32, pub score: usize } }
2577 # struct Cookie; fn some_fn<T>(t: T) {}
2578 Point {x: 10.0, y: 20.0};
2579 TuplePoint(10.0, 20.0);
2580 let u = game::User {name: "Joe", age: 35, score: 100_000};
2581 some_fn::<Cookie>(Cookie);
2582 ```
2583
2584 A struct expression forms a new value of the named struct type. Note
2585 that for a given *unit-like* struct type, this will always be the same
2586 value.
2587
2588 A struct expression can terminate with the syntax `..` followed by an
2589 expression to denote a functional update. The expression following `..` (the
2590 base) must have the same struct type as the new struct type being formed.
2591 The entire expression denotes the result of constructing a new struct (with
2592 the same type as the base expression) with the given values for the fields that
2593 were explicitly specified and the values in the base expression for all other
2594 fields.
2595
2596 ```
2597 # struct Point3d { x: i32, y: i32, z: i32 }
2598 let base = Point3d {x: 1, y: 2, z: 3};
2599 Point3d {y: 0, z: 10, .. base};
2600 ```
2601
2602 ### Block expressions
2603
2604 A _block expression_ is similar to a module in terms of the declarations that
2605 are possible. Each block conceptually introduces a new namespace scope. Use
2606 items can bring new names into scopes and declared items are in scope for only
2607 the block itself.
2608
2609 A block will execute each statement sequentially, and then execute the
2610 expression (if given). If the block ends in a statement, its value is `()`:
2611
2612 ```
2613 let x: () = { println!("Hello."); };
2614 ```
2615
2616 If it ends in an expression, its value and type are that of the expression:
2617
2618 ```
2619 let x: i32 = { println!("Hello."); 5 };
2620
2621 assert_eq!(5, x);
2622 ```
2623
2624 ### Method-call expressions
2625
2626 A _method call_ consists of an expression followed by a single dot, an
2627 identifier, and a parenthesized expression-list. Method calls are resolved to
2628 methods on specific traits, either statically dispatching to a method if the
2629 exact `self`-type of the left-hand-side is known, or dynamically dispatching if
2630 the left-hand-side expression is an indirect [trait object](#trait-objects).
2631
2632 ### Field expressions
2633
2634 A _field expression_ consists of an expression followed by a single dot and an
2635 identifier, when not immediately followed by a parenthesized expression-list
2636 (the latter is a [method call expression](#method-call-expressions)). A field
2637 expression denotes a field of a [struct](#struct-types).
2638
2639 ```{.ignore .field}
2640 mystruct.myfield;
2641 foo().x;
2642 (Struct {a: 10, b: 20}).a;
2643 ```
2644
2645 A field access is an [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) referring to
2646 the value of that field. When the type providing the field inherits mutability,
2647 it can be [assigned](#assignment-expressions) to.
2648
2649 Also, if the type of the expression to the left of the dot is a
2650 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2651 to make the field access possible. In cases of ambiguity, we prefer
2652 fewer autoderefs to more.
2653
2654 ### Array expressions
2655
2656 An [array](#array-and-slice-types) _expression_ is written by enclosing zero
2657 or more comma-separated expressions of uniform type in square brackets.
2658
2659 In the `[expr ';' expr]` form, the expression after the `';'` must be a
2660 constant expression that can be evaluated at compile time, such as a
2661 [literal](#literals) or a [static item](#static-items).
2662
2663 ```
2664 [1, 2, 3, 4];
2665 ["a", "b", "c", "d"];
2666 [0; 128];              // array with 128 zeros
2667 [0u8, 0u8, 0u8, 0u8];
2668 ```
2669
2670 ### Index expressions
2671
2672 [Array](#array-and-slice-types)-typed expressions can be indexed by
2673 writing a square-bracket-enclosed expression (the index) after them. When the
2674 array is mutable, the resulting [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) can
2675 be assigned to.
2676
2677 Indices are zero-based, and may be of any integral type. Vector access is
2678 bounds-checked at compile-time for constant arrays being accessed with a constant index value.
2679 Otherwise a check will be performed at run-time that will put the thread in a _panicked state_ if it fails.
2680
2681 ```{should-fail}
2682 ([1, 2, 3, 4])[0];
2683
2684 let x = (["a", "b"])[10]; // compiler error: const index-expr is out of bounds
2685
2686 let n = 10;
2687 let y = (["a", "b"])[n]; // panics
2688
2689 let arr = ["a", "b"];
2690 arr[10]; // panics
2691 ```
2692
2693 Also, if the type of the expression to the left of the brackets is a
2694 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2695 to make the indexing possible. In cases of ambiguity, we prefer fewer
2696 autoderefs to more.
2697
2698 ### Range expressions
2699
2700 The `..` operator will construct an object of one of the `std::ops::Range` variants.
2701
2702 ```
2703 1..2;   // std::ops::Range
2704 3..;    // std::ops::RangeFrom
2705 ..4;    // std::ops::RangeTo
2706 ..;     // std::ops::RangeFull
2707 ```
2708
2709 The following expressions are equivalent.
2710
2711 ```
2712 let x = std::ops::Range {start: 0, end: 10};
2713 let y = 0..10;
2714
2715 assert_eq!(x, y);
2716 ```
2717
2718 ### Unary operator expressions
2719
2720 Rust defines the following unary operators. They are all written as prefix operators,
2721 before the expression they apply to.
2722
2723 * `-`
2724   : Negation. May only be applied to numeric types.
2725 * `*`
2726   : Dereference. When applied to a [pointer](#pointer-types) it denotes the
2727     pointed-to location. For pointers to mutable locations, the resulting
2728     [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) can be assigned to.
2729     On non-pointer types, it calls the `deref` method of the `std::ops::Deref`
2730     trait, or the `deref_mut` method of the `std::ops::DerefMut` trait (if
2731     implemented by the type and required for an outer expression that will or
2732     could mutate the dereference), and produces the result of dereferencing the
2733     `&` or `&mut` borrowed pointer returned from the overload method.
2734 * `!`
2735   : Logical negation. On the boolean type, this flips between `true` and
2736     `false`. On integer types, this inverts the individual bits in the
2737     two's complement representation of the value.
2738 * `&` and `&mut`
2739   : Borrowing. When applied to an lvalue, these operators produce a
2740     reference (pointer) to the lvalue. The lvalue is also placed into
2741     a borrowed state for the duration of the reference. For a shared
2742     borrow (`&`), this implies that the lvalue may not be mutated, but
2743     it may be read or shared again. For a mutable borrow (`&mut`), the
2744     lvalue may not be accessed in any way until the borrow expires.
2745     If the `&` or `&mut` operators are applied to an rvalue, a
2746     temporary value is created; the lifetime of this temporary value
2747     is defined by [syntactic rules](#temporary-lifetimes).
2748
2749 ### Binary operator expressions
2750
2751 Binary operators expressions are given in terms of [operator
2752 precedence](#operator-precedence).
2753
2754 #### Arithmetic operators
2755
2756 Binary arithmetic expressions are syntactic sugar for calls to built-in traits,
2757 defined in the `std::ops` module of the `std` library. This means that
2758 arithmetic operators can be overridden for user-defined types. The default
2759 meaning of the operators on standard types is given here.
2760
2761 * `+`
2762   : Addition and array/string concatenation.
2763     Calls the `add` method on the `std::ops::Add` trait.
2764 * `-`
2765   : Subtraction.
2766     Calls the `sub` method on the `std::ops::Sub` trait.
2767 * `*`
2768   : Multiplication.
2769     Calls the `mul` method on the `std::ops::Mul` trait.
2770 * `/`
2771   : Quotient.
2772     Calls the `div` method on the `std::ops::Div` trait.
2773 * `%`
2774   : Remainder.
2775     Calls the `rem` method on the `std::ops::Rem` trait.
2776
2777 #### Bitwise operators
2778
2779 Like the [arithmetic operators](#arithmetic-operators), bitwise operators are
2780 syntactic sugar for calls to methods of built-in traits. This means that
2781 bitwise operators can be overridden for user-defined types. The default
2782 meaning of the operators on standard types is given here. Bitwise `&`, `|` and
2783 `^` applied to boolean arguments are equivalent to logical `&&`, `||` and `!=`
2784 evaluated in non-lazy fashion.
2785
2786 * `&`
2787   : Bitwise AND.
2788     Calls the `bitand` method of the `std::ops::BitAnd` trait.
2789 * `|`
2790   : Bitwise inclusive OR.
2791     Calls the `bitor` method of the `std::ops::BitOr` trait.
2792 * `^`
2793   : Bitwise exclusive OR.
2794     Calls the `bitxor` method of the `std::ops::BitXor` trait.
2795 * `<<`
2796   : Left shift.
2797     Calls the `shl` method of the `std::ops::Shl` trait.
2798 * `>>`
2799   : Right shift (arithmetic).
2800     Calls the `shr` method of the `std::ops::Shr` trait.
2801
2802 #### Lazy boolean operators
2803
2804 The operators `||` and `&&` may be applied to operands of boolean type. The
2805 `||` operator denotes logical 'or', and the `&&` operator denotes logical
2806 'and'. They differ from `|` and `&` in that the right-hand operand is only
2807 evaluated when the left-hand operand does not already determine the result of
2808 the expression. That is, `||` only evaluates its right-hand operand when the
2809 left-hand operand evaluates to `false`, and `&&` only when it evaluates to
2810 `true`.
2811
2812 #### Comparison operators
2813
2814 Comparison operators are, like the [arithmetic
2815 operators](#arithmetic-operators), and [bitwise operators](#bitwise-operators),
2816 syntactic sugar for calls to built-in traits. This means that comparison
2817 operators can be overridden for user-defined types. The default meaning of the
2818 operators on standard types is given here.
2819
2820 * `==`
2821   : Equal to.
2822     Calls the `eq` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
2823 * `!=`
2824   : Unequal to.
2825     Calls the `ne` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
2826 * `<`
2827   : Less than.
2828     Calls the `lt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2829 * `>`
2830   : Greater than.
2831     Calls the `gt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2832 * `<=`
2833   : Less than or equal.
2834     Calls the `le` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2835 * `>=`
2836   : Greater than or equal.
2837     Calls the `ge` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2838
2839 #### Type cast expressions
2840
2841 A type cast expression is denoted with the binary operator `as`.
2842
2843 Executing an `as` expression casts the value on the left-hand side to the type
2844 on the right-hand side.
2845
2846 An example of an `as` expression:
2847
2848 ```
2849 # fn sum(values: &[f64]) -> f64 { 0.0 }
2850 # fn len(values: &[f64]) -> i32 { 0 }
2851
2852 fn average(values: &[f64]) -> f64 {
2853     let sum: f64 = sum(values);
2854     let size: f64 = len(values) as f64;
2855     sum / size
2856 }
2857 ```
2858
2859 Some of the conversions which can be done through the `as` operator
2860 can also be done implicitly at various points in the program, such as
2861 argument passing and assignment to a `let` binding with an explicit
2862 type. Implicit conversions are limited to "harmless" conversions that
2863 do not lose information and which have minimal or no risk of
2864 surprising side-effects on the dynamic execution semantics.
2865
2866 #### Assignment expressions
2867
2868 An _assignment expression_ consists of an
2869 [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) expression followed by an equals
2870 sign (`=`) and an [rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) expression.
2871
2872 Evaluating an assignment expression [either copies or
2873 moves](#moved-and-copied-types) its right-hand operand to its left-hand
2874 operand.
2875
2876 ```
2877 # let mut x = 0;
2878 # let y = 0;
2879 x = y;
2880 ```
2881
2882 #### Compound assignment expressions
2883
2884 The `+`, `-`, `*`, `/`, `%`, `&`, `|`, `^`, `<<`, and `>>` operators may be
2885 composed with the `=` operator. The expression `lval OP= val` is equivalent to
2886 `lval = lval OP val`. For example, `x = x + 1` may be written as `x += 1`.
2887
2888 Any such expression always has the [`unit`](#tuple-types) type.
2889
2890 #### Operator precedence
2891
2892 The precedence of Rust binary operators is ordered as follows, going from
2893 strong to weak:
2894
2895 ```{.text .precedence}
2896 as
2897 * / %
2898 + -
2899 << >>
2900 &
2901 ^
2902 |
2903 == != < > <= >=
2904 &&
2905 ||
2906 = ..
2907 ```
2908
2909 Operators at the same precedence level are evaluated left-to-right. [Unary
2910 operators](#unary-operator-expressions) have the same precedence level and are
2911 stronger than any of the binary operators.
2912
2913 ### Grouped expressions
2914
2915 An expression enclosed in parentheses evaluates to the result of the enclosed
2916 expression. Parentheses can be used to explicitly specify evaluation order
2917 within an expression.
2918
2919 An example of a parenthesized expression:
2920
2921 ```
2922 let x: i32 = (2 + 3) * 4;
2923 ```
2924
2925
2926 ### Call expressions
2927
2928 A _call expression_ invokes a function, providing zero or more input variables
2929 and an optional location to move the function's output into. If the function
2930 eventually returns, then the expression completes.
2931
2932 Some examples of call expressions:
2933
2934 ```
2935 # fn add(x: i32, y: i32) -> i32 { 0 }
2936
2937 let x: i32 = add(1i32, 2i32);
2938 let pi: Result<f32, _> = "3.14".parse();
2939 ```
2940
2941 ### Lambda expressions
2942
2943 A _lambda expression_ (sometimes called an "anonymous function expression")
2944 defines a function and denotes it as a value, in a single expression. A lambda
2945 expression is a pipe-symbol-delimited (`|`) list of identifiers followed by an
2946 expression.
2947
2948 A lambda expression denotes a function that maps a list of parameters
2949 (`ident_list`) onto the expression that follows the `ident_list`. The
2950 identifiers in the `ident_list` are the parameters to the function. These
2951 parameters' types need not be specified, as the compiler infers them from
2952 context.
2953
2954 Lambda expressions are most useful when passing functions as arguments to other
2955 functions, as an abbreviation for defining and capturing a separate function.
2956
2957 Significantly, lambda expressions _capture their environment_, which regular
2958 [function definitions](#functions) do not. The exact type of capture depends
2959 on the [function type](#function-types) inferred for the lambda expression. In
2960 the simplest and least-expensive form (analogous to a ```|| { }``` expression),
2961 the lambda expression captures its environment by reference, effectively
2962 borrowing pointers to all outer variables mentioned inside the function.
2963 Alternately, the compiler may infer that a lambda expression should copy or
2964 move values (depending on their type) from the environment into the lambda
2965 expression's captured environment.
2966
2967 In this example, we define a function `ten_times` that takes a higher-order
2968 function argument, and we then call it with a lambda expression as an argument:
2969
2970 ```
2971 fn ten_times<F>(f: F) where F: Fn(i32) {
2972     for index in 0..10 {
2973         f(index);
2974     }
2975 }
2976
2977 ten_times(|j| println!("hello, {}", j));
2978 ```
2979
2980 ### Infinite loops
2981
2982 A `loop` expression denotes an infinite loop.
2983
2984 A `loop` expression may optionally have a _label_. The label is written as
2985 a lifetime preceding the loop expression, as in `'foo: loop{ }`. If a
2986 label is present, then labeled `break` and `continue` expressions nested
2987 within this loop may exit out of this loop or return control to its head.
2988 See [break expressions](#break-expressions) and [continue
2989 expressions](#continue-expressions).
2990
2991 ### `break` expressions
2992
2993 A `break` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
2994 executing a `break` expression immediately terminates the innermost loop
2995 enclosing it. It is only permitted in the body of a loop. If the label is
2996 present, then `break 'foo` terminates the loop with label `'foo`, which need not
2997 be the innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
2998
2999 ### `continue` expressions
3000
3001 A `continue` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3002 executing a `continue` expression immediately terminates the current iteration
3003 of the innermost loop enclosing it, returning control to the loop *head*. In
3004 the case of a `while` loop, the head is the conditional expression controlling
3005 the loop. In the case of a `for` loop, the head is the call-expression
3006 controlling the loop. If the label is present, then `continue 'foo` returns
3007 control to the head of the loop with label `'foo`, which need not be the
3008 innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3009
3010 A `continue` expression is only permitted in the body of a loop.
3011
3012 ### `while` loops
3013
3014 A `while` loop begins by evaluating the boolean loop conditional expression.
3015 If the loop conditional expression evaluates to `true`, the loop body block
3016 executes and control returns to the loop conditional expression. If the loop
3017 conditional expression evaluates to `false`, the `while` expression completes.
3018
3019 An example:
3020
3021 ```
3022 let mut i = 0;
3023
3024 while i < 10 {
3025     println!("hello");
3026     i = i + 1;
3027 }
3028 ```
3029
3030 Like `loop` expressions, `while` loops can be controlled with `break` or
3031 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3032 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3033 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3034
3035 ### `for` expressions
3036
3037 A `for` expression is a syntactic construct for looping over elements provided
3038 by an implementation of `std::iter::IntoIterator`.
3039
3040 An example of a `for` loop over the contents of an array:
3041
3042 ```
3043 # type Foo = i32;
3044 # fn bar(f: &Foo) { }
3045 # let a = 0;
3046 # let b = 0;
3047 # let c = 0;
3048
3049 let v: &[Foo] = &[a, b, c];
3050
3051 for e in v {
3052     bar(e);
3053 }
3054 ```
3055
3056 An example of a for loop over a series of integers:
3057
3058 ```
3059 # fn bar(b:usize) { }
3060 for i in 0..256 {
3061     bar(i);
3062 }
3063 ```
3064
3065 Like `loop` expressions, `for` loops can be controlled with `break` or
3066 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3067 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3068 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3069
3070 ### `if` expressions
3071
3072 An `if` expression is a conditional branch in program control. The form of an
3073 `if` expression is a condition expression, followed by a consequent block, any
3074 number of `else if` conditions and blocks, and an optional trailing `else`
3075 block. The condition expressions must have type `bool`. If a condition
3076 expression evaluates to `true`, the consequent block is executed and any
3077 subsequent `else if` or `else` block is skipped. If a condition expression
3078 evaluates to `false`, the consequent block is skipped and any subsequent `else
3079 if` condition is evaluated. If all `if` and `else if` conditions evaluate to
3080 `false` then any `else` block is executed.
3081
3082 ### `match` expressions
3083
3084 A `match` expression branches on a *pattern*. The exact form of matching that
3085 occurs depends on the pattern. Patterns consist of some combination of
3086 literals, destructured arrays or enum constructors, structs and tuples,
3087 variable binding specifications, wildcards (`..`), and placeholders (`_`). A
3088 `match` expression has a *head expression*, which is the value to compare to
3089 the patterns. The type of the patterns must equal the type of the head
3090 expression.
3091
3092 In a pattern whose head expression has an `enum` type, a placeholder (`_`)
3093 stands for a *single* data field, whereas a wildcard `..` stands for *all* the
3094 fields of a particular variant.
3095
3096 A `match` behaves differently depending on whether or not the head expression
3097 is an [lvalue or an rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries). If the head
3098 expression is an rvalue, it is first evaluated into a temporary location, and
3099 the resulting value is sequentially compared to the patterns in the arms until
3100 a match is found. The first arm with a matching pattern is chosen as the branch
3101 target of the `match`, any variables bound by the pattern are assigned to local
3102 variables in the arm's block, and control enters the block.
3103
3104 When the head expression is an lvalue, the match does not allocate a temporary
3105 location (however, a by-value binding may copy or move from the lvalue). When
3106 possible, it is preferable to match on lvalues, as the lifetime of these
3107 matches inherits the lifetime of the lvalue, rather than being restricted to
3108 the inside of the match.
3109
3110 An example of a `match` expression:
3111
3112 ```
3113 let x = 1;
3114
3115 match x {
3116     1 => println!("one"),
3117     2 => println!("two"),
3118     3 => println!("three"),
3119     4 => println!("four"),
3120     5 => println!("five"),
3121     _ => println!("something else"),
3122 }
3123 ```
3124
3125 Patterns that bind variables default to binding to a copy or move of the
3126 matched value (depending on the matched value's type). This can be changed to
3127 bind to a reference by using the `ref` keyword, or to a mutable reference using
3128 `ref mut`.
3129
3130 Subpatterns can also be bound to variables by the use of the syntax `variable @
3131 subpattern`. For example:
3132
3133 ```
3134 let x = 1;
3135
3136 match x {
3137     e @ 1 ... 5 => println!("got a range element {}", e),
3138     _ => println!("anything"),
3139 }
3140 ```
3141
3142 Patterns can also dereference pointers by using the `&`, `&mut` and `box`
3143 symbols, as appropriate. For example, these two matches on `x: &i32` are
3144 equivalent:
3145
3146 ```
3147 # let x = &3;
3148 let y = match *x { 0 => "zero", _ => "some" };
3149 let z = match x { &0 => "zero", _ => "some" };
3150
3151 assert_eq!(y, z);
3152 ```
3153
3154 Multiple match patterns may be joined with the `|` operator. A range of values
3155 may be specified with `...`. For example:
3156
3157 ```
3158 # let x = 2;
3159
3160 let message = match x {
3161     0 | 1  => "not many",
3162     2 ... 9 => "a few",
3163     _      => "lots"
3164 };
3165 ```
3166
3167 Range patterns only work on scalar types (like integers and characters; not
3168 like arrays and structs, which have sub-components). A range pattern may not
3169 be a sub-range of another range pattern inside the same `match`.
3170
3171 Finally, match patterns can accept *pattern guards* to further refine the
3172 criteria for matching a case. Pattern guards appear after the pattern and
3173 consist of a bool-typed expression following the `if` keyword. A pattern guard
3174 may refer to the variables bound within the pattern they follow.
3175
3176 ```
3177 # let maybe_digit = Some(0);
3178 # fn process_digit(i: i32) { }
3179 # fn process_other(i: i32) { }
3180
3181 let message = match maybe_digit {
3182     Some(x) if x < 10 => process_digit(x),
3183     Some(x) => process_other(x),
3184     None => panic!()
3185 };
3186 ```
3187
3188 ### `if let` expressions
3189
3190 An `if let` expression is semantically identical to an `if` expression but in place
3191 of a condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3192 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the corresponding
3193 block will execute, otherwise flow proceeds to the first `else` block that follows.
3194
3195 ```
3196 let dish = ("Ham", "Eggs");
3197
3198 // this body will be skipped because the pattern is refuted
3199 if let ("Bacon", b) = dish {
3200     println!("Bacon is served with {}", b);
3201 }
3202
3203 // this body will execute
3204 if let ("Ham", b) = dish {
3205     println!("Ham is served with {}", b);
3206 }
3207 ```
3208
3209 ### `while let` loops
3210
3211 A `while let` loop is semantically identical to a `while` loop but in place of a
3212 condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3213 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the
3214 loop body block executes and control returns to the pattern matching statement.
3215 Otherwise, the while expression completes.
3216
3217 ### `return` expressions
3218
3219 Return expressions are denoted with the keyword `return`. Evaluating a `return`
3220 expression moves its argument into the designated output location for the
3221 current function call, destroys the current function activation frame, and
3222 transfers control to the caller frame.
3223
3224 An example of a `return` expression:
3225
3226 ```
3227 fn max(a: i32, b: i32) -> i32 {
3228     if a > b {
3229         return a;
3230     }
3231     return b;
3232 }
3233 ```
3234
3235 # Type system
3236
3237 ## Types
3238
3239 Every variable, item and value in a Rust program has a type. The _type_ of a
3240 *value* defines the interpretation of the memory holding it.
3241
3242 Built-in types and type-constructors are tightly integrated into the language,
3243 in nontrivial ways that are not possible to emulate in user-defined types.
3244 User-defined types have limited capabilities.
3245
3246 ### Primitive types
3247
3248 The primitive types are the following:
3249
3250 * The boolean type `bool` with values `true` and `false`.
3251 * The machine types (integer and floating-point).
3252 * The machine-dependent integer types.
3253
3254 #### Machine types
3255
3256 The machine types are the following:
3257
3258 * The unsigned word types `u8`, `u16`, `u32` and `u64`, with values drawn from
3259   the integer intervals [0, 2^8 - 1], [0, 2^16 - 1], [0, 2^32 - 1] and
3260   [0, 2^64 - 1] respectively.
3261
3262 * The signed two's complement word types `i8`, `i16`, `i32` and `i64`, with
3263   values drawn from the integer intervals [-(2^(7)), 2^7 - 1],
3264   [-(2^(15)), 2^15 - 1], [-(2^(31)), 2^31 - 1], [-(2^(63)), 2^63 - 1]
3265   respectively.
3266
3267 * The IEEE 754-2008 `binary32` and `binary64` floating-point types: `f32` and
3268   `f64`, respectively.
3269
3270 #### Machine-dependent integer types
3271
3272 The `usize` type is an unsigned integer type with the same number of bits as the
3273 platform's pointer type. It can represent every memory address in the process.
3274
3275 The `isize` type is a signed integer type with the same number of bits as the
3276 platform's pointer type. The theoretical upper bound on object and array size
3277 is the maximum `isize` value. This ensures that `isize` can be used to calculate
3278 differences between pointers into an object or array and can address every byte
3279 within an object along with one byte past the end.
3280
3281 ### Textual types
3282
3283 The types `char` and `str` hold textual data.
3284
3285 A value of type `char` is a [Unicode scalar value](
3286 http://www.unicode.org/glossary/#unicode_scalar_value) (i.e. a code point that
3287 is not a surrogate), represented as a 32-bit unsigned word in the 0x0000 to
3288 0xD7FF or 0xE000 to 0x10FFFF range. A `[char]` array is effectively an UCS-4 /
3289 UTF-32 string.
3290
3291 A value of type `str` is a Unicode string, represented as an array of 8-bit
3292 unsigned bytes holding a sequence of UTF-8 code points. Since `str` is of
3293 unknown size, it is not a _first-class_ type, but can only be instantiated
3294 through a pointer type, such as `&str`.
3295
3296 ### Tuple types
3297
3298 A tuple *type* is a heterogeneous product of other types, called the *elements*
3299 of the tuple. It has no nominal name and is instead structurally typed.
3300
3301 Tuple types and values are denoted by listing the types or values of their
3302 elements, respectively, in a parenthesized, comma-separated list.
3303
3304 Because tuple elements don't have a name, they can only be accessed by
3305 pattern-matching or by using `N` directly as a field to access the
3306 `N`th element.
3307
3308 An example of a tuple type and its use:
3309
3310 ```
3311 type Pair<'a> = (i32, &'a str);
3312 let p: Pair<'static> = (10, "ten");
3313 let (a, b) = p;
3314
3315 assert_eq!(a, 10);
3316 assert_eq!(b, "ten");
3317 assert_eq!(p.0, 10);
3318 assert_eq!(p.1, "ten");
3319 ```
3320
3321 For historical reasons and convenience, the tuple type with no elements (`()`)
3322 is often called ‘unit’ or ‘the unit type’.
3323
3324 ### Array, and Slice types
3325
3326 Rust has two different types for a list of items:
3327
3328 * `[T; N]`, an 'array'
3329 * `&[T]`, a 'slice'
3330
3331 An array has a fixed size, and can be allocated on either the stack or the
3332 heap.
3333
3334 A slice is a 'view' into an array. It doesn't own the data it points
3335 to, it borrows it.
3336
3337 Examples:
3338
3339 ```{rust}
3340 // A stack-allocated array
3341 let array: [i32; 3] = [1, 2, 3];
3342
3343 // A heap-allocated array
3344 let vector: Vec<i32> = vec![1, 2, 3];
3345
3346 // A slice into an array
3347 let slice: &[i32] = &vector[..];
3348 ```
3349
3350 As you can see, the `vec!` macro allows you to create a `Vec<T>` easily. The
3351 `vec!` macro is also part of the standard library, rather than the language.
3352
3353 All in-bounds elements of arrays and slices are always initialized, and access
3354 to an array or slice is always bounds-checked.
3355
3356 ### Struct types
3357
3358 A `struct` *type* is a heterogeneous product of other types, called the
3359 *fields* of the type.[^structtype]
3360
3361 [^structtype]: `struct` types are analogous to `struct` types in C,
3362     the *record* types of the ML family,
3363     or the *struct* types of the Lisp family.
3364
3365 New instances of a `struct` can be constructed with a [struct
3366 expression](#struct-expressions).
3367
3368 The memory layout of a `struct` is undefined by default to allow for compiler
3369 optimizations like field reordering, but it can be fixed with the
3370 `#[repr(...)]` attribute. In either case, fields may be given in any order in
3371 a corresponding struct *expression*; the resulting `struct` value will always
3372 have the same memory layout.
3373
3374 The fields of a `struct` may be qualified by [visibility
3375 modifiers](#visibility-and-privacy), to allow access to data in a
3376 struct outside a module.
3377
3378 A _tuple struct_ type is just like a struct type, except that the fields are
3379 anonymous.
3380
3381 A _unit-like struct_ type is like a struct type, except that it has no
3382 fields. The one value constructed by the associated [struct
3383 expression](#struct-expressions) is the only value that inhabits such a
3384 type.
3385
3386 ### Enumerated types
3387
3388 An *enumerated type* is a nominal, heterogeneous disjoint union type, denoted
3389 by the name of an [`enum` item](#enumerations). [^enumtype]
3390
3391 [^enumtype]: The `enum` type is analogous to a `data` constructor declaration in
3392              ML, or a *pick ADT* in Limbo.
3393
3394 An [`enum` item](#enumerations) declares both the type and a number of *variant
3395 constructors*, each of which is independently named and takes an optional tuple
3396 of arguments.
3397
3398 New instances of an `enum` can be constructed by calling one of the variant
3399 constructors, in a [call expression](#call-expressions).
3400
3401 Any `enum` value consumes as much memory as the largest variant constructor for
3402 its corresponding `enum` type.
3403
3404 Enum types cannot be denoted *structurally* as types, but must be denoted by
3405 named reference to an [`enum` item](#enumerations).
3406
3407 ### Recursive types
3408
3409 Nominal types &mdash; [enumerations](#enumerated-types) and
3410 [structs](#struct-types) &mdash; may be recursive. That is, each `enum`
3411 constructor or `struct` field may refer, directly or indirectly, to the
3412 enclosing `enum` or `struct` type itself. Such recursion has restrictions:
3413
3414 * Recursive types must include a nominal type in the recursion
3415   (not mere [type definitions](grammar.html#type-definitions),
3416    or other structural types such as [arrays](#array-and-slice-types) or [tuples](#tuple-types)).
3417 * A recursive `enum` item must have at least one non-recursive constructor
3418   (in order to give the recursion a basis case).
3419 * The size of a recursive type must be finite;
3420   in other words the recursive fields of the type must be [pointer types](#pointer-types).
3421 * Recursive type definitions can cross module boundaries, but not module *visibility* boundaries,
3422   or crate boundaries (in order to simplify the module system and type checker).
3423
3424 An example of a *recursive* type and its use:
3425
3426 ```
3427 enum List<T> {
3428     Nil,
3429     Cons(T, Box<List<T>>)
3430 }
3431
3432 let a: List<i32> = List::Cons(7, Box::new(List::Cons(13, Box::new(List::Nil))));
3433 ```
3434
3435 ### Pointer types
3436
3437 All pointers in Rust are explicit first-class values. They can be copied,
3438 stored into data structs, and returned from functions. There are two
3439 varieties of pointer in Rust:
3440
3441 * References (`&`)
3442   : These point to memory _owned by some other value_.
3443     A reference type is written `&type`,
3444     or `&'a type` when you need to specify an explicit lifetime.
3445     Copying a reference is a "shallow" operation:
3446     it involves only copying the pointer itself.
3447     Releasing a reference has no effect on the value it points to,
3448     but a reference of a temporary value will keep it alive during the scope
3449     of the reference itself.
3450
3451 * Raw pointers (`*`)
3452   : Raw pointers are pointers without safety or liveness guarantees.
3453     Raw pointers are written as `*const T` or `*mut T`,
3454     for example `*const i32` means a raw pointer to a 32-bit integer.
3455     Copying or dropping a raw pointer has no effect on the lifecycle of any
3456     other value. Dereferencing a raw pointer or converting it to any other
3457     pointer type is an [`unsafe` operation](#unsafe-functions).
3458     Raw pointers are generally discouraged in Rust code;
3459     they exist to support interoperability with foreign code,
3460     and writing performance-critical or low-level functions.
3461
3462 The standard library contains additional 'smart pointer' types beyond references
3463 and raw pointers.
3464
3465 ### Function types
3466
3467 The function type constructor `fn` forms new function types. A function type
3468 consists of a possibly-empty set of function-type modifiers (such as `unsafe`
3469 or `extern`), a sequence of input types and an output type.
3470
3471 An example of a `fn` type:
3472
3473 ```
3474 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
3475     return x + y;
3476 }
3477
3478 let mut x = add(5,7);
3479
3480 type Binop = fn(i32, i32) -> i32;
3481 let bo: Binop = add;
3482 x = bo(5,7);
3483 ```
3484
3485 #### Function types for specific items
3486
3487 Internal to the compiler, there are also function types that are specific to a particular
3488 function item. In the following snippet, for example, the internal types of the functions
3489 `foo` and `bar` are different, despite the fact that they have the same signature:
3490
3491 ```
3492 fn foo() { }
3493 fn bar() { }
3494 ```
3495
3496 The types of `foo` and `bar` can both be implicitly coerced to the fn
3497 pointer type `fn()`. There is currently no syntax for unique fn types,
3498 though the compiler will emit a type like `fn() {foo}` in error
3499 messages to indicate "the unique fn type for the function `foo`".
3500
3501 ### Closure types
3502
3503 A [lambda expression](#lambda-expressions) produces a closure value with
3504 a unique, anonymous type that cannot be written out.
3505
3506 Depending on the requirements of the closure, its type implements one or
3507 more of the closure traits:
3508
3509 * `FnOnce`
3510   : The closure can be called once. A closure called as `FnOnce`
3511     can move out values from its environment.
3512
3513 * `FnMut`
3514   : The closure can be called multiple times as mutable. A closure called as
3515     `FnMut` can mutate values from its environment. `FnMut` inherits from
3516     `FnOnce` (i.e. anything implementing `FnMut` also implements `FnOnce`).
3517
3518 * `Fn`
3519   : The closure can be called multiple times through a shared reference.
3520     A closure called as `Fn` can neither move out from nor mutate values
3521     from its environment. `Fn` inherits from `FnMut`, which itself
3522     inherits from `FnOnce`.
3523
3524
3525 ### Trait objects
3526
3527 In Rust, a type like `&SomeTrait` or `Box<SomeTrait>` is called a _trait object_.
3528 Each instance of a trait object includes:
3529
3530  - a pointer to an instance of a type `T` that implements `SomeTrait`
3531  - a _virtual method table_, often just called a _vtable_, which contains, for
3532    each method of `SomeTrait` that `T` implements, a pointer to `T`'s
3533    implementation (i.e. a function pointer).
3534
3535 The purpose of trait objects is to permit "late binding" of methods. A call to
3536 a method on a trait object is only resolved to a vtable entry at compile time.
3537 The actual implementation for each vtable entry can vary on an object-by-object
3538 basis.
3539
3540 Note that for a trait object to be instantiated, the trait must be
3541 _object-safe_. Object safety rules are defined in [RFC 255].
3542
3543 [RFC 255]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0255-object-safety.md
3544
3545 Given a pointer-typed expression `E` of type `&T` or `Box<T>`, where `T`
3546 implements trait `R`, casting `E` to the corresponding pointer type `&R` or
3547 `Box<R>` results in a value of the _trait object_ `R`. This result is
3548 represented as a pair of pointers: the vtable pointer for the `T`
3549 implementation of `R`, and the pointer value of `E`.
3550
3551 An example of a trait object:
3552
3553 ```
3554 trait Printable {
3555     fn stringify(&self) -> String;
3556 }
3557
3558 impl Printable for i32 {
3559     fn stringify(&self) -> String { self.to_string() }
3560 }
3561
3562 fn print(a: Box<Printable>) {
3563     println!("{}", a.stringify());
3564 }
3565
3566 fn main() {
3567     print(Box::new(10) as Box<Printable>);
3568 }
3569 ```
3570
3571 In this example, the trait `Printable` occurs as a trait object in both the
3572 type signature of `print`, and the cast expression in `main`.
3573
3574 ### Type parameters
3575
3576 Within the body of an item that has type parameter declarations, the names of
3577 its type parameters are types:
3578
3579 ```ignore
3580 fn to_vec<A: Clone>(xs: &[A]) -> Vec<A> {
3581     if xs.is_empty() {
3582         return vec![];
3583     }
3584     let first: A = xs[0].clone();
3585     let mut rest: Vec<A> = to_vec(&xs[1..]);
3586     rest.insert(0, first);
3587     rest
3588 }
3589 ```
3590
3591 Here, `first` has type `A`, referring to `to_vec`'s `A` type parameter; and `rest`
3592 has type `Vec<A>`, a vector with element type `A`.
3593
3594 ### Self types
3595
3596 The special type `Self` has a meaning within traits and impls. In a trait definition, it refers
3597 to an implicit type parameter representing the "implementing" type. In an impl,
3598 it is an alias for the implementing type. For example, in:
3599
3600 ```
3601 trait Printable {
3602     fn make_string(&self) -> String;
3603 }
3604
3605 impl Printable for String {
3606     fn make_string(&self) -> String {
3607         (*self).clone()
3608     }
3609 }
3610 ```
3611
3612 The notation `&self` is a shorthand for `self: &Self`. In this case,
3613 in the impl, `Self` refers to the value of type `String` that is the
3614 receiver for a call to the method `make_string`.
3615
3616 ## Subtyping
3617
3618 Subtyping is implicit and can occur at any stage in type checking or
3619 inference. Subtyping in Rust is very restricted and occurs only due to
3620 variance with respect to lifetimes and between types with higher ranked
3621 lifetimes. If we were to erase lifetimes from types, then the only subtyping
3622 would be due to type equality.
3623
3624 Consider the following example: string literals always have `'static`
3625 lifetime. Nevertheless, we can assign `s` to `t`:
3626
3627 ```
3628 fn bar<'a>() {
3629     let s: &'static str = "hi";
3630     let t: &'a str = s;
3631 }
3632 ```
3633 Since `'static` "lives longer" than `'a`, `&'static str` is a subtype of
3634 `&'a str`.
3635
3636 ## Type coercions
3637
3638 Coercions are defined in [RFC401]. A coercion is implicit and has no syntax.
3639
3640 [RFC401]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0401-coercions.md
3641
3642 ### Coercion sites
3643
3644 A coercion can only occur at certain coercion sites in a program; these are
3645 typically places where the desired type is explicit or can be derived by
3646 propagation from explicit types (without type inference). Possible coercion
3647 sites are:
3648
3649 * `let` statements where an explicit type is given.
3650
3651    For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3652
3653    ```rust
3654    let _: i8 = 128;
3655    ```
3656
3657 * `static` and `const` statements (similar to `let` statements).
3658
3659 * Arguments for function calls
3660
3661   The value being coerced is the actual parameter, and it is coerced to
3662   the type of the formal parameter.
3663
3664   For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3665
3666   ```rust
3667   fn bar(_: i8) { }
3668
3669   fn main() {
3670       bar(128);
3671   }
3672   ```
3673
3674 * Instantiations of struct or variant fields
3675
3676   For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3677
3678   ```rust
3679   struct Foo { x: i8 }
3680
3681   fn main() {
3682       Foo { x: 128 };
3683   }
3684   ```
3685
3686 * Function results, either the final line of a block if it is not
3687   semicolon-terminated or any expression in a `return` statement
3688
3689   For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3690
3691   ```rust
3692   fn foo() -> i8 {
3693       128
3694   }
3695   ```
3696
3697 If the expression in one of these coercion sites is a coercion-propagating
3698 expression, then the relevant sub-expressions in that expression are also
3699 coercion sites. Propagation recurses from these new coercion sites.
3700 Propagating expressions and their relevant sub-expressions are:
3701
3702 * Array literals, where the array has type `[U; n]`. Each sub-expression in
3703 the array literal is a coercion site for coercion to type `U`.
3704
3705 * Array literals with repeating syntax, where the array has type `[U; n]`. The
3706 repeated sub-expression is a coercion site for coercion to type `U`.
3707
3708 * Tuples, where a tuple is a coercion site to type `(U_0, U_1, ..., U_n)`.
3709 Each sub-expression is a coercion site to the respective type, e.g. the
3710 zeroth sub-expression is a coercion site to type `U_0`.
3711
3712 * Parenthesized sub-expressions (`(e)`): if the expression has type `U`, then
3713 the sub-expression is a coercion site to `U`.
3714
3715 * Blocks: if a block has type `U`, then the last expression in the block (if
3716 it is not semicolon-terminated) is a coercion site to `U`. This includes
3717 blocks which are part of control flow statements, such as `if`/`else`, if
3718 the block has a known type.
3719
3720 ### Coercion types
3721
3722 Coercion is allowed between the following types:
3723
3724 * `T` to `U` if `T` is a subtype of `U` (*reflexive case*)
3725
3726 * `T_1` to `T_3` where `T_1` coerces to `T_2` and `T_2` coerces to `T_3`
3727 (*transitive case*)
3728
3729     Note that this is not fully supported yet
3730
3731 * `&mut T` to `&T`
3732
3733 * `*mut T` to `*const T`
3734
3735 * `&T` to `*const T`
3736
3737 * `&mut T` to `*mut T`
3738
3739 * `&T` to `&U` if `T` implements `Deref<Target = U>`. For example:
3740
3741   ```rust
3742   use std::ops::Deref;
3743
3744   struct CharContainer {
3745       value: char
3746   }
3747
3748   impl Deref for CharContainer {
3749       type Target = char;
3750
3751       fn deref<'a>(&'a self) -> &'a char {
3752           &self.value
3753       }
3754   }
3755
3756   fn foo(arg: &char) {}
3757
3758   fn main() {
3759       let x = &mut CharContainer { value: 'y' };
3760       foo(x); //&mut CharContainer is coerced to &char.
3761   }
3762   ```
3763
3764 * `&mut T` to `&mut U` if `T` implements `DerefMut<Target = U>`.
3765
3766 * TyCtor(`T`) to TyCtor(coerce_inner(`T`)), where TyCtor(`T`) is one of
3767     - `&T`
3768     - `&mut T`
3769     - `*const T`
3770     - `*mut T`
3771     - `Box<T>`
3772
3773     and where
3774     - coerce_inner(`[T, ..n]`) = `[T]`
3775     - coerce_inner(`T`) = `U` where `T` is a concrete type which implements the
3776     trait `U`.
3777
3778     In the future, coerce_inner will be recursively extended to tuples and
3779     structs. In addition, coercions from sub-traits to super-traits will be
3780     added. See [RFC401] for more details.
3781
3782 # Special traits
3783
3784 Several traits define special evaluation behavior.
3785
3786 ## The `Copy` trait
3787
3788 The `Copy` trait changes the semantics of a type implementing it. Values whose
3789 type implements `Copy` are copied rather than moved upon assignment.
3790
3791 ## The `Sized` trait
3792
3793 The `Sized` trait indicates that the size of this type is known at compile-time.
3794
3795 ## The `Drop` trait
3796
3797 The `Drop` trait provides a destructor, to be run whenever a value of this type
3798 is to be destroyed.
3799
3800 ## The `Deref` trait
3801
3802 The `Deref<Target = U>` trait allows a type to implicitly implement all the methods
3803 of the type `U`. When attempting to resolve a method call, the compiler will search
3804 the top-level type for the implementation of the called method. If no such method is
3805 found, `.deref()` is called and the compiler continues to search for the method
3806 implementation in the returned type `U`.
3807
3808 # Memory model
3809
3810 A Rust program's memory consists of a static set of *items* and a *heap*.
3811 Immutable portions of the heap may be safely shared between threads, mutable
3812 portions may not be safely shared, but several mechanisms for effectively-safe
3813 sharing of mutable values, built on unsafe code but enforcing a safe locking
3814 discipline, exist in the standard library.
3815
3816 Allocations in the stack consist of *variables*, and allocations in the heap
3817 consist of *boxes*.
3818
3819 ### Memory allocation and lifetime
3820
3821 The _items_ of a program are those functions, modules and types that have their
3822 value calculated at compile-time and stored uniquely in the memory image of the
3823 rust process. Items are neither dynamically allocated nor freed.
3824
3825 The _heap_ is a general term that describes boxes.  The lifetime of an
3826 allocation in the heap depends on the lifetime of the box values pointing to
3827 it. Since box values may themselves be passed in and out of frames, or stored
3828 in the heap, heap allocations may outlive the frame they are allocated within.
3829
3830 ### Memory ownership
3831
3832 When a stack frame is exited, its local allocations are all released, and its
3833 references to boxes are dropped.
3834
3835 ### Variables
3836
3837 A _variable_ is a component of a stack frame, either a named function parameter,
3838 an anonymous [temporary](#lvalues-rvalues-and-temporaries), or a named local
3839 variable.
3840
3841 A _local variable_ (or *stack-local* allocation) holds a value directly,
3842 allocated within the stack's memory. The value is a part of the stack frame.
3843
3844 Local variables are immutable unless declared otherwise like: `let mut x = ...`.
3845
3846 Function parameters are immutable unless declared with `mut`. The `mut` keyword
3847 applies only to the following parameter (so `|mut x, y|` and `fn f(mut x:
3848 Box<i32>, y: Box<i32>)` declare one mutable variable `x` and one immutable
3849 variable `y`).
3850
3851 Methods that take either `self` or `Box<Self>` can optionally place them in a
3852 mutable variable by prefixing them with `mut` (similar to regular arguments):
3853
3854 ```
3855 trait Changer {
3856     fn change(mut self) -> Self;
3857     fn modify(mut self: Box<Self>) -> Box<Self>;
3858 }
3859 ```
3860
3861 Local variables are not initialized when allocated; the entire frame worth of
3862 local variables are allocated at once, on frame-entry, in an uninitialized
3863 state. Subsequent statements within a function may or may not initialize the
3864 local variables. Local variables can be used only after they have been
3865 initialized; this is enforced by the compiler.
3866
3867 # Linkage
3868
3869 The Rust compiler supports various methods to link crates together both
3870 statically and dynamically. This section will explore the various methods to
3871 link Rust crates together, and more information about native libraries can be
3872 found in the [FFI section of the book][ffi].
3873
3874 In one session of compilation, the compiler can generate multiple artifacts
3875 through the usage of either command line flags or the `crate_type` attribute.
3876 If one or more command line flags are specified, all `crate_type` attributes will
3877 be ignored in favor of only building the artifacts specified by command line.
3878
3879 * `--crate-type=bin`, `#[crate_type = "bin"]` - A runnable executable will be
3880   produced. This requires that there is a `main` function in the crate which
3881   will be run when the program begins executing. This will link in all Rust and
3882   native dependencies, producing a distributable binary.
3883
3884 * `--crate-type=lib`, `#[crate_type = "lib"]` - A Rust library will be produced.
3885   This is an ambiguous concept as to what exactly is produced because a library
3886   can manifest itself in several forms. The purpose of this generic `lib` option
3887   is to generate the "compiler recommended" style of library. The output library
3888   will always be usable by rustc, but the actual type of library may change from
3889   time-to-time. The remaining output types are all different flavors of
3890   libraries, and the `lib` type can be seen as an alias for one of them (but the
3891   actual one is compiler-defined).
3892
3893 * `--crate-type=dylib`, `#[crate_type = "dylib"]` - A dynamic Rust library will
3894   be produced. This is different from the `lib` output type in that this forces
3895   dynamic library generation. The resulting dynamic library can be used as a
3896   dependency for other libraries and/or executables. This output type will
3897   create `*.so` files on linux, `*.dylib` files on osx, and `*.dll` files on
3898   windows.
3899
3900 * `--crate-type=staticlib`, `#[crate_type = "staticlib"]` - A static system
3901   library will be produced. This is different from other library outputs in that
3902   the Rust compiler will never attempt to link to `staticlib` outputs. The
3903   purpose of this output type is to create a static library containing all of
3904   the local crate's code along with all upstream dependencies. The static
3905   library is actually a `*.a` archive on linux and osx and a `*.lib` file on
3906   windows. This format is recommended for use in situations such as linking
3907   Rust code into an existing non-Rust application because it will not have
3908   dynamic dependencies on other Rust code.
3909
3910 * `--crate-type=rlib`, `#[crate_type = "rlib"]` - A "Rust library" file will be
3911   produced. This is used as an intermediate artifact and can be thought of as a
3912   "static Rust library". These `rlib` files, unlike `staticlib` files, are
3913   interpreted by the Rust compiler in future linkage. This essentially means
3914   that `rustc` will look for metadata in `rlib` files like it looks for metadata
3915   in dynamic libraries. This form of output is used to produce statically linked
3916   executables as well as `staticlib` outputs.
3917
3918 Note that these outputs are stackable in the sense that if multiple are
3919 specified, then the compiler will produce each form of output at once without
3920 having to recompile. However, this only applies for outputs specified by the
3921 same method. If only `crate_type` attributes are specified, then they will all
3922 be built, but if one or more `--crate-type` command line flags are specified,
3923 then only those outputs will be built.
3924
3925 With all these different kinds of outputs, if crate A depends on crate B, then
3926 the compiler could find B in various different forms throughout the system. The
3927 only forms looked for by the compiler, however, are the `rlib` format and the
3928 dynamic library format. With these two options for a dependent library, the
3929 compiler must at some point make a choice between these two formats. With this
3930 in mind, the compiler follows these rules when determining what format of
3931 dependencies will be used:
3932
3933 1. If a static library is being produced, all upstream dependencies are
3934    required to be available in `rlib` formats. This requirement stems from the
3935    reason that a dynamic library cannot be converted into a static format.
3936
3937    Note that it is impossible to link in native dynamic dependencies to a static
3938    library, and in this case warnings will be printed about all unlinked native
3939    dynamic dependencies.
3940
3941 2. If an `rlib` file is being produced, then there are no restrictions on what
3942    format the upstream dependencies are available in. It is simply required that
3943    all upstream dependencies be available for reading metadata from.
3944
3945    The reason for this is that `rlib` files do not contain any of their upstream
3946    dependencies. It wouldn't be very efficient for all `rlib` files to contain a
3947    copy of `libstd.rlib`!
3948
3949 3. If an executable is being produced and the `-C prefer-dynamic` flag is not
3950    specified, then dependencies are first attempted to be found in the `rlib`
3951    format. If some dependencies are not available in an rlib format, then
3952    dynamic linking is attempted (see below).
3953
3954 4. If a dynamic library or an executable that is being dynamically linked is
3955    being produced, then the compiler will attempt to reconcile the available
3956    dependencies in either the rlib or dylib format to create a final product.
3957
3958    A major goal of the compiler is to ensure that a library never appears more
3959    than once in any artifact. For example, if dynamic libraries B and C were
3960    each statically linked to library A, then a crate could not link to B and C
3961    together because there would be two copies of A. The compiler allows mixing
3962    the rlib and dylib formats, but this restriction must be satisfied.
3963
3964    The compiler currently implements no method of hinting what format a library
3965    should be linked with. When dynamically linking, the compiler will attempt to
3966    maximize dynamic dependencies while still allowing some dependencies to be
3967    linked in via an rlib.
3968
3969    For most situations, having all libraries available as a dylib is recommended
3970    if dynamically linking. For other situations, the compiler will emit a
3971    warning if it is unable to determine which formats to link each library with.
3972
3973 In general, `--crate-type=bin` or `--crate-type=lib` should be sufficient for
3974 all compilation needs, and the other options are just available if more
3975 fine-grained control is desired over the output format of a Rust crate.
3976
3977 # Unsafety
3978
3979 Unsafe operations are those that potentially violate the memory-safety
3980 guarantees of Rust's static semantics.
3981
3982 The following language level features cannot be used in the safe subset of
3983 Rust:
3984
3985 - Dereferencing a [raw pointer](#pointer-types).
3986 - Reading or writing a [mutable static variable](#mutable-statics).
3987 - Calling an unsafe function (including an intrinsic or foreign function).
3988
3989 ## Unsafe functions
3990
3991 Unsafe functions are functions that are not safe in all contexts and/or for all
3992 possible inputs. Such a function must be prefixed with the keyword `unsafe` and
3993 can only be called from an `unsafe` block or another `unsafe` function.
3994
3995 ## Unsafe blocks
3996
3997 A block of code can be prefixed with the `unsafe` keyword, to permit calling
3998 `unsafe` functions or dereferencing raw pointers within a safe function.
3999
4000 When a programmer has sufficient conviction that a sequence of potentially
4001 unsafe operations is actually safe, they can encapsulate that sequence (taken
4002 as a whole) within an `unsafe` block. The compiler will consider uses of such
4003 code safe, in the surrounding context.
4004
4005 Unsafe blocks are used to wrap foreign libraries, make direct use of hardware
4006 or implement features not directly present in the language. For example, Rust
4007 provides the language features necessary to implement memory-safe concurrency
4008 in the language but the implementation of threads and message passing is in the
4009 standard library.
4010
4011 Rust's type system is a conservative approximation of the dynamic safety
4012 requirements, so in some cases there is a performance cost to using safe code.
4013 For example, a doubly-linked list is not a tree structure and can only be
4014 represented with reference-counted pointers in safe code. By using `unsafe`
4015 blocks to represent the reverse links as raw pointers, it can be implemented
4016 with only boxes.
4017
4018 ## Behavior considered undefined
4019
4020 The following is a list of behavior which is forbidden in all Rust code,
4021 including within `unsafe` blocks and `unsafe` functions. Type checking provides
4022 the guarantee that these issues are never caused by safe code.
4023
4024 * Data races
4025 * Dereferencing a null/dangling raw pointer
4026 * Reads of [undef](http://llvm.org/docs/LangRef.html#undefined-values)
4027   (uninitialized) memory
4028 * Breaking the [pointer aliasing
4029   rules](http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointer-aliasing-rules)
4030   with raw pointers (a subset of the rules used by C)
4031 * `&mut` and `&` follow LLVM’s scoped [noalias] model, except if the `&T`
4032   contains an `UnsafeCell<U>`. Unsafe code must not violate these aliasing
4033   guarantees.
4034 * Mutating non-mutable data (that is, data reached through a shared reference or
4035   data owned by a `let` binding), unless that data is contained within an `UnsafeCell<U>`.
4036 * Invoking undefined behavior via compiler intrinsics:
4037   * Indexing outside of the bounds of an object with `std::ptr::offset`
4038     (`offset` intrinsic), with
4039     the exception of one byte past the end which is permitted.
4040   * Using `std::ptr::copy_nonoverlapping_memory` (`memcpy32`/`memcpy64`
4041     intrinsics) on overlapping buffers
4042 * Invalid values in primitive types, even in private fields/locals:
4043   * Dangling/null references or boxes
4044   * A value other than `false` (0) or `true` (1) in a `bool`
4045   * A discriminant in an `enum` not included in the type definition
4046   * A value in a `char` which is a surrogate or above `char::MAX`
4047   * Non-UTF-8 byte sequences in a `str`
4048 * Unwinding into Rust from foreign code or unwinding from Rust into foreign
4049   code. Rust's failure system is not compatible with exception handling in
4050   other languages. Unwinding must be caught and handled at FFI boundaries.
4051
4052 [noalias]: http://llvm.org/docs/LangRef.html#noalias
4053
4054 ## Behavior not considered unsafe
4055
4056 This is a list of behavior not considered *unsafe* in Rust terms, but that may
4057 be undesired.
4058
4059 * Deadlocks
4060 * Leaks of memory and other resources
4061 * Exiting without calling destructors
4062 * Integer overflow
4063   - Overflow is considered "unexpected" behavior and is always user-error,
4064     unless the `wrapping` primitives are used. In non-optimized builds, the compiler
4065     will insert debug checks that panic on overflow, but in optimized builds overflow
4066     instead results in wrapped values. See [RFC 560] for the rationale and more details.
4067
4068 [RFC 560]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0560-integer-overflow.md
4069
4070 # Appendix: Influences
4071
4072 Rust is not a particularly original language, with design elements coming from
4073 a wide range of sources. Some of these are listed below (including elements
4074 that have since been removed):
4075
4076 * SML, OCaml: algebraic data types, pattern matching, type inference,
4077   semicolon statement separation
4078 * C++: references, RAII, smart pointers, move semantics, monomorphization,
4079   memory model
4080 * ML Kit, Cyclone: region based memory management
4081 * Haskell (GHC): typeclasses, type families
4082 * Newsqueak, Alef, Limbo: channels, concurrency
4083 * Erlang: message passing, thread failure, ~~linked thread failure~~,
4084   ~~lightweight concurrency~~
4085 * Swift: optional bindings
4086 * Scheme: hygienic macros
4087 * C#: attributes
4088 * Ruby: ~~block syntax~~
4089 * NIL, Hermes: ~~typestate~~
4090 * [Unicode Annex #31](http://www.unicode.org/reports/tr31/): identifier and
4091   pattern syntax
4092
4093 [ffi]: book/ffi.html
4094 [plugin]: book/compiler-plugins.html