]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/doc/reference.md
Auto merge of #29580 - alexbool:smart-pointer-conversion, 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 (`/** ... */`), are interpreted as a special syntax for `doc`
103 [attributes](#attributes). That is, they are equivalent to writing
104 `#[doc="..."]` around the body of the comment, i.e., `/// Foo` turns into
105 `#[doc="Foo"]`.
106
107 Line comments beginning with `//!` and block comments `/*! ... !*/` are
108 doc comments that apply to the parent of the comment, rather than the item
109 that follows.  That is, they are equivalent to writing `#![doc="..."]` around
110 the body of the comment. `//!` comments are usually used to document
111 modules that occupy a source file.
112
113 Non-doc comments are interpreted as a form of whitespace.
114
115 ## Whitespace
116
117 Whitespace is any non-empty string containing only the following characters:
118
119 - `U+0020` (space, `' '`)
120 - `U+0009` (tab, `'\t'`)
121 - `U+000A` (LF, `'\n'`)
122 - `U+000D` (CR, `'\r'`)
123
124 Rust is a "free-form" language, meaning that all forms of whitespace serve only
125 to separate _tokens_ in the grammar, and have no semantic significance.
126
127 A Rust program has identical meaning if each whitespace element is replaced
128 with any other legal whitespace element, such as a single space character.
129
130 ## Tokens
131
132 Tokens are primitive productions in the grammar defined by regular
133 (non-recursive) languages. "Simple" tokens are given in [string table
134 production](#string-table-productions) form, and occur in the rest of the
135 grammar as double-quoted strings. Other tokens have exact rules given.
136
137 ### Literals
138
139 A literal is an expression consisting of a single token, rather than a sequence
140 of tokens, that immediately and directly denotes the value it evaluates to,
141 rather than referring to it by name or some other evaluation rule. A literal is
142 a form of constant expression, so is evaluated (primarily) at compile time.
143
144 #### Examples
145
146 ##### Characters and strings
147
148 |                                              | Example         | `#` sets   | Characters  | Escapes             |
149 |----------------------------------------------|-----------------|------------|-------------|---------------------|
150 | [Character](#character-literals)             | `'H'`           | `N/A`      | All Unicode | `\'` & [Byte](#byte-escapes) & [Unicode](#unicode-escapes) |
151 | [String](#string-literals)                   | `"hello"`       | `N/A`      | All Unicode | `\"` & [Byte](#byte-escapes) & [Unicode](#unicode-escapes) |
152 | [Raw](#raw-string-literals)                  | `r#"hello"#`    | `0...`     | All Unicode | `N/A`                                                      |
153 | [Byte](#byte-literals)                       | `b'H'`          | `N/A`      | All ASCII   | `\'` & [Byte](#byte-escapes)                               |
154 | [Byte string](#byte-string-literals)         | `b"hello"`      | `N/A`      | All ASCII   | `\"` & [Byte](#byte-escapes)                               |
155 | [Raw byte string](#raw-byte-string-literals) | `br#"hello"#`   | `0...`     | All ASCII   | `N/A`                                                      |
156
157 ##### Byte escapes
158
159 |   | Name |
160 |---|------|
161 | `\x7F` | 8-bit character code (exactly 2 digits) |
162 | `\n` | Newline |
163 | `\r` | Carriage return |
164 | `\t` | Tab |
165 | `\\` | Backslash |
166
167 ##### Unicode escapes
168 |   | Name |
169 |---|------|
170 | `\u{7FFF}` | 24-bit Unicode character code (up to 6 digits) |
171
172 ##### Numbers
173
174 | [Number literals](#number-literals)`*` | Example | Exponentiation | Suffixes |
175 |----------------------------------------|---------|----------------|----------|
176 | Decimal integer | `98_222` | `N/A` | Integer suffixes |
177 | Hex integer | `0xff` | `N/A` | Integer suffixes |
178 | Octal integer | `0o77` | `N/A` | Integer suffixes |
179 | Binary integer | `0b1111_0000` | `N/A` | Integer suffixes |
180 | Floating-point | `123.0E+77` | `Optional` | Floating-point suffixes |
181
182 `*` All number literals allow `_` as a visual separator: `1_234.0E+18f64`
183
184 ##### Suffixes
185 | Integer | Floating-point |
186 |---------|----------------|
187 | `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64`, `isize`, `usize` | `f32`, `f64` |
188
189 #### Character and string literals
190
191 ##### Character literals
192
193 A _character literal_ is a single Unicode character enclosed within two
194 `U+0027` (single-quote) characters, with the exception of `U+0027` itself,
195 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`).
196
197 ##### String literals
198
199 A _string literal_ is a sequence of any Unicode characters enclosed within two
200 `U+0022` (double-quote) characters, with the exception of `U+0022` itself,
201 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`).
202
203 Line-break characters are allowed in string literals. Normally they represent
204 themselves (i.e. no translation), but as a special exception, when a `U+005C`
205 character (`\`) occurs immediately before the newline, the `U+005C` character,
206 the newline, and all whitespace at the beginning of the next line are ignored.
207 Thus `a` and `b` are equal:
208
209 ```rust
210 let a = "foobar";
211 let b = "foo\
212          bar";
213
214 assert_eq!(a,b);
215 ```
216
217 ##### Character escapes
218
219 Some additional _escapes_ are available in either character or non-raw string
220 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
221 following forms:
222
223 * An _8-bit code point escape_ starts with `U+0078` (`x`) and is
224   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the Unicode code point
225   equal to the provided hex value.
226 * A _24-bit code point escape_ starts with `U+0075` (`u`) and is followed
227   by up to six _hex digits_ surrounded by braces `U+007B` (`{`) and `U+007D`
228   (`}`). It denotes the Unicode code point equal to the provided hex value.
229 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
230   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the Unicode values `U+000A` (LF),
231   `U+000D` (CR) or `U+0009` (HT) respectively.
232 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
233   escaped in order to denote *itself*.
234
235 ##### Raw string literals
236
237 Raw string literals do not process any escapes. They start with the character
238 `U+0072` (`r`), followed by zero or more of the character `U+0023` (`#`) and a
239 `U+0022` (double-quote) character. The _raw string body_ can contain any sequence
240 of Unicode characters and is terminated only by another `U+0022` (double-quote)
241 character, followed by the same number of `U+0023` (`#`) characters that preceded
242 the opening `U+0022` (double-quote) character.
243
244 All Unicode characters contained in the raw string body represent themselves,
245 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
246 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
247 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
248
249 Examples for string literals:
250
251 ```
252 "foo"; r"foo";                     // foo
253 "\"foo\""; r#""foo""#;             // "foo"
254
255 "foo #\"# bar";
256 r##"foo #"# bar"##;                // foo #"# bar
257
258 "\x52"; "R"; r"R";                 // R
259 "\\x52"; r"\x52";                  // \x52
260 ```
261
262 #### Byte and byte string literals
263
264 ##### Byte literals
265
266 A _byte literal_ is a single ASCII character (in the `U+0000` to `U+007F`
267 range) or a single _escape_ preceded by the characters `U+0062` (`b`) and
268 `U+0027` (single-quote), and followed by the character `U+0027`. If the character
269 `U+0027` is present within the literal, it must be _escaped_ by a preceding
270 `U+005C` (`\`) character. It is equivalent to a `u8` unsigned 8-bit integer
271 _number literal_.
272
273 ##### Byte string literals
274
275 A non-raw _byte string literal_ is a sequence of ASCII characters and _escapes_,
276 preceded by the characters `U+0062` (`b`) and `U+0022` (double-quote), and
277 followed by the character `U+0022`. If the character `U+0022` is present within
278 the literal, it must be _escaped_ by a preceding `U+005C` (`\`) character.
279 Alternatively, a byte string literal can be a _raw byte string literal_, defined
280 below. A byte string literal of length `n` is equivalent to a `&'static [u8; n]` borrowed fixed-sized array
281 of unsigned 8-bit integers.
282
283 Some additional _escapes_ are available in either byte or non-raw byte string
284 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
285 following forms:
286
287 * A _byte escape_ escape starts with `U+0078` (`x`) and is
288   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the byte
289   equal to the provided hex value.
290 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
291   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the bytes values `0x0A` (ASCII LF),
292   `0x0D` (ASCII CR) or `0x09` (ASCII HT) respectively.
293 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
294   escaped in order to denote its ASCII encoding `0x5C`.
295
296 ##### Raw byte string literals
297
298 Raw byte string literals do not process any escapes. They start with the
299 character `U+0062` (`b`), followed by `U+0072` (`r`), followed by zero or more
300 of the character `U+0023` (`#`), and a `U+0022` (double-quote) character. The
301 _raw string body_ can contain any sequence of ASCII characters and is terminated
302 only by another `U+0022` (double-quote) character, followed by the same number of
303 `U+0023` (`#`) characters that preceded the opening `U+0022` (double-quote)
304 character. A raw byte string literal can not contain any non-ASCII byte.
305
306 All characters contained in the raw string body represent their ASCII encoding,
307 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
308 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
309 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
310
311 Examples for byte string literals:
312
313 ```
314 b"foo"; br"foo";                     // foo
315 b"\"foo\""; br#""foo""#;             // "foo"
316
317 b"foo #\"# bar";
318 br##"foo #"# bar"##;                 // foo #"# bar
319
320 b"\x52"; b"R"; br"R";                // R
321 b"\\x52"; br"\x52";                  // \x52
322 ```
323
324 #### Number literals
325
326 A _number literal_ is either an _integer literal_ or a _floating-point
327 literal_. The grammar for recognizing the two kinds of literals is mixed.
328
329 ##### Integer literals
330
331 An _integer literal_ has one of four forms:
332
333 * A _decimal literal_ starts with a *decimal digit* and continues with any
334   mixture of *decimal digits* and _underscores_.
335 * A _hex literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0078`
336   (`0x`) and continues as any mixture of hex digits and underscores.
337 * An _octal literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+006F`
338   (`0o`) and continues as any mixture of octal digits and underscores.
339 * A _binary literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0062`
340   (`0b`) and continues as any mixture of binary digits and underscores.
341
342 Like any literal, an integer literal may be followed (immediately,
343 without any spaces) by an _integer suffix_, which forcibly sets the
344 type of the literal. The integer suffix must be the name of one of the
345 integral types: `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64`,
346 `isize`, or `usize`.
347
348 The type of an _unsuffixed_ integer literal is determined by type inference:
349
350 * If an integer type can be _uniquely_ determined from the surrounding
351   program context, the unsuffixed integer literal has that type.
352
353 * If the program context under-constrains the type, it defaults to the
354   signed 32-bit integer `i32`.
355
356 * If the program context over-constrains the type, it is considered a
357   static type error.
358
359 Examples of integer literals of various forms:
360
361 ```
362 123i32;                            // type i32
363 123u32;                            // type u32
364 123_u32;                           // type u32
365 0xff_u8;                           // type u8
366 0o70_i16;                          // type i16
367 0b1111_1111_1001_0000_i32;         // type i32
368 0usize;                            // type usize
369 ```
370
371 ##### Floating-point literals
372
373 A _floating-point literal_ has one of two forms:
374
375 * A _decimal literal_ followed by a period character `U+002E` (`.`). This is
376   optionally followed by another decimal literal, with an optional _exponent_.
377 * A single _decimal literal_ followed by an _exponent_.
378
379 Like integer literals, a floating-point literal may be followed by a
380 suffix, so long as the pre-suffix part does not end with `U+002E` (`.`).
381 The suffix forcibly sets the type of the literal. There are two valid
382 _floating-point suffixes_, `f32` and `f64` (the 32-bit and 64-bit floating point
383 types), which explicitly determine the type of the literal.
384
385 The type of an _unsuffixed_ floating-point literal is determined by
386 type inference:
387
388 * If a floating-point type can be _uniquely_ determined from the
389   surrounding program context, the unsuffixed floating-point literal
390   has that type.
391
392 * If the program context under-constrains the type, it defaults to `f64`.
393
394 * If the program context over-constrains the type, it is considered a
395   static type error.
396
397 Examples of floating-point literals of various forms:
398
399 ```
400 123.0f64;        // type f64
401 0.1f64;          // type f64
402 0.1f32;          // type f32
403 12E+99_f64;      // type f64
404 let x: f64 = 2.; // type f64
405 ```
406
407 This last example is different because it is not possible to use the suffix
408 syntax with a floating point literal ending in a period. `2.f64` would attempt
409 to call a method named `f64` on `2`.
410
411 The representation semantics of floating-point numbers are described in
412 ["Machine Types"](#machine-types).
413
414 #### Boolean literals
415
416 The two values of the boolean type are written `true` and `false`.
417
418 ### Symbols
419
420 Symbols are a general class of printable [tokens](#tokens) that play structural
421 roles in a variety of grammar productions. They are a
422 set of remaining miscellaneous printable tokens that do not
423 otherwise appear as [unary operators](#unary-operator-expressions), [binary
424 operators](#binary-operator-expressions), or [keywords][keywords].
425 They are catalogued in [the Symbols section][symbols] of the Grammar document.
426
427 [symbols]: grammar.html#symbols
428
429
430 ## Paths
431
432 A _path_ is a sequence of one or more path components _logically_ separated by
433 a namespace qualifier (`::`). If a path consists of only one component, it may
434 refer to either an [item](#items) or a [variable](#variables) in a local control
435 scope. If a path has multiple components, it refers to an item.
436
437 Every item has a _canonical path_ within its crate, but the path naming an item
438 is only meaningful within a given crate. There is no global namespace across
439 crates; an item's canonical path merely identifies it within the crate.
440
441 Two examples of simple paths consisting of only identifier components:
442
443 ```{.ignore}
444 x;
445 x::y::z;
446 ```
447
448 Path components are usually [identifiers](#identifiers), but they may
449 also include angle-bracket-enclosed lists of type arguments. In
450 [expression](#expressions) context, the type argument list is given
451 after a `::` namespace qualifier in order to disambiguate it from a
452 relational expression involving the less-than symbol (`<`). In type
453 expression context, the final namespace qualifier is omitted.
454
455 Two examples of paths with type arguments:
456
457 ```
458 # struct HashMap<K, V>(K,V);
459 # fn f() {
460 # fn id<T>(t: T) -> T { t }
461 type T = HashMap<i32,String>; // Type arguments used in a type expression
462 let x  = id::<i32>(10);       // Type arguments used in a call expression
463 # }
464 ```
465
466 Paths can be denoted with various leading qualifiers to change the meaning of
467 how it is resolved:
468
469 * Paths starting with `::` are considered to be global paths where the
470   components of the path start being resolved from the crate root. Each
471   identifier in the path must resolve to an item.
472
473 ```rust
474 mod a {
475     pub fn foo() {}
476 }
477 mod b {
478     pub fn foo() {
479         ::a::foo(); // call a's foo function
480     }
481 }
482 # fn main() {}
483 ```
484
485 * Paths starting with the keyword `super` begin resolution relative to the
486   parent module. Each further identifier must resolve to an item.
487
488 ```rust
489 mod a {
490     pub fn foo() {}
491 }
492 mod b {
493     pub fn foo() {
494         super::a::foo(); // call a's foo function
495     }
496 }
497 # fn main() {}
498 ```
499
500 * Paths starting with the keyword `self` begin resolution relative to the
501   current module. Each further identifier must resolve to an item.
502
503 ```rust
504 fn foo() {}
505 fn bar() {
506     self::foo();
507 }
508 # fn main() {}
509 ```
510
511 # Syntax extensions
512
513 A number of minor features of Rust are not central enough to have their own
514 syntax, and yet are not implementable as functions. Instead, they are given
515 names, and invoked through a consistent syntax: `some_extension!(...)`.
516
517 Users of `rustc` can define new syntax extensions in two ways:
518
519 * [Compiler plugins][plugin] can include arbitrary Rust code that
520   manipulates syntax trees at compile time. Note that the interface
521   for compiler plugins is considered highly unstable.
522
523 * [Macros](book/macros.html) define new syntax in a higher-level,
524   declarative way.
525
526 ## Macros
527
528 `macro_rules` allows users to define syntax extension in a declarative way.  We
529 call such extensions "macros by example" or simply "macros" — to be distinguished
530 from the "procedural macros" defined in [compiler plugins][plugin].
531
532 Currently, macros can expand to expressions, statements, items, or patterns.
533
534 (A `sep_token` is any token other than `*` and `+`. A `non_special_token` is
535 any token other than a delimiter or `$`.)
536
537 The macro expander looks up macro invocations by name, and tries each macro
538 rule in turn. It transcribes the first successful match. Matching and
539 transcription are closely related to each other, and we will describe them
540 together.
541
542 ### Macro By Example
543
544 The macro expander matches and transcribes every token that does not begin with
545 a `$` literally, including delimiters. For parsing reasons, delimiters must be
546 balanced, but they are otherwise not special.
547
548 In the matcher, `$` _name_ `:` _designator_ matches the nonterminal in the Rust
549 syntax named by _designator_. Valid designators are:
550
551 * `item`: an [item](#items)
552 * `block`: a [block](#block-expressions)
553 * `stmt`: a [statement](#statements)
554 * `pat`: a [pattern](#match-expressions)
555 * `expr`: an [expression](#expressions)
556 * `ty`: a [type](#types)
557 * `ident`: an [identifier](#identifiers)
558 * `path`: a [path](#paths)
559 * `tt`: either side of the `=>` in macro rules
560 * `meta`: the contents of an [attribute](#attributes)
561
562 In the transcriber, the
563 designator is already known, and so only the name of a matched nonterminal comes
564 after the dollar sign.
565
566 In both the matcher and transcriber, the Kleene star-like operator indicates
567 repetition. The Kleene star operator consists of `$` and parentheses, optionally
568 followed by a separator token, followed by `*` or `+`. `*` means zero or more
569 repetitions, `+` means at least one repetition. The parentheses are not matched or
570 transcribed. On the matcher side, a name is bound to _all_ of the names it
571 matches, in a structure that mimics the structure of the repetition encountered
572 on a successful match. The job of the transcriber is to sort that structure
573 out.
574
575 The rules for transcription of these repetitions are called "Macro By Example".
576 Essentially, one "layer" of repetition is discharged at a time, and all of them
577 must be discharged by the time a name is transcribed. Therefore, `( $( $i:ident
578 ),* ) => ( $i )` is an invalid macro, but `( $( $i:ident ),* ) => ( $( $i:ident
579 ),*  )` is acceptable (if trivial).
580
581 When Macro By Example encounters a repetition, it examines all of the `$`
582 _name_ s that occur in its body. At the "current layer", they all must repeat
583 the same number of times, so ` ( $( $i:ident ),* ; $( $j:ident ),* ) => ( $(
584 ($i,$j) ),* )` is valid if given the argument `(a,b,c ; d,e,f)`, but not
585 `(a,b,c ; d,e)`. The repetition walks through the choices at that layer in
586 lockstep, so the former input transcribes to `(a,d), (b,e), (c,f)`.
587
588 Nested repetitions are allowed.
589
590 ### Parsing limitations
591
592 The parser used by the macro system is reasonably powerful, but the parsing of
593 Rust syntax is restricted in two ways:
594
595 1. Macro definitions are required to include suitable separators after parsing
596    expressions and other bits of the Rust grammar. This implies that
597    a macro definition like `$i:expr [ , ]` is not legal, because `[` could be part
598    of an expression. A macro definition like `$i:expr,` or `$i:expr;` would be legal,
599    however, because `,` and `;` are legal separators. See [RFC 550] for more information.
600 2. The parser must have eliminated all ambiguity by the time it reaches a `$`
601    _name_ `:` _designator_. This requirement most often affects name-designator
602    pairs when they occur at the beginning of, or immediately after, a `$(...)*`;
603    requiring a distinctive token in front can solve the problem.
604
605 [RFC 550]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0550-macro-future-proofing.md
606
607 # Crates and source files
608
609 Although Rust, like any other language, can be implemented by an interpreter as
610 well as a compiler, the only existing implementation is a compiler,
611 and the language has
612 always been designed to be compiled. For these reasons, this section assumes a
613 compiler.
614
615 Rust's semantics obey a *phase distinction* between compile-time and
616 run-time.[^phase-distinction] Semantic rules that have a *static
617 interpretation* govern the success or failure of compilation, while
618 semantic rules
619 that have a *dynamic interpretation* govern the behavior of the program at
620 run-time.
621
622 [^phase-distinction]: This distinction would also exist in an interpreter.
623     Static checks like syntactic analysis, type checking, and lints should
624     happen before the program is executed regardless of when it is executed.
625
626 The compilation model centers on artifacts called _crates_. Each compilation
627 processes a single crate in source form, and if successful, produces a single
628 crate in binary form: either an executable or some sort of
629 library.[^cratesourcefile]
630
631 [^cratesourcefile]: A crate is somewhat analogous to an *assembly* in the
632     ECMA-335 CLI model, a *library* in the SML/NJ Compilation Manager, a *unit*
633     in the Owens and Flatt module system, or a *configuration* in Mesa.
634
635 A _crate_ is a unit of compilation and linking, as well as versioning,
636 distribution and runtime loading. A crate contains a _tree_ of nested
637 [module](#modules) scopes. The top level of this tree is a module that is
638 anonymous (from the point of view of paths within the module) and any item
639 within a crate has a canonical [module path](#paths) denoting its location
640 within the crate's module tree.
641
642 The Rust compiler is always invoked with a single source file as input, and
643 always produces a single output crate. The processing of that source file may
644 result in other source files being loaded as modules. Source files have the
645 extension `.rs`.
646
647 A Rust source file describes a module, the name and location of which &mdash;
648 in the module tree of the current crate &mdash; are defined from outside the
649 source file: either by an explicit `mod_item` in a referencing source file, or
650 by the name of the crate itself. Every source file is a module, but not every
651 module needs its own source file: [module definitions](#modules) can be nested
652 within one file.
653
654 Each source file contains a sequence of zero or more `item` definitions, and
655 may optionally begin with any number of [attributes](#items-and-attributes)
656 that apply to the containing module, most of which influence the behavior of
657 the compiler. The anonymous crate module can have additional attributes that
658 apply to the crate as a whole.
659
660 ```no_run
661 // Specify the crate name.
662 #![crate_name = "projx"]
663
664 // Specify the type of output artifact.
665 #![crate_type = "lib"]
666
667 // Turn on a warning.
668 // This can be done in any module, not just the anonymous crate module.
669 #![warn(non_camel_case_types)]
670 ```
671
672 A crate that contains a `main` function can be compiled to an executable. If a
673 `main` function is present, its return type must be [`unit`](#tuple-types)
674 and it must take no arguments.
675
676 # Items and attributes
677
678 Crates contain [items](#items), each of which may have some number of
679 [attributes](#attributes) attached to it.
680
681 ## Items
682
683 An _item_ is a component of a crate. Items are organized within a crate by a
684 nested set of [modules](#modules). Every crate has a single "outermost"
685 anonymous module; all further items within the crate have [paths](#paths)
686 within the module tree of the crate.
687
688 Items are entirely determined at compile-time, generally remain fixed during
689 execution, and may reside in read-only memory.
690
691 There are several kinds of item:
692
693 * [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations)
694 * [`use` declarations](#use-declarations)
695 * [modules](#modules)
696 * [functions](#functions)
697 * [type definitions](grammar.html#type-definitions)
698 * [structs](#structs)
699 * [enumerations](#enumerations)
700 * [constant items](#constant-items)
701 * [static items](#static-items)
702 * [traits](#traits)
703 * [implementations](#implementations)
704
705 Some items form an implicit scope for the declaration of sub-items. In other
706 words, within a function or module, declarations of items can (in many cases)
707 be mixed with the statements, control blocks, and similar artifacts that
708 otherwise compose the item body. The meaning of these scoped items is the same
709 as if the item was declared outside the scope &mdash; it is still a static item
710 &mdash; except that the item's *path name* within the module namespace is
711 qualified by the name of the enclosing item, or is private to the enclosing
712 item (in the case of functions). The grammar specifies the exact locations in
713 which sub-item declarations may appear.
714
715 ### Type Parameters
716
717 All items except modules, constants and statics may be *parameterized* by type.
718 Type parameters are given as a comma-separated list of identifiers enclosed in
719 angle brackets (`<...>`), after the name of the item and before its definition.
720 The type parameters of an item are considered "part of the name", not part of
721 the type of the item. A referencing [path](#paths) must (in principle) provide
722 type arguments as a list of comma-separated types enclosed within angle
723 brackets, in order to refer to the type-parameterized item. In practice, the
724 type-inference system can usually infer such argument types from context. There
725 are no general type-parametric types, only type-parametric items. That is, Rust
726 has no notion of type abstraction: there are no higher-ranked (or "forall") types
727 abstracted over other types, though higher-ranked types do exist for lifetimes.
728
729 ### Modules
730
731 A module is a container for zero or more [items](#items).
732
733 A _module item_ is a module, surrounded in braces, named, and prefixed with the
734 keyword `mod`. A module item introduces a new, named module into the tree of
735 modules making up a crate. Modules can nest arbitrarily.
736
737 An example of a module:
738
739 ```
740 mod math {
741     type Complex = (f64, f64);
742     fn sin(f: f64) -> f64 {
743         /* ... */
744 # panic!();
745     }
746     fn cos(f: f64) -> f64 {
747         /* ... */
748 # panic!();
749     }
750     fn tan(f: f64) -> f64 {
751         /* ... */
752 # panic!();
753     }
754 }
755 ```
756
757 Modules and types share the same namespace. Declaring a named type with
758 the same name as a module in scope is forbidden: that is, a type definition,
759 trait, struct, enumeration, or type parameter can't shadow the name of a module
760 in scope, or vice versa.
761
762 A module without a body is loaded from an external file, by default with the
763 same name as the module, plus the `.rs` extension. When a nested submodule is
764 loaded from an external file, it is loaded from a subdirectory path that
765 mirrors the module hierarchy.
766
767 ```{.ignore}
768 // Load the `vec` module from `vec.rs`
769 mod vec;
770
771 mod thread {
772     // Load the `local_data` module from `thread/local_data.rs`
773     // or `thread/local_data/mod.rs`.
774     mod local_data;
775 }
776 ```
777
778 The directories and files used for loading external file modules can be
779 influenced with the `path` attribute.
780
781 ```{.ignore}
782 #[path = "thread_files"]
783 mod thread {
784     // Load the `local_data` module from `thread_files/tls.rs`
785     #[path = "tls.rs"]
786     mod local_data;
787 }
788 ```
789
790 #### Extern crate declarations
791
792 An _`extern crate` declaration_ specifies a dependency on an external crate.
793 The external crate is then bound into the declaring scope as the `ident`
794 provided in the `extern_crate_decl`.
795
796 The external crate is resolved to a specific `soname` at compile time, and a
797 runtime linkage requirement to that `soname` is passed to the linker for
798 loading at runtime. The `soname` is resolved at compile time by scanning the
799 compiler's library path and matching the optional `crateid` provided against
800 the `crateid` attributes that were declared on the external crate when it was
801 compiled. If no `crateid` is provided, a default `name` attribute is assumed,
802 equal to the `ident` given in the `extern_crate_decl`.
803
804 Three examples of `extern crate` declarations:
805
806 ```{.ignore}
807 extern crate pcre;
808
809 extern crate std; // equivalent to: extern crate std as std;
810
811 extern crate std as ruststd; // linking to 'std' under another name
812 ```
813
814 #### Use declarations
815
816 A _use declaration_ creates one or more local name bindings synonymous with
817 some other [path](#paths). Usually a `use` declaration is used to shorten the
818 path required to refer to a module item. These declarations may appear at the
819 top of [modules](#modules) and [blocks](grammar.html#block-expressions).
820
821 > **Note**: Unlike in many languages,
822 > `use` declarations in Rust do *not* declare linkage dependency with external crates.
823 > Rather, [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations) declare linkage dependencies.
824
825 Use declarations support a number of convenient shortcuts:
826
827 * Rebinding the target name as a new local name, using the syntax `use p::q::r as x;`
828 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element,
829   using the glob-like brace syntax `use a::b::{c,d,e,f};`
830 * Binding all paths matching a given prefix, using the asterisk wildcard syntax
831   `use a::b::*;`
832 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element
833   and their immediate parent module, using the `self` keyword, such as
834   `use a::b::{self, c, d};`
835
836 An example of `use` declarations:
837
838 ```rust
839 use std::option::Option::{Some, None};
840 use std::collections::hash_map::{self, HashMap};
841
842 fn foo<T>(_: T){}
843 fn bar(map1: HashMap<String, usize>, map2: hash_map::HashMap<String, usize>){}
844
845 fn main() {
846     // Equivalent to 'foo(vec![std::option::Option::Some(1.0f64),
847     // std::option::Option::None]);'
848     foo(vec![Some(1.0f64), None]);
849
850     // Both `hash_map` and `HashMap` are in scope.
851     let map1 = HashMap::new();
852     let map2 = hash_map::HashMap::new();
853     bar(map1, map2);
854 }
855 ```
856
857 Like items, `use` declarations are private to the containing module, by
858 default. Also like items, a `use` declaration can be public, if qualified by
859 the `pub` keyword. Such a `use` declaration serves to _re-export_ a name. A
860 public `use` declaration can therefore _redirect_ some public name to a
861 different target definition: even a definition with a private canonical path,
862 inside a different module. If a sequence of such redirections form a cycle or
863 cannot be resolved unambiguously, they represent a compile-time error.
864
865 An example of re-exporting:
866
867 ```
868 # fn main() { }
869 mod quux {
870     pub use quux::foo::{bar, baz};
871
872     pub mod foo {
873         pub fn bar() { }
874         pub fn baz() { }
875     }
876 }
877 ```
878
879 In this example, the module `quux` re-exports two public names defined in
880 `foo`.
881
882 Also note that the paths contained in `use` items are relative to the crate
883 root. So, in the previous example, the `use` refers to `quux::foo::{bar,
884 baz}`, and not simply to `foo::{bar, baz}`. This also means that top-level
885 module declarations should be at the crate root if direct usage of the declared
886 modules within `use` items is desired. It is also possible to use `self` and
887 `super` at the beginning of a `use` item to refer to the current and direct
888 parent modules respectively. All rules regarding accessing declared modules in
889 `use` declarations apply to both module declarations and `extern crate`
890 declarations.
891
892 An example of what will and will not work for `use` items:
893
894 ```
895 # #![allow(unused_imports)]
896 use foo::baz::foobaz;    // good: foo is at the root of the crate
897
898 mod foo {
899
900     mod example {
901         pub mod iter {}
902     }
903
904     use foo::example::iter; // good: foo is at crate root
905 //  use example::iter;      // bad:  example is not at the crate root
906     use self::baz::foobaz;  // good: self refers to module 'foo'
907     use foo::bar::foobar;   // good: foo is at crate root
908
909     pub mod bar {
910         pub fn foobar() { }
911     }
912
913     pub mod baz {
914         use super::bar::foobar; // good: super refers to module 'foo'
915         pub fn foobaz() { }
916     }
917 }
918
919 fn main() {}
920 ```
921
922 ### Functions
923
924 A _function item_ defines a sequence of [statements](#statements) and a
925 final [expression](#expressions), along with a name and a set of
926 parameters. Other than a name, all these are optional.
927 Functions are declared with the keyword `fn`. Functions may declare a
928 set of *input* [*variables*](#variables) as parameters, through which the caller
929 passes arguments into the function, and the *output* [*type*](#types)
930 of the value the function will return to its caller on completion.
931
932 A function may also be copied into a first-class *value*, in which case the
933 value has the corresponding [*function type*](#function-types), and can be used
934 otherwise exactly as a function item (with a minor additional cost of calling
935 the function indirectly).
936
937 Every control path in a function logically ends with a `return` expression or a
938 diverging expression. If the outermost block of a function has a
939 value-producing expression in its final-expression position, that expression is
940 interpreted as an implicit `return` expression applied to the final-expression.
941
942 An example of a function:
943
944 ```
945 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
946     x + y
947 }
948 ```
949
950 As with `let` bindings, function arguments are irrefutable patterns, so any
951 pattern that is valid in a let binding is also valid as an argument.
952
953 ```
954 fn first((value, _): (i32, i32)) -> i32 { value }
955 ```
956
957
958 #### Generic functions
959
960 A _generic function_ allows one or more _parameterized types_ to appear in its
961 signature. Each type parameter must be explicitly declared, in an
962 angle-bracket-enclosed, comma-separated list following the function name.
963
964 ```rust,ignore
965 // foo is generic over A and B
966
967 fn foo<A, B>(x: A, y: B) {
968 ```
969
970 Inside the function signature and body, the name of the type parameter can be
971 used as a type name. [Trait](#traits) bounds can be specified for type parameters
972 to allow methods with that trait to be called on values of that type. This is
973 specified using the `where` syntax:
974
975 ```rust,ignore
976 fn foo<T>(x: T) where T: Debug {
977 ```
978
979 When a generic function is referenced, its type is instantiated based on the
980 context of the reference. For example, calling the `foo` function here:
981
982 ```
983 use std::fmt::Debug;
984
985 fn foo<T>(x: &[T]) where T: Debug {
986     // details elided
987     # ()
988 }
989
990 foo(&[1, 2]);
991 ```
992
993 will instantiate type parameter `T` with `i32`.
994
995 The type parameters can also be explicitly supplied in a trailing
996 [path](#paths) component after the function name. This might be necessary if
997 there is not sufficient context to determine the type parameters. For example,
998 `mem::size_of::<u32>() == 4`.
999
1000 #### Diverging functions
1001
1002 A special kind of function can be declared with a `!` character where the
1003 output type would normally be. For example:
1004
1005 ```
1006 fn my_err(s: &str) -> ! {
1007     println!("{}", s);
1008     panic!();
1009 }
1010 ```
1011
1012 We call such functions "diverging" because they never return a value to the
1013 caller. Every control path in a diverging function must end with a `panic!()` or
1014 a call to another diverging function on every control path. The `!` annotation
1015 does *not* denote a type.
1016
1017 It might be necessary to declare a diverging function because as mentioned
1018 previously, the typechecker checks that every control path in a function ends
1019 with a [`return`](#return-expressions) or diverging expression. So, if `my_err`
1020 were declared without the `!` annotation, the following code would not
1021 typecheck:
1022
1023 ```
1024 # fn my_err(s: &str) -> ! { panic!() }
1025
1026 fn f(i: i32) -> i32 {
1027     if i == 42 {
1028         return 42;
1029     }
1030     else {
1031         my_err("Bad number!");
1032     }
1033 }
1034 ```
1035
1036 This will not compile without the `!` annotation on `my_err`, since the `else`
1037 branch of the conditional in `f` does not return an `i32`, as required by the
1038 signature of `f`. Adding the `!` annotation to `my_err` informs the
1039 typechecker that, should control ever enter `my_err`, no further type judgments
1040 about `f` need to hold, since control will never resume in any context that
1041 relies on those judgments. Thus the return type on `f` only needs to reflect
1042 the `if` branch of the conditional.
1043
1044 #### Extern functions
1045
1046 Extern functions are part of Rust's foreign function interface, providing the
1047 opposite functionality to [external blocks](#external-blocks). Whereas
1048 external blocks allow Rust code to call foreign code, extern functions with
1049 bodies defined in Rust code _can be called by foreign code_. They are defined
1050 in the same way as any other Rust function, except that they have the `extern`
1051 modifier.
1052
1053 ```
1054 // Declares an extern fn, the ABI defaults to "C"
1055 extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1056
1057 // Declares an extern fn with "stdcall" ABI
1058 extern "stdcall" fn new_i32_stdcall() -> i32 { 0 }
1059 ```
1060
1061 Unlike normal functions, extern fns have type `extern "ABI" fn()`. This is the
1062 same type as the functions declared in an extern block.
1063
1064 ```
1065 # extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1066 let fptr: extern "C" fn() -> i32 = new_i32;
1067 ```
1068
1069 Extern functions may be called directly from Rust code as Rust uses large,
1070 contiguous stack segments like C.
1071
1072 ### Type aliases
1073
1074 A _type alias_ defines a new name for an existing [type](#types). Type
1075 aliases are declared with the keyword `type`. Every value has a single,
1076 specific type, but may implement several different traits, or be compatible with
1077 several different type constraints.
1078
1079 For example, the following defines the type `Point` as a synonym for the type
1080 `(u8, u8)`, the type of pairs of unsigned 8 bit integers:
1081
1082 ```
1083 type Point = (u8, u8);
1084 let p: Point = (41, 68);
1085 ```
1086
1087 ### Structs
1088
1089 A _struct_ is a nominal [struct type](#struct-types) defined with the
1090 keyword `struct`.
1091
1092 An example of a `struct` item and its use:
1093
1094 ```
1095 struct Point {x: i32, y: i32}
1096 let p = Point {x: 10, y: 11};
1097 let px: i32 = p.x;
1098 ```
1099
1100 A _tuple struct_ is a nominal [tuple type](#tuple-types), also defined with
1101 the keyword `struct`. For example:
1102
1103 ```
1104 struct Point(i32, i32);
1105 let p = Point(10, 11);
1106 let px: i32 = match p { Point(x, _) => x };
1107 ```
1108
1109 A _unit-like struct_ is a struct without any fields, defined by leaving off
1110 the list of fields entirely. Such a struct implicitly defines a constant of
1111 its type with the same name. For example:
1112
1113 ```
1114 # #![feature(braced_empty_structs)]
1115 struct Cookie;
1116 let c = [Cookie, Cookie {}, Cookie, Cookie {}];
1117 ```
1118
1119 is equivalent to
1120
1121 ```
1122 # #![feature(braced_empty_structs)]
1123 struct Cookie {}
1124 const Cookie: Cookie = Cookie {};
1125 let c = [Cookie, Cookie {}, Cookie, Cookie {}];
1126 ```
1127
1128 The precise memory layout of a struct is not specified. One can specify a
1129 particular layout using the [`repr` attribute](#ffi-attributes).
1130
1131 ### Enumerations
1132
1133 An _enumeration_ is a simultaneous definition of a nominal [enumerated
1134 type](#enumerated-types) as well as a set of *constructors*, that can be used
1135 to create or pattern-match values of the corresponding enumerated type.
1136
1137 Enumerations are declared with the keyword `enum`.
1138
1139 An example of an `enum` item and its use:
1140
1141 ```
1142 enum Animal {
1143     Dog,
1144     Cat,
1145 }
1146
1147 let mut a: Animal = Animal::Dog;
1148 a = Animal::Cat;
1149 ```
1150
1151 Enumeration constructors can have either named or unnamed fields:
1152
1153 ```rust
1154 enum Animal {
1155     Dog (String, f64),
1156     Cat { name: String, weight: f64 }
1157 }
1158
1159 let mut a: Animal = Animal::Dog("Cocoa".to_string(), 37.2);
1160 a = Animal::Cat { name: "Spotty".to_string(), weight: 2.7 };
1161 ```
1162
1163 In this example, `Cat` is a _struct-like enum variant_,
1164 whereas `Dog` is simply called an enum variant.
1165
1166 Enums have a discriminant. You can assign them explicitly:
1167
1168 ```
1169 enum Foo {
1170     Bar = 123,
1171 }
1172 ```
1173
1174 If a discriminant isn't assigned, they start at zero, and add one for each
1175 variant, in order.
1176
1177 You can cast an enum to get this value:
1178
1179 ```
1180 # enum Foo { Bar = 123 }
1181 let x = Foo::Bar as u32; // x is now 123u32
1182 ```
1183
1184 This only works as long as none of the variants have data attached. If
1185 it were `Bar(i32)`, this is disallowed.
1186
1187 ### Constant items
1188
1189 A *constant item* is a named _constant value_ which is not associated with a
1190 specific memory location in the program. Constants are essentially inlined
1191 wherever they are used, meaning that they are copied directly into the relevant
1192 context when used. References to the same constant are not necessarily
1193 guaranteed to refer to the same memory address.
1194
1195 Constant values must not have destructors, and otherwise permit most forms of
1196 data. Constants may refer to the address of other constants, in which case the
1197 address will have the `static` lifetime. The compiler is, however, still at
1198 liberty to translate the constant many times, so the address referred to may not
1199 be stable.
1200
1201 Constants must be explicitly typed. The type may be `bool`, `char`, a number, or
1202 a type derived from those primitive types. The derived types are references with
1203 the `static` lifetime, fixed-size arrays, tuples, enum variants, and structs.
1204
1205 ```
1206 const BIT1: u32 = 1 << 0;
1207 const BIT2: u32 = 1 << 1;
1208
1209 const BITS: [u32; 2] = [BIT1, BIT2];
1210 const STRING: &'static str = "bitstring";
1211
1212 struct BitsNStrings<'a> {
1213     mybits: [u32; 2],
1214     mystring: &'a str
1215 }
1216
1217 const BITS_N_STRINGS: BitsNStrings<'static> = BitsNStrings {
1218     mybits: BITS,
1219     mystring: STRING
1220 };
1221 ```
1222
1223 ### Static items
1224
1225 A *static item* is similar to a *constant*, except that it represents a precise
1226 memory location in the program. A static is never "inlined" at the usage site,
1227 and all references to it refer to the same memory location. Static items have
1228 the `static` lifetime, which outlives all other lifetimes in a Rust program.
1229 Static items may be placed in read-only memory if they do not contain any
1230 interior mutability.
1231
1232 Statics may contain interior mutability through the `UnsafeCell` language item.
1233 All access to a static is safe, but there are a number of restrictions on
1234 statics:
1235
1236 * Statics may not contain any destructors.
1237 * The types of static values must ascribe to `Sync` to allow thread-safe access.
1238 * Statics may not refer to other statics by value, only by reference.
1239 * Constants cannot refer to statics.
1240
1241 Constants should in general be preferred over statics, unless large amounts of
1242 data are being stored, or single-address and mutability properties are required.
1243
1244 #### Mutable statics
1245
1246 If a static item is declared with the `mut` keyword, then it is allowed to
1247 be modified by the program. One of Rust's goals is to make concurrency bugs
1248 hard to run into, and this is obviously a very large source of race conditions
1249 or other bugs. For this reason, an `unsafe` block is required when either
1250 reading or writing a mutable static variable. Care should be taken to ensure
1251 that modifications to a mutable static are safe with respect to other threads
1252 running in the same process.
1253
1254 Mutable statics are still very useful, however. They can be used with C
1255 libraries and can also be bound from C libraries (in an `extern` block).
1256
1257 ```
1258 # fn atomic_add(_: &mut u32, _: u32) -> u32 { 2 }
1259
1260 static mut LEVELS: u32 = 0;
1261
1262 // This violates the idea of no shared state, and this doesn't internally
1263 // protect against races, so this function is `unsafe`
1264 unsafe fn bump_levels_unsafe1() -> u32 {
1265     let ret = LEVELS;
1266     LEVELS += 1;
1267     return ret;
1268 }
1269
1270 // Assuming that we have an atomic_add function which returns the old value,
1271 // this function is "safe" but the meaning of the return value may not be what
1272 // callers expect, so it's still marked as `unsafe`
1273 unsafe fn bump_levels_unsafe2() -> u32 {
1274     return atomic_add(&mut LEVELS, 1);
1275 }
1276 ```
1277
1278 Mutable statics have the same restrictions as normal statics, except that the
1279 type of the value is not required to ascribe to `Sync`.
1280
1281 ### Traits
1282
1283 A _trait_ describes an abstract interface that types can
1284 implement. This interface consists of associated items, which come in
1285 three varieties:
1286
1287 - functions
1288 - constants
1289 - types
1290
1291 Associated functions whose first parameter is named `self` are called
1292 methods and may be invoked using `.` notation (e.g., `x.foo()`).
1293
1294 All traits define an implicit type parameter `Self` that refers to
1295 "the type that is implementing this interface". Traits may also
1296 contain additional type parameters. These type parameters (including
1297 `Self`) may be constrained by other traits and so forth as usual.
1298
1299 Trait bounds on `Self` are considered "supertraits". These are
1300 required to be acyclic.  Supertraits are somewhat different from other
1301 constraints in that they affect what methods are available in the
1302 vtable when the trait is used as a [trait object](#trait-objects).
1303
1304 Traits are implemented for specific types through separate
1305 [implementations](#implementations).
1306
1307 Consider the following trait:
1308
1309 ```
1310 # type Surface = i32;
1311 # type BoundingBox = i32;
1312 trait Shape {
1313     fn draw(&self, Surface);
1314     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox;
1315 }
1316 ```
1317
1318 This defines a trait with two methods. All values that have
1319 [implementations](#implementations) of this trait in scope can have their
1320 `draw` and `bounding_box` methods called, using `value.bounding_box()`
1321 [syntax](#method-call-expressions).
1322
1323 Traits can include default implementations of methods, as in:
1324
1325 ```
1326 trait Foo {
1327     fn bar(&self);
1328     fn baz(&self) { println!("We called baz."); }
1329 }
1330 ```
1331
1332 Here the `baz` method has a default implementation, so types that implement
1333 `Foo` need only implement `bar`. It is also possible for implementing types
1334 to override a method that has a default implementation.
1335
1336 Type parameters can be specified for a trait to make it generic. These appear
1337 after the trait name, using the same syntax used in [generic
1338 functions](#generic-functions).
1339
1340 ```
1341 trait Seq<T> {
1342     fn len(&self) -> u32;
1343     fn elt_at(&self, n: u32) -> T;
1344     fn iter<F>(&self, F) where F: Fn(T);
1345 }
1346 ```
1347
1348 It is also possible to define associated types for a trait. Consider the
1349 following example of a `Container` trait. Notice how the type is available
1350 for use in the method signatures:
1351
1352 ```
1353 trait Container {
1354     type E;
1355     fn empty() -> Self;
1356     fn insert(&mut self, Self::E);
1357 }
1358 ```
1359
1360 In order for a type to implement this trait, it must not only provide
1361 implementations for every method, but it must specify the type `E`. Here's
1362 an implementation of `Container` for the standard library type `Vec`:
1363
1364 ```
1365 # trait Container {
1366 #     type E;
1367 #     fn empty() -> Self;
1368 #     fn insert(&mut self, Self::E);
1369 # }
1370 impl<T> Container for Vec<T> {
1371     type E = T;
1372     fn empty() -> Vec<T> { Vec::new() }
1373     fn insert(&mut self, x: T) { self.push(x); }
1374 }
1375 ```
1376
1377 Generic functions may use traits as _bounds_ on their type parameters. This
1378 will have two effects:
1379
1380 - Only types that have the trait may instantiate the parameter.
1381 - Within the generic function, the methods of the trait can be
1382   called on values that have the parameter's type.
1383
1384 For example:
1385
1386 ```
1387 # type Surface = i32;
1388 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); }
1389 fn draw_twice<T: Shape>(surface: Surface, sh: T) {
1390     sh.draw(surface);
1391     sh.draw(surface);
1392 }
1393 ```
1394
1395 Traits also define a [trait object](#trait-objects) with the same
1396 name as the trait. Values of this type are created by coercing from a
1397 pointer of some specific type to a pointer of trait type. For example,
1398 `&T` could be coerced to `&Shape` if `T: Shape` holds (and similarly
1399 for `Box<T>`). This coercion can either be implicit or
1400 [explicit](#type-cast-expressions). Here is an example of an explicit
1401 coercion:
1402
1403 ```
1404 trait Shape { }
1405 impl Shape for i32 { }
1406 let mycircle = 0i32;
1407 let myshape: Box<Shape> = Box::new(mycircle) as Box<Shape>;
1408 ```
1409
1410 The resulting value is a box containing the value that was cast, along with
1411 information that identifies the methods of the implementation that was used.
1412 Values with a trait type can have [methods called](#method-call-expressions) on
1413 them, for any method in the trait, and can be used to instantiate type
1414 parameters that are bounded by the trait.
1415
1416 Trait methods may be static, which means that they lack a `self` argument.
1417 This means that they can only be called with function call syntax (`f(x)`) and
1418 not method call syntax (`obj.f()`). The way to refer to the name of a static
1419 method is to qualify it with the trait name, treating the trait name like a
1420 module. For example:
1421
1422 ```
1423 trait Num {
1424     fn from_i32(n: i32) -> Self;
1425 }
1426 impl Num for f64 {
1427     fn from_i32(n: i32) -> f64 { n as f64 }
1428 }
1429 let x: f64 = Num::from_i32(42);
1430 ```
1431
1432 Traits may inherit from other traits. Consider the following example:
1433
1434 ```
1435 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1436 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1437 ```
1438
1439 The syntax `Circle : Shape` means that types that implement `Circle` must also
1440 have an implementation for `Shape`. Multiple supertraits are separated by `+`,
1441 `trait Circle : Shape + PartialEq { }`. In an implementation of `Circle` for a
1442 given type `T`, methods can refer to `Shape` methods, since the typechecker
1443 checks that any type with an implementation of `Circle` also has an
1444 implementation of `Shape`:
1445
1446 ```rust
1447 struct Foo;
1448
1449 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1450 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1451 impl Shape for Foo {
1452     fn area(&self) -> f64 {
1453         0.0
1454     }
1455 }
1456 impl Circle for Foo {
1457     fn radius(&self) -> f64 {
1458         println!("calling area: {}", self.area());
1459
1460         0.0
1461     }
1462 }
1463
1464 let c = Foo;
1465 c.radius();
1466 ```
1467
1468 In type-parameterized functions, methods of the supertrait may be called on
1469 values of subtrait-bound type parameters. Referring to the previous example of
1470 `trait Circle : Shape`:
1471
1472 ```
1473 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1474 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1475 fn radius_times_area<T: Circle>(c: T) -> f64 {
1476     // `c` is both a Circle and a Shape
1477     c.radius() * c.area()
1478 }
1479 ```
1480
1481 Likewise, supertrait methods may also be called on trait objects.
1482
1483 ```{.ignore}
1484 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1485 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1486 # impl Shape for i32 { fn area(&self) -> f64 { 0.0 } }
1487 # impl Circle for i32 { fn radius(&self) -> f64 { 0.0 } }
1488 # let mycircle = 0i32;
1489 let mycircle = Box::new(mycircle) as Box<Circle>;
1490 let nonsense = mycircle.radius() * mycircle.area();
1491 ```
1492
1493 ### Implementations
1494
1495 An _implementation_ is an item that implements a [trait](#traits) for a
1496 specific type.
1497
1498 Implementations are defined with the keyword `impl`.
1499
1500 ```
1501 # #[derive(Copy, Clone)]
1502 # struct Point {x: f64, y: f64};
1503 # type Surface = i32;
1504 # struct BoundingBox {x: f64, y: f64, width: f64, height: f64};
1505 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); fn bounding_box(&self) -> BoundingBox; }
1506 # fn do_draw_circle(s: Surface, c: Circle) { }
1507 struct Circle {
1508     radius: f64,
1509     center: Point,
1510 }
1511
1512 impl Copy for Circle {}
1513
1514 impl Clone for Circle {
1515     fn clone(&self) -> Circle { *self }
1516 }
1517
1518 impl Shape for Circle {
1519     fn draw(&self, s: Surface) { do_draw_circle(s, *self); }
1520     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox {
1521         let r = self.radius;
1522         BoundingBox {
1523             x: self.center.x - r,
1524             y: self.center.y - r,
1525             width: 2.0 * r,
1526             height: 2.0 * r,
1527         }
1528     }
1529 }
1530 ```
1531
1532 It is possible to define an implementation without referring to a trait. The
1533 methods in such an implementation can only be used as direct calls on the values
1534 of the type that the implementation targets. In such an implementation, the
1535 trait type and `for` after `impl` are omitted. Such implementations are limited
1536 to nominal types (enums, structs, trait objects), and the implementation must
1537 appear in the same crate as the `self` type:
1538
1539 ```
1540 struct Point {x: i32, y: i32}
1541
1542 impl Point {
1543     fn log(&self) {
1544         println!("Point is at ({}, {})", self.x, self.y);
1545     }
1546 }
1547
1548 let my_point = Point {x: 10, y:11};
1549 my_point.log();
1550 ```
1551
1552 When a trait _is_ specified in an `impl`, all methods declared as part of the
1553 trait must be implemented, with matching types and type parameter counts.
1554
1555 An implementation can take type parameters, which can be different from the
1556 type parameters taken by the trait it implements. Implementation parameters
1557 are written after the `impl` keyword.
1558
1559 ```
1560 # trait Seq<T> { fn dummy(&self, _: T) { } }
1561 impl<T> Seq<T> for Vec<T> {
1562     /* ... */
1563 }
1564 impl Seq<bool> for u32 {
1565     /* Treat the integer as a sequence of bits */
1566 }
1567 ```
1568
1569 ### External blocks
1570
1571 External blocks form the basis for Rust's foreign function interface.
1572 Declarations in an external block describe symbols in external, non-Rust
1573 libraries.
1574
1575 Functions within external blocks are declared in the same way as other Rust
1576 functions, with the exception that they may not have a body and are instead
1577 terminated by a semicolon.
1578
1579 Functions within external blocks may be called by Rust code, just like
1580 functions defined in Rust. The Rust compiler automatically translates between
1581 the Rust ABI and the foreign ABI.
1582
1583 A number of [attributes](#attributes) control the behavior of external blocks.
1584
1585 By default external blocks assume that the library they are calling uses the
1586 standard C "cdecl" ABI. Other ABIs may be specified using an `abi` string, as
1587 shown here:
1588
1589 ```ignore
1590 // Interface to the Windows API
1591 extern "stdcall" { }
1592 ```
1593
1594 The `link` attribute allows the name of the library to be specified. When
1595 specified the compiler will attempt to link against the native library of the
1596 specified name.
1597
1598 ```{.ignore}
1599 #[link(name = "crypto")]
1600 extern { }
1601 ```
1602
1603 The type of a function declared in an extern block is `extern "abi" fn(A1, ...,
1604 An) -> R`, where `A1...An` are the declared types of its arguments and `R` is
1605 the declared return type.
1606
1607 It is valid to add the `link` attribute on an empty extern block. You can use
1608 this to satisfy the linking requirements of extern blocks elsewhere in your code
1609 (including upstream crates) instead of adding the attribute to each extern block.
1610
1611 ## Visibility and Privacy
1612
1613 These two terms are often used interchangeably, and what they are attempting to
1614 convey is the answer to the question "Can this item be used at this location?"
1615
1616 Rust's name resolution operates on a global hierarchy of namespaces. Each level
1617 in the hierarchy can be thought of as some item. The items are one of those
1618 mentioned above, but also include external crates. Declaring or defining a new
1619 module can be thought of as inserting a new tree into the hierarchy at the
1620 location of the definition.
1621
1622 To control whether interfaces can be used across modules, Rust checks each use
1623 of an item to see whether it should be allowed or not. This is where privacy
1624 warnings are generated, or otherwise "you used a private item of another module
1625 and weren't allowed to."
1626
1627 By default, everything in Rust is *private*, with one exception. Enum variants
1628 in a `pub` enum are also public by default. When an item is declared as `pub`,
1629 it can be thought of as being accessible to the outside world. For example:
1630
1631 ```
1632 # fn main() {}
1633 // Declare a private struct
1634 struct Foo;
1635
1636 // Declare a public struct with a private field
1637 pub struct Bar {
1638     field: i32
1639 }
1640
1641 // Declare a public enum with two public variants
1642 pub enum State {
1643     PubliclyAccessibleState,
1644     PubliclyAccessibleState2,
1645 }
1646 ```
1647
1648 With the notion of an item being either public or private, Rust allows item
1649 accesses in two cases:
1650
1651 1. If an item is public, then it can be used externally through any of its
1652    public ancestors.
1653 2. If an item is private, it may be accessed by the current module and its
1654    descendants.
1655
1656 These two cases are surprisingly powerful for creating module hierarchies
1657 exposing public APIs while hiding internal implementation details. To help
1658 explain, here's a few use cases and what they would entail:
1659
1660 * A library developer needs to expose functionality to crates which link
1661   against their library. As a consequence of the first case, this means that
1662   anything which is usable externally must be `pub` from the root down to the
1663   destination item. Any private item in the chain will disallow external
1664   accesses.
1665
1666 * A crate needs a global available "helper module" to itself, but it doesn't
1667   want to expose the helper module as a public API. To accomplish this, the
1668   root of the crate's hierarchy would have a private module which then
1669   internally has a "public API". Because the entire crate is a descendant of
1670   the root, then the entire local crate can access this private module through
1671   the second case.
1672
1673 * When writing unit tests for a module, it's often a common idiom to have an
1674   immediate child of the module to-be-tested named `mod test`. This module
1675   could access any items of the parent module through the second case, meaning
1676   that internal implementation details could also be seamlessly tested from the
1677   child module.
1678
1679 In the second case, it mentions that a private item "can be accessed" by the
1680 current module and its descendants, but the exact meaning of accessing an item
1681 depends on what the item is. Accessing a module, for example, would mean
1682 looking inside of it (to import more items). On the other hand, accessing a
1683 function would mean that it is invoked. Additionally, path expressions and
1684 import statements are considered to access an item in the sense that the
1685 import/expression is only valid if the destination is in the current visibility
1686 scope.
1687
1688 Here's an example of a program which exemplifies the three cases outlined
1689 above:
1690
1691 ```
1692 // This module is private, meaning that no external crate can access this
1693 // module. Because it is private at the root of this current crate, however, any
1694 // module in the crate may access any publicly visible item in this module.
1695 mod crate_helper_module {
1696
1697     // This function can be used by anything in the current crate
1698     pub fn crate_helper() {}
1699
1700     // This function *cannot* be used by anything else in the crate. It is not
1701     // publicly visible outside of the `crate_helper_module`, so only this
1702     // current module and its descendants may access it.
1703     fn implementation_detail() {}
1704 }
1705
1706 // This function is "public to the root" meaning that it's available to external
1707 // crates linking against this one.
1708 pub fn public_api() {}
1709
1710 // Similarly to 'public_api', this module is public so external crates may look
1711 // inside of it.
1712 pub mod submodule {
1713     use crate_helper_module;
1714
1715     pub fn my_method() {
1716         // Any item in the local crate may invoke the helper module's public
1717         // interface through a combination of the two rules above.
1718         crate_helper_module::crate_helper();
1719     }
1720
1721     // This function is hidden to any module which is not a descendant of
1722     // `submodule`
1723     fn my_implementation() {}
1724
1725     #[cfg(test)]
1726     mod test {
1727
1728         #[test]
1729         fn test_my_implementation() {
1730             // Because this module is a descendant of `submodule`, it's allowed
1731             // to access private items inside of `submodule` without a privacy
1732             // violation.
1733             super::my_implementation();
1734         }
1735     }
1736 }
1737
1738 # fn main() {}
1739 ```
1740
1741 For a rust program to pass the privacy checking pass, all paths must be valid
1742 accesses given the two rules above. This includes all use statements,
1743 expressions, types, etc.
1744
1745 ### Re-exporting and Visibility
1746
1747 Rust allows publicly re-exporting items through a `pub use` directive. Because
1748 this is a public directive, this allows the item to be used in the current
1749 module through the rules above. It essentially allows public access into the
1750 re-exported item. For example, this program is valid:
1751
1752 ```
1753 pub use self::implementation::api;
1754
1755 mod implementation {
1756     pub mod api {
1757         pub fn f() {}
1758     }
1759 }
1760
1761 # fn main() {}
1762 ```
1763
1764 This means that any external crate referencing `implementation::api::f` would
1765 receive a privacy violation, while the path `api::f` would be allowed.
1766
1767 When re-exporting a private item, it can be thought of as allowing the "privacy
1768 chain" being short-circuited through the reexport instead of passing through
1769 the namespace hierarchy as it normally would.
1770
1771 ## Attributes
1772
1773 Any item declaration may have an _attribute_ applied to it. Attributes in Rust
1774 are modeled on Attributes in ECMA-335, with the syntax coming from ECMA-334
1775 (C#). An attribute is a general, free-form metadatum that is interpreted
1776 according to name, convention, and language and compiler version. Attributes
1777 may appear as any of:
1778
1779 * A single identifier, the attribute name
1780 * An identifier followed by the equals sign '=' and a literal, providing a
1781   key/value pair
1782 * An identifier followed by a parenthesized list of sub-attribute arguments
1783
1784 Attributes with a bang ("!") after the hash ("#") apply to the item that the
1785 attribute is declared within. Attributes that do not have a bang after the hash
1786 apply to the item that follows the attribute.
1787
1788 An example of attributes:
1789
1790 ```{.rust}
1791 // General metadata applied to the enclosing module or crate.
1792 #![crate_type = "lib"]
1793
1794 // A function marked as a unit test
1795 #[test]
1796 fn test_foo() {
1797     /* ... */
1798 }
1799
1800 // A conditionally-compiled module
1801 #[cfg(target_os="linux")]
1802 mod bar {
1803     /* ... */
1804 }
1805
1806 // A lint attribute used to suppress a warning/error
1807 #[allow(non_camel_case_types)]
1808 type int8_t = i8;
1809 ```
1810
1811 > **Note:** At some point in the future, the compiler will distinguish between
1812 > language-reserved and user-available attributes. Until then, there is
1813 > effectively no difference between an attribute handled by a loadable syntax
1814 > extension and the compiler.
1815
1816 ### Crate-only attributes
1817
1818 - `crate_name` - specify the crate's crate name.
1819 - `crate_type` - see [linkage](#linkage).
1820 - `feature` - see [compiler features](#compiler-features).
1821 - `no_builtins` - disable optimizing certain code patterns to invocations of
1822                   library functions that are assumed to exist
1823 - `no_main` - disable emitting the `main` symbol. Useful when some other
1824    object being linked to defines `main`.
1825 - `no_start` - disable linking to the `native` crate, which specifies the
1826   "start" language item.
1827 - `no_std` - disable linking to the `std` crate.
1828 - `plugin` - load a list of named crates as compiler plugins, e.g.
1829              `#![plugin(foo, bar)]`. Optional arguments for each plugin,
1830              i.e. `#![plugin(foo(... args ...))]`, are provided to the plugin's
1831              registrar function.  The `plugin` feature gate is required to use
1832              this attribute.
1833 - `recursion_limit` - Sets the maximum depth for potentially
1834                       infinitely-recursive compile-time operations like
1835                       auto-dereference or macro expansion. The default is
1836                       `#![recursion_limit="64"]`.
1837
1838 ### Module-only attributes
1839
1840 - `no_implicit_prelude` - disable injecting `use std::prelude::*` in this
1841   module.
1842 - `path` - specifies the file to load the module from. `#[path="foo.rs"] mod
1843   bar;` is equivalent to `mod bar { /* contents of foo.rs */ }`. The path is
1844   taken relative to the directory that the current module is in.
1845
1846 ### Function-only attributes
1847
1848 - `main` - indicates that this function should be passed to the entry point,
1849   rather than the function in the crate root named `main`.
1850 - `plugin_registrar` - mark this function as the registration point for
1851   [compiler plugins][plugin], such as loadable syntax extensions.
1852 - `start` - indicates that this function should be used as the entry point,
1853   overriding the "start" language item. See the "start" [language
1854   item](#language-items) for more details.
1855 - `test` - indicates that this function is a test function, to only be compiled
1856   in case of `--test`.
1857 - `should_panic` - indicates that this test function should panic, inverting the success condition.
1858 - `cold` - The function is unlikely to be executed, so optimize it (and calls
1859   to it) differently.
1860
1861 ### Static-only attributes
1862
1863 - `thread_local` - on a `static mut`, this signals that the value of this
1864   static may change depending on the current thread. The exact consequences of
1865   this are implementation-defined.
1866
1867 ### FFI attributes
1868
1869 On an `extern` block, the following attributes are interpreted:
1870
1871 - `link_args` - specify arguments to the linker, rather than just the library
1872   name and type. This is feature gated and the exact behavior is
1873   implementation-defined (due to variety of linker invocation syntax).
1874 - `link` - indicate that a native library should be linked to for the
1875   declarations in this block to be linked correctly. `link` supports an optional
1876   `kind` key with three possible values: `dylib`, `static`, and `framework`. See
1877   [external blocks](#external-blocks) for more about external blocks. Two
1878   examples: `#[link(name = "readline")]` and
1879   `#[link(name = "CoreFoundation", kind = "framework")]`.
1880 - `linked_from` - indicates what native library this block of FFI items is
1881   coming from. This attribute is of the form `#[linked_from = "foo"]` where
1882   `foo` is the name of a library in either `#[link]` or a `-l` flag. This
1883   attribute is currently required to export symbols from a Rust dynamic library
1884   on Windows, and it is feature gated behind the `linked_from` feature.
1885
1886 On declarations inside an `extern` block, the following attributes are
1887 interpreted:
1888
1889 - `link_name` - the name of the symbol that this function or static should be
1890   imported as.
1891 - `linkage` - on a static, this specifies the [linkage
1892   type](http://llvm.org/docs/LangRef.html#linkage-types).
1893
1894 On `enum`s:
1895
1896 - `repr` - on C-like enums, this sets the underlying type used for
1897   representation. Takes one argument, which is the primitive
1898   type this enum should be represented for, or `C`, which specifies that it
1899   should be the default `enum` size of the C ABI for that platform. Note that
1900   enum representation in C is undefined, and this may be incorrect when the C
1901   code is compiled with certain flags.
1902
1903 On `struct`s:
1904
1905 - `repr` - specifies the representation to use for this struct. Takes a list
1906   of options. The currently accepted ones are `C` and `packed`, which may be
1907   combined. `C` will use a C ABI compatible struct layout, and `packed` will
1908   remove any padding between fields (note that this is very fragile and may
1909   break platforms which require aligned access).
1910
1911 ### Macro-related attributes
1912
1913 - `macro_use` on a `mod` — macros defined in this module will be visible in the
1914   module's parent, after this module has been included.
1915
1916 - `macro_use` on an `extern crate` — load macros from this crate.  An optional
1917   list of names `#[macro_use(foo, bar)]` restricts the import to just those
1918   macros named.  The `extern crate` must appear at the crate root, not inside
1919   `mod`, which ensures proper function of the [`$crate` macro
1920   variable](book/macros.html#the-variable-crate).
1921
1922 - `macro_reexport` on an `extern crate` — re-export the named macros.
1923
1924 - `macro_export` - export a macro for cross-crate usage.
1925
1926 - `no_link` on an `extern crate` — even if we load this crate for macros, don't
1927   link it into the output.
1928
1929 See the [macros section of the
1930 book](book/macros.html#scoping-and-macro-importexport) for more information on
1931 macro scope.
1932
1933
1934 ### Miscellaneous attributes
1935
1936 - `export_name` - on statics and functions, this determines the name of the
1937   exported symbol.
1938 - `link_section` - on statics and functions, this specifies the section of the
1939   object file that this item's contents will be placed into.
1940 - `no_mangle` - on any item, do not apply the standard name mangling. Set the
1941   symbol for this item to its identifier.
1942 - `simd` - on certain tuple structs, derive the arithmetic operators, which
1943   lower to the target's SIMD instructions, if any; the `simd` feature gate
1944   is necessary to use this attribute.
1945 - `unsafe_destructor_blind_to_params` - on `Drop::drop` method, asserts that the
1946   destructor code (and all potential specializations of that code) will
1947   never attempt to read from nor write to any references with lifetimes
1948   that come in via generic parameters. This is a constraint we cannot
1949   currently express via the type system, and therefore we rely on the
1950   programmer to assert that it holds. Adding this to a Drop impl causes
1951   the associated destructor to be considered "uninteresting" by the
1952   Drop-Check rule, and thus it can help sidestep data ordering
1953   constraints that would otherwise be introduced by the Drop-Check
1954   rule. Such sidestepping of the constraints, if done incorrectly, can
1955   lead to undefined behavior (in the form of reading or writing to data
1956   outside of its dynamic extent), and thus this attribute has the word
1957   "unsafe" in its name. To use this, the
1958   `unsafe_destructor_blind_to_params` feature gate must be enabled.
1959 - `unsafe_no_drop_flag` - on structs, remove the flag that prevents
1960   destructors from being run twice. Destructors might be run multiple times on
1961   the same object with this attribute. To use this, the `unsafe_no_drop_flag` feature
1962   gate must be enabled.
1963 - `doc` - Doc comments such as `/// foo` are equivalent to `#[doc = "foo"]`.
1964 - `rustc_on_unimplemented` - Write a custom note to be shown along with the error
1965    when the trait is found to be unimplemented on a type.
1966    You may use format arguments like `{T}`, `{A}` to correspond to the
1967    types at the point of use corresponding to the type parameters of the
1968    trait of the same name. `{Self}` will be replaced with the type that is supposed
1969    to implement the trait but doesn't. To use this, the `on_unimplemented` feature gate
1970    must be enabled.
1971
1972 ### Conditional compilation
1973
1974 Sometimes one wants to have different compiler outputs from the same code,
1975 depending on build target, such as targeted operating system, or to enable
1976 release builds.
1977
1978 There are two kinds of configuration options, one that is either defined or not
1979 (`#[cfg(foo)]`), and the other that contains a string that can be checked
1980 against (`#[cfg(bar = "baz")]`). Currently, only compiler-defined configuration
1981 options can have the latter form.
1982
1983 ```
1984 // The function is only included in the build when compiling for OSX
1985 #[cfg(target_os = "macos")]
1986 fn macos_only() {
1987   // ...
1988 }
1989
1990 // This function is only included when either foo or bar is defined
1991 #[cfg(any(foo, bar))]
1992 fn needs_foo_or_bar() {
1993   // ...
1994 }
1995
1996 // This function is only included when compiling for a unixish OS with a 32-bit
1997 // architecture
1998 #[cfg(all(unix, target_pointer_width = "32"))]
1999 fn on_32bit_unix() {
2000   // ...
2001 }
2002
2003 // This function is only included when foo is not defined
2004 #[cfg(not(foo))]
2005 fn needs_not_foo() {
2006   // ...
2007 }
2008 ```
2009
2010 This illustrates some conditional compilation can be achieved using the
2011 `#[cfg(...)]` attribute. `any`, `all` and `not` can be used to assemble
2012 arbitrarily complex configurations through nesting.
2013
2014 The following configurations must be defined by the implementation:
2015
2016 * `debug_assertions` - Enabled by default when compiling without optimizations.
2017   This can be used to enable extra debugging code in development but not in
2018   production.  For example, it controls the behavior of the standard library's
2019   `debug_assert!` macro.
2020 * `target_arch = "..."` - Target CPU architecture, such as `"x86"`, `"x86_64"`
2021   `"mips"`, `"powerpc"`, `"arm"`, or `"aarch64"`.
2022 * `target_endian = "..."` - Endianness of the target CPU, either `"little"` or
2023   `"big"`.
2024 * `target_env = ".."` - An option provided by the compiler by default
2025   describing the runtime environment of the target platform. Some examples of
2026   this are `musl` for builds targeting the MUSL libc implementation, `msvc` for
2027   Windows builds targeting MSVC, and `gnu` frequently the rest of the time. This
2028   option may also be blank on some platforms.
2029 * `target_family = "..."` - Operating system family of the target, e. g.
2030   `"unix"` or `"windows"`. The value of this configuration option is defined
2031   as a configuration itself, like `unix` or `windows`.
2032 * `target_os = "..."` - Operating system of the target, examples include
2033   `"windows"`, `"macos"`, `"ios"`, `"linux"`, `"android"`, `"freebsd"`, `"dragonfly"`,
2034   `"bitrig"` , `"openbsd"` or `"netbsd"`.
2035 * `target_pointer_width = "..."` - Target pointer width in bits. This is set
2036   to `"32"` for targets with 32-bit pointers, and likewise set to `"64"` for
2037   64-bit pointers.
2038 * `target_vendor = "..."` - Vendor of the target, for example `apple`, `pc`, or
2039   simply `"unknown"`.
2040 * `test` - Enabled when compiling the test harness (using the `--test` flag).
2041 * `unix` - See `target_family`.
2042 * `windows` - See `target_family`.
2043
2044 You can also set another attribute based on a `cfg` variable with `cfg_attr`:
2045
2046 ```rust,ignore
2047 #[cfg_attr(a, b)]
2048 ```
2049
2050 Will be the same as `#[b]` if `a` is set by `cfg`, and nothing otherwise.
2051
2052 ### Lint check attributes
2053
2054 A lint check names a potentially undesirable coding pattern, such as
2055 unreachable code or omitted documentation, for the static entity to which the
2056 attribute applies.
2057
2058 For any lint check `C`:
2059
2060 * `allow(C)` overrides the check for `C` so that violations will go
2061    unreported,
2062 * `deny(C)` signals an error after encountering a violation of `C`,
2063 * `forbid(C)` is the same as `deny(C)`, but also forbids changing the lint
2064    level afterwards,
2065 * `warn(C)` warns about violations of `C` but continues compilation.
2066
2067 The lint checks supported by the compiler can be found via `rustc -W help`,
2068 along with their default settings.  [Compiler
2069 plugins](book/compiler-plugins.html#lint-plugins) can provide additional lint checks.
2070
2071 ```{.ignore}
2072 mod m1 {
2073     // Missing documentation is ignored here
2074     #[allow(missing_docs)]
2075     pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2076
2077     // Missing documentation signals a warning here
2078     #[warn(missing_docs)]
2079     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2080
2081     // Missing documentation signals an error here
2082     #[deny(missing_docs)]
2083     pub fn undocumented_end() -> i32 { 3 }
2084 }
2085 ```
2086
2087 This example shows how one can use `allow` and `warn` to toggle a particular
2088 check on and off:
2089
2090 ```{.ignore}
2091 #[warn(missing_docs)]
2092 mod m2{
2093     #[allow(missing_docs)]
2094     mod nested {
2095         // Missing documentation is ignored here
2096         pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2097
2098         // Missing documentation signals a warning here,
2099         // despite the allow above.
2100         #[warn(missing_docs)]
2101         pub fn undocumented_two() -> i32 { 2 }
2102     }
2103
2104     // Missing documentation signals a warning here
2105     pub fn undocumented_too() -> i32 { 3 }
2106 }
2107 ```
2108
2109 This example shows how one can use `forbid` to disallow uses of `allow` for
2110 that lint check:
2111
2112 ```{.ignore}
2113 #[forbid(missing_docs)]
2114 mod m3 {
2115     // Attempting to toggle warning signals an error here
2116     #[allow(missing_docs)]
2117     /// Returns 2.
2118     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2119 }
2120 ```
2121
2122 ### Language items
2123
2124 Some primitive Rust operations are defined in Rust code, rather than being
2125 implemented directly in C or assembly language. The definitions of these
2126 operations have to be easy for the compiler to find. The `lang` attribute
2127 makes it possible to declare these operations. For example, the `str` module
2128 in the Rust standard library defines the string equality function:
2129
2130 ```{.ignore}
2131 #[lang = "str_eq"]
2132 pub fn eq_slice(a: &str, b: &str) -> bool {
2133     // details elided
2134 }
2135 ```
2136
2137 The name `str_eq` has a special meaning to the Rust compiler, and the presence
2138 of this definition means that it will use this definition when generating calls
2139 to the string equality function.
2140
2141 The set of language items is currently considered unstable. A complete
2142 list of the built-in language items will be added in the future.
2143
2144 ### Inline attributes
2145
2146 The inline attribute suggests that the compiler should place a copy of
2147 the function or static in the caller, rather than generating code to
2148 call the function or access the static where it is defined.
2149
2150 The compiler automatically inlines functions based on internal heuristics.
2151 Incorrectly inlining functions can actually make the program slower, so it
2152 should be used with care.
2153
2154 `#[inline]` and `#[inline(always)]` always cause the function to be serialized
2155 into the crate metadata to allow cross-crate inlining.
2156
2157 There are three different types of inline attributes:
2158
2159 * `#[inline]` hints the compiler to perform an inline expansion.
2160 * `#[inline(always)]` asks the compiler to always perform an inline expansion.
2161 * `#[inline(never)]` asks the compiler to never perform an inline expansion.
2162
2163 ### `derive`
2164
2165 The `derive` attribute allows certain traits to be automatically implemented
2166 for data structures. For example, the following will create an `impl` for the
2167 `PartialEq` and `Clone` traits for `Foo`, the type parameter `T` will be given
2168 the `PartialEq` or `Clone` constraints for the appropriate `impl`:
2169
2170 ```
2171 #[derive(PartialEq, Clone)]
2172 struct Foo<T> {
2173     a: i32,
2174     b: T
2175 }
2176 ```
2177
2178 The generated `impl` for `PartialEq` is equivalent to
2179
2180 ```
2181 # struct Foo<T> { a: i32, b: T }
2182 impl<T: PartialEq> PartialEq for Foo<T> {
2183     fn eq(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2184         self.a == other.a && self.b == other.b
2185     }
2186
2187     fn ne(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2188         self.a != other.a || self.b != other.b
2189     }
2190 }
2191 ```
2192
2193 ### Compiler Features
2194
2195 Certain aspects of Rust may be implemented in the compiler, but they're not
2196 necessarily ready for every-day use. These features are often of "prototype
2197 quality" or "almost production ready", but may not be stable enough to be
2198 considered a full-fledged language feature.
2199
2200 For this reason, Rust recognizes a special crate-level attribute of the form:
2201
2202 ```{.ignore}
2203 #![feature(feature1, feature2, feature3)]
2204 ```
2205
2206 This directive informs the compiler that the feature list: `feature1`,
2207 `feature2`, and `feature3` should all be enabled. This is only recognized at a
2208 crate-level, not at a module-level. Without this directive, all features are
2209 considered off, and using the features will result in a compiler error.
2210
2211 The currently implemented features of the reference compiler are:
2212
2213 * `advanced_slice_patterns` - See the [match expressions](#match-expressions)
2214                               section for discussion; the exact semantics of
2215                               slice patterns are subject to change, so some types
2216                               are still unstable.
2217
2218 * `slice_patterns` - OK, actually, slice patterns are just scary and
2219                      completely unstable.
2220
2221 * `asm` - The `asm!` macro provides a means for inline assembly. This is often
2222           useful, but the exact syntax for this feature along with its
2223           semantics are likely to change, so this macro usage must be opted
2224           into.
2225
2226 * `associated_consts` - Allows constants to be defined in `impl` and `trait`
2227                         blocks, so that they can be associated with a type or
2228                         trait in a similar manner to methods and associated
2229                         types.
2230
2231 * `box_patterns` - Allows `box` patterns, the exact semantics of which
2232                    is subject to change.
2233
2234 * `box_syntax` - Allows use of `box` expressions, the exact semantics of which
2235                  is subject to change.
2236
2237 * `cfg_target_vendor` - Allows conditional compilation using the `target_vendor`
2238                         matcher which is subject to change.
2239
2240 * `concat_idents` - Allows use of the `concat_idents` macro, which is in many
2241                     ways insufficient for concatenating identifiers, and may be
2242                     removed entirely for something more wholesome.
2243
2244 * `custom_attribute` - Allows the usage of attributes unknown to the compiler
2245                        so that new attributes can be added in a backwards compatible
2246                        manner (RFC 572).
2247
2248 * `custom_derive` - Allows the use of `#[derive(Foo,Bar)]` as sugar for
2249                     `#[derive_Foo] #[derive_Bar]`, which can be user-defined syntax
2250                     extensions.
2251
2252 * `intrinsics` - Allows use of the "rust-intrinsics" ABI. Compiler intrinsics
2253                  are inherently unstable and no promise about them is made.
2254
2255 * `lang_items` - Allows use of the `#[lang]` attribute. Like `intrinsics`,
2256                  lang items are inherently unstable and no promise about them
2257                  is made.
2258
2259 * `link_args` - This attribute is used to specify custom flags to the linker,
2260                 but usage is strongly discouraged. The compiler's usage of the
2261                 system linker is not guaranteed to continue in the future, and
2262                 if the system linker is not used then specifying custom flags
2263                 doesn't have much meaning.
2264
2265 * `link_llvm_intrinsics` – Allows linking to LLVM intrinsics via
2266                            `#[link_name="llvm.*"]`.
2267
2268 * `linkage` - Allows use of the `linkage` attribute, which is not portable.
2269
2270 * `log_syntax` - Allows use of the `log_syntax` macro attribute, which is a
2271                  nasty hack that will certainly be removed.
2272
2273 * `main` - Allows use of the `#[main]` attribute, which changes the entry point
2274            into a Rust program. This capability is subject to change.
2275
2276 * `macro_reexport` - Allows macros to be re-exported from one crate after being imported
2277                      from another. This feature was originally designed with the sole
2278                      use case of the Rust standard library in mind, and is subject to
2279                      change.
2280
2281 * `non_ascii_idents` - The compiler supports the use of non-ascii identifiers,
2282                        but the implementation is a little rough around the
2283                        edges, so this can be seen as an experimental feature
2284                        for now until the specification of identifiers is fully
2285                        fleshed out.
2286
2287 * `no_std` - Allows the `#![no_std]` crate attribute, which disables the implicit
2288              `extern crate std`. This typically requires use of the unstable APIs
2289              behind the libstd "facade", such as libcore and libcollections. It
2290              may also cause problems when using syntax extensions, including
2291              `#[derive]`.
2292
2293 * `on_unimplemented` - Allows the `#[rustc_on_unimplemented]` attribute, which allows
2294                        trait definitions to add specialized notes to error messages
2295                        when an implementation was expected but not found.
2296
2297 * `optin_builtin_traits` - Allows the definition of default and negative trait
2298                            implementations. Experimental.
2299
2300 * `plugin` - Usage of [compiler plugins][plugin] for custom lints or syntax extensions.
2301              These depend on compiler internals and are subject to change.
2302
2303 * `plugin_registrar` - Indicates that a crate provides [compiler plugins][plugin].
2304
2305 * `quote` - Allows use of the `quote_*!` family of macros, which are
2306             implemented very poorly and will likely change significantly
2307             with a proper implementation.
2308
2309 * `rustc_attrs` - Gates internal `#[rustc_*]` attributes which may be
2310                   for internal use only or have meaning added to them in the future.
2311
2312 * `rustc_diagnostic_macros`- A mysterious feature, used in the implementation
2313                              of rustc, not meant for mortals.
2314
2315 * `simd` - Allows use of the `#[simd]` attribute, which is overly simple and
2316            not the SIMD interface we want to expose in the long term.
2317
2318 * `simd_ffi` - Allows use of SIMD vectors in signatures for foreign functions.
2319                The SIMD interface is subject to change.
2320
2321 * `staged_api` - Allows usage of stability markers and `#![staged_api]` in a
2322                  crate. Stability markers are also attributes: `#[stable]`,
2323                  `#[unstable]`, and `#[deprecated]` are the three levels.
2324
2325 * `start` - Allows use of the `#[start]` attribute, which changes the entry point
2326             into a Rust program. This capability, especially the signature for the
2327             annotated function, is subject to change.
2328
2329 * `thread_local` - The usage of the `#[thread_local]` attribute is experimental
2330                    and should be seen as unstable. This attribute is used to
2331                    declare a `static` as being unique per-thread leveraging
2332                    LLVM's implementation which works in concert with the kernel
2333                    loader and dynamic linker. This is not necessarily available
2334                    on all platforms, and usage of it is discouraged.
2335
2336 * `trace_macros` - Allows use of the `trace_macros` macro, which is a nasty
2337                    hack that will certainly be removed.
2338
2339 * `unboxed_closures` - Rust's new closure design, which is currently a work in
2340                        progress feature with many known bugs.
2341
2342 * `unsafe_no_drop_flag` - Allows use of the `#[unsafe_no_drop_flag]` attribute,
2343                           which removes hidden flag added to a type that
2344                           implements the `Drop` trait. The design for the
2345                           `Drop` flag is subject to change, and this feature
2346                           may be removed in the future.
2347
2348 * `unmarked_api` - Allows use of items within a `#![staged_api]` crate
2349                    which have not been marked with a stability marker.
2350                    Such items should not be allowed by the compiler to exist,
2351                    so if you need this there probably is a compiler bug.
2352
2353 * `visible_private_types` - Allows public APIs to expose otherwise private
2354                             types, e.g. as the return type of a public function.
2355                             This capability may be removed in the future.
2356
2357 * `allow_internal_unstable` - Allows `macro_rules!` macros to be tagged with the
2358                               `#[allow_internal_unstable]` attribute, designed
2359                               to allow `std` macros to call
2360                               `#[unstable]`/feature-gated functionality
2361                               internally without imposing on callers
2362                               (i.e. making them behave like function calls in
2363                               terms of encapsulation).
2364 * - `default_type_parameter_fallback` - Allows type parameter defaults to
2365                                         influence type inference.
2366 * - `braced_empty_structs` - Allows use of empty structs and enum variants with braces.
2367
2368 If a feature is promoted to a language feature, then all existing programs will
2369 start to receive compilation warnings about `#![feature]` directives which enabled
2370 the new feature (because the directive is no longer necessary). However, if a
2371 feature is decided to be removed from the language, errors will be issued (if
2372 there isn't a parser error first). The directive in this case is no longer
2373 necessary, and it's likely that existing code will break if the feature isn't
2374 removed.
2375
2376 If an unknown feature is found in a directive, it results in a compiler error.
2377 An unknown feature is one which has never been recognized by the compiler.
2378
2379 # Statements and expressions
2380
2381 Rust is _primarily_ an expression language. This means that most forms of
2382 value-producing or effect-causing evaluation are directed by the uniform syntax
2383 category of _expressions_. Each kind of expression can typically _nest_ within
2384 each other kind of expression, and rules for evaluation of expressions involve
2385 specifying both the value produced by the expression and the order in which its
2386 sub-expressions are themselves evaluated.
2387
2388 In contrast, statements in Rust serve _mostly_ to contain and explicitly
2389 sequence expression evaluation.
2390
2391 ## Statements
2392
2393 A _statement_ is a component of a block, which is in turn a component of an
2394 outer [expression](#expressions) or [function](#functions).
2395
2396 Rust has two kinds of statement: [declaration
2397 statements](#declaration-statements) and [expression
2398 statements](#expression-statements).
2399
2400 ### Declaration statements
2401
2402 A _declaration statement_ is one that introduces one or more *names* into the
2403 enclosing statement block. The declared names may denote new variables or new
2404 items.
2405
2406 #### Item declarations
2407
2408 An _item declaration statement_ has a syntactic form identical to an
2409 [item](#items) declaration within a module. Declaring an item &mdash; a
2410 function, enumeration, struct, type, static, trait, implementation or module
2411 &mdash; locally within a statement block is simply a way of restricting its
2412 scope to a narrow region containing all of its uses; it is otherwise identical
2413 in meaning to declaring the item outside the statement block.
2414
2415 > **Note**: there is no implicit capture of the function's dynamic environment when
2416 > declaring a function-local item.
2417
2418 #### Variable declarations
2419
2420 A _variable declaration_ introduces a new set of variable, given by a pattern. The
2421 pattern may be followed by a type annotation, and/or an initializer expression.
2422 When no type annotation is given, the compiler will infer the type, or signal
2423 an error if insufficient type information is available for definite inference.
2424 Any variables introduced by a variable declaration are visible from the point of
2425 declaration until the end of the enclosing block scope.
2426
2427 ### Expression statements
2428
2429 An _expression statement_ is one that evaluates an [expression](#expressions)
2430 and ignores its result. The type of an expression statement `e;` is always
2431 `()`, regardless of the type of `e`. As a rule, an expression statement's
2432 purpose is to trigger the effects of evaluating its expression.
2433
2434 ## Expressions
2435
2436 An expression may have two roles: it always produces a *value*, and it may have
2437 *effects* (otherwise known as "side effects"). An expression *evaluates to* a
2438 value, and has effects during *evaluation*. Many expressions contain
2439 sub-expressions (operands). The meaning of each kind of expression dictates
2440 several things:
2441
2442 * Whether or not to evaluate the sub-expressions when evaluating the expression
2443 * The order in which to evaluate the sub-expressions
2444 * How to combine the sub-expressions' values to obtain the value of the expression
2445
2446 In this way, the structure of expressions dictates the structure of execution.
2447 Blocks are just another kind of expression, so blocks, statements, expressions,
2448 and blocks again can recursively nest inside each other to an arbitrary depth.
2449
2450 #### Lvalues, rvalues and temporaries
2451
2452 Expressions are divided into two main categories: _lvalues_ and _rvalues_.
2453 Likewise within each expression, sub-expressions may occur in _lvalue context_
2454 or _rvalue context_. The evaluation of an expression depends both on its own
2455 category and the context it occurs within.
2456
2457 An lvalue is an expression that represents a memory location. These expressions
2458 are [paths](#path-expressions) (which refer to local variables, function and
2459 method arguments, or static variables), dereferences (`*expr`), [indexing
2460 expressions](#index-expressions) (`expr[expr]`), and [field
2461 references](#field-expressions) (`expr.f`). All other expressions are rvalues.
2462
2463 The left operand of an [assignment](#assignment-expressions) or
2464 [compound-assignment](#compound-assignment-expressions) expression is
2465 an lvalue context, as is the single operand of a unary
2466 [borrow](#unary-operator-expressions). The discriminant or subject of
2467 a [match expression](#match-expressions) may be an lvalue context, if
2468 ref bindings are made, but is otherwise an rvalue context. All other
2469 expression contexts are rvalue contexts.
2470
2471 When an lvalue is evaluated in an _lvalue context_, it denotes a memory
2472 location; when evaluated in an _rvalue context_, it denotes the value held _in_
2473 that memory location.
2474
2475 ##### Temporary lifetimes
2476
2477 When an rvalue is used in an lvalue context, a temporary un-named
2478 lvalue is created and used instead. The lifetime of temporary values
2479 is typically the innermost enclosing statement; the tail expression of
2480 a block is considered part of the statement that encloses the block.
2481
2482 When a temporary rvalue is being created that is assigned into a `let`
2483 declaration, however, the temporary is created with the lifetime of
2484 the enclosing block instead, as using the enclosing statement (the
2485 `let` declaration) would be a guaranteed error (since a pointer to the
2486 temporary would be stored into a variable, but the temporary would be
2487 freed before the variable could be used). The compiler uses simple
2488 syntactic rules to decide which values are being assigned into a `let`
2489 binding, and therefore deserve a longer temporary lifetime.
2490
2491 Here are some examples:
2492
2493 - `let x = foo(&temp())`. The expression `temp()` is an rvalue. As it
2494   is being borrowed, a temporary is created which will be freed after
2495   the innermost enclosing statement (the `let` declaration, in this case).
2496 - `let x = temp().foo()`. This is the same as the previous example,
2497   except that the value of `temp()` is being borrowed via autoref on a
2498   method-call. Here we are assuming that `foo()` is an `&self` method
2499   defined in some trait, say `Foo`. In other words, the expression
2500   `temp().foo()` is equivalent to `Foo::foo(&temp())`.
2501 - `let x = &temp()`. Here, the same temporary is being assigned into
2502   `x`, rather than being passed as a parameter, and hence the
2503   temporary's lifetime is considered to be the enclosing block.
2504 - `let x = SomeStruct { foo: &temp() }`. As in the previous case, the
2505   temporary is assigned into a struct which is then assigned into a
2506   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2507 - `let x = [ &temp() ]`. As in the previous case, the
2508   temporary is assigned into an array which is then assigned into a
2509   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2510 - `let ref x = temp()`. In this case, the temporary is created using a ref binding,
2511   but the result is the same: the lifetime is extended to the enclosing block.
2512
2513 #### Moved and copied types
2514
2515 When a [local variable](#variables) is used as an
2516 [rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries), the variable will be copied
2517 if its type implements `Copy`. All others are moved.
2518
2519 ### Literal expressions
2520
2521 A _literal expression_ consists of one of the [literal](#literals) forms
2522 described earlier. It directly describes a number, character, string, boolean
2523 value, or the unit value.
2524
2525 ```{.literals}
2526 ();        // unit type
2527 "hello";   // string type
2528 '5';       // character type
2529 5;         // integer type
2530 ```
2531
2532 ### Path expressions
2533
2534 A [path](#paths) used as an expression context denotes either a local variable
2535 or an item. Path expressions are [lvalues](#lvalues-rvalues-and-temporaries).
2536
2537 ### Tuple expressions
2538
2539 Tuples are written by enclosing zero or more comma-separated expressions in
2540 parentheses. They are used to create [tuple-typed](#tuple-types) values.
2541
2542 ```{.tuple}
2543 (0.0, 4.5);
2544 ("a", 4usize, true);
2545 ```
2546
2547 You can disambiguate a single-element tuple from a value in parentheses with a
2548 comma:
2549
2550 ```
2551 (0,); // single-element tuple
2552 (0); // zero in parentheses
2553 ```
2554
2555 ### Struct expressions
2556
2557 There are several forms of struct expressions. A _struct expression_
2558 consists of the [path](#paths) of a [struct item](#structs), followed by
2559 a brace-enclosed list of one or more comma-separated name-value pairs,
2560 providing the field values of a new instance of the struct. A field name
2561 can be any identifier, and is separated from its value expression by a colon.
2562 The location denoted by a struct field is mutable if and only if the
2563 enclosing struct is mutable.
2564
2565 A _tuple struct expression_ consists of the [path](#paths) of a [struct
2566 item](#structs), followed by a parenthesized list of one or more
2567 comma-separated expressions (in other words, the path of a struct item
2568 followed by a tuple expression). The struct item must be a tuple struct
2569 item.
2570
2571 A _unit-like struct expression_ consists only of the [path](#paths) of a
2572 [struct item](#structs).
2573
2574 The following are examples of struct expressions:
2575
2576 ```
2577 # struct Point { x: f64, y: f64 }
2578 # struct TuplePoint(f64, f64);
2579 # mod game { pub struct User<'a> { pub name: &'a str, pub age: u32, pub score: usize } }
2580 # struct Cookie; fn some_fn<T>(t: T) {}
2581 Point {x: 10.0, y: 20.0};
2582 TuplePoint(10.0, 20.0);
2583 let u = game::User {name: "Joe", age: 35, score: 100_000};
2584 some_fn::<Cookie>(Cookie);
2585 ```
2586
2587 A struct expression forms a new value of the named struct type. Note
2588 that for a given *unit-like* struct type, this will always be the same
2589 value.
2590
2591 A struct expression can terminate with the syntax `..` followed by an
2592 expression to denote a functional update. The expression following `..` (the
2593 base) must have the same struct type as the new struct type being formed.
2594 The entire expression denotes the result of constructing a new struct (with
2595 the same type as the base expression) with the given values for the fields that
2596 were explicitly specified and the values in the base expression for all other
2597 fields.
2598
2599 ```
2600 # struct Point3d { x: i32, y: i32, z: i32 }
2601 let base = Point3d {x: 1, y: 2, z: 3};
2602 Point3d {y: 0, z: 10, .. base};
2603 ```
2604
2605 ### Block expressions
2606
2607 A _block expression_ is similar to a module in terms of the declarations that
2608 are possible. Each block conceptually introduces a new namespace scope. Use
2609 items can bring new names into scopes and declared items are in scope for only
2610 the block itself.
2611
2612 A block will execute each statement sequentially, and then execute the
2613 expression (if given). If the block ends in a statement, its value is `()`:
2614
2615 ```
2616 let x: () = { println!("Hello."); };
2617 ```
2618
2619 If it ends in an expression, its value and type are that of the expression:
2620
2621 ```
2622 let x: i32 = { println!("Hello."); 5 };
2623
2624 assert_eq!(5, x);
2625 ```
2626
2627 ### Method-call expressions
2628
2629 A _method call_ consists of an expression followed by a single dot, an
2630 identifier, and a parenthesized expression-list. Method calls are resolved to
2631 methods on specific traits, either statically dispatching to a method if the
2632 exact `self`-type of the left-hand-side is known, or dynamically dispatching if
2633 the left-hand-side expression is an indirect [trait object](#trait-objects).
2634
2635 ### Field expressions
2636
2637 A _field expression_ consists of an expression followed by a single dot and an
2638 identifier, when not immediately followed by a parenthesized expression-list
2639 (the latter is a [method call expression](#method-call-expressions)). A field
2640 expression denotes a field of a [struct](#struct-types).
2641
2642 ```{.ignore .field}
2643 mystruct.myfield;
2644 foo().x;
2645 (Struct {a: 10, b: 20}).a;
2646 ```
2647
2648 A field access is an [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) referring to
2649 the value of that field. When the type providing the field inherits mutability,
2650 it can be [assigned](#assignment-expressions) to.
2651
2652 Also, if the type of the expression to the left of the dot is a
2653 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2654 to make the field access possible. In cases of ambiguity, we prefer
2655 fewer autoderefs to more.
2656
2657 ### Array expressions
2658
2659 An [array](#array-and-slice-types) _expression_ is written by enclosing zero
2660 or more comma-separated expressions of uniform type in square brackets.
2661
2662 In the `[expr ';' expr]` form, the expression after the `';'` must be a
2663 constant expression that can be evaluated at compile time, such as a
2664 [literal](#literals) or a [static item](#static-items).
2665
2666 ```
2667 [1, 2, 3, 4];
2668 ["a", "b", "c", "d"];
2669 [0; 128];              // array with 128 zeros
2670 [0u8, 0u8, 0u8, 0u8];
2671 ```
2672
2673 ### Index expressions
2674
2675 [Array](#array-and-slice-types)-typed expressions can be indexed by
2676 writing a square-bracket-enclosed expression (the index) after them. When the
2677 array is mutable, the resulting [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) can
2678 be assigned to.
2679
2680 Indices are zero-based, and may be of any integral type. Vector access is
2681 bounds-checked at compile-time for constant arrays being accessed with a constant index value.
2682 Otherwise a check will be performed at run-time that will put the thread in a _panicked state_ if it fails.
2683
2684 ```{should-fail}
2685 ([1, 2, 3, 4])[0];
2686
2687 let x = (["a", "b"])[10]; // compiler error: const index-expr is out of bounds
2688
2689 let n = 10;
2690 let y = (["a", "b"])[n]; // panics
2691
2692 let arr = ["a", "b"];
2693 arr[10]; // panics
2694 ```
2695
2696 Also, if the type of the expression to the left of the brackets is a
2697 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2698 to make the indexing possible. In cases of ambiguity, we prefer fewer
2699 autoderefs to more.
2700
2701 ### Range expressions
2702
2703 The `..` operator will construct an object of one of the `std::ops::Range` variants.
2704
2705 ```
2706 1..2;   // std::ops::Range
2707 3..;    // std::ops::RangeFrom
2708 ..4;    // std::ops::RangeTo
2709 ..;     // std::ops::RangeFull
2710 ```
2711
2712 The following expressions are equivalent.
2713
2714 ```
2715 let x = std::ops::Range {start: 0, end: 10};
2716 let y = 0..10;
2717
2718 assert_eq!(x, y);
2719 ```
2720
2721 ### Unary operator expressions
2722
2723 Rust defines the following unary operators. They are all written as prefix operators,
2724 before the expression they apply to.
2725
2726 * `-`
2727   : Negation. May only be applied to numeric types.
2728 * `*`
2729   : Dereference. When applied to a [pointer](#pointer-types) it denotes the
2730     pointed-to location. For pointers to mutable locations, the resulting
2731     [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) can be assigned to.
2732     On non-pointer types, it calls the `deref` method of the `std::ops::Deref`
2733     trait, or the `deref_mut` method of the `std::ops::DerefMut` trait (if
2734     implemented by the type and required for an outer expression that will or
2735     could mutate the dereference), and produces the result of dereferencing the
2736     `&` or `&mut` borrowed pointer returned from the overload method.
2737 * `!`
2738   : Logical negation. On the boolean type, this flips between `true` and
2739     `false`. On integer types, this inverts the individual bits in the
2740     two's complement representation of the value.
2741 * `&` and `&mut`
2742   : Borrowing. When applied to an lvalue, these operators produce a
2743     reference (pointer) to the lvalue. The lvalue is also placed into
2744     a borrowed state for the duration of the reference. For a shared
2745     borrow (`&`), this implies that the lvalue may not be mutated, but
2746     it may be read or shared again. For a mutable borrow (`&mut`), the
2747     lvalue may not be accessed in any way until the borrow expires.
2748     If the `&` or `&mut` operators are applied to an rvalue, a
2749     temporary value is created; the lifetime of this temporary value
2750     is defined by [syntactic rules](#temporary-lifetimes).
2751
2752 ### Binary operator expressions
2753
2754 Binary operators expressions are given in terms of [operator
2755 precedence](#operator-precedence).
2756
2757 #### Arithmetic operators
2758
2759 Binary arithmetic expressions are syntactic sugar for calls to built-in traits,
2760 defined in the `std::ops` module of the `std` library. This means that
2761 arithmetic operators can be overridden for user-defined types. The default
2762 meaning of the operators on standard types is given here.
2763
2764 * `+`
2765   : Addition and array/string concatenation.
2766     Calls the `add` method on the `std::ops::Add` trait.
2767 * `-`
2768   : Subtraction.
2769     Calls the `sub` method on the `std::ops::Sub` trait.
2770 * `*`
2771   : Multiplication.
2772     Calls the `mul` method on the `std::ops::Mul` trait.
2773 * `/`
2774   : Quotient.
2775     Calls the `div` method on the `std::ops::Div` trait.
2776 * `%`
2777   : Remainder.
2778     Calls the `rem` method on the `std::ops::Rem` trait.
2779
2780 #### Bitwise operators
2781
2782 Like the [arithmetic operators](#arithmetic-operators), bitwise operators are
2783 syntactic sugar for calls to methods of built-in traits. This means that
2784 bitwise operators can be overridden for user-defined types. The default
2785 meaning of the operators on standard types is given here. Bitwise `&`, `|` and
2786 `^` applied to boolean arguments are equivalent to logical `&&`, `||` and `!=`
2787 evaluated in non-lazy fashion.
2788
2789 * `&`
2790   : Bitwise AND.
2791     Calls the `bitand` method of the `std::ops::BitAnd` trait.
2792 * `|`
2793   : Bitwise inclusive OR.
2794     Calls the `bitor` method of the `std::ops::BitOr` trait.
2795 * `^`
2796   : Bitwise exclusive OR.
2797     Calls the `bitxor` method of the `std::ops::BitXor` trait.
2798 * `<<`
2799   : Left shift.
2800     Calls the `shl` method of the `std::ops::Shl` trait.
2801 * `>>`
2802   : Right shift (arithmetic).
2803     Calls the `shr` method of the `std::ops::Shr` trait.
2804
2805 #### Lazy boolean operators
2806
2807 The operators `||` and `&&` may be applied to operands of boolean type. The
2808 `||` operator denotes logical 'or', and the `&&` operator denotes logical
2809 'and'. They differ from `|` and `&` in that the right-hand operand is only
2810 evaluated when the left-hand operand does not already determine the result of
2811 the expression. That is, `||` only evaluates its right-hand operand when the
2812 left-hand operand evaluates to `false`, and `&&` only when it evaluates to
2813 `true`.
2814
2815 #### Comparison operators
2816
2817 Comparison operators are, like the [arithmetic
2818 operators](#arithmetic-operators), and [bitwise operators](#bitwise-operators),
2819 syntactic sugar for calls to built-in traits. This means that comparison
2820 operators can be overridden for user-defined types. The default meaning of the
2821 operators on standard types is given here.
2822
2823 * `==`
2824   : Equal to.
2825     Calls the `eq` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
2826 * `!=`
2827   : Unequal to.
2828     Calls the `ne` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
2829 * `<`
2830   : Less than.
2831     Calls the `lt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2832 * `>`
2833   : Greater than.
2834     Calls the `gt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2835 * `<=`
2836   : Less than or equal.
2837     Calls the `le` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2838 * `>=`
2839   : Greater than or equal.
2840     Calls the `ge` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2841
2842 #### Type cast expressions
2843
2844 A type cast expression is denoted with the binary operator `as`.
2845
2846 Executing an `as` expression casts the value on the left-hand side to the type
2847 on the right-hand side.
2848
2849 An example of an `as` expression:
2850
2851 ```
2852 # fn sum(values: &[f64]) -> f64 { 0.0 }
2853 # fn len(values: &[f64]) -> i32 { 0 }
2854
2855 fn average(values: &[f64]) -> f64 {
2856     let sum: f64 = sum(values);
2857     let size: f64 = len(values) as f64;
2858     sum / size
2859 }
2860 ```
2861
2862 Some of the conversions which can be done through the `as` operator
2863 can also be done implicitly at various points in the program, such as
2864 argument passing and assignment to a `let` binding with an explicit
2865 type. Implicit conversions are limited to "harmless" conversions that
2866 do not lose information and which have minimal or no risk of
2867 surprising side-effects on the dynamic execution semantics.
2868
2869 #### Assignment expressions
2870
2871 An _assignment expression_ consists of an
2872 [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) expression followed by an equals
2873 sign (`=`) and an [rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) expression.
2874
2875 Evaluating an assignment expression [either copies or
2876 moves](#moved-and-copied-types) its right-hand operand to its left-hand
2877 operand.
2878
2879 ```
2880 # let mut x = 0;
2881 # let y = 0;
2882 x = y;
2883 ```
2884
2885 #### Compound assignment expressions
2886
2887 The `+`, `-`, `*`, `/`, `%`, `&`, `|`, `^`, `<<`, and `>>` operators may be
2888 composed with the `=` operator. The expression `lval OP= val` is equivalent to
2889 `lval = lval OP val`. For example, `x = x + 1` may be written as `x += 1`.
2890
2891 Any such expression always has the [`unit`](#tuple-types) type.
2892
2893 #### Operator precedence
2894
2895 The precedence of Rust binary operators is ordered as follows, going from
2896 strong to weak:
2897
2898 ```{.text .precedence}
2899 as
2900 * / %
2901 + -
2902 << >>
2903 &
2904 ^
2905 |
2906 == != < > <= >=
2907 &&
2908 ||
2909 = ..
2910 ```
2911
2912 Operators at the same precedence level are evaluated left-to-right. [Unary
2913 operators](#unary-operator-expressions) have the same precedence level and are
2914 stronger than any of the binary operators.
2915
2916 ### Grouped expressions
2917
2918 An expression enclosed in parentheses evaluates to the result of the enclosed
2919 expression. Parentheses can be used to explicitly specify evaluation order
2920 within an expression.
2921
2922 An example of a parenthesized expression:
2923
2924 ```
2925 let x: i32 = (2 + 3) * 4;
2926 ```
2927
2928
2929 ### Call expressions
2930
2931 A _call expression_ invokes a function, providing zero or more input variables
2932 and an optional location to move the function's output into. If the function
2933 eventually returns, then the expression completes.
2934
2935 Some examples of call expressions:
2936
2937 ```
2938 # fn add(x: i32, y: i32) -> i32 { 0 }
2939
2940 let x: i32 = add(1i32, 2i32);
2941 let pi: Result<f32, _> = "3.14".parse();
2942 ```
2943
2944 ### Lambda expressions
2945
2946 A _lambda expression_ (sometimes called an "anonymous function expression")
2947 defines a function and denotes it as a value, in a single expression. A lambda
2948 expression is a pipe-symbol-delimited (`|`) list of identifiers followed by an
2949 expression.
2950
2951 A lambda expression denotes a function that maps a list of parameters
2952 (`ident_list`) onto the expression that follows the `ident_list`. The
2953 identifiers in the `ident_list` are the parameters to the function. These
2954 parameters' types need not be specified, as the compiler infers them from
2955 context.
2956
2957 Lambda expressions are most useful when passing functions as arguments to other
2958 functions, as an abbreviation for defining and capturing a separate function.
2959
2960 Significantly, lambda expressions _capture their environment_, which regular
2961 [function definitions](#functions) do not. The exact type of capture depends
2962 on the [function type](#function-types) inferred for the lambda expression. In
2963 the simplest and least-expensive form (analogous to a ```|| { }``` expression),
2964 the lambda expression captures its environment by reference, effectively
2965 borrowing pointers to all outer variables mentioned inside the function.
2966 Alternately, the compiler may infer that a lambda expression should copy or
2967 move values (depending on their type) from the environment into the lambda
2968 expression's captured environment.
2969
2970 In this example, we define a function `ten_times` that takes a higher-order
2971 function argument, and we then call it with a lambda expression as an argument:
2972
2973 ```
2974 fn ten_times<F>(f: F) where F: Fn(i32) {
2975     for index in 0..10 {
2976         f(index);
2977     }
2978 }
2979
2980 ten_times(|j| println!("hello, {}", j));
2981 ```
2982
2983 ### Infinite loops
2984
2985 A `loop` expression denotes an infinite loop.
2986
2987 A `loop` expression may optionally have a _label_. The label is written as
2988 a lifetime preceding the loop expression, as in `'foo: loop{ }`. If a
2989 label is present, then labeled `break` and `continue` expressions nested
2990 within this loop may exit out of this loop or return control to its head.
2991 See [break expressions](#break-expressions) and [continue
2992 expressions](#continue-expressions).
2993
2994 ### `break` expressions
2995
2996 A `break` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
2997 executing a `break` expression immediately terminates the innermost loop
2998 enclosing it. It is only permitted in the body of a loop. If the label is
2999 present, then `break 'foo` terminates the loop with label `'foo`, which need not
3000 be the innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3001
3002 ### `continue` expressions
3003
3004 A `continue` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3005 executing a `continue` expression immediately terminates the current iteration
3006 of the innermost loop enclosing it, returning control to the loop *head*. In
3007 the case of a `while` loop, the head is the conditional expression controlling
3008 the loop. In the case of a `for` loop, the head is the call-expression
3009 controlling the loop. If the label is present, then `continue 'foo` returns
3010 control to the head of the loop with label `'foo`, which need not be the
3011 innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3012
3013 A `continue` expression is only permitted in the body of a loop.
3014
3015 ### `while` loops
3016
3017 A `while` loop begins by evaluating the boolean loop conditional expression.
3018 If the loop conditional expression evaluates to `true`, the loop body block
3019 executes and control returns to the loop conditional expression. If the loop
3020 conditional expression evaluates to `false`, the `while` expression completes.
3021
3022 An example:
3023
3024 ```
3025 let mut i = 0;
3026
3027 while i < 10 {
3028     println!("hello");
3029     i = i + 1;
3030 }
3031 ```
3032
3033 Like `loop` expressions, `while` loops can be controlled with `break` or
3034 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3035 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3036 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3037
3038 ### `for` expressions
3039
3040 A `for` expression is a syntactic construct for looping over elements provided
3041 by an implementation of `std::iter::IntoIterator`.
3042
3043 An example of a `for` loop over the contents of an array:
3044
3045 ```
3046 # type Foo = i32;
3047 # fn bar(f: &Foo) { }
3048 # let a = 0;
3049 # let b = 0;
3050 # let c = 0;
3051
3052 let v: &[Foo] = &[a, b, c];
3053
3054 for e in v {
3055     bar(e);
3056 }
3057 ```
3058
3059 An example of a for loop over a series of integers:
3060
3061 ```
3062 # fn bar(b:usize) { }
3063 for i in 0..256 {
3064     bar(i);
3065 }
3066 ```
3067
3068 Like `loop` expressions, `for` loops can be controlled with `break` or
3069 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3070 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3071 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3072
3073 ### `if` expressions
3074
3075 An `if` expression is a conditional branch in program control. The form of an
3076 `if` expression is a condition expression, followed by a consequent block, any
3077 number of `else if` conditions and blocks, and an optional trailing `else`
3078 block. The condition expressions must have type `bool`. If a condition
3079 expression evaluates to `true`, the consequent block is executed and any
3080 subsequent `else if` or `else` block is skipped. If a condition expression
3081 evaluates to `false`, the consequent block is skipped and any subsequent `else
3082 if` condition is evaluated. If all `if` and `else if` conditions evaluate to
3083 `false` then any `else` block is executed.
3084
3085 ### `match` expressions
3086
3087 A `match` expression branches on a *pattern*. The exact form of matching that
3088 occurs depends on the pattern. Patterns consist of some combination of
3089 literals, destructured arrays or enum constructors, structs and tuples,
3090 variable binding specifications, wildcards (`..`), and placeholders (`_`). A
3091 `match` expression has a *head expression*, which is the value to compare to
3092 the patterns. The type of the patterns must equal the type of the head
3093 expression.
3094
3095 In a pattern whose head expression has an `enum` type, a placeholder (`_`)
3096 stands for a *single* data field, whereas a wildcard `..` stands for *all* the
3097 fields of a particular variant.
3098
3099 A `match` behaves differently depending on whether or not the head expression
3100 is an [lvalue or an rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries). If the head
3101 expression is an rvalue, it is first evaluated into a temporary location, and
3102 the resulting value is sequentially compared to the patterns in the arms until
3103 a match is found. The first arm with a matching pattern is chosen as the branch
3104 target of the `match`, any variables bound by the pattern are assigned to local
3105 variables in the arm's block, and control enters the block.
3106
3107 When the head expression is an lvalue, the match does not allocate a temporary
3108 location (however, a by-value binding may copy or move from the lvalue). When
3109 possible, it is preferable to match on lvalues, as the lifetime of these
3110 matches inherits the lifetime of the lvalue, rather than being restricted to
3111 the inside of the match.
3112
3113 An example of a `match` expression:
3114
3115 ```
3116 let x = 1;
3117
3118 match x {
3119     1 => println!("one"),
3120     2 => println!("two"),
3121     3 => println!("three"),
3122     4 => println!("four"),
3123     5 => println!("five"),
3124     _ => println!("something else"),
3125 }
3126 ```
3127
3128 Patterns that bind variables default to binding to a copy or move of the
3129 matched value (depending on the matched value's type). This can be changed to
3130 bind to a reference by using the `ref` keyword, or to a mutable reference using
3131 `ref mut`.
3132
3133 Subpatterns can also be bound to variables by the use of the syntax `variable @
3134 subpattern`. For example:
3135
3136 ```
3137 let x = 1;
3138
3139 match x {
3140     e @ 1 ... 5 => println!("got a range element {}", e),
3141     _ => println!("anything"),
3142 }
3143 ```
3144
3145 Patterns can also dereference pointers by using the `&`, `&mut` and `box`
3146 symbols, as appropriate. For example, these two matches on `x: &i32` are
3147 equivalent:
3148
3149 ```
3150 # let x = &3;
3151 let y = match *x { 0 => "zero", _ => "some" };
3152 let z = match x { &0 => "zero", _ => "some" };
3153
3154 assert_eq!(y, z);
3155 ```
3156
3157 Multiple match patterns may be joined with the `|` operator. A range of values
3158 may be specified with `...`. For example:
3159
3160 ```
3161 # let x = 2;
3162
3163 let message = match x {
3164     0 | 1  => "not many",
3165     2 ... 9 => "a few",
3166     _      => "lots"
3167 };
3168 ```
3169
3170 Range patterns only work on scalar types (like integers and characters; not
3171 like arrays and structs, which have sub-components). A range pattern may not
3172 be a sub-range of another range pattern inside the same `match`.
3173
3174 Finally, match patterns can accept *pattern guards* to further refine the
3175 criteria for matching a case. Pattern guards appear after the pattern and
3176 consist of a bool-typed expression following the `if` keyword. A pattern guard
3177 may refer to the variables bound within the pattern they follow.
3178
3179 ```
3180 # let maybe_digit = Some(0);
3181 # fn process_digit(i: i32) { }
3182 # fn process_other(i: i32) { }
3183
3184 let message = match maybe_digit {
3185     Some(x) if x < 10 => process_digit(x),
3186     Some(x) => process_other(x),
3187     None => panic!()
3188 };
3189 ```
3190
3191 ### `if let` expressions
3192
3193 An `if let` expression is semantically identical to an `if` expression but in place
3194 of a condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3195 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the corresponding
3196 block will execute, otherwise flow proceeds to the first `else` block that follows.
3197
3198 ```
3199 let dish = ("Ham", "Eggs");
3200
3201 // this body will be skipped because the pattern is refuted
3202 if let ("Bacon", b) = dish {
3203     println!("Bacon is served with {}", b);
3204 }
3205
3206 // this body will execute
3207 if let ("Ham", b) = dish {
3208     println!("Ham is served with {}", b);
3209 }
3210 ```
3211
3212 ### `while let` loops
3213
3214 A `while let` loop is semantically identical to a `while` loop but in place of a
3215 condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3216 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the
3217 loop body block executes and control returns to the pattern matching statement.
3218 Otherwise, the while expression completes.
3219
3220 ### `return` expressions
3221
3222 Return expressions are denoted with the keyword `return`. Evaluating a `return`
3223 expression moves its argument into the designated output location for the
3224 current function call, destroys the current function activation frame, and
3225 transfers control to the caller frame.
3226
3227 An example of a `return` expression:
3228
3229 ```
3230 fn max(a: i32, b: i32) -> i32 {
3231     if a > b {
3232         return a;
3233     }
3234     return b;
3235 }
3236 ```
3237
3238 # Type system
3239
3240 ## Types
3241
3242 Every variable, item and value in a Rust program has a type. The _type_ of a
3243 *value* defines the interpretation of the memory holding it.
3244
3245 Built-in types and type-constructors are tightly integrated into the language,
3246 in nontrivial ways that are not possible to emulate in user-defined types.
3247 User-defined types have limited capabilities.
3248
3249 ### Primitive types
3250
3251 The primitive types are the following:
3252
3253 * The boolean type `bool` with values `true` and `false`.
3254 * The machine types (integer and floating-point).
3255 * The machine-dependent integer types.
3256
3257 #### Machine types
3258
3259 The machine types are the following:
3260
3261 * The unsigned word types `u8`, `u16`, `u32` and `u64`, with values drawn from
3262   the integer intervals [0, 2^8 - 1], [0, 2^16 - 1], [0, 2^32 - 1] and
3263   [0, 2^64 - 1] respectively.
3264
3265 * The signed two's complement word types `i8`, `i16`, `i32` and `i64`, with
3266   values drawn from the integer intervals [-(2^(7)), 2^7 - 1],
3267   [-(2^(15)), 2^15 - 1], [-(2^(31)), 2^31 - 1], [-(2^(63)), 2^63 - 1]
3268   respectively.
3269
3270 * The IEEE 754-2008 `binary32` and `binary64` floating-point types: `f32` and
3271   `f64`, respectively.
3272
3273 #### Machine-dependent integer types
3274
3275 The `usize` type is an unsigned integer type with the same number of bits as the
3276 platform's pointer type. It can represent every memory address in the process.
3277
3278 The `isize` type is a signed integer type with the same number of bits as the
3279 platform's pointer type. The theoretical upper bound on object and array size
3280 is the maximum `isize` value. This ensures that `isize` can be used to calculate
3281 differences between pointers into an object or array and can address every byte
3282 within an object along with one byte past the end.
3283
3284 ### Textual types
3285
3286 The types `char` and `str` hold textual data.
3287
3288 A value of type `char` is a [Unicode scalar value](
3289 http://www.unicode.org/glossary/#unicode_scalar_value) (i.e. a code point that
3290 is not a surrogate), represented as a 32-bit unsigned word in the 0x0000 to
3291 0xD7FF or 0xE000 to 0x10FFFF range. A `[char]` array is effectively an UCS-4 /
3292 UTF-32 string.
3293
3294 A value of type `str` is a Unicode string, represented as an array of 8-bit
3295 unsigned bytes holding a sequence of UTF-8 code points. Since `str` is of
3296 unknown size, it is not a _first-class_ type, but can only be instantiated
3297 through a pointer type, such as `&str`.
3298
3299 ### Tuple types
3300
3301 A tuple *type* is a heterogeneous product of other types, called the *elements*
3302 of the tuple. It has no nominal name and is instead structurally typed.
3303
3304 Tuple types and values are denoted by listing the types or values of their
3305 elements, respectively, in a parenthesized, comma-separated list.
3306
3307 Because tuple elements don't have a name, they can only be accessed by
3308 pattern-matching or by using `N` directly as a field to access the
3309 `N`th element.
3310
3311 An example of a tuple type and its use:
3312
3313 ```
3314 type Pair<'a> = (i32, &'a str);
3315 let p: Pair<'static> = (10, "ten");
3316 let (a, b) = p;
3317
3318 assert_eq!(a, 10);
3319 assert_eq!(b, "ten");
3320 assert_eq!(p.0, 10);
3321 assert_eq!(p.1, "ten");
3322 ```
3323
3324 For historical reasons and convenience, the tuple type with no elements (`()`)
3325 is often called ‘unit’ or ‘the unit type’.
3326
3327 ### Array, and Slice types
3328
3329 Rust has two different types for a list of items:
3330
3331 * `[T; N]`, an 'array'
3332 * `&[T]`, a 'slice'
3333
3334 An array has a fixed size, and can be allocated on either the stack or the
3335 heap.
3336
3337 A slice is a 'view' into an array. It doesn't own the data it points
3338 to, it borrows it.
3339
3340 Examples:
3341
3342 ```{rust}
3343 // A stack-allocated array
3344 let array: [i32; 3] = [1, 2, 3];
3345
3346 // A heap-allocated array
3347 let vector: Vec<i32> = vec![1, 2, 3];
3348
3349 // A slice into an array
3350 let slice: &[i32] = &vector[..];
3351 ```
3352
3353 As you can see, the `vec!` macro allows you to create a `Vec<T>` easily. The
3354 `vec!` macro is also part of the standard library, rather than the language.
3355
3356 All in-bounds elements of arrays and slices are always initialized, and access
3357 to an array or slice is always bounds-checked.
3358
3359 ### Struct types
3360
3361 A `struct` *type* is a heterogeneous product of other types, called the
3362 *fields* of the type.[^structtype]
3363
3364 [^structtype]: `struct` types are analogous to `struct` types in C,
3365     the *record* types of the ML family,
3366     or the *struct* types of the Lisp family.
3367
3368 New instances of a `struct` can be constructed with a [struct
3369 expression](#struct-expressions).
3370
3371 The memory layout of a `struct` is undefined by default to allow for compiler
3372 optimizations like field reordering, but it can be fixed with the
3373 `#[repr(...)]` attribute. In either case, fields may be given in any order in
3374 a corresponding struct *expression*; the resulting `struct` value will always
3375 have the same memory layout.
3376
3377 The fields of a `struct` may be qualified by [visibility
3378 modifiers](#visibility-and-privacy), to allow access to data in a
3379 struct outside a module.
3380
3381 A _tuple struct_ type is just like a struct type, except that the fields are
3382 anonymous.
3383
3384 A _unit-like struct_ type is like a struct type, except that it has no
3385 fields. The one value constructed by the associated [struct
3386 expression](#struct-expressions) is the only value that inhabits such a
3387 type.
3388
3389 ### Enumerated types
3390
3391 An *enumerated type* is a nominal, heterogeneous disjoint union type, denoted
3392 by the name of an [`enum` item](#enumerations). [^enumtype]
3393
3394 [^enumtype]: The `enum` type is analogous to a `data` constructor declaration in
3395              ML, or a *pick ADT* in Limbo.
3396
3397 An [`enum` item](#enumerations) declares both the type and a number of *variant
3398 constructors*, each of which is independently named and takes an optional tuple
3399 of arguments.
3400
3401 New instances of an `enum` can be constructed by calling one of the variant
3402 constructors, in a [call expression](#call-expressions).
3403
3404 Any `enum` value consumes as much memory as the largest variant constructor for
3405 its corresponding `enum` type.
3406
3407 Enum types cannot be denoted *structurally* as types, but must be denoted by
3408 named reference to an [`enum` item](#enumerations).
3409
3410 ### Recursive types
3411
3412 Nominal types &mdash; [enumerations](#enumerated-types) and
3413 [structs](#struct-types) &mdash; may be recursive. That is, each `enum`
3414 constructor or `struct` field may refer, directly or indirectly, to the
3415 enclosing `enum` or `struct` type itself. Such recursion has restrictions:
3416
3417 * Recursive types must include a nominal type in the recursion
3418   (not mere [type definitions](grammar.html#type-definitions),
3419    or other structural types such as [arrays](#array-and-slice-types) or [tuples](#tuple-types)).
3420 * A recursive `enum` item must have at least one non-recursive constructor
3421   (in order to give the recursion a basis case).
3422 * The size of a recursive type must be finite;
3423   in other words the recursive fields of the type must be [pointer types](#pointer-types).
3424 * Recursive type definitions can cross module boundaries, but not module *visibility* boundaries,
3425   or crate boundaries (in order to simplify the module system and type checker).
3426
3427 An example of a *recursive* type and its use:
3428
3429 ```
3430 enum List<T> {
3431     Nil,
3432     Cons(T, Box<List<T>>)
3433 }
3434
3435 let a: List<i32> = List::Cons(7, Box::new(List::Cons(13, Box::new(List::Nil))));
3436 ```
3437
3438 ### Pointer types
3439
3440 All pointers in Rust are explicit first-class values. They can be copied,
3441 stored into data structs, and returned from functions. There are two
3442 varieties of pointer in Rust:
3443
3444 * References (`&`)
3445   : These point to memory _owned by some other value_.
3446     A reference type is written `&type`,
3447     or `&'a type` when you need to specify an explicit lifetime.
3448     Copying a reference is a "shallow" operation:
3449     it involves only copying the pointer itself.
3450     Releasing a reference has no effect on the value it points to,
3451     but a reference of a temporary value will keep it alive during the scope
3452     of the reference itself.
3453
3454 * Raw pointers (`*`)
3455   : Raw pointers are pointers without safety or liveness guarantees.
3456     Raw pointers are written as `*const T` or `*mut T`,
3457     for example `*const i32` means a raw pointer to a 32-bit integer.
3458     Copying or dropping a raw pointer has no effect on the lifecycle of any
3459     other value. Dereferencing a raw pointer or converting it to any other
3460     pointer type is an [`unsafe` operation](#unsafe-functions).
3461     Raw pointers are generally discouraged in Rust code;
3462     they exist to support interoperability with foreign code,
3463     and writing performance-critical or low-level functions.
3464
3465 The standard library contains additional 'smart pointer' types beyond references
3466 and raw pointers.
3467
3468 ### Function types
3469
3470 The function type constructor `fn` forms new function types. A function type
3471 consists of a possibly-empty set of function-type modifiers (such as `unsafe`
3472 or `extern`), a sequence of input types and an output type.
3473
3474 An example of a `fn` type:
3475
3476 ```
3477 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
3478     return x + y;
3479 }
3480
3481 let mut x = add(5,7);
3482
3483 type Binop = fn(i32, i32) -> i32;
3484 let bo: Binop = add;
3485 x = bo(5,7);
3486 ```
3487
3488 #### Function types for specific items
3489
3490 Internal to the compiler, there are also function types that are specific to a particular
3491 function item. In the following snippet, for example, the internal types of the functions
3492 `foo` and `bar` are different, despite the fact that they have the same signature:
3493
3494 ```
3495 fn foo() { }
3496 fn bar() { }
3497 ```
3498
3499 The types of `foo` and `bar` can both be implicitly coerced to the fn
3500 pointer type `fn()`. There is currently no syntax for unique fn types,
3501 though the compiler will emit a type like `fn() {foo}` in error
3502 messages to indicate "the unique fn type for the function `foo`".
3503
3504 ### Closure types
3505
3506 A [lambda expression](#lambda-expressions) produces a closure value with
3507 a unique, anonymous type that cannot be written out.
3508
3509 Depending on the requirements of the closure, its type implements one or
3510 more of the closure traits:
3511
3512 * `FnOnce`
3513   : The closure can be called once. A closure called as `FnOnce`
3514     can move out values from its environment.
3515
3516 * `FnMut`
3517   : The closure can be called multiple times as mutable. A closure called as
3518     `FnMut` can mutate values from its environment. `FnMut` inherits from
3519     `FnOnce` (i.e. anything implementing `FnMut` also implements `FnOnce`).
3520
3521 * `Fn`
3522   : The closure can be called multiple times through a shared reference.
3523     A closure called as `Fn` can neither move out from nor mutate values
3524     from its environment. `Fn` inherits from `FnMut`, which itself
3525     inherits from `FnOnce`.
3526
3527
3528 ### Trait objects
3529
3530 In Rust, a type like `&SomeTrait` or `Box<SomeTrait>` is called a _trait object_.
3531 Each instance of a trait object includes:
3532
3533  - a pointer to an instance of a type `T` that implements `SomeTrait`
3534  - a _virtual method table_, often just called a _vtable_, which contains, for
3535    each method of `SomeTrait` that `T` implements, a pointer to `T`'s
3536    implementation (i.e. a function pointer).
3537
3538 The purpose of trait objects is to permit "late binding" of methods. A call to
3539 a method on a trait object is only resolved to a vtable entry at compile time.
3540 The actual implementation for each vtable entry can vary on an object-by-object
3541 basis.
3542
3543 Note that for a trait object to be instantiated, the trait must be
3544 _object-safe_. Object safety rules are defined in [RFC 255].
3545
3546 [RFC 255]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0255-object-safety.md
3547
3548 Given a pointer-typed expression `E` of type `&T` or `Box<T>`, where `T`
3549 implements trait `R`, casting `E` to the corresponding pointer type `&R` or
3550 `Box<R>` results in a value of the _trait object_ `R`. This result is
3551 represented as a pair of pointers: the vtable pointer for the `T`
3552 implementation of `R`, and the pointer value of `E`.
3553
3554 An example of a trait object:
3555
3556 ```
3557 trait Printable {
3558     fn stringify(&self) -> String;
3559 }
3560
3561 impl Printable for i32 {
3562     fn stringify(&self) -> String { self.to_string() }
3563 }
3564
3565 fn print(a: Box<Printable>) {
3566     println!("{}", a.stringify());
3567 }
3568
3569 fn main() {
3570     print(Box::new(10) as Box<Printable>);
3571 }
3572 ```
3573
3574 In this example, the trait `Printable` occurs as a trait object in both the
3575 type signature of `print`, and the cast expression in `main`.
3576
3577 ### Type parameters
3578
3579 Within the body of an item that has type parameter declarations, the names of
3580 its type parameters are types:
3581
3582 ```ignore
3583 fn to_vec<A: Clone>(xs: &[A]) -> Vec<A> {
3584     if xs.is_empty() {
3585         return vec![];
3586     }
3587     let first: A = xs[0].clone();
3588     let mut rest: Vec<A> = to_vec(&xs[1..]);
3589     rest.insert(0, first);
3590     rest
3591 }
3592 ```
3593
3594 Here, `first` has type `A`, referring to `to_vec`'s `A` type parameter; and `rest`
3595 has type `Vec<A>`, a vector with element type `A`.
3596
3597 ### Self types
3598
3599 The special type `Self` has a meaning within traits and impls. In a trait definition, it refers
3600 to an implicit type parameter representing the "implementing" type. In an impl,
3601 it is an alias for the implementing type. For example, in:
3602
3603 ```
3604 trait Printable {
3605     fn make_string(&self) -> String;
3606 }
3607
3608 impl Printable for String {
3609     fn make_string(&self) -> String {
3610         (*self).clone()
3611     }
3612 }
3613 ```
3614
3615 The notation `&self` is a shorthand for `self: &Self`. In this case,
3616 in the impl, `Self` refers to the value of type `String` that is the
3617 receiver for a call to the method `make_string`.
3618
3619 ## Subtyping
3620
3621 Subtyping is implicit and can occur at any stage in type checking or
3622 inference. Subtyping in Rust is very restricted and occurs only due to
3623 variance with respect to lifetimes and between types with higher ranked
3624 lifetimes. If we were to erase lifetimes from types, then the only subtyping
3625 would be due to type equality.
3626
3627 Consider the following example: string literals always have `'static`
3628 lifetime. Nevertheless, we can assign `s` to `t`:
3629
3630 ```
3631 fn bar<'a>() {
3632     let s: &'static str = "hi";
3633     let t: &'a str = s;
3634 }
3635 ```
3636 Since `'static` "lives longer" than `'a`, `&'static str` is a subtype of
3637 `&'a str`.
3638
3639 ## Type coercions
3640
3641 Coercions are defined in [RFC401]. A coercion is implicit and has no syntax.
3642
3643 [RFC401]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0401-coercions.md
3644
3645 ### Coercion sites
3646
3647 A coercion can only occur at certain coercion sites in a program; these are
3648 typically places where the desired type is explicit or can be derived by
3649 propagation from explicit types (without type inference). Possible coercion
3650 sites are:
3651
3652 * `let` statements where an explicit type is given.
3653
3654    For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3655
3656    ```rust
3657    let _: i8 = 128;
3658    ```
3659
3660 * `static` and `const` statements (similar to `let` statements).
3661
3662 * Arguments for function calls
3663
3664   The value being coerced is the actual parameter, and it is coerced to
3665   the type of the formal parameter.
3666
3667   For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3668
3669   ```rust
3670   fn bar(_: i8) { }
3671
3672   fn main() {
3673       bar(128);
3674   }
3675   ```
3676
3677 * Instantiations of struct or variant fields
3678
3679   For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3680
3681   ```rust
3682   struct Foo { x: i8 }
3683
3684   fn main() {
3685       Foo { x: 128 };
3686   }
3687   ```
3688
3689 * Function results, either the final line of a block if it is not
3690   semicolon-terminated or any expression in a `return` statement
3691
3692   For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3693
3694   ```rust
3695   fn foo() -> i8 {
3696       128
3697   }
3698   ```
3699
3700 If the expression in one of these coercion sites is a coercion-propagating
3701 expression, then the relevant sub-expressions in that expression are also
3702 coercion sites. Propagation recurses from these new coercion sites.
3703 Propagating expressions and their relevant sub-expressions are:
3704
3705 * Array literals, where the array has type `[U; n]`. Each sub-expression in
3706 the array literal is a coercion site for coercion to type `U`.
3707
3708 * Array literals with repeating syntax, where the array has type `[U; n]`. The
3709 repeated sub-expression is a coercion site for coercion to type `U`.
3710
3711 * Tuples, where a tuple is a coercion site to type `(U_0, U_1, ..., U_n)`.
3712 Each sub-expression is a coercion site to the respective type, e.g. the
3713 zeroth sub-expression is a coercion site to type `U_0`.
3714
3715 * Parenthesized sub-expressions (`(e)`): if the expression has type `U`, then
3716 the sub-expression is a coercion site to `U`.
3717
3718 * Blocks: if a block has type `U`, then the last expression in the block (if
3719 it is not semicolon-terminated) is a coercion site to `U`. This includes
3720 blocks which are part of control flow statements, such as `if`/`else`, if
3721 the block has a known type.
3722
3723 ### Coercion types
3724
3725 Coercion is allowed between the following types:
3726
3727 * `T` to `U` if `T` is a subtype of `U` (*reflexive case*)
3728
3729 * `T_1` to `T_3` where `T_1` coerces to `T_2` and `T_2` coerces to `T_3`
3730 (*transitive case*)
3731
3732     Note that this is not fully supported yet
3733
3734 * `&mut T` to `&T`
3735
3736 * `*mut T` to `*const T`
3737
3738 * `&T` to `*const T`
3739
3740 * `&mut T` to `*mut T`
3741
3742 * `&T` to `&U` if `T` implements `Deref<Target = U>`. For example:
3743
3744   ```rust
3745   use std::ops::Deref;
3746
3747   struct CharContainer {
3748       value: char
3749   }
3750
3751   impl Deref for CharContainer {
3752       type Target = char;
3753
3754       fn deref<'a>(&'a self) -> &'a char {
3755           &self.value
3756       }
3757   }
3758
3759   fn foo(arg: &char) {}
3760
3761   fn main() {
3762       let x = &mut CharContainer { value: 'y' };
3763       foo(x); //&mut CharContainer is coerced to &char.
3764   }
3765   ```
3766
3767 * `&mut T` to `&mut U` if `T` implements `DerefMut<Target = U>`.
3768
3769 * TyCtor(`T`) to TyCtor(coerce_inner(`T`)), where TyCtor(`T`) is one of
3770     - `&T`
3771     - `&mut T`
3772     - `*const T`
3773     - `*mut T`
3774     - `Box<T>`
3775
3776     and where
3777     - coerce_inner(`[T, ..n]`) = `[T]`
3778     - coerce_inner(`T`) = `U` where `T` is a concrete type which implements the
3779     trait `U`.
3780
3781     In the future, coerce_inner will be recursively extended to tuples and
3782     structs. In addition, coercions from sub-traits to super-traits will be
3783     added. See [RFC401] for more details.
3784
3785 # Special traits
3786
3787 Several traits define special evaluation behavior.
3788
3789 ## The `Copy` trait
3790
3791 The `Copy` trait changes the semantics of a type implementing it. Values whose
3792 type implements `Copy` are copied rather than moved upon assignment.
3793
3794 ## The `Sized` trait
3795
3796 The `Sized` trait indicates that the size of this type is known at compile-time.
3797
3798 ## The `Drop` trait
3799
3800 The `Drop` trait provides a destructor, to be run whenever a value of this type
3801 is to be destroyed.
3802
3803 ## The `Deref` trait
3804
3805 The `Deref<Target = U>` trait allows a type to implicitly implement all the methods
3806 of the type `U`. When attempting to resolve a method call, the compiler will search
3807 the top-level type for the implementation of the called method. If no such method is
3808 found, `.deref()` is called and the compiler continues to search for the method
3809 implementation in the returned type `U`.
3810
3811 # Memory model
3812
3813 A Rust program's memory consists of a static set of *items* and a *heap*.
3814 Immutable portions of the heap may be safely shared between threads, mutable
3815 portions may not be safely shared, but several mechanisms for effectively-safe
3816 sharing of mutable values, built on unsafe code but enforcing a safe locking
3817 discipline, exist in the standard library.
3818
3819 Allocations in the stack consist of *variables*, and allocations in the heap
3820 consist of *boxes*.
3821
3822 ### Memory allocation and lifetime
3823
3824 The _items_ of a program are those functions, modules and types that have their
3825 value calculated at compile-time and stored uniquely in the memory image of the
3826 rust process. Items are neither dynamically allocated nor freed.
3827
3828 The _heap_ is a general term that describes boxes.  The lifetime of an
3829 allocation in the heap depends on the lifetime of the box values pointing to
3830 it. Since box values may themselves be passed in and out of frames, or stored
3831 in the heap, heap allocations may outlive the frame they are allocated within.
3832
3833 ### Memory ownership
3834
3835 When a stack frame is exited, its local allocations are all released, and its
3836 references to boxes are dropped.
3837
3838 ### Variables
3839
3840 A _variable_ is a component of a stack frame, either a named function parameter,
3841 an anonymous [temporary](#lvalues-rvalues-and-temporaries), or a named local
3842 variable.
3843
3844 A _local variable_ (or *stack-local* allocation) holds a value directly,
3845 allocated within the stack's memory. The value is a part of the stack frame.
3846
3847 Local variables are immutable unless declared otherwise like: `let mut x = ...`.
3848
3849 Function parameters are immutable unless declared with `mut`. The `mut` keyword
3850 applies only to the following parameter (so `|mut x, y|` and `fn f(mut x:
3851 Box<i32>, y: Box<i32>)` declare one mutable variable `x` and one immutable
3852 variable `y`).
3853
3854 Methods that take either `self` or `Box<Self>` can optionally place them in a
3855 mutable variable by prefixing them with `mut` (similar to regular arguments):
3856
3857 ```
3858 trait Changer {
3859     fn change(mut self) -> Self;
3860     fn modify(mut self: Box<Self>) -> Box<Self>;
3861 }
3862 ```
3863
3864 Local variables are not initialized when allocated; the entire frame worth of
3865 local variables are allocated at once, on frame-entry, in an uninitialized
3866 state. Subsequent statements within a function may or may not initialize the
3867 local variables. Local variables can be used only after they have been
3868 initialized; this is enforced by the compiler.
3869
3870 # Linkage
3871
3872 The Rust compiler supports various methods to link crates together both
3873 statically and dynamically. This section will explore the various methods to
3874 link Rust crates together, and more information about native libraries can be
3875 found in the [FFI section of the book][ffi].
3876
3877 In one session of compilation, the compiler can generate multiple artifacts
3878 through the usage of either command line flags or the `crate_type` attribute.
3879 If one or more command line flags are specified, all `crate_type` attributes will
3880 be ignored in favor of only building the artifacts specified by command line.
3881
3882 * `--crate-type=bin`, `#[crate_type = "bin"]` - A runnable executable will be
3883   produced. This requires that there is a `main` function in the crate which
3884   will be run when the program begins executing. This will link in all Rust and
3885   native dependencies, producing a distributable binary.
3886
3887 * `--crate-type=lib`, `#[crate_type = "lib"]` - A Rust library will be produced.
3888   This is an ambiguous concept as to what exactly is produced because a library
3889   can manifest itself in several forms. The purpose of this generic `lib` option
3890   is to generate the "compiler recommended" style of library. The output library
3891   will always be usable by rustc, but the actual type of library may change from
3892   time-to-time. The remaining output types are all different flavors of
3893   libraries, and the `lib` type can be seen as an alias for one of them (but the
3894   actual one is compiler-defined).
3895
3896 * `--crate-type=dylib`, `#[crate_type = "dylib"]` - A dynamic Rust library will
3897   be produced. This is different from the `lib` output type in that this forces
3898   dynamic library generation. The resulting dynamic library can be used as a
3899   dependency for other libraries and/or executables. This output type will
3900   create `*.so` files on linux, `*.dylib` files on osx, and `*.dll` files on
3901   windows.
3902
3903 * `--crate-type=staticlib`, `#[crate_type = "staticlib"]` - A static system
3904   library will be produced. This is different from other library outputs in that
3905   the Rust compiler will never attempt to link to `staticlib` outputs. The
3906   purpose of this output type is to create a static library containing all of
3907   the local crate's code along with all upstream dependencies. The static
3908   library is actually a `*.a` archive on linux and osx and a `*.lib` file on
3909   windows. This format is recommended for use in situations such as linking
3910   Rust code into an existing non-Rust application because it will not have
3911   dynamic dependencies on other Rust code.
3912
3913 * `--crate-type=rlib`, `#[crate_type = "rlib"]` - A "Rust library" file will be
3914   produced. This is used as an intermediate artifact and can be thought of as a
3915   "static Rust library". These `rlib` files, unlike `staticlib` files, are
3916   interpreted by the Rust compiler in future linkage. This essentially means
3917   that `rustc` will look for metadata in `rlib` files like it looks for metadata
3918   in dynamic libraries. This form of output is used to produce statically linked
3919   executables as well as `staticlib` outputs.
3920
3921 Note that these outputs are stackable in the sense that if multiple are
3922 specified, then the compiler will produce each form of output at once without
3923 having to recompile. However, this only applies for outputs specified by the
3924 same method. If only `crate_type` attributes are specified, then they will all
3925 be built, but if one or more `--crate-type` command line flags are specified,
3926 then only those outputs will be built.
3927
3928 With all these different kinds of outputs, if crate A depends on crate B, then
3929 the compiler could find B in various different forms throughout the system. The
3930 only forms looked for by the compiler, however, are the `rlib` format and the
3931 dynamic library format. With these two options for a dependent library, the
3932 compiler must at some point make a choice between these two formats. With this
3933 in mind, the compiler follows these rules when determining what format of
3934 dependencies will be used:
3935
3936 1. If a static library is being produced, all upstream dependencies are
3937    required to be available in `rlib` formats. This requirement stems from the
3938    reason that a dynamic library cannot be converted into a static format.
3939
3940    Note that it is impossible to link in native dynamic dependencies to a static
3941    library, and in this case warnings will be printed about all unlinked native
3942    dynamic dependencies.
3943
3944 2. If an `rlib` file is being produced, then there are no restrictions on what
3945    format the upstream dependencies are available in. It is simply required that
3946    all upstream dependencies be available for reading metadata from.
3947
3948    The reason for this is that `rlib` files do not contain any of their upstream
3949    dependencies. It wouldn't be very efficient for all `rlib` files to contain a
3950    copy of `libstd.rlib`!
3951
3952 3. If an executable is being produced and the `-C prefer-dynamic` flag is not
3953    specified, then dependencies are first attempted to be found in the `rlib`
3954    format. If some dependencies are not available in an rlib format, then
3955    dynamic linking is attempted (see below).
3956
3957 4. If a dynamic library or an executable that is being dynamically linked is
3958    being produced, then the compiler will attempt to reconcile the available
3959    dependencies in either the rlib or dylib format to create a final product.
3960
3961    A major goal of the compiler is to ensure that a library never appears more
3962    than once in any artifact. For example, if dynamic libraries B and C were
3963    each statically linked to library A, then a crate could not link to B and C
3964    together because there would be two copies of A. The compiler allows mixing
3965    the rlib and dylib formats, but this restriction must be satisfied.
3966
3967    The compiler currently implements no method of hinting what format a library
3968    should be linked with. When dynamically linking, the compiler will attempt to
3969    maximize dynamic dependencies while still allowing some dependencies to be
3970    linked in via an rlib.
3971
3972    For most situations, having all libraries available as a dylib is recommended
3973    if dynamically linking. For other situations, the compiler will emit a
3974    warning if it is unable to determine which formats to link each library with.
3975
3976 In general, `--crate-type=bin` or `--crate-type=lib` should be sufficient for
3977 all compilation needs, and the other options are just available if more
3978 fine-grained control is desired over the output format of a Rust crate.
3979
3980 # Unsafety
3981
3982 Unsafe operations are those that potentially violate the memory-safety
3983 guarantees of Rust's static semantics.
3984
3985 The following language level features cannot be used in the safe subset of
3986 Rust:
3987
3988 - Dereferencing a [raw pointer](#pointer-types).
3989 - Reading or writing a [mutable static variable](#mutable-statics).
3990 - Calling an unsafe function (including an intrinsic or foreign function).
3991
3992 ## Unsafe functions
3993
3994 Unsafe functions are functions that are not safe in all contexts and/or for all
3995 possible inputs. Such a function must be prefixed with the keyword `unsafe` and
3996 can only be called from an `unsafe` block or another `unsafe` function.
3997
3998 ## Unsafe blocks
3999
4000 A block of code can be prefixed with the `unsafe` keyword, to permit calling
4001 `unsafe` functions or dereferencing raw pointers within a safe function.
4002
4003 When a programmer has sufficient conviction that a sequence of potentially
4004 unsafe operations is actually safe, they can encapsulate that sequence (taken
4005 as a whole) within an `unsafe` block. The compiler will consider uses of such
4006 code safe, in the surrounding context.
4007
4008 Unsafe blocks are used to wrap foreign libraries, make direct use of hardware
4009 or implement features not directly present in the language. For example, Rust
4010 provides the language features necessary to implement memory-safe concurrency
4011 in the language but the implementation of threads and message passing is in the
4012 standard library.
4013
4014 Rust's type system is a conservative approximation of the dynamic safety
4015 requirements, so in some cases there is a performance cost to using safe code.
4016 For example, a doubly-linked list is not a tree structure and can only be
4017 represented with reference-counted pointers in safe code. By using `unsafe`
4018 blocks to represent the reverse links as raw pointers, it can be implemented
4019 with only boxes.
4020
4021 ## Behavior considered undefined
4022
4023 The following is a list of behavior which is forbidden in all Rust code,
4024 including within `unsafe` blocks and `unsafe` functions. Type checking provides
4025 the guarantee that these issues are never caused by safe code.
4026
4027 * Data races
4028 * Dereferencing a null/dangling raw pointer
4029 * Reads of [undef](http://llvm.org/docs/LangRef.html#undefined-values)
4030   (uninitialized) memory
4031 * Breaking the [pointer aliasing
4032   rules](http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointer-aliasing-rules)
4033   with raw pointers (a subset of the rules used by C)
4034 * `&mut` and `&` follow LLVM’s scoped [noalias] model, except if the `&T`
4035   contains an `UnsafeCell<U>`. Unsafe code must not violate these aliasing
4036   guarantees.
4037 * Mutating non-mutable data (that is, data reached through a shared reference or
4038   data owned by a `let` binding), unless that data is contained within an `UnsafeCell<U>`.
4039 * Invoking undefined behavior via compiler intrinsics:
4040   * Indexing outside of the bounds of an object with `std::ptr::offset`
4041     (`offset` intrinsic), with
4042     the exception of one byte past the end which is permitted.
4043   * Using `std::ptr::copy_nonoverlapping_memory` (`memcpy32`/`memcpy64`
4044     intrinsics) on overlapping buffers
4045 * Invalid values in primitive types, even in private fields/locals:
4046   * Dangling/null references or boxes
4047   * A value other than `false` (0) or `true` (1) in a `bool`
4048   * A discriminant in an `enum` not included in the type definition
4049   * A value in a `char` which is a surrogate or above `char::MAX`
4050   * Non-UTF-8 byte sequences in a `str`
4051 * Unwinding into Rust from foreign code or unwinding from Rust into foreign
4052   code. Rust's failure system is not compatible with exception handling in
4053   other languages. Unwinding must be caught and handled at FFI boundaries.
4054
4055 [noalias]: http://llvm.org/docs/LangRef.html#noalias
4056
4057 ## Behavior not considered unsafe
4058
4059 This is a list of behavior not considered *unsafe* in Rust terms, but that may
4060 be undesired.
4061
4062 * Deadlocks
4063 * Leaks of memory and other resources
4064 * Exiting without calling destructors
4065 * Integer overflow
4066   - Overflow is considered "unexpected" behavior and is always user-error,
4067     unless the `wrapping` primitives are used. In non-optimized builds, the compiler
4068     will insert debug checks that panic on overflow, but in optimized builds overflow
4069     instead results in wrapped values. See [RFC 560] for the rationale and more details.
4070
4071 [RFC 560]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0560-integer-overflow.md
4072
4073 # Appendix: Influences
4074
4075 Rust is not a particularly original language, with design elements coming from
4076 a wide range of sources. Some of these are listed below (including elements
4077 that have since been removed):
4078
4079 * SML, OCaml: algebraic data types, pattern matching, type inference,
4080   semicolon statement separation
4081 * C++: references, RAII, smart pointers, move semantics, monomorphization,
4082   memory model
4083 * ML Kit, Cyclone: region based memory management
4084 * Haskell (GHC): typeclasses, type families
4085 * Newsqueak, Alef, Limbo: channels, concurrency
4086 * Erlang: message passing, thread failure, ~~linked thread failure~~,
4087   ~~lightweight concurrency~~
4088 * Swift: optional bindings
4089 * Scheme: hygienic macros
4090 * C#: attributes
4091 * Ruby: ~~block syntax~~
4092 * NIL, Hermes: ~~typestate~~
4093 * [Unicode Annex #31](http://www.unicode.org/reports/tr31/): identifier and
4094   pattern syntax
4095
4096 [ffi]: book/ffi.html
4097 [plugin]: book/compiler-plugins.html