]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/doc/reference.md
Auto merge of #28610 - nrc:fmt6, r=brson
[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 - The first character has property `XID_start`
80 - The remaining characters have property `XID_continue`
81
82 that does _not_ occur in the set of [keywords][keywords].
83
84 > **Note**: `XID_start` and `XID_continue` as character properties cover the
85 > character ranges used to form the more familiar C and Java language-family
86 > identifiers.
87
88 ## Comments
89
90 Comments in Rust code follow the general C++ style of line (`//`) and
91 block (`/* ... */`) comment forms. Nested block comments are supported.
92
93 Line comments beginning with exactly _three_ slashes (`///`), and block
94 comments beginning with exactly one repeated asterisk in the block-open
95 sequence (`/**`), are interpreted as a special syntax for `doc`
96 [attributes](#attributes). That is, they are equivalent to writing
97 `#[doc="..."]` around the body of the comment, i.e., `/// Foo` turns into
98 `#[doc="Foo"]`.
99
100 Line comments beginning with `//!` and block comments beginning with `/*!` are
101 doc comments that apply to the parent of the comment, rather than the item
102 that follows.  That is, they are equivalent to writing `#![doc="..."]` around
103 the body of the comment. `//!` comments are usually used to document
104 modules that occupy a source file.
105
106 Non-doc comments are interpreted as a form of whitespace.
107
108 ## Whitespace
109
110 Whitespace is any non-empty string containing only the following characters:
111
112 - `U+0020` (space, `' '`)
113 - `U+0009` (tab, `'\t'`)
114 - `U+000A` (LF, `'\n'`)
115 - `U+000D` (CR, `'\r'`)
116
117 Rust is a "free-form" language, meaning that all forms of whitespace serve only
118 to separate _tokens_ in the grammar, and have no semantic significance.
119
120 A Rust program has identical meaning if each whitespace element is replaced
121 with any other legal whitespace element, such as a single space character.
122
123 ## Tokens
124
125 Tokens are primitive productions in the grammar defined by regular
126 (non-recursive) languages. "Simple" tokens are given in [string table
127 production](#string-table-productions) form, and occur in the rest of the
128 grammar as double-quoted strings. Other tokens have exact rules given.
129
130 ### Literals
131
132 A literal is an expression consisting of a single token, rather than a sequence
133 of tokens, that immediately and directly denotes the value it evaluates to,
134 rather than referring to it by name or some other evaluation rule. A literal is
135 a form of constant expression, so is evaluated (primarily) at compile time.
136
137 #### Examples
138
139 ##### Characters and strings
140
141 |                                              | Example         | `#` sets   | Characters  | Escapes             |
142 |----------------------------------------------|-----------------|------------|-------------|---------------------|
143 | [Character](#character-literals)             | `'H'`           | `N/A`      | All Unicode | `\'` & [Byte](#byte-escapes) & [Unicode](#unicode-escapes) |
144 | [String](#string-literals)                   | `"hello"`       | `N/A`      | All Unicode | `\"` & [Byte](#byte-escapes) & [Unicode](#unicode-escapes) |
145 | [Raw](#raw-string-literals)                  | `r#"hello"#`    | `0...`     | All Unicode | `N/A`                                                      |
146 | [Byte](#byte-literals)                       | `b'H'`          | `N/A`      | All ASCII   | `\'` & [Byte](#byte-escapes)                               |
147 | [Byte string](#byte-string-literals)         | `b"hello"`      | `N/A`      | All ASCII   | `\"` & [Byte](#byte-escapes)                               |
148 | [Raw byte string](#raw-byte-string-literals) | `br#"hello"#`   | `0...`     | All ASCII   | `N/A`                                                      |
149
150 ##### Byte escapes
151
152 |   | Name |
153 |---|------|
154 | `\x7F` | 8-bit character code (exactly 2 digits) |
155 | `\n` | Newline |
156 | `\r` | Carriage return |
157 | `\t` | Tab |
158 | `\\` | Backslash |
159
160 ##### Unicode escapes
161 |   | Name |
162 |---|------|
163 | `\u{7FFF}` | 24-bit Unicode character code (up to 6 digits) |
164
165 ##### Numbers
166
167 | [Number literals](#number-literals)`*` | Example | Exponentiation | Suffixes |
168 |----------------------------------------|---------|----------------|----------|
169 | Decimal integer | `98_222` | `N/A` | Integer suffixes |
170 | Hex integer | `0xff` | `N/A` | Integer suffixes |
171 | Octal integer | `0o77` | `N/A` | Integer suffixes |
172 | Binary integer | `0b1111_0000` | `N/A` | Integer suffixes |
173 | Floating-point | `123.0E+77` | `Optional` | Floating-point suffixes |
174
175 `*` All number literals allow `_` as a visual separator: `1_234.0E+18f64`
176
177 ##### Suffixes
178 | Integer | Floating-point |
179 |---------|----------------|
180 | `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64`, `isize`, `usize` | `f32`, `f64` |
181
182 #### Character and string literals
183
184 ##### Character literals
185
186 A _character literal_ is a single Unicode character enclosed within two
187 `U+0027` (single-quote) characters, with the exception of `U+0027` itself,
188 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`).
189
190 ##### String literals
191
192 A _string literal_ is a sequence of any Unicode characters enclosed within two
193 `U+0022` (double-quote) characters, with the exception of `U+0022` itself,
194 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`).
195
196 Line-break characters are allowed in string literals. Normally they represent
197 themselves (i.e. no translation), but as a special exception, when a `U+005C`
198 character (`\`) occurs immediately before the newline, the `U+005C` character,
199 the newline, and all whitespace at the beginning of the next line are ignored.
200 Thus `a` and `b` are equal:
201
202 ```rust
203 let a = "foobar";
204 let b = "foo\
205          bar";
206
207 assert_eq!(a,b);
208 ```
209
210 ##### Character escapes
211
212 Some additional _escapes_ are available in either character or non-raw string
213 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
214 following forms:
215
216 * An _8-bit code point escape_ starts with `U+0078` (`x`) and is
217   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the Unicode code point
218   equal to the provided hex value.
219 * A _24-bit code point escape_ starts with `U+0075` (`u`) and is followed
220   by up to six _hex digits_ surrounded by braces `U+007B` (`{`) and `U+007D`
221   (`}`). It denotes the Unicode code point equal to the provided hex value.
222 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
223   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the Unicode values `U+000A` (LF),
224   `U+000D` (CR) or `U+0009` (HT) respectively.
225 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
226   escaped in order to denote *itself*.
227
228 ##### Raw string literals
229
230 Raw string literals do not process any escapes. They start with the character
231 `U+0072` (`r`), followed by zero or more of the character `U+0023` (`#`) and a
232 `U+0022` (double-quote) character. The _raw string body_ can contain any sequence
233 of Unicode characters and is terminated only by another `U+0022` (double-quote)
234 character, followed by the same number of `U+0023` (`#`) characters that preceded
235 the opening `U+0022` (double-quote) character.
236
237 All Unicode characters contained in the raw string body represent themselves,
238 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
239 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
240 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
241
242 Examples for string literals:
243
244 ```
245 "foo"; r"foo";                     // foo
246 "\"foo\""; r#""foo""#;             // "foo"
247
248 "foo #\"# bar";
249 r##"foo #"# bar"##;                // foo #"# bar
250
251 "\x52"; "R"; r"R";                 // R
252 "\\x52"; r"\x52";                  // \x52
253 ```
254
255 #### Byte and byte string literals
256
257 ##### Byte literals
258
259 A _byte literal_ is a single ASCII character (in the `U+0000` to `U+007F`
260 range) or a single _escape_ preceded by the characters `U+0062` (`b`) and
261 `U+0027` (single-quote), and followed by the character `U+0027`. If the character
262 `U+0027` is present within the literal, it must be _escaped_ by a preceding
263 `U+005C` (`\`) character. It is equivalent to a `u8` unsigned 8-bit integer
264 _number literal_.
265
266 ##### Byte string literals
267
268 A non-raw _byte string literal_ is a sequence of ASCII characters and _escapes_,
269 preceded by the characters `U+0062` (`b`) and `U+0022` (double-quote), and
270 followed by the character `U+0022`. If the character `U+0022` is present within
271 the literal, it must be _escaped_ by a preceding `U+005C` (`\`) character.
272 Alternatively, a byte string literal can be a _raw byte string literal_, defined
273 below. A byte string literal of length `n` is equivalent to a `&'static [u8; n]` borrowed fixed-sized array
274 of unsigned 8-bit integers.
275
276 Some additional _escapes_ are available in either byte or non-raw byte string
277 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
278 following forms:
279
280 * A _byte escape_ escape starts with `U+0078` (`x`) and is
281   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the byte
282   equal to the provided hex value.
283 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
284   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the bytes values `0x0A` (ASCII LF),
285   `0x0D` (ASCII CR) or `0x09` (ASCII HT) respectively.
286 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
287   escaped in order to denote its ASCII encoding `0x5C`.
288
289 ##### Raw byte string literals
290
291 Raw byte string literals do not process any escapes. They start with the
292 character `U+0062` (`b`), followed by `U+0072` (`r`), followed by zero or more
293 of the character `U+0023` (`#`), and a `U+0022` (double-quote) character. The
294 _raw string body_ can contain any sequence of ASCII characters and is terminated
295 only by another `U+0022` (double-quote) character, followed by the same number of
296 `U+0023` (`#`) characters that preceded the opening `U+0022` (double-quote)
297 character. A raw byte string literal can not contain any non-ASCII byte.
298
299 All characters contained in the raw string body represent their ASCII encoding,
300 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
301 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
302 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
303
304 Examples for byte string literals:
305
306 ```
307 b"foo"; br"foo";                     // foo
308 b"\"foo\""; br#""foo""#;             // "foo"
309
310 b"foo #\"# bar";
311 br##"foo #"# bar"##;                 // foo #"# bar
312
313 b"\x52"; b"R"; br"R";                // R
314 b"\\x52"; br"\x52";                  // \x52
315 ```
316
317 #### Number literals
318
319 A _number literal_ is either an _integer literal_ or a _floating-point
320 literal_. The grammar for recognizing the two kinds of literals is mixed.
321
322 ##### Integer literals
323
324 An _integer literal_ has one of four forms:
325
326 * A _decimal literal_ starts with a *decimal digit* and continues with any
327   mixture of *decimal digits* and _underscores_.
328 * A _hex literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0078`
329   (`0x`) and continues as any mixture of hex digits and underscores.
330 * An _octal literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+006F`
331   (`0o`) and continues as any mixture of octal digits and underscores.
332 * A _binary literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0062`
333   (`0b`) and continues as any mixture of binary digits and underscores.
334
335 Like any literal, an integer literal may be followed (immediately,
336 without any spaces) by an _integer suffix_, which forcibly sets the
337 type of the literal. The integer suffix must be the name of one of the
338 integral types: `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64`,
339 `isize`, or `usize`.
340
341 The type of an _unsuffixed_ integer literal is determined by type inference:
342
343 * If an integer type can be _uniquely_ determined from the surrounding
344   program context, the unsuffixed integer literal has that type.
345
346 * If the program context under-constrains the type, it defaults to the
347   signed 32-bit integer `i32`.
348
349 * If the program context over-constrains the type, it is considered a
350   static type error.
351
352 Examples of integer literals of various forms:
353
354 ```
355 123i32;                            // type i32
356 123u32;                            // type u32
357 123_u32;                           // type u32
358 0xff_u8;                           // type u8
359 0o70_i16;                          // type i16
360 0b1111_1111_1001_0000_i32;         // type i32
361 0usize;                            // type usize
362 ```
363
364 ##### Floating-point literals
365
366 A _floating-point literal_ has one of two forms:
367
368 * A _decimal literal_ followed by a period character `U+002E` (`.`). This is
369   optionally followed by another decimal literal, with an optional _exponent_.
370 * A single _decimal literal_ followed by an _exponent_.
371
372 Like integer literals, a floating-point literal may be followed by a
373 suffix, so long as the pre-suffix part does not end with `U+002E` (`.`).
374 The suffix forcibly sets the type of the literal. There are two valid
375 _floating-point suffixes_, `f32` and `f64` (the 32-bit and 64-bit floating point
376 types), which explicitly determine the type of the literal.
377
378 The type of an _unsuffixed_ floating-point literal is determined by
379 type inference:
380
381 * If a floating-point type can be _uniquely_ determined from the
382   surrounding program context, the unsuffixed floating-point literal
383   has that type.
384
385 * If the program context under-constrains the type, it defaults to `f64`.
386
387 * If the program context over-constrains the type, it is considered a
388   static type error.
389
390 Examples of floating-point literals of various forms:
391
392 ```
393 123.0f64;        // type f64
394 0.1f64;          // type f64
395 0.1f32;          // type f32
396 12E+99_f64;      // type f64
397 let x: f64 = 2.; // type f64
398 ```
399
400 This last example is different because it is not possible to use the suffix
401 syntax with a floating point literal ending in a period. `2.f64` would attempt
402 to call a method named `f64` on `2`.
403
404 The representation semantics of floating-point numbers are described in
405 ["Machine Types"](#machine-types).
406
407 #### Boolean literals
408
409 The two values of the boolean type are written `true` and `false`.
410
411 ### Symbols
412
413 Symbols are a general class of printable [token](#tokens) that play structural
414 roles in a variety of grammar productions. They are catalogued here for
415 completeness as the set of remaining miscellaneous printable tokens that do not
416 otherwise appear as [unary operators](#unary-operator-expressions), [binary
417 operators](#binary-operator-expressions), or [keywords][keywords].
418
419
420 ## Paths
421
422 A _path_ is a sequence of one or more path components _logically_ separated by
423 a namespace qualifier (`::`). If a path consists of only one component, it may
424 refer to either an [item](#items) or a [variable](#variables) in a local control
425 scope. If a path has multiple components, it refers to an item.
426
427 Every item has a _canonical path_ within its crate, but the path naming an item
428 is only meaningful within a given crate. There is no global namespace across
429 crates; an item's canonical path merely identifies it within the crate.
430
431 Two examples of simple paths consisting of only identifier components:
432
433 ```{.ignore}
434 x;
435 x::y::z;
436 ```
437
438 Path components are usually [identifiers](#identifiers), but they may
439 also include angle-bracket-enclosed lists of type arguments. In
440 [expression](#expressions) context, the type argument list is given
441 after a `::` namespace qualifier in order to disambiguate it from a
442 relational expression involving the less-than symbol (`<`). In type
443 expression context, the final namespace qualifier is omitted.
444
445 Two examples of paths with type arguments:
446
447 ```
448 # struct HashMap<K, V>(K,V);
449 # fn f() {
450 # fn id<T>(t: T) -> T { t }
451 type T = HashMap<i32,String>; // Type arguments used in a type expression
452 let x  = id::<i32>(10);       // Type arguments used in a call expression
453 # }
454 ```
455
456 Paths can be denoted with various leading qualifiers to change the meaning of
457 how it is resolved:
458
459 * Paths starting with `::` are considered to be global paths where the
460   components of the path start being resolved from the crate root. Each
461   identifier in the path must resolve to an item.
462
463 ```rust
464 mod a {
465     pub fn foo() {}
466 }
467 mod b {
468     pub fn foo() {
469         ::a::foo(); // call a's foo function
470     }
471 }
472 # fn main() {}
473 ```
474
475 * Paths starting with the keyword `super` begin resolution relative to the
476   parent module. Each further identifier must resolve to an item.
477
478 ```rust
479 mod a {
480     pub fn foo() {}
481 }
482 mod b {
483     pub fn foo() {
484         super::a::foo(); // call a's foo function
485     }
486 }
487 # fn main() {}
488 ```
489
490 * Paths starting with the keyword `self` begin resolution relative to the
491   current module. Each further identifier must resolve to an item.
492
493 ```rust
494 fn foo() {}
495 fn bar() {
496     self::foo();
497 }
498 # fn main() {}
499 ```
500
501 # Syntax extensions
502
503 A number of minor features of Rust are not central enough to have their own
504 syntax, and yet are not implementable as functions. Instead, they are given
505 names, and invoked through a consistent syntax: `some_extension!(...)`.
506
507 Users of `rustc` can define new syntax extensions in two ways:
508
509 * [Compiler plugins][plugin] can include arbitrary Rust code that
510   manipulates syntax trees at compile time. Note that the interface
511   for compiler plugins is considered highly unstable.
512
513 * [Macros](book/macros.html) define new syntax in a higher-level,
514   declarative way.
515
516 ## Macros
517
518 `macro_rules` allows users to define syntax extension in a declarative way.  We
519 call such extensions "macros by example" or simply "macros" â€” to be distinguished
520 from the "procedural macros" defined in [compiler plugins][plugin].
521
522 Currently, macros can expand to expressions, statements, items, or patterns.
523
524 (A `sep_token` is any token other than `*` and `+`. A `non_special_token` is
525 any token other than a delimiter or `$`.)
526
527 The macro expander looks up macro invocations by name, and tries each macro
528 rule in turn. It transcribes the first successful match. Matching and
529 transcription are closely related to each other, and we will describe them
530 together.
531
532 ### Macro By Example
533
534 The macro expander matches and transcribes every token that does not begin with
535 a `$` literally, including delimiters. For parsing reasons, delimiters must be
536 balanced, but they are otherwise not special.
537
538 In the matcher, `$` _name_ `:` _designator_ matches the nonterminal in the Rust
539 syntax named by _designator_. Valid designators are `item`, `block`, `stmt`,
540 `pat`, `expr`, `ty` (type), `ident`, `path`, `tt` (either side of the `=>`
541 in macro rules), and `meta` (contents of an attribute). In the transcriber, the
542 designator is already known, and so only the name of a matched nonterminal comes
543 after the dollar sign.
544
545 In both the matcher and transcriber, the Kleene star-like operator indicates
546 repetition. The Kleene star operator consists of `$` and parentheses, optionally
547 followed by a separator token, followed by `*` or `+`. `*` means zero or more
548 repetitions, `+` means at least one repetition. The parentheses are not matched or
549 transcribed. On the matcher side, a name is bound to _all_ of the names it
550 matches, in a structure that mimics the structure of the repetition encountered
551 on a successful match. The job of the transcriber is to sort that structure
552 out.
553
554 The rules for transcription of these repetitions are called "Macro By Example".
555 Essentially, one "layer" of repetition is discharged at a time, and all of them
556 must be discharged by the time a name is transcribed. Therefore, `( $( $i:ident
557 ),* ) => ( $i )` is an invalid macro, but `( $( $i:ident ),* ) => ( $( $i:ident
558 ),*  )` is acceptable (if trivial).
559
560 When Macro By Example encounters a repetition, it examines all of the `$`
561 _name_ s that occur in its body. At the "current layer", they all must repeat
562 the same number of times, so ` ( $( $i:ident ),* ; $( $j:ident ),* ) => ( $(
563 ($i,$j) ),* )` is valid if given the argument `(a,b,c ; d,e,f)`, but not
564 `(a,b,c ; d,e)`. The repetition walks through the choices at that layer in
565 lockstep, so the former input transcribes to `(a,d), (b,e), (c,f)`.
566
567 Nested repetitions are allowed.
568
569 ### Parsing limitations
570
571 The parser used by the macro system is reasonably powerful, but the parsing of
572 Rust syntax is restricted in two ways:
573
574 1. Macro definitions are required to include suitable separators after parsing
575    expressions and other bits of the Rust grammar. This implies that
576    a macro definition like `$i:expr [ , ]` is not legal, because `[` could be part
577    of an expression. A macro definition like `$i:expr,` or `$i:expr;` would be legal,
578    however, because `,` and `;` are legal separators. See [RFC 550] for more information.
579 2. The parser must have eliminated all ambiguity by the time it reaches a `$`
580    _name_ `:` _designator_. This requirement most often affects name-designator
581    pairs when they occur at the beginning of, or immediately after, a `$(...)*`;
582    requiring a distinctive token in front can solve the problem.
583
584 [RFC 550]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0550-macro-future-proofing.md
585
586 # Crates and source files
587
588 Although Rust, like any other language, can be implemented by an interpreter as
589 well as a compiler, the only existing implementation is a compiler &mdash;
590 from now on referred to as *the* Rust compiler &mdash; and the language has
591 always been designed to be compiled. For these reasons, this section assumes a
592 compiler.
593
594 Rust's semantics obey a *phase distinction* between compile-time and
595 run-time.[^phase-distinction] Semantic rules that have a *static
596 interpretation* govern the success or failure of compilation, while
597 semantic rules
598 that have a *dynamic interpretation* govern the behavior of the program at
599 run-time.
600
601 [^phase-distinction]: This distinction would also exist in an interpreter.
602     Static checks like syntactic analysis, type checking, and lints should
603     happen before the program is executed regardless of when it is executed.
604
605 The compilation model centers on artifacts called _crates_. Each compilation
606 processes a single crate in source form, and if successful, produces a single
607 crate in binary form: either an executable or some sort of
608 library.[^cratesourcefile]
609
610 [^cratesourcefile]: A crate is somewhat analogous to an *assembly* in the
611     ECMA-335 CLI model, a *library* in the SML/NJ Compilation Manager, a *unit*
612     in the Owens and Flatt module system, or a *configuration* in Mesa.
613
614 A _crate_ is a unit of compilation and linking, as well as versioning,
615 distribution and runtime loading. A crate contains a _tree_ of nested
616 [module](#modules) scopes. The top level of this tree is a module that is
617 anonymous (from the point of view of paths within the module) and any item
618 within a crate has a canonical [module path](#paths) denoting its location
619 within the crate's module tree.
620
621 The Rust compiler is always invoked with a single source file as input, and
622 always produces a single output crate. The processing of that source file may
623 result in other source files being loaded as modules. Source files have the
624 extension `.rs`.
625
626 A Rust source file describes a module, the name and location of which &mdash;
627 in the module tree of the current crate &mdash; are defined from outside the
628 source file: either by an explicit `mod_item` in a referencing source file, or
629 by the name of the crate itself. Every source file is a module, but not every
630 module needs its own source file: [module definitions](#modules) can be nested
631 within one file.
632
633 Each source file contains a sequence of zero or more `item` definitions, and
634 may optionally begin with any number of [attributes](#items-and-attributes)
635 that apply to the containing module, most of which influence the behavior of
636 the compiler. The anonymous crate module can have additional attributes that
637 apply to the crate as a whole.
638
639 ```no_run
640 // Specify the crate name.
641 #![crate_name = "projx"]
642
643 // Specify the type of output artifact.
644 #![crate_type = "lib"]
645
646 // Turn on a warning.
647 // This can be done in any module, not just the anonymous crate module.
648 #![warn(non_camel_case_types)]
649 ```
650
651 A crate that contains a `main` function can be compiled to an executable. If a
652 `main` function is present, its return type must be [`unit`](#tuple-types)
653 and it must take no arguments.
654
655 # Items and attributes
656
657 Crates contain [items](#items), each of which may have some number of
658 [attributes](#attributes) attached to it.
659
660 ## Items
661
662 An _item_ is a component of a crate. Items are organized within a crate by a
663 nested set of [modules](#modules). Every crate has a single "outermost"
664 anonymous module; all further items within the crate have [paths](#paths)
665 within the module tree of the crate.
666
667 Items are entirely determined at compile-time, generally remain fixed during
668 execution, and may reside in read-only memory.
669
670 There are several kinds of item:
671
672 * [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations)
673 * [`use` declarations](#use-declarations)
674 * [modules](#modules)
675 * [functions](#functions)
676 * [type definitions](grammar.html#type-definitions)
677 * [structs](#structs)
678 * [enumerations](#enumerations)
679 * [constant items](#constant-items)
680 * [static items](#static-items)
681 * [traits](#traits)
682 * [implementations](#implementations)
683
684 Some items form an implicit scope for the declaration of sub-items. In other
685 words, within a function or module, declarations of items can (in many cases)
686 be mixed with the statements, control blocks, and similar artifacts that
687 otherwise compose the item body. The meaning of these scoped items is the same
688 as if the item was declared outside the scope &mdash; it is still a static item
689 &mdash; except that the item's *path name* within the module namespace is
690 qualified by the name of the enclosing item, or is private to the enclosing
691 item (in the case of functions). The grammar specifies the exact locations in
692 which sub-item declarations may appear.
693
694 ### Type Parameters
695
696 All items except modules, constants and statics may be *parameterized* by type.
697 Type parameters are given as a comma-separated list of identifiers enclosed in
698 angle brackets (`<...>`), after the name of the item and before its definition.
699 The type parameters of an item are considered "part of the name", not part of
700 the type of the item. A referencing [path](#paths) must (in principle) provide
701 type arguments as a list of comma-separated types enclosed within angle
702 brackets, in order to refer to the type-parameterized item. In practice, the
703 type-inference system can usually infer such argument types from context. There
704 are no general type-parametric types, only type-parametric items. That is, Rust
705 has no notion of type abstraction: there are no higher-ranked (or "forall") types
706 abstracted over other types, though higher-ranked types do exist for lifetimes.
707
708 ### Modules
709
710 A module is a container for zero or more [items](#items).
711
712 A _module item_ is a module, surrounded in braces, named, and prefixed with the
713 keyword `mod`. A module item introduces a new, named module into the tree of
714 modules making up a crate. Modules can nest arbitrarily.
715
716 An example of a module:
717
718 ```
719 mod math {
720     type Complex = (f64, f64);
721     fn sin(f: f64) -> f64 {
722         /* ... */
723 # panic!();
724     }
725     fn cos(f: f64) -> f64 {
726         /* ... */
727 # panic!();
728     }
729     fn tan(f: f64) -> f64 {
730         /* ... */
731 # panic!();
732     }
733 }
734 ```
735
736 Modules and types share the same namespace. Declaring a named type with
737 the same name as a module in scope is forbidden: that is, a type definition,
738 trait, struct, enumeration, or type parameter can't shadow the name of a module
739 in scope, or vice versa.
740
741 A module without a body is loaded from an external file, by default with the
742 same name as the module, plus the `.rs` extension. When a nested submodule is
743 loaded from an external file, it is loaded from a subdirectory path that
744 mirrors the module hierarchy.
745
746 ```{.ignore}
747 // Load the `vec` module from `vec.rs`
748 mod vec;
749
750 mod thread {
751     // Load the `local_data` module from `thread/local_data.rs`
752     // or `thread/local_data/mod.rs`.
753     mod local_data;
754 }
755 ```
756
757 The directories and files used for loading external file modules can be
758 influenced with the `path` attribute.
759
760 ```{.ignore}
761 #[path = "thread_files"]
762 mod thread {
763     // Load the `local_data` module from `thread_files/tls.rs`
764     #[path = "tls.rs"]
765     mod local_data;
766 }
767 ```
768
769 #### Extern crate declarations
770
771 An _`extern crate` declaration_ specifies a dependency on an external crate.
772 The external crate is then bound into the declaring scope as the `ident`
773 provided in the `extern_crate_decl`.
774
775 The external crate is resolved to a specific `soname` at compile time, and a
776 runtime linkage requirement to that `soname` is passed to the linker for
777 loading at runtime. The `soname` is resolved at compile time by scanning the
778 compiler's library path and matching the optional `crateid` provided against
779 the `crateid` attributes that were declared on the external crate when it was
780 compiled. If no `crateid` is provided, a default `name` attribute is assumed,
781 equal to the `ident` given in the `extern_crate_decl`.
782
783 Three examples of `extern crate` declarations:
784
785 ```{.ignore}
786 extern crate pcre;
787
788 extern crate std; // equivalent to: extern crate std as std;
789
790 extern crate std as ruststd; // linking to 'std' under another name
791 ```
792
793 #### Use declarations
794
795 A _use declaration_ creates one or more local name bindings synonymous with
796 some other [path](#paths). Usually a `use` declaration is used to shorten the
797 path required to refer to a module item. These declarations may appear at the
798 top of [modules](#modules) and [blocks](grammar.html#block-expressions).
799
800 > **Note**: Unlike in many languages,
801 > `use` declarations in Rust do *not* declare linkage dependency with external crates.
802 > Rather, [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations) declare linkage dependencies.
803
804 Use declarations support a number of convenient shortcuts:
805
806 * Rebinding the target name as a new local name, using the syntax `use p::q::r as x;`
807 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element,
808   using the glob-like brace syntax `use a::b::{c,d,e,f};`
809 * Binding all paths matching a given prefix, using the asterisk wildcard syntax
810   `use a::b::*;`
811 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element
812   and their immediate parent module, using the `self` keyword, such as
813   `use a::b::{self, c, d};`
814
815 An example of `use` declarations:
816
817 ```rust
818 use std::option::Option::{Some, None};
819 use std::collections::hash_map::{self, HashMap};
820
821 fn foo<T>(_: T){}
822 fn bar(map1: HashMap<String, usize>, map2: hash_map::HashMap<String, usize>){}
823
824 fn main() {
825     // Equivalent to 'foo(vec![std::option::Option::Some(1.0f64),
826     // std::option::Option::None]);'
827     foo(vec![Some(1.0f64), None]);
828
829     // Both `hash_map` and `HashMap` are in scope.
830     let map1 = HashMap::new();
831     let map2 = hash_map::HashMap::new();
832     bar(map1, map2);
833 }
834 ```
835
836 Like items, `use` declarations are private to the containing module, by
837 default. Also like items, a `use` declaration can be public, if qualified by
838 the `pub` keyword. Such a `use` declaration serves to _re-export_ a name. A
839 public `use` declaration can therefore _redirect_ some public name to a
840 different target definition: even a definition with a private canonical path,
841 inside a different module. If a sequence of such redirections form a cycle or
842 cannot be resolved unambiguously, they represent a compile-time error.
843
844 An example of re-exporting:
845
846 ```
847 # fn main() { }
848 mod quux {
849     pub use quux::foo::{bar, baz};
850
851     pub mod foo {
852         pub fn bar() { }
853         pub fn baz() { }
854     }
855 }
856 ```
857
858 In this example, the module `quux` re-exports two public names defined in
859 `foo`.
860
861 Also note that the paths contained in `use` items are relative to the crate
862 root. So, in the previous example, the `use` refers to `quux::foo::{bar,
863 baz}`, and not simply to `foo::{bar, baz}`. This also means that top-level
864 module declarations should be at the crate root if direct usage of the declared
865 modules within `use` items is desired. It is also possible to use `self` and
866 `super` at the beginning of a `use` item to refer to the current and direct
867 parent modules respectively. All rules regarding accessing declared modules in
868 `use` declarations apply to both module declarations and `extern crate`
869 declarations.
870
871 An example of what will and will not work for `use` items:
872
873 ```
874 # #![allow(unused_imports)]
875 use foo::baz::foobaz;    // good: foo is at the root of the crate
876
877 mod foo {
878
879     mod example {
880         pub mod iter {}
881     }
882
883     use foo::example::iter; // good: foo is at crate root
884 //  use example::iter;      // bad:  core is not at the crate root
885     use self::baz::foobaz;  // good: self refers to module 'foo'
886     use foo::bar::foobar;   // good: foo is at crate root
887
888     pub mod bar {
889         pub fn foobar() { }
890     }
891
892     pub mod baz {
893         use super::bar::foobar; // good: super refers to module 'foo'
894         pub fn foobaz() { }
895     }
896 }
897
898 fn main() {}
899 ```
900
901 ### Functions
902
903 A _function item_ defines a sequence of [statements](#statements) and a
904 final [expression](#expressions), along with a name and a set of
905 parameters. Other than a name, all these are optional.
906 Functions are declared with the keyword `fn`. Functions may declare a
907 set of *input* [*variables*](#variables) as parameters, through which the caller
908 passes arguments into the function, and the *output* [*type*](#types)
909 of the value the function will return to its caller on completion.
910
911 A function may also be copied into a first-class *value*, in which case the
912 value has the corresponding [*function type*](#function-types), and can be used
913 otherwise exactly as a function item (with a minor additional cost of calling
914 the function indirectly).
915
916 Every control path in a function logically ends with a `return` expression or a
917 diverging expression. If the outermost block of a function has a
918 value-producing expression in its final-expression position, that expression is
919 interpreted as an implicit `return` expression applied to the final-expression.
920
921 An example of a function:
922
923 ```
924 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
925     x + y
926 }
927 ```
928
929 As with `let` bindings, function arguments are irrefutable patterns, so any
930 pattern that is valid in a let binding is also valid as an argument.
931
932 ```
933 fn first((value, _): (i32, i32)) -> i32 { value }
934 ```
935
936
937 #### Generic functions
938
939 A _generic function_ allows one or more _parameterized types_ to appear in its
940 signature. Each type parameter must be explicitly declared, in an
941 angle-bracket-enclosed, comma-separated list following the function name.
942
943 ```rust,ignore
944 // foo is generic over A and B
945
946 fn foo<A, B>(x: A, y: B) {
947 ```
948
949 Inside the function signature and body, the name of the type parameter can be
950 used as a type name. [Trait](#traits) bounds can be specified for type parameters
951 to allow methods with that trait to be called on values of that type. This is
952 specified using the `where` syntax:
953
954 ```rust,ignore
955 fn foo<T>(x: T) where T: Debug {
956 ```
957
958 When a generic function is referenced, its type is instantiated based on the
959 context of the reference. For example, calling the `foo` function here:
960
961 ```
962 use std::fmt::Debug;
963
964 fn foo<T>(x: &[T]) where T: Debug {
965     // details elided
966     # ()
967 }
968
969 foo(&[1, 2]);
970 ```
971
972 will instantiate type parameter `T` with `i32`.
973
974 The type parameters can also be explicitly supplied in a trailing
975 [path](#paths) component after the function name. This might be necessary if
976 there is not sufficient context to determine the type parameters. For example,
977 `mem::size_of::<u32>() == 4`.
978
979 #### Unsafety
980
981 Unsafe operations are those that potentially violate the memory-safety
982 guarantees of Rust's static semantics.
983
984 The following language level features cannot be used in the safe subset of
985 Rust:
986
987 - Dereferencing a [raw pointer](#pointer-types).
988 - Reading or writing a [mutable static variable](#mutable-statics).
989 - Calling an unsafe function (including an intrinsic or foreign function).
990
991 ##### Unsafe functions
992
993 Unsafe functions are functions that are not safe in all contexts and/or for all
994 possible inputs. Such a function must be prefixed with the keyword `unsafe` and
995 can only be called from an `unsafe` block or another `unsafe` function.
996
997 ##### Unsafe blocks
998
999 A block of code can be prefixed with the `unsafe` keyword, to permit calling
1000 `unsafe` functions or dereferencing raw pointers within a safe function.
1001
1002 When a programmer has sufficient conviction that a sequence of potentially
1003 unsafe operations is actually safe, they can encapsulate that sequence (taken
1004 as a whole) within an `unsafe` block. The compiler will consider uses of such
1005 code safe, in the surrounding context.
1006
1007 Unsafe blocks are used to wrap foreign libraries, make direct use of hardware
1008 or implement features not directly present in the language. For example, Rust
1009 provides the language features necessary to implement memory-safe concurrency
1010 in the language but the implementation of threads and message passing is in the
1011 standard library.
1012
1013 Rust's type system is a conservative approximation of the dynamic safety
1014 requirements, so in some cases there is a performance cost to using safe code.
1015 For example, a doubly-linked list is not a tree structure and can only be
1016 represented with reference-counted pointers in safe code. By using `unsafe`
1017 blocks to represent the reverse links as raw pointers, it can be implemented
1018 with only boxes.
1019
1020 ##### Behavior considered undefined
1021
1022 The following is a list of behavior which is forbidden in all Rust code,
1023 including within `unsafe` blocks and `unsafe` functions. Type checking provides
1024 the guarantee that these issues are never caused by safe code.
1025
1026 * Data races
1027 * Dereferencing a null/dangling raw pointer
1028 * Reads of [undef](http://llvm.org/docs/LangRef.html#undefined-values)
1029   (uninitialized) memory
1030 * Breaking the [pointer aliasing
1031   rules](http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointer-aliasing-rules)
1032   with raw pointers (a subset of the rules used by C)
1033 * `&mut` and `&` follow LLVM’s scoped [noalias] model, except if the `&T`
1034   contains an `UnsafeCell<U>`. Unsafe code must not violate these aliasing
1035   guarantees.
1036 * Mutating non-mutable data (that is, data reached through a shared reference or
1037   data owned by a `let` binding), unless that data is contained within an `UnsafeCell<U>`.
1038 * Invoking undefined behavior via compiler intrinsics:
1039   * Indexing outside of the bounds of an object with `std::ptr::offset`
1040     (`offset` intrinsic), with
1041     the exception of one byte past the end which is permitted.
1042   * Using `std::ptr::copy_nonoverlapping_memory` (`memcpy32`/`memcpy64`
1043     intrinsics) on overlapping buffers
1044 * Invalid values in primitive types, even in private fields/locals:
1045   * Dangling/null references or boxes
1046   * A value other than `false` (0) or `true` (1) in a `bool`
1047   * A discriminant in an `enum` not included in the type definition
1048   * A value in a `char` which is a surrogate or above `char::MAX`
1049   * Non-UTF-8 byte sequences in a `str`
1050 * Unwinding into Rust from foreign code or unwinding from Rust into foreign
1051   code. Rust's failure system is not compatible with exception handling in
1052   other languages. Unwinding must be caught and handled at FFI boundaries.
1053
1054 [noalias]: http://llvm.org/docs/LangRef.html#noalias
1055
1056 ##### Behavior not considered unsafe
1057
1058 This is a list of behavior not considered *unsafe* in Rust terms, but that may
1059 be undesired.
1060
1061 * Deadlocks
1062 * Leaks of memory and other resources
1063 * Exiting without calling destructors
1064 * Integer overflow
1065   - Overflow is considered "unexpected" behavior and is always user-error,
1066     unless the `wrapping` primitives are used. In non-optimized builds, the compiler
1067     will insert debug checks that panic on overflow, but in optimized builds overflow
1068     instead results in wrapped values. See [RFC 560] for the rationale and more details.
1069
1070 [RFC 560]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0560-integer-overflow.md
1071
1072 #### Diverging functions
1073
1074 A special kind of function can be declared with a `!` character where the
1075 output type would normally be. For example:
1076
1077 ```
1078 fn my_err(s: &str) -> ! {
1079     println!("{}", s);
1080     panic!();
1081 }
1082 ```
1083
1084 We call such functions "diverging" because they never return a value to the
1085 caller. Every control path in a diverging function must end with a `panic!()` or
1086 a call to another diverging function on every control path. The `!` annotation
1087 does *not* denote a type.
1088
1089 It might be necessary to declare a diverging function because as mentioned
1090 previously, the typechecker checks that every control path in a function ends
1091 with a [`return`](#return-expressions) or diverging expression. So, if `my_err`
1092 were declared without the `!` annotation, the following code would not
1093 typecheck:
1094
1095 ```
1096 # fn my_err(s: &str) -> ! { panic!() }
1097
1098 fn f(i: i32) -> i32 {
1099     if i == 42 {
1100         return 42;
1101     }
1102     else {
1103         my_err("Bad number!");
1104     }
1105 }
1106 ```
1107
1108 This will not compile without the `!` annotation on `my_err`, since the `else`
1109 branch of the conditional in `f` does not return an `i32`, as required by the
1110 signature of `f`. Adding the `!` annotation to `my_err` informs the
1111 typechecker that, should control ever enter `my_err`, no further type judgments
1112 about `f` need to hold, since control will never resume in any context that
1113 relies on those judgments. Thus the return type on `f` only needs to reflect
1114 the `if` branch of the conditional.
1115
1116 #### Extern functions
1117
1118 Extern functions are part of Rust's foreign function interface, providing the
1119 opposite functionality to [external blocks](#external-blocks). Whereas
1120 external blocks allow Rust code to call foreign code, extern functions with
1121 bodies defined in Rust code _can be called by foreign code_. They are defined
1122 in the same way as any other Rust function, except that they have the `extern`
1123 modifier.
1124
1125 ```
1126 // Declares an extern fn, the ABI defaults to "C"
1127 extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1128
1129 // Declares an extern fn with "stdcall" ABI
1130 extern "stdcall" fn new_i32_stdcall() -> i32 { 0 }
1131 ```
1132
1133 Unlike normal functions, extern fns have type `extern "ABI" fn()`. This is the
1134 same type as the functions declared in an extern block.
1135
1136 ```
1137 # extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1138 let fptr: extern "C" fn() -> i32 = new_i32;
1139 ```
1140
1141 Extern functions may be called directly from Rust code as Rust uses large,
1142 contiguous stack segments like C.
1143
1144 ### Type aliases
1145
1146 A _type alias_ defines a new name for an existing [type](#types). Type
1147 aliases are declared with the keyword `type`. Every value has a single,
1148 specific type, but may implement several different traits, or be compatible with
1149 several different type constraints.
1150
1151 For example, the following defines the type `Point` as a synonym for the type
1152 `(u8, u8)`, the type of pairs of unsigned 8 bit integers:
1153
1154 ```
1155 type Point = (u8, u8);
1156 let p: Point = (41, 68);
1157 ```
1158
1159 ### Structs
1160
1161 A _structure_ is a nominal [structure type](#structure-types) defined with the
1162 keyword `struct`.
1163
1164 An example of a `struct` item and its use:
1165
1166 ```
1167 struct Point {x: i32, y: i32}
1168 let p = Point {x: 10, y: 11};
1169 let px: i32 = p.x;
1170 ```
1171
1172 A _tuple structure_ is a nominal [tuple type](#tuple-types), also defined with
1173 the keyword `struct`. For example:
1174
1175 ```
1176 struct Point(i32, i32);
1177 let p = Point(10, 11);
1178 let px: i32 = match p { Point(x, _) => x };
1179 ```
1180
1181 A _unit-like struct_ is a structure without any fields, defined by leaving off
1182 the list of fields entirely. Such a structure implicitly defines a constant of
1183 its type with the same name. For example:
1184
1185 ```
1186 # #![feature(braced_empty_structs)]
1187 struct Cookie;
1188 let c = [Cookie, Cookie {}, Cookie, Cookie {}];
1189 ```
1190
1191 is equivalent to
1192
1193 ```
1194 # #![feature(braced_empty_structs)]
1195 struct Cookie {}
1196 const Cookie: Cookie = Cookie {};
1197 let c = [Cookie, Cookie {}, Cookie, Cookie {}];
1198 ```
1199
1200 The precise memory layout of a structure is not specified. One can specify a
1201 particular layout using the [`repr` attribute](#ffi-attributes).
1202
1203 ### Enumerations
1204
1205 An _enumeration_ is a simultaneous definition of a nominal [enumerated
1206 type](#enumerated-types) as well as a set of *constructors*, that can be used
1207 to create or pattern-match values of the corresponding enumerated type.
1208
1209 Enumerations are declared with the keyword `enum`.
1210
1211 An example of an `enum` item and its use:
1212
1213 ```
1214 enum Animal {
1215     Dog,
1216     Cat,
1217 }
1218
1219 let mut a: Animal = Animal::Dog;
1220 a = Animal::Cat;
1221 ```
1222
1223 Enumeration constructors can have either named or unnamed fields:
1224
1225 ```rust
1226 enum Animal {
1227     Dog (String, f64),
1228     Cat { name: String, weight: f64 }
1229 }
1230
1231 let mut a: Animal = Animal::Dog("Cocoa".to_string(), 37.2);
1232 a = Animal::Cat { name: "Spotty".to_string(), weight: 2.7 };
1233 ```
1234
1235 In this example, `Cat` is a _struct-like enum variant_,
1236 whereas `Dog` is simply called an enum variant.
1237
1238 Enums have a discriminant. You can assign them explicitly:
1239
1240 ```
1241 enum Foo {
1242     Bar = 123,
1243 }
1244 ```
1245
1246 If a discriminant isn't assigned, they start at zero, and add one for each
1247 variant, in order.
1248
1249 You can cast an enum to get this value:
1250
1251 ```
1252 # enum Foo { Bar = 123 }
1253 let x = Foo::Bar as u32; // x is now 123u32
1254 ```
1255
1256 This only works as long as none of the variants have data attached. If
1257 it were `Bar(i32)`, this is disallowed.
1258
1259 ### Constant items
1260
1261 A *constant item* is a named _constant value_ which is not associated with a
1262 specific memory location in the program. Constants are essentially inlined
1263 wherever they are used, meaning that they are copied directly into the relevant
1264 context when used. References to the same constant are not necessarily
1265 guaranteed to refer to the same memory address.
1266
1267 Constant values must not have destructors, and otherwise permit most forms of
1268 data. Constants may refer to the address of other constants, in which case the
1269 address will have the `static` lifetime. The compiler is, however, still at
1270 liberty to translate the constant many times, so the address referred to may not
1271 be stable.
1272
1273 Constants must be explicitly typed. The type may be `bool`, `char`, a number, or
1274 a type derived from those primitive types. The derived types are references with
1275 the `static` lifetime, fixed-size arrays, tuples, enum variants, and structs.
1276
1277 ```
1278 const BIT1: u32 = 1 << 0;
1279 const BIT2: u32 = 1 << 1;
1280
1281 const BITS: [u32; 2] = [BIT1, BIT2];
1282 const STRING: &'static str = "bitstring";
1283
1284 struct BitsNStrings<'a> {
1285     mybits: [u32; 2],
1286     mystring: &'a str
1287 }
1288
1289 const BITS_N_STRINGS: BitsNStrings<'static> = BitsNStrings {
1290     mybits: BITS,
1291     mystring: STRING
1292 };
1293 ```
1294
1295 ### Static items
1296
1297 A *static item* is similar to a *constant*, except that it represents a precise
1298 memory location in the program. A static is never "inlined" at the usage site,
1299 and all references to it refer to the same memory location. Static items have
1300 the `static` lifetime, which outlives all other lifetimes in a Rust program.
1301 Static items may be placed in read-only memory if they do not contain any
1302 interior mutability.
1303
1304 Statics may contain interior mutability through the `UnsafeCell` language item.
1305 All access to a static is safe, but there are a number of restrictions on
1306 statics:
1307
1308 * Statics may not contain any destructors.
1309 * The types of static values must ascribe to `Sync` to allow thread-safe access.
1310 * Statics may not refer to other statics by value, only by reference.
1311 * Constants cannot refer to statics.
1312
1313 Constants should in general be preferred over statics, unless large amounts of
1314 data are being stored, or single-address and mutability properties are required.
1315
1316 #### Mutable statics
1317
1318 If a static item is declared with the `mut` keyword, then it is allowed to
1319 be modified by the program. One of Rust's goals is to make concurrency bugs
1320 hard to run into, and this is obviously a very large source of race conditions
1321 or other bugs. For this reason, an `unsafe` block is required when either
1322 reading or writing a mutable static variable. Care should be taken to ensure
1323 that modifications to a mutable static are safe with respect to other threads
1324 running in the same process.
1325
1326 Mutable statics are still very useful, however. They can be used with C
1327 libraries and can also be bound from C libraries (in an `extern` block).
1328
1329 ```
1330 # fn atomic_add(_: &mut u32, _: u32) -> u32 { 2 }
1331
1332 static mut LEVELS: u32 = 0;
1333
1334 // This violates the idea of no shared state, and this doesn't internally
1335 // protect against races, so this function is `unsafe`
1336 unsafe fn bump_levels_unsafe1() -> u32 {
1337     let ret = LEVELS;
1338     LEVELS += 1;
1339     return ret;
1340 }
1341
1342 // Assuming that we have an atomic_add function which returns the old value,
1343 // this function is "safe" but the meaning of the return value may not be what
1344 // callers expect, so it's still marked as `unsafe`
1345 unsafe fn bump_levels_unsafe2() -> u32 {
1346     return atomic_add(&mut LEVELS, 1);
1347 }
1348 ```
1349
1350 Mutable statics have the same restrictions as normal statics, except that the
1351 type of the value is not required to ascribe to `Sync`.
1352
1353 ### Traits
1354
1355 A _trait_ describes an abstract interface that types can
1356 implement. This interface consists of associated items, which come in
1357 three varieties:
1358
1359 - functions
1360 - constants
1361 - types
1362
1363 Associated functions whose first parameter is named `self` are called
1364 methods and may be invoked using `.` notation (e.g., `x.foo()`).
1365
1366 All traits define an implicit type parameter `Self` that refers to
1367 "the type that is implementing this interface". Traits may also
1368 contain additional type parameters. These type parameters (including
1369 `Self`) may be constrained by other traits and so forth as usual.
1370
1371 Trait bounds on `Self` are considered "supertraits". These are
1372 required to be acyclic.  Supertraits are somewhat different from other
1373 constraints in that they affect what methods are available in the
1374 vtable when the trait is used as a [trait object](#trait-objects).
1375
1376 Traits are implemented for specific types through separate
1377 [implementations](#implementations).
1378
1379 Consider the following trait:
1380
1381 ```
1382 # type Surface = i32;
1383 # type BoundingBox = i32;
1384 trait Shape {
1385     fn draw(&self, Surface);
1386     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox;
1387 }
1388 ```
1389
1390 This defines a trait with two methods. All values that have
1391 [implementations](#implementations) of this trait in scope can have their
1392 `draw` and `bounding_box` methods called, using `value.bounding_box()`
1393 [syntax](#method-call-expressions).
1394
1395 Traits can include default implementations of methods, as in:
1396
1397 ```
1398 trait Foo {
1399     fn bar(&self);
1400     fn baz(&self) { println!("We called baz."); }
1401 }
1402 ```
1403
1404 Here the `baz` method has a default implementation, so types that implement
1405 `Foo` need only implement `bar`. It is also possible for implementing types
1406 to override a method that has a default implementation.
1407
1408 Type parameters can be specified for a trait to make it generic. These appear
1409 after the trait name, using the same syntax used in [generic
1410 functions](#generic-functions).
1411
1412 ```
1413 trait Seq<T> {
1414     fn len(&self) -> u32;
1415     fn elt_at(&self, n: u32) -> T;
1416     fn iter<F>(&self, F) where F: Fn(T);
1417 }
1418 ```
1419
1420 It is also possible to define associated types for a trait. Consider the
1421 following example of a `Container` trait. Notice how the type is available
1422 for use in the method signatures:
1423
1424 ```
1425 trait Container {
1426     type E;
1427     fn empty() -> Self;
1428     fn insert(&mut self, Self::E);
1429 }
1430 ```
1431
1432 In order for a type to implement this trait, it must not only provide
1433 implementations for every method, but it must specify the type `E`. Here's
1434 an implementation of `Container` for the standard library type `Vec`:
1435
1436 ```
1437 # trait Container {
1438 #     type E;
1439 #     fn empty() -> Self;
1440 #     fn insert(&mut self, Self::E);
1441 # }
1442 impl<T> Container for Vec<T> {
1443     type E = T;
1444     fn empty() -> Vec<T> { Vec::new() }
1445     fn insert(&mut self, x: T) { self.push(x); }
1446 }
1447 ```
1448
1449 Generic functions may use traits as _bounds_ on their type parameters. This
1450 will have two effects:
1451
1452 - Only types that have the trait may instantiate the parameter.
1453 - Within the generic function, the methods of the trait can be
1454   called on values that have the parameter's type.
1455
1456 For example:
1457
1458 ```
1459 # type Surface = i32;
1460 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); }
1461 fn draw_twice<T: Shape>(surface: Surface, sh: T) {
1462     sh.draw(surface);
1463     sh.draw(surface);
1464 }
1465 ```
1466
1467 Traits also define a [trait object](#trait-objects) with the same
1468 name as the trait. Values of this type are created by coercing from a
1469 pointer of some specific type to a pointer of trait type. For example,
1470 `&T` could be coerced to `&Shape` if `T: Shape` holds (and similarly
1471 for `Box<T>`). This coercion can either be implicit or
1472 [explicit](#type-cast-expressions). Here is an example of an explicit
1473 coercion:
1474
1475 ```
1476 trait Shape { }
1477 impl Shape for i32 { }
1478 let mycircle = 0i32;
1479 let myshape: Box<Shape> = Box::new(mycircle) as Box<Shape>;
1480 ```
1481
1482 The resulting value is a box containing the value that was cast, along with
1483 information that identifies the methods of the implementation that was used.
1484 Values with a trait type can have [methods called](#method-call-expressions) on
1485 them, for any method in the trait, and can be used to instantiate type
1486 parameters that are bounded by the trait.
1487
1488 Trait methods may be static, which means that they lack a `self` argument.
1489 This means that they can only be called with function call syntax (`f(x)`) and
1490 not method call syntax (`obj.f()`). The way to refer to the name of a static
1491 method is to qualify it with the trait name, treating the trait name like a
1492 module. For example:
1493
1494 ```
1495 trait Num {
1496     fn from_i32(n: i32) -> Self;
1497 }
1498 impl Num for f64 {
1499     fn from_i32(n: i32) -> f64 { n as f64 }
1500 }
1501 let x: f64 = Num::from_i32(42);
1502 ```
1503
1504 Traits may inherit from other traits. Consider the following example:
1505
1506 ```
1507 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1508 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1509 ```
1510
1511 The syntax `Circle : Shape` means that types that implement `Circle` must also
1512 have an implementation for `Shape`. Multiple supertraits are separated by `+`,
1513 `trait Circle : Shape + PartialEq { }`. In an implementation of `Circle` for a
1514 given type `T`, methods can refer to `Shape` methods, since the typechecker
1515 checks that any type with an implementation of `Circle` also has an
1516 implementation of `Shape`:
1517
1518 ```rust
1519 struct Foo;
1520
1521 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1522 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1523 # impl Shape for Foo {
1524 #     fn area(&self) -> f64 {
1525 #         0.0
1526 #     }
1527 # }
1528 impl Circle for Foo {
1529     fn radius(&self) -> f64 {
1530         println!("calling area: {}", self.area());
1531
1532         0.0
1533     }
1534 }
1535
1536 let c = Foo;
1537 c.radius();
1538 ```
1539
1540 In type-parameterized functions, methods of the supertrait may be called on
1541 values of subtrait-bound type parameters. Referring to the previous example of
1542 `trait Circle : Shape`:
1543
1544 ```
1545 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1546 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1547 fn radius_times_area<T: Circle>(c: T) -> f64 {
1548     // `c` is both a Circle and a Shape
1549     c.radius() * c.area()
1550 }
1551 ```
1552
1553 Likewise, supertrait methods may also be called on trait objects.
1554
1555 ```{.ignore}
1556 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1557 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1558 # impl Shape for i32 { fn area(&self) -> f64 { 0.0 } }
1559 # impl Circle for i32 { fn radius(&self) -> f64 { 0.0 } }
1560 # let mycircle = 0i32;
1561 let mycircle = Box::new(mycircle) as Box<Circle>;
1562 let nonsense = mycircle.radius() * mycircle.area();
1563 ```
1564
1565 ### Implementations
1566
1567 An _implementation_ is an item that implements a [trait](#traits) for a
1568 specific type.
1569
1570 Implementations are defined with the keyword `impl`.
1571
1572 ```
1573 # #[derive(Copy, Clone)]
1574 # struct Point {x: f64, y: f64};
1575 # type Surface = i32;
1576 # struct BoundingBox {x: f64, y: f64, width: f64, height: f64};
1577 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); fn bounding_box(&self) -> BoundingBox; }
1578 # fn do_draw_circle(s: Surface, c: Circle) { }
1579 struct Circle {
1580     radius: f64,
1581     center: Point,
1582 }
1583
1584 impl Copy for Circle {}
1585
1586 impl Clone for Circle {
1587     fn clone(&self) -> Circle { *self }
1588 }
1589
1590 impl Shape for Circle {
1591     fn draw(&self, s: Surface) { do_draw_circle(s, *self); }
1592     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox {
1593         let r = self.radius;
1594         BoundingBox {
1595             x: self.center.x - r,
1596             y: self.center.y - r,
1597             width: 2.0 * r,
1598             height: 2.0 * r,
1599         }
1600     }
1601 }
1602 ```
1603
1604 It is possible to define an implementation without referring to a trait. The
1605 methods in such an implementation can only be used as direct calls on the
1606 values of the type that the implementation targets. In such an implementation,
1607 the trait type and `for` after `impl` are omitted. Such implementations are
1608 limited to nominal types (enums, structs), and the implementation must appear
1609 in the same crate as the `self` type:
1610
1611 ```
1612 struct Point {x: i32, y: i32}
1613
1614 impl Point {
1615     fn log(&self) {
1616         println!("Point is at ({}, {})", self.x, self.y);
1617     }
1618 }
1619
1620 let my_point = Point {x: 10, y:11};
1621 my_point.log();
1622 ```
1623
1624 When a trait _is_ specified in an `impl`, all methods declared as part of the
1625 trait must be implemented, with matching types and type parameter counts.
1626
1627 An implementation can take type parameters, which can be different from the
1628 type parameters taken by the trait it implements. Implementation parameters
1629 are written after the `impl` keyword.
1630
1631 ```
1632 # trait Seq<T> { fn dummy(&self, _: T) { } }
1633 impl<T> Seq<T> for Vec<T> {
1634     /* ... */
1635 }
1636 impl Seq<bool> for u32 {
1637     /* Treat the integer as a sequence of bits */
1638 }
1639 ```
1640
1641 ### External blocks
1642
1643 External blocks form the basis for Rust's foreign function interface.
1644 Declarations in an external block describe symbols in external, non-Rust
1645 libraries.
1646
1647 Functions within external blocks are declared in the same way as other Rust
1648 functions, with the exception that they may not have a body and are instead
1649 terminated by a semicolon.
1650
1651 Functions within external blocks may be called by Rust code, just like
1652 functions defined in Rust. The Rust compiler automatically translates between
1653 the Rust ABI and the foreign ABI.
1654
1655 A number of [attributes](#attributes) control the behavior of external blocks.
1656
1657 By default external blocks assume that the library they are calling uses the
1658 standard C "cdecl" ABI. Other ABIs may be specified using an `abi` string, as
1659 shown here:
1660
1661 ```ignore
1662 // Interface to the Windows API
1663 extern "stdcall" { }
1664 ```
1665
1666 The `link` attribute allows the name of the library to be specified. When
1667 specified the compiler will attempt to link against the native library of the
1668 specified name.
1669
1670 ```{.ignore}
1671 #[link(name = "crypto")]
1672 extern { }
1673 ```
1674
1675 The type of a function declared in an extern block is `extern "abi" fn(A1, ...,
1676 An) -> R`, where `A1...An` are the declared types of its arguments and `R` is
1677 the declared return type.
1678
1679 It is valid to add the `link` attribute on an empty extern block. You can use
1680 this to satisfy the linking requirements of extern blocks elsewhere in your code
1681 (including upstream crates) instead of adding the attribute to each extern block.
1682
1683 ## Visibility and Privacy
1684
1685 These two terms are often used interchangeably, and what they are attempting to
1686 convey is the answer to the question "Can this item be used at this location?"
1687
1688 Rust's name resolution operates on a global hierarchy of namespaces. Each level
1689 in the hierarchy can be thought of as some item. The items are one of those
1690 mentioned above, but also include external crates. Declaring or defining a new
1691 module can be thought of as inserting a new tree into the hierarchy at the
1692 location of the definition.
1693
1694 To control whether interfaces can be used across modules, Rust checks each use
1695 of an item to see whether it should be allowed or not. This is where privacy
1696 warnings are generated, or otherwise "you used a private item of another module
1697 and weren't allowed to."
1698
1699 By default, everything in Rust is *private*, with one exception. Enum variants
1700 in a `pub` enum are also public by default. When an item is declared as `pub`,
1701 it can be thought of as being accessible to the outside world. For example:
1702
1703 ```
1704 # fn main() {}
1705 // Declare a private struct
1706 struct Foo;
1707
1708 // Declare a public struct with a private field
1709 pub struct Bar {
1710     field: i32
1711 }
1712
1713 // Declare a public enum with two public variants
1714 pub enum State {
1715     PubliclyAccessibleState,
1716     PubliclyAccessibleState2,
1717 }
1718 ```
1719
1720 With the notion of an item being either public or private, Rust allows item
1721 accesses in two cases:
1722
1723 1. If an item is public, then it can be used externally through any of its
1724    public ancestors.
1725 2. If an item is private, it may be accessed by the current module and its
1726    descendants.
1727
1728 These two cases are surprisingly powerful for creating module hierarchies
1729 exposing public APIs while hiding internal implementation details. To help
1730 explain, here's a few use cases and what they would entail:
1731
1732 * A library developer needs to expose functionality to crates which link
1733   against their library. As a consequence of the first case, this means that
1734   anything which is usable externally must be `pub` from the root down to the
1735   destination item. Any private item in the chain will disallow external
1736   accesses.
1737
1738 * A crate needs a global available "helper module" to itself, but it doesn't
1739   want to expose the helper module as a public API. To accomplish this, the
1740   root of the crate's hierarchy would have a private module which then
1741   internally has a "public API". Because the entire crate is a descendant of
1742   the root, then the entire local crate can access this private module through
1743   the second case.
1744
1745 * When writing unit tests for a module, it's often a common idiom to have an
1746   immediate child of the module to-be-tested named `mod test`. This module
1747   could access any items of the parent module through the second case, meaning
1748   that internal implementation details could also be seamlessly tested from the
1749   child module.
1750
1751 In the second case, it mentions that a private item "can be accessed" by the
1752 current module and its descendants, but the exact meaning of accessing an item
1753 depends on what the item is. Accessing a module, for example, would mean
1754 looking inside of it (to import more items). On the other hand, accessing a
1755 function would mean that it is invoked. Additionally, path expressions and
1756 import statements are considered to access an item in the sense that the
1757 import/expression is only valid if the destination is in the current visibility
1758 scope.
1759
1760 Here's an example of a program which exemplifies the three cases outlined
1761 above:
1762
1763 ```
1764 // This module is private, meaning that no external crate can access this
1765 // module. Because it is private at the root of this current crate, however, any
1766 // module in the crate may access any publicly visible item in this module.
1767 mod crate_helper_module {
1768
1769     // This function can be used by anything in the current crate
1770     pub fn crate_helper() {}
1771
1772     // This function *cannot* be used by anything else in the crate. It is not
1773     // publicly visible outside of the `crate_helper_module`, so only this
1774     // current module and its descendants may access it.
1775     fn implementation_detail() {}
1776 }
1777
1778 // This function is "public to the root" meaning that it's available to external
1779 // crates linking against this one.
1780 pub fn public_api() {}
1781
1782 // Similarly to 'public_api', this module is public so external crates may look
1783 // inside of it.
1784 pub mod submodule {
1785     use crate_helper_module;
1786
1787     pub fn my_method() {
1788         // Any item in the local crate may invoke the helper module's public
1789         // interface through a combination of the two rules above.
1790         crate_helper_module::crate_helper();
1791     }
1792
1793     // This function is hidden to any module which is not a descendant of
1794     // `submodule`
1795     fn my_implementation() {}
1796
1797     #[cfg(test)]
1798     mod test {
1799
1800         #[test]
1801         fn test_my_implementation() {
1802             // Because this module is a descendant of `submodule`, it's allowed
1803             // to access private items inside of `submodule` without a privacy
1804             // violation.
1805             super::my_implementation();
1806         }
1807     }
1808 }
1809
1810 # fn main() {}
1811 ```
1812
1813 For a rust program to pass the privacy checking pass, all paths must be valid
1814 accesses given the two rules above. This includes all use statements,
1815 expressions, types, etc.
1816
1817 ### Re-exporting and Visibility
1818
1819 Rust allows publicly re-exporting items through a `pub use` directive. Because
1820 this is a public directive, this allows the item to be used in the current
1821 module through the rules above. It essentially allows public access into the
1822 re-exported item. For example, this program is valid:
1823
1824 ```
1825 pub use self::implementation::api;
1826
1827 mod implementation {
1828     pub mod api {
1829         pub fn f() {}
1830     }
1831 }
1832
1833 # fn main() {}
1834 ```
1835
1836 This means that any external crate referencing `implementation::api::f` would
1837 receive a privacy violation, while the path `api::f` would be allowed.
1838
1839 When re-exporting a private item, it can be thought of as allowing the "privacy
1840 chain" being short-circuited through the reexport instead of passing through
1841 the namespace hierarchy as it normally would.
1842
1843 ## Attributes
1844
1845 Any item declaration may have an _attribute_ applied to it. Attributes in Rust
1846 are modeled on Attributes in ECMA-335, with the syntax coming from ECMA-334
1847 (C#). An attribute is a general, free-form metadatum that is interpreted
1848 according to name, convention, and language and compiler version. Attributes
1849 may appear as any of:
1850
1851 * A single identifier, the attribute name
1852 * An identifier followed by the equals sign '=' and a literal, providing a
1853   key/value pair
1854 * An identifier followed by a parenthesized list of sub-attribute arguments
1855
1856 Attributes with a bang ("!") after the hash ("#") apply to the item that the
1857 attribute is declared within. Attributes that do not have a bang after the hash
1858 apply to the item that follows the attribute.
1859
1860 An example of attributes:
1861
1862 ```{.rust}
1863 // General metadata applied to the enclosing module or crate.
1864 #![crate_type = "lib"]
1865
1866 // A function marked as a unit test
1867 #[test]
1868 fn test_foo() {
1869     /* ... */
1870 }
1871
1872 // A conditionally-compiled module
1873 #[cfg(target_os="linux")]
1874 mod bar {
1875     /* ... */
1876 }
1877
1878 // A lint attribute used to suppress a warning/error
1879 #[allow(non_camel_case_types)]
1880 type int8_t = i8;
1881 ```
1882
1883 > **Note:** At some point in the future, the compiler will distinguish between
1884 > language-reserved and user-available attributes. Until then, there is
1885 > effectively no difference between an attribute handled by a loadable syntax
1886 > extension and the compiler.
1887
1888 ### Crate-only attributes
1889
1890 - `crate_name` - specify the crate's crate name.
1891 - `crate_type` - see [linkage](#linkage).
1892 - `feature` - see [compiler features](#compiler-features).
1893 - `no_builtins` - disable optimizing certain code patterns to invocations of
1894                   library functions that are assumed to exist
1895 - `no_main` - disable emitting the `main` symbol. Useful when some other
1896    object being linked to defines `main`.
1897 - `no_start` - disable linking to the `native` crate, which specifies the
1898   "start" language item.
1899 - `no_std` - disable linking to the `std` crate.
1900 - `plugin` - load a list of named crates as compiler plugins, e.g.
1901              `#![plugin(foo, bar)]`. Optional arguments for each plugin,
1902              i.e. `#![plugin(foo(... args ...))]`, are provided to the plugin's
1903              registrar function.  The `plugin` feature gate is required to use
1904              this attribute.
1905 - `recursion_limit` - Sets the maximum depth for potentially
1906                       infinitely-recursive compile-time operations like
1907                       auto-dereference or macro expansion. The default is
1908                       `#![recursion_limit="64"]`.
1909
1910 ### Module-only attributes
1911
1912 - `no_implicit_prelude` - disable injecting `use std::prelude::*` in this
1913   module.
1914 - `path` - specifies the file to load the module from. `#[path="foo.rs"] mod
1915   bar;` is equivalent to `mod bar { /* contents of foo.rs */ }`. The path is
1916   taken relative to the directory that the current module is in.
1917
1918 ### Function-only attributes
1919
1920 - `main` - indicates that this function should be passed to the entry point,
1921   rather than the function in the crate root named `main`.
1922 - `plugin_registrar` - mark this function as the registration point for
1923   [compiler plugins][plugin], such as loadable syntax extensions.
1924 - `start` - indicates that this function should be used as the entry point,
1925   overriding the "start" language item. See the "start" [language
1926   item](#language-items) for more details.
1927 - `test` - indicates that this function is a test function, to only be compiled
1928   in case of `--test`.
1929 - `should_panic` - indicates that this test function should panic, inverting the success condition.
1930 - `cold` - The function is unlikely to be executed, so optimize it (and calls
1931   to it) differently.
1932
1933 ### Static-only attributes
1934
1935 - `thread_local` - on a `static mut`, this signals that the value of this
1936   static may change depending on the current thread. The exact consequences of
1937   this are implementation-defined.
1938
1939 ### FFI attributes
1940
1941 On an `extern` block, the following attributes are interpreted:
1942
1943 - `link_args` - specify arguments to the linker, rather than just the library
1944   name and type. This is feature gated and the exact behavior is
1945   implementation-defined (due to variety of linker invocation syntax).
1946 - `link` - indicate that a native library should be linked to for the
1947   declarations in this block to be linked correctly. `link` supports an optional
1948   `kind` key with three possible values: `dylib`, `static`, and `framework`. See
1949   [external blocks](#external-blocks) for more about external blocks. Two
1950   examples: `#[link(name = "readline")]` and
1951   `#[link(name = "CoreFoundation", kind = "framework")]`.
1952 - `linked_from` - indicates what native library this block of FFI items is
1953   coming from. This attribute is of the form `#[linked_from = "foo"]` where
1954   `foo` is the name of a library in either `#[link]` or a `-l` flag. This
1955   attribute is currently required to export symbols from a Rust dynamic library
1956   on Windows, and it is feature gated behind the `linked_from` feature.
1957
1958 On declarations inside an `extern` block, the following attributes are
1959 interpreted:
1960
1961 - `link_name` - the name of the symbol that this function or static should be
1962   imported as.
1963 - `linkage` - on a static, this specifies the [linkage
1964   type](http://llvm.org/docs/LangRef.html#linkage-types).
1965
1966 On `enum`s:
1967
1968 - `repr` - on C-like enums, this sets the underlying type used for
1969   representation. Takes one argument, which is the primitive
1970   type this enum should be represented for, or `C`, which specifies that it
1971   should be the default `enum` size of the C ABI for that platform. Note that
1972   enum representation in C is undefined, and this may be incorrect when the C
1973   code is compiled with certain flags.
1974
1975 On `struct`s:
1976
1977 - `repr` - specifies the representation to use for this struct. Takes a list
1978   of options. The currently accepted ones are `C` and `packed`, which may be
1979   combined. `C` will use a C ABI compatible struct layout, and `packed` will
1980   remove any padding between fields (note that this is very fragile and may
1981   break platforms which require aligned access).
1982
1983 ### Macro-related attributes
1984
1985 - `macro_use` on a `mod` â€” macros defined in this module will be visible in the
1986   module's parent, after this module has been included.
1987
1988 - `macro_use` on an `extern crate` â€” load macros from this crate.  An optional
1989   list of names `#[macro_use(foo, bar)]` restricts the import to just those
1990   macros named.  The `extern crate` must appear at the crate root, not inside
1991   `mod`, which ensures proper function of the [`$crate` macro
1992   variable](book/macros.html#the-variable-$crate).
1993
1994 - `macro_reexport` on an `extern crate` â€” re-export the named macros.
1995
1996 - `macro_export` - export a macro for cross-crate usage.
1997
1998 - `no_link` on an `extern crate` â€” even if we load this crate for macros, don't
1999   link it into the output.
2000
2001 See the [macros section of the
2002 book](book/macros.html#scoping-and-macro-import/export) for more information on
2003 macro scope.
2004
2005
2006 ### Miscellaneous attributes
2007
2008 - `export_name` - on statics and functions, this determines the name of the
2009   exported symbol.
2010 - `link_section` - on statics and functions, this specifies the section of the
2011   object file that this item's contents will be placed into.
2012 - `no_mangle` - on any item, do not apply the standard name mangling. Set the
2013   symbol for this item to its identifier.
2014 - `simd` - on certain tuple structs, derive the arithmetic operators, which
2015   lower to the target's SIMD instructions, if any; the `simd` feature gate
2016   is necessary to use this attribute.
2017 - `unsafe_no_drop_flag` - on structs, remove the flag that prevents
2018   destructors from being run twice. Destructors might be run multiple times on
2019   the same object with this attribute. To use this, the `unsafe_no_drop_flag` feature
2020   gate must be enabled.
2021 - `doc` - Doc comments such as `/// foo` are equivalent to `#[doc = "foo"]`.
2022 - `rustc_on_unimplemented` - Write a custom note to be shown along with the error
2023    when the trait is found to be unimplemented on a type.
2024    You may use format arguments like `{T}`, `{A}` to correspond to the
2025    types at the point of use corresponding to the type parameters of the
2026    trait of the same name. `{Self}` will be replaced with the type that is supposed
2027    to implement the trait but doesn't. To use this, the `on_unimplemented` feature gate
2028    must be enabled.
2029
2030 ### Conditional compilation
2031
2032 Sometimes one wants to have different compiler outputs from the same code,
2033 depending on build target, such as targeted operating system, or to enable
2034 release builds.
2035
2036 There are two kinds of configuration options, one that is either defined or not
2037 (`#[cfg(foo)]`), and the other that contains a string that can be checked
2038 against (`#[cfg(bar = "baz")]`). Currently, only compiler-defined configuration
2039 options can have the latter form.
2040
2041 ```
2042 // The function is only included in the build when compiling for OSX
2043 #[cfg(target_os = "macos")]
2044 fn macos_only() {
2045   // ...
2046 }
2047
2048 // This function is only included when either foo or bar is defined
2049 #[cfg(any(foo, bar))]
2050 fn needs_foo_or_bar() {
2051   // ...
2052 }
2053
2054 // This function is only included when compiling for a unixish OS with a 32-bit
2055 // architecture
2056 #[cfg(all(unix, target_pointer_width = "32"))]
2057 fn on_32bit_unix() {
2058   // ...
2059 }
2060
2061 // This function is only included when foo is not defined
2062 #[cfg(not(foo))]
2063 fn needs_not_foo() {
2064   // ...
2065 }
2066 ```
2067
2068 This illustrates some conditional compilation can be achieved using the
2069 `#[cfg(...)]` attribute. `any`, `all` and `not` can be used to assemble
2070 arbitrarily complex configurations through nesting.
2071
2072 The following configurations must be defined by the implementation:
2073
2074 * `debug_assertions` - Enabled by default when compiling without optimizations.
2075   This can be used to enable extra debugging code in development but not in
2076   production.  For example, it controls the behavior of the standard library's
2077   `debug_assert!` macro.
2078 * `target_arch = "..."` - Target CPU architecture, such as `"x86"`, `"x86_64"`
2079   `"mips"`, `"powerpc"`, `"arm"`, or `"aarch64"`.
2080 * `target_endian = "..."` - Endianness of the target CPU, either `"little"` or
2081   `"big"`.
2082 * `target_env = ".."` - An option provided by the compiler by default
2083   describing the runtime environment of the target platform. Some examples of
2084   this are `musl` for builds targeting the MUSL libc implementation, `msvc` for
2085   Windows builds targeting MSVC, and `gnu` frequently the rest of the time. This
2086   option may also be blank on some platforms.
2087 * `target_family = "..."` - Operating system family of the target, e. g.
2088   `"unix"` or `"windows"`. The value of this configuration option is defined
2089   as a configuration itself, like `unix` or `windows`.
2090 * `target_os = "..."` - Operating system of the target, examples include
2091   `"windows"`, `"macos"`, `"ios"`, `"linux"`, `"android"`, `"freebsd"`, `"dragonfly"`,
2092   `"bitrig"` , `"openbsd"` or `"netbsd"`.
2093 * `target_pointer_width = "..."` - Target pointer width in bits. This is set
2094   to `"32"` for targets with 32-bit pointers, and likewise set to `"64"` for
2095   64-bit pointers.
2096 * `test` - Enabled when compiling the test harness (using the `--test` flag).
2097 * `unix` - See `target_family`.
2098 * `windows` - See `target_family`.
2099
2100 You can also set another attribute based on a `cfg` variable with `cfg_attr`:
2101
2102 ```rust,ignore
2103 #[cfg_attr(a, b)]
2104 ```
2105
2106 Will be the same as `#[b]` if `a` is set by `cfg`, and nothing otherwise.
2107
2108 ### Lint check attributes
2109
2110 A lint check names a potentially undesirable coding pattern, such as
2111 unreachable code or omitted documentation, for the static entity to which the
2112 attribute applies.
2113
2114 For any lint check `C`:
2115
2116 * `allow(C)` overrides the check for `C` so that violations will go
2117    unreported,
2118 * `deny(C)` signals an error after encountering a violation of `C`,
2119 * `forbid(C)` is the same as `deny(C)`, but also forbids changing the lint
2120    level afterwards,
2121 * `warn(C)` warns about violations of `C` but continues compilation.
2122
2123 The lint checks supported by the compiler can be found via `rustc -W help`,
2124 along with their default settings.  [Compiler
2125 plugins](book/compiler-plugins.html#lint-plugins) can provide additional lint checks.
2126
2127 ```{.ignore}
2128 mod m1 {
2129     // Missing documentation is ignored here
2130     #[allow(missing_docs)]
2131     pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2132
2133     // Missing documentation signals a warning here
2134     #[warn(missing_docs)]
2135     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2136
2137     // Missing documentation signals an error here
2138     #[deny(missing_docs)]
2139     pub fn undocumented_end() -> i32 { 3 }
2140 }
2141 ```
2142
2143 This example shows how one can use `allow` and `warn` to toggle a particular
2144 check on and off:
2145
2146 ```{.ignore}
2147 #[warn(missing_docs)]
2148 mod m2{
2149     #[allow(missing_docs)]
2150     mod nested {
2151         // Missing documentation is ignored here
2152         pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2153
2154         // Missing documentation signals a warning here,
2155         // despite the allow above.
2156         #[warn(missing_docs)]
2157         pub fn undocumented_two() -> i32 { 2 }
2158     }
2159
2160     // Missing documentation signals a warning here
2161     pub fn undocumented_too() -> i32 { 3 }
2162 }
2163 ```
2164
2165 This example shows how one can use `forbid` to disallow uses of `allow` for
2166 that lint check:
2167
2168 ```{.ignore}
2169 #[forbid(missing_docs)]
2170 mod m3 {
2171     // Attempting to toggle warning signals an error here
2172     #[allow(missing_docs)]
2173     /// Returns 2.
2174     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2175 }
2176 ```
2177
2178 ### Language items
2179
2180 Some primitive Rust operations are defined in Rust code, rather than being
2181 implemented directly in C or assembly language. The definitions of these
2182 operations have to be easy for the compiler to find. The `lang` attribute
2183 makes it possible to declare these operations. For example, the `str` module
2184 in the Rust standard library defines the string equality function:
2185
2186 ```{.ignore}
2187 #[lang = "str_eq"]
2188 pub fn eq_slice(a: &str, b: &str) -> bool {
2189     // details elided
2190 }
2191 ```
2192
2193 The name `str_eq` has a special meaning to the Rust compiler, and the presence
2194 of this definition means that it will use this definition when generating calls
2195 to the string equality function.
2196
2197 The set of language items is currently considered unstable. A complete
2198 list of the built-in language items will be added in the future.
2199
2200 ### Inline attributes
2201
2202 The inline attribute suggests that the compiler should place a copy of
2203 the function or static in the caller, rather than generating code to
2204 call the function or access the static where it is defined.
2205
2206 The compiler automatically inlines functions based on internal heuristics.
2207 Incorrectly inlining functions can actually make the program slower, so it
2208 should be used with care.
2209
2210 `#[inline]` and `#[inline(always)]` always cause the function to be serialized
2211 into the crate metadata to allow cross-crate inlining.
2212
2213 There are three different types of inline attributes:
2214
2215 * `#[inline]` hints the compiler to perform an inline expansion.
2216 * `#[inline(always)]` asks the compiler to always perform an inline expansion.
2217 * `#[inline(never)]` asks the compiler to never perform an inline expansion.
2218
2219 ### `derive`
2220
2221 The `derive` attribute allows certain traits to be automatically implemented
2222 for data structures. For example, the following will create an `impl` for the
2223 `PartialEq` and `Clone` traits for `Foo`, the type parameter `T` will be given
2224 the `PartialEq` or `Clone` constraints for the appropriate `impl`:
2225
2226 ```
2227 #[derive(PartialEq, Clone)]
2228 struct Foo<T> {
2229     a: i32,
2230     b: T
2231 }
2232 ```
2233
2234 The generated `impl` for `PartialEq` is equivalent to
2235
2236 ```
2237 # struct Foo<T> { a: i32, b: T }
2238 impl<T: PartialEq> PartialEq for Foo<T> {
2239     fn eq(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2240         self.a == other.a && self.b == other.b
2241     }
2242
2243     fn ne(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2244         self.a != other.a || self.b != other.b
2245     }
2246 }
2247 ```
2248
2249 ### Compiler Features
2250
2251 Certain aspects of Rust may be implemented in the compiler, but they're not
2252 necessarily ready for every-day use. These features are often of "prototype
2253 quality" or "almost production ready", but may not be stable enough to be
2254 considered a full-fledged language feature.
2255
2256 For this reason, Rust recognizes a special crate-level attribute of the form:
2257
2258 ```{.ignore}
2259 #![feature(feature1, feature2, feature3)]
2260 ```
2261
2262 This directive informs the compiler that the feature list: `feature1`,
2263 `feature2`, and `feature3` should all be enabled. This is only recognized at a
2264 crate-level, not at a module-level. Without this directive, all features are
2265 considered off, and using the features will result in a compiler error.
2266
2267 The currently implemented features of the reference compiler are:
2268
2269 * `advanced_slice_patterns` - See the [match expressions](#match-expressions)
2270                               section for discussion; the exact semantics of
2271                               slice patterns are subject to change, so some types
2272                               are still unstable.
2273
2274 * `slice_patterns` - OK, actually, slice patterns are just scary and
2275                      completely unstable.
2276
2277 * `asm` - The `asm!` macro provides a means for inline assembly. This is often
2278           useful, but the exact syntax for this feature along with its
2279           semantics are likely to change, so this macro usage must be opted
2280           into.
2281
2282 * `associated_consts` - Allows constants to be defined in `impl` and `trait`
2283                         blocks, so that they can be associated with a type or
2284                         trait in a similar manner to methods and associated
2285                         types.
2286
2287 * `box_patterns` - Allows `box` patterns, the exact semantics of which
2288                    is subject to change.
2289
2290 * `box_syntax` - Allows use of `box` expressions, the exact semantics of which
2291                  is subject to change.
2292
2293 * `concat_idents` - Allows use of the `concat_idents` macro, which is in many
2294                     ways insufficient for concatenating identifiers, and may be
2295                     removed entirely for something more wholesome.
2296
2297 * `custom_attribute` - Allows the usage of attributes unknown to the compiler
2298                        so that new attributes can be added in a backwards compatible
2299                        manner (RFC 572).
2300
2301 * `custom_derive` - Allows the use of `#[derive(Foo,Bar)]` as sugar for
2302                     `#[derive_Foo] #[derive_Bar]`, which can be user-defined syntax
2303                     extensions.
2304
2305 * `intrinsics` - Allows use of the "rust-intrinsics" ABI. Compiler intrinsics
2306                  are inherently unstable and no promise about them is made.
2307
2308 * `lang_items` - Allows use of the `#[lang]` attribute. Like `intrinsics`,
2309                  lang items are inherently unstable and no promise about them
2310                  is made.
2311
2312 * `link_args` - This attribute is used to specify custom flags to the linker,
2313                 but usage is strongly discouraged. The compiler's usage of the
2314                 system linker is not guaranteed to continue in the future, and
2315                 if the system linker is not used then specifying custom flags
2316                 doesn't have much meaning.
2317
2318 * `link_llvm_intrinsics` â€“ Allows linking to LLVM intrinsics via
2319                            `#[link_name="llvm.*"]`.
2320
2321 * `linkage` - Allows use of the `linkage` attribute, which is not portable.
2322
2323 * `log_syntax` - Allows use of the `log_syntax` macro attribute, which is a
2324                  nasty hack that will certainly be removed.
2325
2326 * `main` - Allows use of the `#[main]` attribute, which changes the entry point
2327            into a Rust program. This capability is subject to change.
2328
2329 * `macro_reexport` - Allows macros to be re-exported from one crate after being imported
2330                      from another. This feature was originally designed with the sole
2331                      use case of the Rust standard library in mind, and is subject to
2332                      change.
2333
2334 * `non_ascii_idents` - The compiler supports the use of non-ascii identifiers,
2335                        but the implementation is a little rough around the
2336                        edges, so this can be seen as an experimental feature
2337                        for now until the specification of identifiers is fully
2338                        fleshed out.
2339
2340 * `no_std` - Allows the `#![no_std]` crate attribute, which disables the implicit
2341              `extern crate std`. This typically requires use of the unstable APIs
2342              behind the libstd "facade", such as libcore and libcollections. It
2343              may also cause problems when using syntax extensions, including
2344              `#[derive]`.
2345
2346 * `on_unimplemented` - Allows the `#[rustc_on_unimplemented]` attribute, which allows
2347                        trait definitions to add specialized notes to error messages
2348                        when an implementation was expected but not found.
2349
2350 * `optin_builtin_traits` - Allows the definition of default and negative trait
2351                            implementations. Experimental.
2352
2353 * `plugin` - Usage of [compiler plugins][plugin] for custom lints or syntax extensions.
2354              These depend on compiler internals and are subject to change.
2355
2356 * `plugin_registrar` - Indicates that a crate provides [compiler plugins][plugin].
2357
2358 * `quote` - Allows use of the `quote_*!` family of macros, which are
2359             implemented very poorly and will likely change significantly
2360             with a proper implementation.
2361
2362 * `rustc_attrs` - Gates internal `#[rustc_*]` attributes which may be
2363                   for internal use only or have meaning added to them in the future.
2364
2365 * `rustc_diagnostic_macros`- A mysterious feature, used in the implementation
2366                              of rustc, not meant for mortals.
2367
2368 * `simd` - Allows use of the `#[simd]` attribute, which is overly simple and
2369            not the SIMD interface we want to expose in the long term.
2370
2371 * `simd_ffi` - Allows use of SIMD vectors in signatures for foreign functions.
2372                The SIMD interface is subject to change.
2373
2374 * `staged_api` - Allows usage of stability markers and `#![staged_api]` in a
2375                  crate. Stability markers are also attributes: `#[stable]`,
2376                  `#[unstable]`, and `#[deprecated]` are the three levels.
2377
2378 * `start` - Allows use of the `#[start]` attribute, which changes the entry point
2379             into a Rust program. This capability, especially the signature for the
2380             annotated function, is subject to change.
2381
2382 * `struct_variant` - Structural enum variants (those with named fields). It is
2383                      currently unknown whether this style of enum variant is as
2384                      fully supported as the tuple-forms, and it's not certain
2385                      that this style of variant should remain in the language.
2386                      For now this style of variant is hidden behind a feature
2387                      flag.
2388
2389 * `thread_local` - The usage of the `#[thread_local]` attribute is experimental
2390                    and should be seen as unstable. This attribute is used to
2391                    declare a `static` as being unique per-thread leveraging
2392                    LLVM's implementation which works in concert with the kernel
2393                    loader and dynamic linker. This is not necessarily available
2394                    on all platforms, and usage of it is discouraged.
2395
2396 * `trace_macros` - Allows use of the `trace_macros` macro, which is a nasty
2397                    hack that will certainly be removed.
2398
2399 * `unboxed_closures` - Rust's new closure design, which is currently a work in
2400                        progress feature with many known bugs.
2401
2402 * `unsafe_no_drop_flag` - Allows use of the `#[unsafe_no_drop_flag]` attribute,
2403                           which removes hidden flag added to a type that
2404                           implements the `Drop` trait. The design for the
2405                           `Drop` flag is subject to change, and this feature
2406                           may be removed in the future.
2407
2408 * `unmarked_api` - Allows use of items within a `#![staged_api]` crate
2409                    which have not been marked with a stability marker.
2410                    Such items should not be allowed by the compiler to exist,
2411                    so if you need this there probably is a compiler bug.
2412
2413 * `visible_private_types` - Allows public APIs to expose otherwise private
2414                             types, e.g. as the return type of a public function.
2415                             This capability may be removed in the future.
2416
2417 * `allow_internal_unstable` - Allows `macro_rules!` macros to be tagged with the
2418                               `#[allow_internal_unstable]` attribute, designed
2419                               to allow `std` macros to call
2420                               `#[unstable]`/feature-gated functionality
2421                               internally without imposing on callers
2422                               (i.e. making them behave like function calls in
2423                               terms of encapsulation).
2424 * - `default_type_parameter_fallback` - Allows type parameter defaults to
2425                                         influence type inference.
2426 * - `braced_empty_structs` - Allows use of empty structs with braces.
2427
2428 If a feature is promoted to a language feature, then all existing programs will
2429 start to receive compilation warnings about `#![feature]` directives which enabled
2430 the new feature (because the directive is no longer necessary). However, if a
2431 feature is decided to be removed from the language, errors will be issued (if
2432 there isn't a parser error first). The directive in this case is no longer
2433 necessary, and it's likely that existing code will break if the feature isn't
2434 removed.
2435
2436 If an unknown feature is found in a directive, it results in a compiler error.
2437 An unknown feature is one which has never been recognized by the compiler.
2438
2439 # Statements and expressions
2440
2441 Rust is _primarily_ an expression language. This means that most forms of
2442 value-producing or effect-causing evaluation are directed by the uniform syntax
2443 category of _expressions_. Each kind of expression can typically _nest_ within
2444 each other kind of expression, and rules for evaluation of expressions involve
2445 specifying both the value produced by the expression and the order in which its
2446 sub-expressions are themselves evaluated.
2447
2448 In contrast, statements in Rust serve _mostly_ to contain and explicitly
2449 sequence expression evaluation.
2450
2451 ## Statements
2452
2453 A _statement_ is a component of a block, which is in turn a component of an
2454 outer [expression](#expressions) or [function](#functions).
2455
2456 Rust has two kinds of statement: [declaration
2457 statements](#declaration-statements) and [expression
2458 statements](#expression-statements).
2459
2460 ### Declaration statements
2461
2462 A _declaration statement_ is one that introduces one or more *names* into the
2463 enclosing statement block. The declared names may denote new variables or new
2464 items.
2465
2466 #### Item declarations
2467
2468 An _item declaration statement_ has a syntactic form identical to an
2469 [item](#items) declaration within a module. Declaring an item &mdash; a
2470 function, enumeration, structure, type, static, trait, implementation or module
2471 &mdash; locally within a statement block is simply a way of restricting its
2472 scope to a narrow region containing all of its uses; it is otherwise identical
2473 in meaning to declaring the item outside the statement block.
2474
2475 > **Note**: there is no implicit capture of the function's dynamic environment when
2476 > declaring a function-local item.
2477
2478 #### Variable declarations
2479
2480 A _variable declaration_ introduces a new set of variable, given by a pattern. The
2481 pattern may be followed by a type annotation, and/or an initializer expression.
2482 When no type annotation is given, the compiler will infer the type, or signal
2483 an error if insufficient type information is available for definite inference.
2484 Any variables introduced by a variable declaration are visible from the point of
2485 declaration until the end of the enclosing block scope.
2486
2487 ### Expression statements
2488
2489 An _expression statement_ is one that evaluates an [expression](#expressions)
2490 and ignores its result. The type of an expression statement `e;` is always
2491 `()`, regardless of the type of `e`. As a rule, an expression statement's
2492 purpose is to trigger the effects of evaluating its expression.
2493
2494 ## Expressions
2495
2496 An expression may have two roles: it always produces a *value*, and it may have
2497 *effects* (otherwise known as "side effects"). An expression *evaluates to* a
2498 value, and has effects during *evaluation*. Many expressions contain
2499 sub-expressions (operands). The meaning of each kind of expression dictates
2500 several things:
2501
2502 * Whether or not to evaluate the sub-expressions when evaluating the expression
2503 * The order in which to evaluate the sub-expressions
2504 * How to combine the sub-expressions' values to obtain the value of the expression
2505
2506 In this way, the structure of expressions dictates the structure of execution.
2507 Blocks are just another kind of expression, so blocks, statements, expressions,
2508 and blocks again can recursively nest inside each other to an arbitrary depth.
2509
2510 #### Lvalues, rvalues and temporaries
2511
2512 Expressions are divided into two main categories: _lvalues_ and _rvalues_.
2513 Likewise within each expression, sub-expressions may occur in _lvalue context_
2514 or _rvalue context_. The evaluation of an expression depends both on its own
2515 category and the context it occurs within.
2516
2517 An lvalue is an expression that represents a memory location. These expressions
2518 are [paths](#path-expressions) (which refer to local variables, function and
2519 method arguments, or static variables), dereferences (`*expr`), [indexing
2520 expressions](#index-expressions) (`expr[expr]`), and [field
2521 references](#field-expressions) (`expr.f`). All other expressions are rvalues.
2522
2523 The left operand of an [assignment](#assignment-expressions) or
2524 [compound-assignment](#compound-assignment-expressions) expression is
2525 an lvalue context, as is the single operand of a unary
2526 [borrow](#unary-operator-expressions). The discriminant or subject of
2527 a [match expression](#match-expressions) may be an lvalue context, if
2528 ref bindings are made, but is otherwise an rvalue context. All other
2529 expression contexts are rvalue contexts.
2530
2531 When an lvalue is evaluated in an _lvalue context_, it denotes a memory
2532 location; when evaluated in an _rvalue context_, it denotes the value held _in_
2533 that memory location.
2534
2535 ##### Temporary lifetimes
2536
2537 When an rvalue is used in an lvalue context, a temporary un-named
2538 lvalue is created and used instead. The lifetime of temporary values
2539 is typically the innermost enclosing statement; the tail expression of
2540 a block is considered part of the statement that encloses the block.
2541
2542 When a temporary rvalue is being created that is assigned into a `let`
2543 declaration, however, the temporary is created with the lifetime of
2544 the enclosing block instead, as using the enclosing statement (the
2545 `let` declaration) would be a guaranteed error (since a pointer to the
2546 temporary would be stored into a variable, but the temporary would be
2547 freed before the variable could be used). The compiler uses simple
2548 syntactic rules to decide which values are being assigned into a `let`
2549 binding, and therefore deserve a longer temporary lifetime.
2550
2551 Here are some examples:
2552
2553 - `let x = foo(&temp())`. The expression `temp()` is an rvalue. As it
2554   is being borrowed, a temporary is created which will be freed after
2555   the innermost enclosing statement (the `let` declaration, in this case).
2556 - `let x = temp().foo()`. This is the same as the previous example,
2557   except that the value of `temp()` is being borrowed via autoref on a
2558   method-call. Here we are assuming that `foo()` is an `&self` method
2559   defined in some trait, say `Foo`. In other words, the expression
2560   `temp().foo()` is equivalent to `Foo::foo(&temp())`.
2561 - `let x = &temp()`. Here, the same temporary is being assigned into
2562   `x`, rather than being passed as a parameter, and hence the
2563   temporary's lifetime is considered to be the enclosing block.
2564 - `let x = SomeStruct { foo: &temp() }`. As in the previous case, the
2565   temporary is assigned into a struct which is then assigned into a
2566   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2567 - `let x = [ &temp() ]`. As in the previous case, the
2568   temporary is assigned into an array which is then assigned into a
2569   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2570 - `let ref x = temp()`. In this case, the temporary is created using a ref binding,
2571   but the result is the same: the lifetime is extended to the enclosing block.
2572
2573 #### Moved and copied types
2574
2575 When a [local variable](#variables) is used as an
2576 [rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries), the variable will be copied
2577 if its type implements `Copy`. All others are moved.
2578
2579 ### Literal expressions
2580
2581 A _literal expression_ consists of one of the [literal](#literals) forms
2582 described earlier. It directly describes a number, character, string, boolean
2583 value, or the unit value.
2584
2585 ```{.literals}
2586 ();        // unit type
2587 "hello";   // string type
2588 '5';       // character type
2589 5;         // integer type
2590 ```
2591
2592 ### Path expressions
2593
2594 A [path](#paths) used as an expression context denotes either a local variable
2595 or an item. Path expressions are [lvalues](#lvalues,-rvalues-and-temporaries).
2596
2597 ### Tuple expressions
2598
2599 Tuples are written by enclosing zero or more comma-separated expressions in
2600 parentheses. They are used to create [tuple-typed](#tuple-types) values.
2601
2602 ```{.tuple}
2603 (0.0, 4.5);
2604 ("a", 4usize, true);
2605 ```
2606
2607 You can disambiguate a single-element tuple from a value in parentheses with a
2608 comma:
2609
2610 ```
2611 (0,); // single-element tuple
2612 (0); // zero in parentheses
2613 ```
2614
2615 ### Structure expressions
2616
2617 There are several forms of structure expressions. A _structure expression_
2618 consists of the [path](#paths) of a [structure item](#structs), followed by
2619 a brace-enclosed list of one or more comma-separated name-value pairs,
2620 providing the field values of a new instance of the structure. A field name
2621 can be any identifier, and is separated from its value expression by a colon.
2622 The location denoted by a structure field is mutable if and only if the
2623 enclosing structure is mutable.
2624
2625 A _tuple structure expression_ consists of the [path](#paths) of a [structure
2626 item](#structs), followed by a parenthesized list of one or more
2627 comma-separated expressions (in other words, the path of a structure item
2628 followed by a tuple expression). The structure item must be a tuple structure
2629 item.
2630
2631 A _unit-like structure expression_ consists only of the [path](#paths) of a
2632 [structure item](#structs).
2633
2634 The following are examples of structure expressions:
2635
2636 ```
2637 # struct Point { x: f64, y: f64 }
2638 # struct TuplePoint(f64, f64);
2639 # mod game { pub struct User<'a> { pub name: &'a str, pub age: u32, pub score: usize } }
2640 # struct Cookie; fn some_fn<T>(t: T) {}
2641 Point {x: 10.0, y: 20.0};
2642 TuplePoint(10.0, 20.0);
2643 let u = game::User {name: "Joe", age: 35, score: 100_000};
2644 some_fn::<Cookie>(Cookie);
2645 ```
2646
2647 A structure expression forms a new value of the named structure type. Note
2648 that for a given *unit-like* structure type, this will always be the same
2649 value.
2650
2651 A structure expression can terminate with the syntax `..` followed by an
2652 expression to denote a functional update. The expression following `..` (the
2653 base) must have the same structure type as the new structure type being formed.
2654 The entire expression denotes the result of constructing a new structure (with
2655 the same type as the base expression) with the given values for the fields that
2656 were explicitly specified and the values in the base expression for all other
2657 fields.
2658
2659 ```
2660 # struct Point3d { x: i32, y: i32, z: i32 }
2661 let base = Point3d {x: 1, y: 2, z: 3};
2662 Point3d {y: 0, z: 10, .. base};
2663 ```
2664
2665 ### Block expressions
2666
2667 A _block expression_ is similar to a module in terms of the declarations that
2668 are possible. Each block conceptually introduces a new namespace scope. Use
2669 items can bring new names into scopes and declared items are in scope for only
2670 the block itself.
2671
2672 A block will execute each statement sequentially, and then execute the
2673 expression (if given). If the block ends in a statement, its value is `()`:
2674
2675 ```
2676 let x: () = { println!("Hello."); };
2677 ```
2678
2679 If it ends in an expression, its value and type are that of the expression:
2680
2681 ```
2682 let x: i32 = { println!("Hello."); 5 };
2683
2684 assert_eq!(5, x);
2685 ```
2686
2687 ### Method-call expressions
2688
2689 A _method call_ consists of an expression followed by a single dot, an
2690 identifier, and a parenthesized expression-list. Method calls are resolved to
2691 methods on specific traits, either statically dispatching to a method if the
2692 exact `self`-type of the left-hand-side is known, or dynamically dispatching if
2693 the left-hand-side expression is an indirect [trait object](#trait-objects).
2694
2695 ### Field expressions
2696
2697 A _field expression_ consists of an expression followed by a single dot and an
2698 identifier, when not immediately followed by a parenthesized expression-list
2699 (the latter is a [method call expression](#method-call-expressions)). A field
2700 expression denotes a field of a [structure](#structure-types).
2701
2702 ```{.ignore .field}
2703 mystruct.myfield;
2704 foo().x;
2705 (Struct {a: 10, b: 20}).a;
2706 ```
2707
2708 A field access is an [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) referring to
2709 the value of that field. When the type providing the field inherits mutability,
2710 it can be [assigned](#assignment-expressions) to.
2711
2712 Also, if the type of the expression to the left of the dot is a
2713 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2714 to make the field access possible. In cases of ambiguity, we prefer
2715 fewer autoderefs to more.
2716
2717 ### Array expressions
2718
2719 An [array](#array,-and-slice-types) _expression_ is written by enclosing zero
2720 or more comma-separated expressions of uniform type in square brackets.
2721
2722 In the `[expr ';' expr]` form, the expression after the `';'` must be a
2723 constant expression that can be evaluated at compile time, such as a
2724 [literal](#literals) or a [static item](#static-items).
2725
2726 ```
2727 [1, 2, 3, 4];
2728 ["a", "b", "c", "d"];
2729 [0; 128];              // array with 128 zeros
2730 [0u8, 0u8, 0u8, 0u8];
2731 ```
2732
2733 ### Index expressions
2734
2735 [Array](#array,-and-slice-types)-typed expressions can be indexed by
2736 writing a square-bracket-enclosed expression (the index) after them. When the
2737 array is mutable, the resulting [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) can
2738 be assigned to.
2739
2740 Indices are zero-based, and may be of any integral type. Vector access is
2741 bounds-checked at compile-time for constant arrays being accessed with a constant index value.
2742 Otherwise a check will be performed at run-time that will put the thread in a _panicked state_ if it fails.
2743
2744 ```{should-fail}
2745 ([1, 2, 3, 4])[0];
2746
2747 let x = (["a", "b"])[10]; // compiler error: const index-expr is out of bounds
2748
2749 let n = 10;
2750 let y = (["a", "b"])[n]; // panics
2751
2752 let arr = ["a", "b"];
2753 arr[10]; // panics
2754 ```
2755
2756 Also, if the type of the expression to the left of the brackets is a
2757 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2758 to make the indexing possible. In cases of ambiguity, we prefer fewer
2759 autoderefs to more.
2760
2761 ### Range expressions
2762
2763 The `..` operator will construct an object of one of the `std::ops::Range` variants.
2764
2765 ```
2766 1..2;   // std::ops::Range
2767 3..;    // std::ops::RangeFrom
2768 ..4;    // std::ops::RangeTo
2769 ..;     // std::ops::RangeFull
2770 ```
2771
2772 The following expressions are equivalent.
2773
2774 ```
2775 let x = std::ops::Range {start: 0, end: 10};
2776 let y = 0..10;
2777
2778 assert_eq!(x, y);
2779 ```
2780
2781 ### Unary operator expressions
2782
2783 Rust defines the following unary operators. They are all written as prefix operators,
2784 before the expression they apply to.
2785
2786 * `-`
2787   : Negation. May only be applied to numeric types.
2788 * `*`
2789   : Dereference. When applied to a [pointer](#pointer-types) it denotes the
2790     pointed-to location. For pointers to mutable locations, the resulting
2791     [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) can be assigned to.
2792     On non-pointer types, it calls the `deref` method of the `std::ops::Deref`
2793     trait, or the `deref_mut` method of the `std::ops::DerefMut` trait (if
2794     implemented by the type and required for an outer expression that will or
2795     could mutate the dereference), and produces the result of dereferencing the
2796     `&` or `&mut` borrowed pointer returned from the overload method.
2797 * `!`
2798   : Logical negation. On the boolean type, this flips between `true` and
2799     `false`. On integer types, this inverts the individual bits in the
2800     two's complement representation of the value.
2801 * `&` and `&mut`
2802   : Borrowing. When applied to an lvalue, these operators produce a
2803     reference (pointer) to the lvalue. The lvalue is also placed into
2804     a borrowed state for the duration of the reference. For a shared
2805     borrow (`&`), this implies that the lvalue may not be mutated, but
2806     it may be read or shared again. For a mutable borrow (`&mut`), the
2807     lvalue may not be accessed in any way until the borrow expires.
2808     If the `&` or `&mut` operators are applied to an rvalue, a
2809     temporary value is created; the lifetime of this temporary value
2810     is defined by [syntactic rules](#temporary-lifetimes).
2811
2812 ### Binary operator expressions
2813
2814 Binary operators expressions are given in terms of [operator
2815 precedence](#operator-precedence).
2816
2817 #### Arithmetic operators
2818
2819 Binary arithmetic expressions are syntactic sugar for calls to built-in traits,
2820 defined in the `std::ops` module of the `std` library. This means that
2821 arithmetic operators can be overridden for user-defined types. The default
2822 meaning of the operators on standard types is given here.
2823
2824 * `+`
2825   : Addition and array/string concatenation.
2826     Calls the `add` method on the `std::ops::Add` trait.
2827 * `-`
2828   : Subtraction.
2829     Calls the `sub` method on the `std::ops::Sub` trait.
2830 * `*`
2831   : Multiplication.
2832     Calls the `mul` method on the `std::ops::Mul` trait.
2833 * `/`
2834   : Quotient.
2835     Calls the `div` method on the `std::ops::Div` trait.
2836 * `%`
2837   : Remainder.
2838     Calls the `rem` method on the `std::ops::Rem` trait.
2839
2840 #### Bitwise operators
2841
2842 Like the [arithmetic operators](#arithmetic-operators), bitwise operators are
2843 syntactic sugar for calls to methods of built-in traits. This means that
2844 bitwise operators can be overridden for user-defined types. The default
2845 meaning of the operators on standard types is given here. Bitwise `&`, `|` and
2846 `^` applied to boolean arguments are equivalent to logical `&&`, `||` and `!=`
2847 evaluated in non-lazy fashion.
2848
2849 * `&`
2850   : Bitwise AND.
2851     Calls the `bitand` method of the `std::ops::BitAnd` trait.
2852 * `|`
2853   : Bitwise inclusive OR.
2854     Calls the `bitor` method of the `std::ops::BitOr` trait.
2855 * `^`
2856   : Bitwise exclusive OR.
2857     Calls the `bitxor` method of the `std::ops::BitXor` trait.
2858 * `<<`
2859   : Left shift.
2860     Calls the `shl` method of the `std::ops::Shl` trait.
2861 * `>>`
2862   : Right shift (arithmetic).
2863     Calls the `shr` method of the `std::ops::Shr` trait.
2864
2865 #### Lazy boolean operators
2866
2867 The operators `||` and `&&` may be applied to operands of boolean type. The
2868 `||` operator denotes logical 'or', and the `&&` operator denotes logical
2869 'and'. They differ from `|` and `&` in that the right-hand operand is only
2870 evaluated when the left-hand operand does not already determine the result of
2871 the expression. That is, `||` only evaluates its right-hand operand when the
2872 left-hand operand evaluates to `false`, and `&&` only when it evaluates to
2873 `true`.
2874
2875 #### Comparison operators
2876
2877 Comparison operators are, like the [arithmetic
2878 operators](#arithmetic-operators), and [bitwise operators](#bitwise-operators),
2879 syntactic sugar for calls to built-in traits. This means that comparison
2880 operators can be overridden for user-defined types. The default meaning of the
2881 operators on standard types is given here.
2882
2883 * `==`
2884   : Equal to.
2885     Calls the `eq` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
2886 * `!=`
2887   : Unequal to.
2888     Calls the `ne` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
2889 * `<`
2890   : Less than.
2891     Calls the `lt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2892 * `>`
2893   : Greater than.
2894     Calls the `gt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2895 * `<=`
2896   : Less than or equal.
2897     Calls the `le` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2898 * `>=`
2899   : Greater than or equal.
2900     Calls the `ge` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
2901
2902 #### Type cast expressions
2903
2904 A type cast expression is denoted with the binary operator `as`.
2905
2906 Executing an `as` expression casts the value on the left-hand side to the type
2907 on the right-hand side.
2908
2909 An example of an `as` expression:
2910
2911 ```
2912 # fn sum(values: &[f64]) -> f64 { 0.0 }
2913 # fn len(values: &[f64]) -> i32 { 0 }
2914
2915 fn average(values: &[f64]) -> f64 {
2916     let sum: f64 = sum(values);
2917     let size: f64 = len(values) as f64;
2918     sum / size
2919 }
2920 ```
2921
2922 Some of the conversions which can be done through the `as` operator
2923 can also be done implicitly at various points in the program, such as
2924 argument passing and assignment to a `let` binding with an explicit
2925 type. Implicit conversions are limited to "harmless" conversions that
2926 do not lose information and which have minimal or no risk of
2927 surprising side-effects on the dynamic execution semantics.
2928
2929 #### Assignment expressions
2930
2931 An _assignment expression_ consists of an
2932 [lvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) expression followed by an equals
2933 sign (`=`) and an [rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries) expression.
2934
2935 Evaluating an assignment expression [either copies or
2936 moves](#moved-and-copied-types) its right-hand operand to its left-hand
2937 operand.
2938
2939 ```
2940 # let mut x = 0;
2941 # let y = 0;
2942 x = y;
2943 ```
2944
2945 #### Compound assignment expressions
2946
2947 The `+`, `-`, `*`, `/`, `%`, `&`, `|`, `^`, `<<`, and `>>` operators may be
2948 composed with the `=` operator. The expression `lval OP= val` is equivalent to
2949 `lval = lval OP val`. For example, `x = x + 1` may be written as `x += 1`.
2950
2951 Any such expression always has the [`unit`](#tuple-types) type.
2952
2953 #### Operator precedence
2954
2955 The precedence of Rust binary operators is ordered as follows, going from
2956 strong to weak:
2957
2958 ```{.text .precedence}
2959 as
2960 * / %
2961 + -
2962 << >>
2963 &
2964 ^
2965 |
2966 == != < > <= >=
2967 &&
2968 ||
2969 = ..
2970 ```
2971
2972 Operators at the same precedence level are evaluated left-to-right. [Unary
2973 operators](#unary-operator-expressions) have the same precedence level and are
2974 stronger than any of the binary operators.
2975
2976 ### Grouped expressions
2977
2978 An expression enclosed in parentheses evaluates to the result of the enclosed
2979 expression. Parentheses can be used to explicitly specify evaluation order
2980 within an expression.
2981
2982 An example of a parenthesized expression:
2983
2984 ```
2985 let x: i32 = (2 + 3) * 4;
2986 ```
2987
2988
2989 ### Call expressions
2990
2991 A _call expression_ invokes a function, providing zero or more input variables
2992 and an optional location to move the function's output into. If the function
2993 eventually returns, then the expression completes.
2994
2995 Some examples of call expressions:
2996
2997 ```
2998 # fn add(x: i32, y: i32) -> i32 { 0 }
2999
3000 let x: i32 = add(1i32, 2i32);
3001 let pi: Result<f32, _> = "3.14".parse();
3002 ```
3003
3004 ### Lambda expressions
3005
3006 A _lambda expression_ (sometimes called an "anonymous function expression")
3007 defines a function and denotes it as a value, in a single expression. A lambda
3008 expression is a pipe-symbol-delimited (`|`) list of identifiers followed by an
3009 expression.
3010
3011 A lambda expression denotes a function that maps a list of parameters
3012 (`ident_list`) onto the expression that follows the `ident_list`. The
3013 identifiers in the `ident_list` are the parameters to the function. These
3014 parameters' types need not be specified, as the compiler infers them from
3015 context.
3016
3017 Lambda expressions are most useful when passing functions as arguments to other
3018 functions, as an abbreviation for defining and capturing a separate function.
3019
3020 Significantly, lambda expressions _capture their environment_, which regular
3021 [function definitions](#functions) do not. The exact type of capture depends
3022 on the [function type](#function-types) inferred for the lambda expression. In
3023 the simplest and least-expensive form (analogous to a ```|| { }``` expression),
3024 the lambda expression captures its environment by reference, effectively
3025 borrowing pointers to all outer variables mentioned inside the function.
3026 Alternately, the compiler may infer that a lambda expression should copy or
3027 move values (depending on their type) from the environment into the lambda
3028 expression's captured environment.
3029
3030 In this example, we define a function `ten_times` that takes a higher-order
3031 function argument, and we then call it with a lambda expression as an argument:
3032
3033 ```
3034 fn ten_times<F>(f: F) where F: Fn(i32) {
3035     for index in 0..10 {
3036         f(index);
3037     }
3038 }
3039
3040 ten_times(|j| println!("hello, {}", j));
3041 ```
3042
3043 ### Infinite loops
3044
3045 A `loop` expression denotes an infinite loop.
3046
3047 A `loop` expression may optionally have a _label_. The label is written as
3048 a lifetime preceding the loop expression, as in `'foo: loop{ }`. If a
3049 label is present, then labeled `break` and `continue` expressions nested
3050 within this loop may exit out of this loop or return control to its head.
3051 See [break expressions](#break-expressions) and [continue
3052 expressions](#continue-expressions).
3053
3054 ### `break` expressions
3055
3056 A `break` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3057 executing a `break` expression immediately terminates the innermost loop
3058 enclosing it. It is only permitted in the body of a loop. If the label is
3059 present, then `break 'foo` terminates the loop with label `'foo`, which need not
3060 be the innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3061
3062 ### `continue` expressions
3063
3064 A `continue` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3065 executing a `continue` expression immediately terminates the current iteration
3066 of the innermost loop enclosing it, returning control to the loop *head*. In
3067 the case of a `while` loop, the head is the conditional expression controlling
3068 the loop. In the case of a `for` loop, the head is the call-expression
3069 controlling the loop. If the label is present, then `continue 'foo` returns
3070 control to the head of the loop with label `'foo`, which need not be the
3071 innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3072
3073 A `continue` expression is only permitted in the body of a loop.
3074
3075 ### `while` loops
3076
3077 A `while` loop begins by evaluating the boolean loop conditional expression.
3078 If the loop conditional expression evaluates to `true`, the loop body block
3079 executes and control returns to the loop conditional expression. If the loop
3080 conditional expression evaluates to `false`, the `while` expression completes.
3081
3082 An example:
3083
3084 ```
3085 let mut i = 0;
3086
3087 while i < 10 {
3088     println!("hello");
3089     i = i + 1;
3090 }
3091 ```
3092
3093 Like `loop` expressions, `while` loops can be controlled with `break` or
3094 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3095 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3096 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3097
3098 ### `for` expressions
3099
3100 A `for` expression is a syntactic construct for looping over elements provided
3101 by an implementation of `std::iter::IntoIterator`.
3102
3103 An example of a `for` loop over the contents of an array:
3104
3105 ```
3106 # type Foo = i32;
3107 # fn bar(f: &Foo) { }
3108 # let a = 0;
3109 # let b = 0;
3110 # let c = 0;
3111
3112 let v: &[Foo] = &[a, b, c];
3113
3114 for e in v {
3115     bar(e);
3116 }
3117 ```
3118
3119 An example of a for loop over a series of integers:
3120
3121 ```
3122 # fn bar(b:usize) { }
3123 for i in 0..256 {
3124     bar(i);
3125 }
3126 ```
3127
3128 Like `loop` expressions, `for` loops can be controlled with `break` or
3129 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3130 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3131 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3132
3133 ### `if` expressions
3134
3135 An `if` expression is a conditional branch in program control. The form of an
3136 `if` expression is a condition expression, followed by a consequent block, any
3137 number of `else if` conditions and blocks, and an optional trailing `else`
3138 block. The condition expressions must have type `bool`. If a condition
3139 expression evaluates to `true`, the consequent block is executed and any
3140 subsequent `else if` or `else` block is skipped. If a condition expression
3141 evaluates to `false`, the consequent block is skipped and any subsequent `else
3142 if` condition is evaluated. If all `if` and `else if` conditions evaluate to
3143 `false` then any `else` block is executed.
3144
3145 ### `match` expressions
3146
3147 A `match` expression branches on a *pattern*. The exact form of matching that
3148 occurs depends on the pattern. Patterns consist of some combination of
3149 literals, destructured arrays or enum constructors, structs and tuples,
3150 variable binding specifications, wildcards (`..`), and placeholders (`_`). A
3151 `match` expression has a *head expression*, which is the value to compare to
3152 the patterns. The type of the patterns must equal the type of the head
3153 expression.
3154
3155 In a pattern whose head expression has an `enum` type, a placeholder (`_`)
3156 stands for a *single* data field, whereas a wildcard `..` stands for *all* the
3157 fields of a particular variant.
3158
3159 A `match` behaves differently depending on whether or not the head expression
3160 is an [lvalue or an rvalue](#lvalues,-rvalues-and-temporaries). If the head
3161 expression is an rvalue, it is first evaluated into a temporary location, and
3162 the resulting value is sequentially compared to the patterns in the arms until
3163 a match is found. The first arm with a matching pattern is chosen as the branch
3164 target of the `match`, any variables bound by the pattern are assigned to local
3165 variables in the arm's block, and control enters the block.
3166
3167 When the head expression is an lvalue, the match does not allocate a temporary
3168 location (however, a by-value binding may copy or move from the lvalue). When
3169 possible, it is preferable to match on lvalues, as the lifetime of these
3170 matches inherits the lifetime of the lvalue, rather than being restricted to
3171 the inside of the match.
3172
3173 An example of a `match` expression:
3174
3175 ```
3176 let x = 1;
3177
3178 match x {
3179     1 => println!("one"),
3180     2 => println!("two"),
3181     3 => println!("three"),
3182     4 => println!("four"),
3183     5 => println!("five"),
3184     _ => println!("something else"),
3185 }
3186 ```
3187
3188 Patterns that bind variables default to binding to a copy or move of the
3189 matched value (depending on the matched value's type). This can be changed to
3190 bind to a reference by using the `ref` keyword, or to a mutable reference using
3191 `ref mut`.
3192
3193 Subpatterns can also be bound to variables by the use of the syntax `variable @
3194 subpattern`. For example:
3195
3196 ```
3197 let x = 1;
3198
3199 match x {
3200     e @ 1 ... 5 => println!("got a range element {}", e),
3201     _ => println!("anything"),
3202 }
3203 ```
3204
3205 Patterns can also dereference pointers by using the `&`, `&mut` and `box`
3206 symbols, as appropriate. For example, these two matches on `x: &i32` are
3207 equivalent:
3208
3209 ```
3210 # let x = &3;
3211 let y = match *x { 0 => "zero", _ => "some" };
3212 let z = match x { &0 => "zero", _ => "some" };
3213
3214 assert_eq!(y, z);
3215 ```
3216
3217 Multiple match patterns may be joined with the `|` operator. A range of values
3218 may be specified with `...`. For example:
3219
3220 ```
3221 # let x = 2;
3222
3223 let message = match x {
3224     0 | 1  => "not many",
3225     2 ... 9 => "a few",
3226     _      => "lots"
3227 };
3228 ```
3229
3230 Range patterns only work on scalar types (like integers and characters; not
3231 like arrays and structs, which have sub-components). A range pattern may not
3232 be a sub-range of another range pattern inside the same `match`.
3233
3234 Finally, match patterns can accept *pattern guards* to further refine the
3235 criteria for matching a case. Pattern guards appear after the pattern and
3236 consist of a bool-typed expression following the `if` keyword. A pattern guard
3237 may refer to the variables bound within the pattern they follow.
3238
3239 ```
3240 # let maybe_digit = Some(0);
3241 # fn process_digit(i: i32) { }
3242 # fn process_other(i: i32) { }
3243
3244 let message = match maybe_digit {
3245     Some(x) if x < 10 => process_digit(x),
3246     Some(x) => process_other(x),
3247     None => panic!()
3248 };
3249 ```
3250
3251 ### `if let` expressions
3252
3253 An `if let` expression is semantically identical to an `if` expression but in place
3254 of a condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3255 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the corresponding
3256 block will execute, otherwise flow proceeds to the first `else` block that follows.
3257
3258 ```
3259 let dish = ("Ham", "Eggs");
3260
3261 // this body will be skipped because the pattern is refuted
3262 if let ("Bacon", b) = dish {
3263     println!("Bacon is served with {}", b);
3264 }
3265
3266 // this body will execute
3267 if let ("Ham", b) = dish {
3268     println!("Ham is served with {}", b);
3269 }
3270 ```
3271
3272 ### `while let` loops
3273
3274 A `while let` loop is semantically identical to a `while` loop but in place of a
3275 condition expression it expects a refutable let statement. If the value of the
3276 expression on the right hand side of the let statement matches the pattern, the
3277 loop body block executes and control returns to the pattern matching statement.
3278 Otherwise, the while expression completes.
3279
3280 ### `return` expressions
3281
3282 Return expressions are denoted with the keyword `return`. Evaluating a `return`
3283 expression moves its argument into the designated output location for the
3284 current function call, destroys the current function activation frame, and
3285 transfers control to the caller frame.
3286
3287 An example of a `return` expression:
3288
3289 ```
3290 fn max(a: i32, b: i32) -> i32 {
3291     if a > b {
3292         return a;
3293     }
3294     return b;
3295 }
3296 ```
3297
3298 # Type system
3299
3300 ## Types
3301
3302 Every variable, item and value in a Rust program has a type. The _type_ of a
3303 *value* defines the interpretation of the memory holding it.
3304
3305 Built-in types and type-constructors are tightly integrated into the language,
3306 in nontrivial ways that are not possible to emulate in user-defined types.
3307 User-defined types have limited capabilities.
3308
3309 ### Primitive types
3310
3311 The primitive types are the following:
3312
3313 * The boolean type `bool` with values `true` and `false`.
3314 * The machine types (integer and floating-point).
3315 * The machine-dependent integer types.
3316
3317 #### Machine types
3318
3319 The machine types are the following:
3320
3321 * The unsigned word types `u8`, `u16`, `u32` and `u64`, with values drawn from
3322   the integer intervals [0, 2^8 - 1], [0, 2^16 - 1], [0, 2^32 - 1] and
3323   [0, 2^64 - 1] respectively.
3324
3325 * The signed two's complement word types `i8`, `i16`, `i32` and `i64`, with
3326   values drawn from the integer intervals [-(2^(7)), 2^7 - 1],
3327   [-(2^(15)), 2^15 - 1], [-(2^(31)), 2^31 - 1], [-(2^(63)), 2^63 - 1]
3328   respectively.
3329
3330 * The IEEE 754-2008 `binary32` and `binary64` floating-point types: `f32` and
3331   `f64`, respectively.
3332
3333 #### Machine-dependent integer types
3334
3335 The `usize` type is an unsigned integer type with the same number of bits as the
3336 platform's pointer type. It can represent every memory address in the process.
3337
3338 The `isize` type is a signed integer type with the same number of bits as the
3339 platform's pointer type. The theoretical upper bound on object and array size
3340 is the maximum `isize` value. This ensures that `isize` can be used to calculate
3341 differences between pointers into an object or array and can address every byte
3342 within an object along with one byte past the end.
3343
3344 ### Textual types
3345
3346 The types `char` and `str` hold textual data.
3347
3348 A value of type `char` is a [Unicode scalar value](
3349 http://www.unicode.org/glossary/#unicode_scalar_value) (i.e. a code point that
3350 is not a surrogate), represented as a 32-bit unsigned word in the 0x0000 to
3351 0xD7FF or 0xE000 to 0x10FFFF range. A `[char]` array is effectively an UCS-4 /
3352 UTF-32 string.
3353
3354 A value of type `str` is a Unicode string, represented as an array of 8-bit
3355 unsigned bytes holding a sequence of UTF-8 code points. Since `str` is of
3356 unknown size, it is not a _first-class_ type, but can only be instantiated
3357 through a pointer type, such as `&str`.
3358
3359 ### Tuple types
3360
3361 A tuple *type* is a heterogeneous product of other types, called the *elements*
3362 of the tuple. It has no nominal name and is instead structurally typed.
3363
3364 Tuple types and values are denoted by listing the types or values of their
3365 elements, respectively, in a parenthesized, comma-separated list.
3366
3367 Because tuple elements don't have a name, they can only be accessed by
3368 pattern-matching or by using `N` directly as a field to access the
3369 `N`th element.
3370
3371 An example of a tuple type and its use:
3372
3373 ```
3374 type Pair<'a> = (i32, &'a str);
3375 let p: Pair<'static> = (10, "ten");
3376 let (a, b) = p;
3377
3378 assert_eq!(a, 10);
3379 assert_eq!(b, "ten");
3380 assert_eq!(p.0, 10);
3381 assert_eq!(p.1, "ten");
3382 ```
3383
3384 For historical reasons and convenience, the tuple type with no elements (`()`)
3385 is often called â€˜unit’ or â€˜the unit type’.
3386
3387 ### Array, and Slice types
3388
3389 Rust has two different types for a list of items:
3390
3391 * `[T; N]`, an 'array'
3392 * `&[T]`, a 'slice'
3393
3394 An array has a fixed size, and can be allocated on either the stack or the
3395 heap.
3396
3397 A slice is a 'view' into an array. It doesn't own the data it points
3398 to, it borrows it.
3399
3400 Examples:
3401
3402 ```{rust}
3403 // A stack-allocated array
3404 let array: [i32; 3] = [1, 2, 3];
3405
3406 // A heap-allocated array
3407 let vector: Vec<i32> = vec![1, 2, 3];
3408
3409 // A slice into an array
3410 let slice: &[i32] = &vector[..];
3411 ```
3412
3413 As you can see, the `vec!` macro allows you to create a `Vec<T>` easily. The
3414 `vec!` macro is also part of the standard library, rather than the language.
3415
3416 All in-bounds elements of arrays and slices are always initialized, and access
3417 to an array or slice is always bounds-checked.
3418
3419 ### Structure types
3420
3421 A `struct` *type* is a heterogeneous product of other types, called the
3422 *fields* of the type.[^structtype]
3423
3424 [^structtype]: `struct` types are analogous to `struct` types in C,
3425     the *record* types of the ML family,
3426     or the *structure* types of the Lisp family.
3427
3428 New instances of a `struct` can be constructed with a [struct
3429 expression](#structure-expressions).
3430
3431 The memory layout of a `struct` is undefined by default to allow for compiler
3432 optimizations like field reordering, but it can be fixed with the
3433 `#[repr(...)]` attribute. In either case, fields may be given in any order in
3434 a corresponding struct *expression*; the resulting `struct` value will always
3435 have the same memory layout.
3436
3437 The fields of a `struct` may be qualified by [visibility
3438 modifiers](#visibility-and-privacy), to allow access to data in a
3439 structure outside a module.
3440
3441 A _tuple struct_ type is just like a structure type, except that the fields are
3442 anonymous.
3443
3444 A _unit-like struct_ type is like a structure type, except that it has no
3445 fields. The one value constructed by the associated [structure
3446 expression](#structure-expressions) is the only value that inhabits such a
3447 type.
3448
3449 ### Enumerated types
3450
3451 An *enumerated type* is a nominal, heterogeneous disjoint union type, denoted
3452 by the name of an [`enum` item](#enumerations). [^enumtype]
3453
3454 [^enumtype]: The `enum` type is analogous to a `data` constructor declaration in
3455              ML, or a *pick ADT* in Limbo.
3456
3457 An [`enum` item](#enumerations) declares both the type and a number of *variant
3458 constructors*, each of which is independently named and takes an optional tuple
3459 of arguments.
3460
3461 New instances of an `enum` can be constructed by calling one of the variant
3462 constructors, in a [call expression](#call-expressions).
3463
3464 Any `enum` value consumes as much memory as the largest variant constructor for
3465 its corresponding `enum` type.
3466
3467 Enum types cannot be denoted *structurally* as types, but must be denoted by
3468 named reference to an [`enum` item](#enumerations).
3469
3470 ### Recursive types
3471
3472 Nominal types &mdash; [enumerations](#enumerated-types) and
3473 [structs](#structure-types) &mdash; may be recursive. That is, each `enum`
3474 constructor or `struct` field may refer, directly or indirectly, to the
3475 enclosing `enum` or `struct` type itself. Such recursion has restrictions:
3476
3477 * Recursive types must include a nominal type in the recursion
3478   (not mere [type definitions](grammar.html#type-definitions),
3479    or other structural types such as [arrays](#array,-and-slice-types) or [tuples](#tuple-types)).
3480 * A recursive `enum` item must have at least one non-recursive constructor
3481   (in order to give the recursion a basis case).
3482 * The size of a recursive type must be finite;
3483   in other words the recursive fields of the type must be [pointer types](#pointer-types).
3484 * Recursive type definitions can cross module boundaries, but not module *visibility* boundaries,
3485   or crate boundaries (in order to simplify the module system and type checker).
3486
3487 An example of a *recursive* type and its use:
3488
3489 ```
3490 enum List<T> {
3491     Nil,
3492     Cons(T, Box<List<T>>)
3493 }
3494
3495 let a: List<i32> = List::Cons(7, Box::new(List::Cons(13, Box::new(List::Nil))));
3496 ```
3497
3498 ### Pointer types
3499
3500 All pointers in Rust are explicit first-class values. They can be copied,
3501 stored into data structs, and returned from functions. There are two
3502 varieties of pointer in Rust:
3503
3504 * References (`&`)
3505   : These point to memory _owned by some other value_.
3506     A reference type is written `&type`,
3507     or `&'a type` when you need to specify an explicit lifetime.
3508     Copying a reference is a "shallow" operation:
3509     it involves only copying the pointer itself.
3510     Releasing a reference has no effect on the value it points to,
3511     but a reference of a temporary value will keep it alive during the scope
3512     of the reference itself.
3513
3514 * Raw pointers (`*`)
3515   : Raw pointers are pointers without safety or liveness guarantees.
3516     Raw pointers are written as `*const T` or `*mut T`,
3517     for example `*const i32` means a raw pointer to a 32-bit integer.
3518     Copying or dropping a raw pointer has no effect on the lifecycle of any
3519     other value. Dereferencing a raw pointer or converting it to any other
3520     pointer type is an [`unsafe` operation](#unsafe-functions).
3521     Raw pointers are generally discouraged in Rust code;
3522     they exist to support interoperability with foreign code,
3523     and writing performance-critical or low-level functions.
3524
3525 The standard library contains additional 'smart pointer' types beyond references
3526 and raw pointers.
3527
3528 ### Function types
3529
3530 The function type constructor `fn` forms new function types. A function type
3531 consists of a possibly-empty set of function-type modifiers (such as `unsafe`
3532 or `extern`), a sequence of input types and an output type.
3533
3534 An example of a `fn` type:
3535
3536 ```
3537 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
3538     return x + y;
3539 }
3540
3541 let mut x = add(5,7);
3542
3543 type Binop = fn(i32, i32) -> i32;
3544 let bo: Binop = add;
3545 x = bo(5,7);
3546 ```
3547
3548 #### Function types for specific items
3549
3550 Internal to the compiler, there are also function types that are specific to a particular
3551 function item. In the following snippet, for example, the internal types of the functions
3552 `foo` and `bar` are different, despite the fact that they have the same signature:
3553
3554 ```
3555 fn foo() { }
3556 fn bar() { }
3557 ```
3558
3559 The types of `foo` and `bar` can both be implicitly coerced to the fn
3560 pointer type `fn()`. There is currently no syntax for unique fn types,
3561 though the compiler will emit a type like `fn() {foo}` in error
3562 messages to indicate "the unique fn type for the function `foo`".
3563
3564 ### Closure types
3565
3566 A [lambda expression](#lambda-expressions) produces a closure value with
3567 a unique, anonymous type that cannot be written out.
3568
3569 Depending on the requirements of the closure, its type implements one or
3570 more of the closure traits:
3571
3572 * `FnOnce`
3573   : The closure can be called once. A closure called as `FnOnce`
3574     can move out values from its environment.
3575
3576 * `FnMut`
3577   : The closure can be called multiple times as mutable. A closure called as
3578     `FnMut` can mutate values from its environment. `FnMut` inherits from
3579     `FnOnce` (i.e. anything implementing `FnMut` also implements `FnOnce`).
3580
3581 * `Fn`
3582   : The closure can be called multiple times through a shared reference.
3583     A closure called as `Fn` can neither move out from nor mutate values
3584     from its environment. `Fn` inherits from `FnMut`, which itself
3585     inherits from `FnOnce`.
3586
3587
3588 ### Trait objects
3589
3590 In Rust, a type like `&SomeTrait` or `Box<SomeTrait>` is called a _trait object_.
3591 Each instance of a trait object includes:
3592
3593  - a pointer to an instance of a type `T` that implements `SomeTrait`
3594  - a _virtual method table_, often just called a _vtable_, which contains, for
3595    each method of `SomeTrait` that `T` implements, a pointer to `T`'s
3596    implementation (i.e. a function pointer).
3597
3598 The purpose of trait objects is to permit "late binding" of methods. A call to
3599 a method on a trait object is only resolved to a vtable entry at compile time.
3600 The actual implementation for each vtable entry can vary on an object-by-object
3601 basis.
3602
3603 Note that for a trait object to be instantiated, the trait must be
3604 _object-safe_. Object safety rules are defined in [RFC 255].
3605
3606 [RFC 255]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0255-object-safety.md
3607
3608 Given a pointer-typed expression `E` of type `&T` or `Box<T>`, where `T`
3609 implements trait `R`, casting `E` to the corresponding pointer type `&R` or
3610 `Box<R>` results in a value of the _trait object_ `R`. This result is
3611 represented as a pair of pointers: the vtable pointer for the `T`
3612 implementation of `R`, and the pointer value of `E`.
3613
3614 An example of a trait object:
3615
3616 ```
3617 trait Printable {
3618     fn stringify(&self) -> String;
3619 }
3620
3621 impl Printable for i32 {
3622     fn stringify(&self) -> String { self.to_string() }
3623 }
3624
3625 fn print(a: Box<Printable>) {
3626     println!("{}", a.stringify());
3627 }
3628
3629 fn main() {
3630     print(Box::new(10) as Box<Printable>);
3631 }
3632 ```
3633
3634 In this example, the trait `Printable` occurs as a trait object in both the
3635 type signature of `print`, and the cast expression in `main`.
3636
3637 ### Type parameters
3638
3639 Within the body of an item that has type parameter declarations, the names of
3640 its type parameters are types:
3641
3642 ```ignore
3643 fn to_vec<A: Clone>(xs: &[A]) -> Vec<A> {
3644     if xs.is_empty() {
3645         return vec![];
3646     }
3647     let first: A = xs[0].clone();
3648     let mut rest: Vec<A> = to_vec(&xs[1..]);
3649     rest.insert(0, first);
3650     rest
3651 }
3652 ```
3653
3654 Here, `first` has type `A`, referring to `to_vec`'s `A` type parameter; and `rest`
3655 has type `Vec<A>`, a vector with element type `A`.
3656
3657 ### Self types
3658
3659 The special type `Self` has a meaning within traits and impls. In a trait definition, it refers
3660 to an implicit type parameter representing the "implementing" type. In an impl,
3661 it is an alias for the implementing type. For example, in:
3662
3663 ```
3664 trait Printable {
3665     fn make_string(&self) -> String;
3666 }
3667
3668 impl Printable for String {
3669     fn make_string(&self) -> String {
3670         (*self).clone()
3671     }
3672 }
3673 ```
3674
3675 The notation `&self` is a shorthand for `self: &Self`. In this case,
3676 in the impl, `Self` refers to the value of type `String` that is the
3677 receiver for a call to the method `make_string`.
3678
3679 ## Subtyping
3680
3681 Subtyping is implicit and can occur at any stage in type checking or
3682 inference. Subtyping in Rust is very restricted and occurs only due to
3683 variance with respect to lifetimes and between types with higher ranked
3684 lifetimes. If we were to erase lifetimes from types, then the only subtyping
3685 would be due to type equality.
3686
3687 Consider the following example: string literals always have `'static`
3688 lifetime. Nevertheless, we can assign `s` to `t`:
3689
3690 ```
3691 fn bar<'a>() {
3692     let s: &'static str = "hi";
3693     let t: &'a str = s;
3694 }
3695 ```
3696 Since `'static` "lives longer" than `'a`, `&'static str` is a subtype of
3697 `&'a str`.
3698
3699 ## Type coercions
3700
3701 Coercions are defined in [RFC401]. A coercion is implicit and has no syntax.
3702
3703 [RFC401]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0401-coercions.md
3704
3705 ### Coercion sites
3706
3707 A coercion can only occur at certain coercion sites in a program; these are
3708 typically places where the desired type is explicit or can be derived by
3709 propagation from explicit types (without type inference). Possible coercion
3710 sites are:
3711
3712 * `let` statements where an explicit type is given.
3713
3714    For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3715
3716    ```rust
3717    let _: i8 = 128;
3718    ```
3719
3720 * `static` and `const` statements (similar to `let` statements).
3721
3722 * Arguments for function calls
3723
3724   The value being coerced is the actual parameter, and it is coerced to
3725   the type of the formal parameter.
3726
3727   For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3728
3729   ```rust
3730   fn bar(_: i8) { }
3731
3732   fn main() {
3733       bar(128);
3734   }
3735   ```
3736
3737 * Instantiations of struct or variant fields
3738
3739   For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3740
3741   ```rust
3742   struct Foo { x: i8 }
3743
3744   fn main() {
3745       Foo { x: 128 };
3746   }
3747   ```
3748
3749 * Function results, either the final line of a block if it is not
3750   semicolon-terminated or any expression in a `return` statement
3751
3752   For example, `128` is coerced to have type `i8` in the following:
3753
3754   ```rust
3755   fn foo() -> i8 {
3756       128
3757   }
3758   ```
3759
3760 If the expression in one of these coercion sites is a coercion-propagating
3761 expression, then the relevant sub-expressions in that expression are also
3762 coercion sites. Propagation recurses from these new coercion sites.
3763 Propagating expressions and their relevant sub-expressions are:
3764
3765 * Array literals, where the array has type `[U; n]`. Each sub-expression in
3766 the array literal is a coercion site for coercion to type `U`.
3767
3768 * Array literals with repeating syntax, where the array has type `[U; n]`. The
3769 repeated sub-expression is a coercion site for coercion to type `U`.
3770
3771 * Tuples, where a tuple is a coercion site to type `(U_0, U_1, ..., U_n)`.
3772 Each sub-expression is a coercion site to the respective type, e.g. the
3773 zeroth sub-expression is a coercion site to type `U_0`.
3774
3775 * Parenthesised sub-expressions (`(e)`): if the expression has type `U`, then
3776 the sub-expression is a coercion site to `U`.
3777
3778 * Blocks: if a block has type `U`, then the last expression in the block (if
3779 it is not semicolon-terminated) is a coercion site to `U`. This includes
3780 blocks which are part of control flow statements, such as `if`/`else`, if
3781 the block has a known type.
3782
3783 ### Coercion types
3784
3785 Coercion is allowed between the following types:
3786
3787 * `T` to `U` if `T` is a subtype of `U` (*reflexive case*)
3788
3789 * `T_1` to `T_3` where `T_1` coerces to `T_2` and `T_2` coerces to `T_3`
3790 (*transitive case*)
3791
3792     Note that this is not fully supported yet
3793
3794 * `&mut T` to `&T`
3795
3796 * `*mut T` to `*const T`
3797
3798 * `&T` to `*const T`
3799
3800 * `&mut T` to `*mut T`
3801
3802 * `&T` to `&U` if `T` implements `Deref<Target = U>`. For example:
3803
3804   ```rust
3805   use std::ops::Deref;
3806
3807   struct CharContainer {
3808       value: char
3809   }
3810
3811   impl Deref for CharContainer {
3812       type Target = char;
3813
3814       fn deref<'a>(&'a self) -> &'a char {
3815           &self.value
3816       }
3817   }
3818
3819   fn foo(arg: &char) {}
3820
3821   fn main() {
3822       let x = &mut CharContainer { value: 'y' };
3823       foo(x); //&mut CharContainer is coerced to &char.
3824   }
3825   ```
3826
3827 * `&mut T` to `&mut U` if `T` implements `DerefMut<Target = U>`.
3828
3829 * TyCtor(`T`) to TyCtor(coerce_inner(`T`)), where TyCtor(`T`) is one of
3830     - `&T`
3831     - `&mut T`
3832     - `*const T`
3833     - `*mut T`
3834     - `Box<T>`
3835
3836     and where
3837     - coerce_inner(`[T, ..n]`) = `[T]`
3838     - coerce_inner(`T`) = `U` where `T` is a concrete type which implements the
3839     trait `U`.
3840
3841     In the future, coerce_inner will be recursively extended to tuples and
3842     structs. In addition, coercions from sub-traits to super-traits will be
3843     added. See [RFC401] for more details.
3844
3845 # Special traits
3846
3847 Several traits define special evaluation behavior.
3848
3849 ## The `Copy` trait
3850
3851 The `Copy` trait changes the semantics of a type implementing it. Values whose
3852 type implements `Copy` are copied rather than moved upon assignment.
3853
3854 ## The `Sized` trait
3855
3856 The `Sized` trait indicates that the size of this type is known at compile-time.
3857
3858 ## The `Drop` trait
3859
3860 The `Drop` trait provides a destructor, to be run whenever a value of this type
3861 is to be destroyed.
3862
3863 ## The `Deref` trait
3864
3865 The `Deref<Target = U>` trait allows a type to implicitly implement all the methods
3866 of the type `U`. When attempting to resolve a method call, the compiler will search
3867 the top-level type for the implementation of the called method. If no such method is
3868 found, `.deref()` is called and the compiler continues to search for the method
3869 implementation in the returned type `U`.
3870
3871 # Memory model
3872
3873 A Rust program's memory consists of a static set of *items* and a *heap*.
3874 Immutable portions of the heap may be safely shared between threads, mutable
3875 portions may not be safely shared, but several mechanisms for effectively-safe
3876 sharing of mutable values, built on unsafe code but enforcing a safe locking
3877 discipline, exist in the standard library.
3878
3879 Allocations in the stack consist of *variables*, and allocations in the heap
3880 consist of *boxes*.
3881
3882 ### Memory allocation and lifetime
3883
3884 The _items_ of a program are those functions, modules and types that have their
3885 value calculated at compile-time and stored uniquely in the memory image of the
3886 rust process. Items are neither dynamically allocated nor freed.
3887
3888 The _heap_ is a general term that describes boxes.  The lifetime of an
3889 allocation in the heap depends on the lifetime of the box values pointing to
3890 it. Since box values may themselves be passed in and out of frames, or stored
3891 in the heap, heap allocations may outlive the frame they are allocated within.
3892
3893 ### Memory ownership
3894
3895 When a stack frame is exited, its local allocations are all released, and its
3896 references to boxes are dropped.
3897
3898 ### Variables
3899
3900 A _variable_ is a component of a stack frame, either a named function parameter,
3901 an anonymous [temporary](#lvalues-rvalues-and-temporaries), or a named local
3902 variable.
3903
3904 A _local variable_ (or *stack-local* allocation) holds a value directly,
3905 allocated within the stack's memory. The value is a part of the stack frame.
3906
3907 Local variables are immutable unless declared otherwise like: `let mut x = ...`.
3908
3909 Function parameters are immutable unless declared with `mut`. The `mut` keyword
3910 applies only to the following parameter (so `|mut x, y|` and `fn f(mut x:
3911 Box<i32>, y: Box<i32>)` declare one mutable variable `x` and one immutable
3912 variable `y`).
3913
3914 Methods that take either `self` or `Box<Self>` can optionally place them in a
3915 mutable variable by prefixing them with `mut` (similar to regular arguments):
3916
3917 ```
3918 trait Changer {
3919     fn change(mut self) -> Self;
3920     fn modify(mut self: Box<Self>) -> Box<Self>;
3921 }
3922 ```
3923
3924 Local variables are not initialized when allocated; the entire frame worth of
3925 local variables are allocated at once, on frame-entry, in an uninitialized
3926 state. Subsequent statements within a function may or may not initialize the
3927 local variables. Local variables can be used only after they have been
3928 initialized; this is enforced by the compiler.
3929
3930 # Linkage
3931
3932 The Rust compiler supports various methods to link crates together both
3933 statically and dynamically. This section will explore the various methods to
3934 link Rust crates together, and more information about native libraries can be
3935 found in the [ffi section of the book][ffi].
3936
3937 In one session of compilation, the compiler can generate multiple artifacts
3938 through the usage of either command line flags or the `crate_type` attribute.
3939 If one or more command line flag is specified, all `crate_type` attributes will
3940 be ignored in favor of only building the artifacts specified by command line.
3941
3942 * `--crate-type=bin`, `#[crate_type = "bin"]` - A runnable executable will be
3943   produced. This requires that there is a `main` function in the crate which
3944   will be run when the program begins executing. This will link in all Rust and
3945   native dependencies, producing a distributable binary.
3946
3947 * `--crate-type=lib`, `#[crate_type = "lib"]` - A Rust library will be produced.
3948   This is an ambiguous concept as to what exactly is produced because a library
3949   can manifest itself in several forms. The purpose of this generic `lib` option
3950   is to generate the "compiler recommended" style of library. The output library
3951   will always be usable by rustc, but the actual type of library may change from
3952   time-to-time. The remaining output types are all different flavors of
3953   libraries, and the `lib` type can be seen as an alias for one of them (but the
3954   actual one is compiler-defined).
3955
3956 * `--crate-type=dylib`, `#[crate_type = "dylib"]` - A dynamic Rust library will
3957   be produced. This is different from the `lib` output type in that this forces
3958   dynamic library generation. The resulting dynamic library can be used as a
3959   dependency for other libraries and/or executables. This output type will
3960   create `*.so` files on linux, `*.dylib` files on osx, and `*.dll` files on
3961   windows.
3962
3963 * `--crate-type=staticlib`, `#[crate_type = "staticlib"]` - A static system
3964   library will be produced. This is different from other library outputs in that
3965   the Rust compiler will never attempt to link to `staticlib` outputs. The
3966   purpose of this output type is to create a static library containing all of
3967   the local crate's code along with all upstream dependencies. The static
3968   library is actually a `*.a` archive on linux and osx and a `*.lib` file on
3969   windows. This format is recommended for use in situations such as linking
3970   Rust code into an existing non-Rust application because it will not have
3971   dynamic dependencies on other Rust code.
3972
3973 * `--crate-type=rlib`, `#[crate_type = "rlib"]` - A "Rust library" file will be
3974   produced. This is used as an intermediate artifact and can be thought of as a
3975   "static Rust library". These `rlib` files, unlike `staticlib` files, are
3976   interpreted by the Rust compiler in future linkage. This essentially means
3977   that `rustc` will look for metadata in `rlib` files like it looks for metadata
3978   in dynamic libraries. This form of output is used to produce statically linked
3979   executables as well as `staticlib` outputs.
3980
3981 Note that these outputs are stackable in the sense that if multiple are
3982 specified, then the compiler will produce each form of output at once without
3983 having to recompile. However, this only applies for outputs specified by the
3984 same method. If only `crate_type` attributes are specified, then they will all
3985 be built, but if one or more `--crate-type` command line flag is specified,
3986 then only those outputs will be built.
3987
3988 With all these different kinds of outputs, if crate A depends on crate B, then
3989 the compiler could find B in various different forms throughout the system. The
3990 only forms looked for by the compiler, however, are the `rlib` format and the
3991 dynamic library format. With these two options for a dependent library, the
3992 compiler must at some point make a choice between these two formats. With this
3993 in mind, the compiler follows these rules when determining what format of
3994 dependencies will be used:
3995
3996 1. If a static library is being produced, all upstream dependencies are
3997    required to be available in `rlib` formats. This requirement stems from the
3998    reason that a dynamic library cannot be converted into a static format.
3999
4000    Note that it is impossible to link in native dynamic dependencies to a static
4001    library, and in this case warnings will be printed about all unlinked native
4002    dynamic dependencies.
4003
4004 2. If an `rlib` file is being produced, then there are no restrictions on what
4005    format the upstream dependencies are available in. It is simply required that
4006    all upstream dependencies be available for reading metadata from.
4007
4008    The reason for this is that `rlib` files do not contain any of their upstream
4009    dependencies. It wouldn't be very efficient for all `rlib` files to contain a
4010    copy of `libstd.rlib`!
4011
4012 3. If an executable is being produced and the `-C prefer-dynamic` flag is not
4013    specified, then dependencies are first attempted to be found in the `rlib`
4014    format. If some dependencies are not available in an rlib format, then
4015    dynamic linking is attempted (see below).
4016
4017 4. If a dynamic library or an executable that is being dynamically linked is
4018    being produced, then the compiler will attempt to reconcile the available
4019    dependencies in either the rlib or dylib format to create a final product.
4020
4021    A major goal of the compiler is to ensure that a library never appears more
4022    than once in any artifact. For example, if dynamic libraries B and C were
4023    each statically linked to library A, then a crate could not link to B and C
4024    together because there would be two copies of A. The compiler allows mixing
4025    the rlib and dylib formats, but this restriction must be satisfied.
4026
4027    The compiler currently implements no method of hinting what format a library
4028    should be linked with. When dynamically linking, the compiler will attempt to
4029    maximize dynamic dependencies while still allowing some dependencies to be
4030    linked in via an rlib.
4031
4032    For most situations, having all libraries available as a dylib is recommended
4033    if dynamically linking. For other situations, the compiler will emit a
4034    warning if it is unable to determine which formats to link each library with.
4035
4036 In general, `--crate-type=bin` or `--crate-type=lib` should be sufficient for
4037 all compilation needs, and the other options are just available if more
4038 fine-grained control is desired over the output format of a Rust crate.
4039
4040 # Appendix: Influences
4041
4042 Rust is not a particularly original language, with design elements coming from
4043 a wide range of sources. Some of these are listed below (including elements
4044 that have since been removed):
4045
4046 * SML, OCaml: algebraic data types, pattern matching, type inference,
4047   semicolon statement separation
4048 * C++: references, RAII, smart pointers, move semantics, monomorphisation,
4049   memory model
4050 * ML Kit, Cyclone: region based memory management
4051 * Haskell (GHC): typeclasses, type families
4052 * Newsqueak, Alef, Limbo: channels, concurrency
4053 * Erlang: message passing, thread failure, ~~linked thread failure~~,
4054   ~~lightweight concurrency~~
4055 * Swift: optional bindings
4056 * Scheme: hygienic macros
4057 * C#: attributes
4058 * Ruby: ~~block syntax~~
4059 * NIL, Hermes: ~~typestate~~
4060 * [Unicode Annex #31](http://www.unicode.org/reports/tr31/): identifier and
4061   pattern syntax
4062
4063 [ffi]: book/ffi.html
4064 [plugin]: book/compiler-plugins.html