]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/doc/reference.md
Auto merge of #39852 - alexcrichton:appveyor-separate-dist, 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 Finally, this document is not normative. It may include details that are
25 specific to `rustc` itself, and should not be taken as a specification for
26 the Rust language. We intend to produce such a document someday, but this
27 is what we have for now.
28
29 You may also be interested in the [grammar].
30
31 [book]: book/index.html
32 [standard]: std/index.html
33 [grammar]: grammar.html
34
35 # Notation
36
37 ## Unicode productions
38
39 A few productions in Rust's grammar permit Unicode code points outside the
40 ASCII range. We define these productions in terms of character properties
41 specified in the Unicode standard, rather than in terms of ASCII-range code
42 points. The grammar has a [Special Unicode Productions][unicodeproductions]
43 section that lists these productions.
44
45 [unicodeproductions]: grammar.html#special-unicode-productions
46
47 ## String table productions
48
49 Some rules in the grammar — notably [unary
50 operators](#unary-operator-expressions), [binary
51 operators](#binary-operator-expressions), and [keywords][keywords] — are
52 given in a simplified form: as a listing of a table of unquoted, printable
53 whitespace-separated strings. These cases form a subset of the rules regarding
54 the [token](#tokens) rule, and are assumed to be the result of a
55 lexical-analysis phase feeding the parser, driven by a DFA, operating over the
56 disjunction of all such string table entries.
57
58 [keywords]: grammar.html#keywords
59
60 When such a string enclosed in double-quotes (`"`) occurs inside the grammar,
61 it is an implicit reference to a single member of such a string table
62 production. See [tokens](#tokens) for more information.
63
64 # Lexical structure
65
66 ## Input format
67
68 Rust input is interpreted as a sequence of Unicode code points encoded in UTF-8.
69 Most Rust grammar rules are defined in terms of printable ASCII-range
70 code points, but a small number are defined in terms of Unicode properties or
71 explicit code point lists. [^inputformat]
72
73 [^inputformat]: Substitute definitions for the special Unicode productions are
74   provided to the grammar verifier, restricted to ASCII range, when verifying the
75   grammar in this document.
76
77 ## Identifiers
78
79 An identifier is any nonempty Unicode[^non_ascii_idents] string of the following form:
80
81 [^non_ascii_idents]: Non-ASCII characters in identifiers are currently feature
82   gated. This is expected to improve soon.
83
84 Either
85
86    * The first character has property `XID_start`
87    * The remaining characters have property `XID_continue`
88
89 Or
90
91    * The first character is `_`
92    * The identifier is more than one character, `_` alone is not an identifier
93    * The remaining characters have property `XID_continue`
94
95 that does _not_ occur in the set of [keywords][keywords].
96
97 > **Note**: `XID_start` and `XID_continue` as character properties cover the
98 > character ranges used to form the more familiar C and Java language-family
99 > identifiers.
100
101 ## Comments
102
103 Comments in Rust code follow the general C++ style of line (`//`) and
104 block (`/* ... */`) comment forms. Nested block comments are supported.
105
106 Line comments beginning with exactly _three_ slashes (`///`), and block
107 comments (`/** ... */`), are interpreted as a special syntax for `doc`
108 [attributes](#attributes). That is, they are equivalent to writing
109 `#[doc="..."]` around the body of the comment, i.e., `/// Foo` turns into
110 `#[doc="Foo"]`.
111
112 Line comments beginning with `//!` and block comments `/*! ... */` are
113 doc comments that apply to the parent of the comment, rather than the item
114 that follows.  That is, they are equivalent to writing `#![doc="..."]` around
115 the body of the comment. `//!` comments are usually used to document
116 modules that occupy a source file.
117
118 Non-doc comments are interpreted as a form of whitespace.
119
120 ## Whitespace
121
122 Whitespace is any non-empty string containing only characters that have the
123 `Pattern_White_Space` Unicode property, namely:
124
125 - `U+0009` (horizontal tab, `'\t'`)
126 - `U+000A` (line feed, `'\n'`)
127 - `U+000B` (vertical tab)
128 - `U+000C` (form feed)
129 - `U+000D` (carriage return, `'\r'`)
130 - `U+0020` (space, `' '`)
131 - `U+0085` (next line)
132 - `U+200E` (left-to-right mark)
133 - `U+200F` (right-to-left mark)
134 - `U+2028` (line separator)
135 - `U+2029` (paragraph separator)
136
137 Rust is a "free-form" language, meaning that all forms of whitespace serve only
138 to separate _tokens_ in the grammar, and have no semantic significance.
139
140 A Rust program has identical meaning if each whitespace element is replaced
141 with any other legal whitespace element, such as a single space character.
142
143 ## Tokens
144
145 Tokens are primitive productions in the grammar defined by regular
146 (non-recursive) languages. "Simple" tokens are given in [string table
147 production](#string-table-productions) form, and occur in the rest of the
148 grammar as double-quoted strings. Other tokens have exact rules given.
149
150 ### Literals
151
152 A literal is an expression consisting of a single token, rather than a sequence
153 of tokens, that immediately and directly denotes the value it evaluates to,
154 rather than referring to it by name or some other evaluation rule. A literal is
155 a form of constant expression, so is evaluated (primarily) at compile time.
156
157 #### Examples
158
159 ##### Characters and strings
160
161 |                                              | Example         | `#` sets   | Characters  | Escapes             |
162 |----------------------------------------------|-----------------|------------|-------------|---------------------|
163 | [Character](#character-literals)             | `'H'`           | `N/A`      | All Unicode | [Quote](#quote-escapes) & [Byte](#byte-escapes) & [Unicode](#unicode-escapes) |
164 | [String](#string-literals)                   | `"hello"`       | `N/A`      | All Unicode | [Quote](#quote-escapes) & [Byte](#byte-escapes) & [Unicode](#unicode-escapes) |
165 | [Raw](#raw-string-literals)                  | `r#"hello"#`    | `0...`     | All Unicode | `N/A`                                                      |
166 | [Byte](#byte-literals)                       | `b'H'`          | `N/A`      | All ASCII   | [Quote](#quote-escapes) & [Byte](#byte-escapes)                               |
167 | [Byte string](#byte-string-literals)         | `b"hello"`      | `N/A`      | All ASCII   | [Quote](#quote-escapes) & [Byte](#byte-escapes)                               |
168 | [Raw byte string](#raw-byte-string-literals) | `br#"hello"#`   | `0...`     | All ASCII   | `N/A`                                                      |
169
170 ##### Byte escapes
171
172 |   | Name |
173 |---|------|
174 | `\x7F` | 8-bit character code (exactly 2 digits) |
175 | `\n` | Newline |
176 | `\r` | Carriage return |
177 | `\t` | Tab |
178 | `\\` | Backslash |
179 | `\0` | Null |
180
181 ##### Unicode escapes
182 |   | Name |
183 |---|------|
184 | `\u{7FFF}` | 24-bit Unicode character code (up to 6 digits) |
185
186 ##### Quote escapes
187 |   | Name |
188 |---|------|
189 | `\'` | Single quote |
190 | `\"` | Double quote |
191
192 ##### Numbers
193
194 | [Number literals](#number-literals)`*` | Example | Exponentiation | Suffixes |
195 |----------------------------------------|---------|----------------|----------|
196 | Decimal integer | `98_222` | `N/A` | Integer suffixes |
197 | Hex integer | `0xff` | `N/A` | Integer suffixes |
198 | Octal integer | `0o77` | `N/A` | Integer suffixes |
199 | Binary integer | `0b1111_0000` | `N/A` | Integer suffixes |
200 | Floating-point | `123.0E+77` | `Optional` | Floating-point suffixes |
201
202 `*` All number literals allow `_` as a visual separator: `1_234.0E+18f64`
203
204 ##### Suffixes
205 | Integer | Floating-point |
206 |---------|----------------|
207 | `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64`, `isize`, `usize` | `f32`, `f64` |
208
209 #### Character and string literals
210
211 ##### Character literals
212
213 A _character literal_ is a single Unicode character enclosed within two
214 `U+0027` (single-quote) characters, with the exception of `U+0027` itself,
215 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`).
216
217 ##### String literals
218
219 A _string literal_ is a sequence of any Unicode characters enclosed within two
220 `U+0022` (double-quote) characters, with the exception of `U+0022` itself,
221 which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`).
222
223 Line-break characters are allowed in string literals. Normally they represent
224 themselves (i.e. no translation), but as a special exception, when an unescaped
225 `U+005C` character (`\`) occurs immediately before the newline (`U+000A`), the
226 `U+005C` character, the newline, and all whitespace at the beginning of the
227 next line are ignored. Thus `a` and `b` are equal:
228
229 ```rust
230 let a = "foobar";
231 let b = "foo\
232          bar";
233
234 assert_eq!(a,b);
235 ```
236
237 ##### Character escapes
238
239 Some additional _escapes_ are available in either character or non-raw string
240 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
241 following forms:
242
243 * An _8-bit code point escape_ starts with `U+0078` (`x`) and is
244   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the Unicode code point
245   equal to the provided hex value.
246 * A _24-bit code point escape_ starts with `U+0075` (`u`) and is followed
247   by up to six _hex digits_ surrounded by braces `U+007B` (`{`) and `U+007D`
248   (`}`). It denotes the Unicode code point equal to the provided hex value.
249 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
250   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the Unicode values `U+000A` (LF),
251   `U+000D` (CR) or `U+0009` (HT) respectively.
252 * The _null escape_ is the character `U+0030` (`0`) and denotes the Unicode
253   value `U+0000` (NUL).
254 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
255   escaped in order to denote *itself*.
256
257 ##### Raw string literals
258
259 Raw string literals do not process any escapes. They start with the character
260 `U+0072` (`r`), followed by zero or more of the character `U+0023` (`#`) and a
261 `U+0022` (double-quote) character. The _raw string body_ can contain any sequence
262 of Unicode characters and is terminated only by another `U+0022` (double-quote)
263 character, followed by the same number of `U+0023` (`#`) characters that preceded
264 the opening `U+0022` (double-quote) character.
265
266 All Unicode characters contained in the raw string body represent themselves,
267 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
268 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
269 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
270
271 Examples for string literals:
272
273 ```
274 "foo"; r"foo";                     // foo
275 "\"foo\""; r#""foo""#;             // "foo"
276
277 "foo #\"# bar";
278 r##"foo #"# bar"##;                // foo #"# bar
279
280 "\x52"; "R"; r"R";                 // R
281 "\\x52"; r"\x52";                  // \x52
282 ```
283
284 #### Byte and byte string literals
285
286 ##### Byte literals
287
288 A _byte literal_ is a single ASCII character (in the `U+0000` to `U+007F`
289 range) or a single _escape_ preceded by the characters `U+0062` (`b`) and
290 `U+0027` (single-quote), and followed by the character `U+0027`. If the character
291 `U+0027` is present within the literal, it must be _escaped_ by a preceding
292 `U+005C` (`\`) character. It is equivalent to a `u8` unsigned 8-bit integer
293 _number literal_.
294
295 ##### Byte string literals
296
297 A non-raw _byte string literal_ is a sequence of ASCII characters and _escapes_,
298 preceded by the characters `U+0062` (`b`) and `U+0022` (double-quote), and
299 followed by the character `U+0022`. If the character `U+0022` is present within
300 the literal, it must be _escaped_ by a preceding `U+005C` (`\`) character.
301 Alternatively, a byte string literal can be a _raw byte string literal_, defined
302 below. A byte string literal of length `n` is equivalent to a `&'static [u8; n]` borrowed fixed-sized array
303 of unsigned 8-bit integers.
304
305 Some additional _escapes_ are available in either byte or non-raw byte string
306 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of the
307 following forms:
308
309 * A _byte escape_ escape starts with `U+0078` (`x`) and is
310   followed by exactly two _hex digits_. It denotes the byte
311   equal to the provided hex value.
312 * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
313   (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the bytes values `0x0A` (ASCII LF),
314   `0x0D` (ASCII CR) or `0x09` (ASCII HT) respectively.
315 * The _null escape_ is the character `U+0030` (`0`) and denotes the byte
316   value `0x00` (ASCII NUL).
317 * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
318   escaped in order to denote its ASCII encoding `0x5C`.
319
320 ##### Raw byte string literals
321
322 Raw byte string literals do not process any escapes. They start with the
323 character `U+0062` (`b`), followed by `U+0072` (`r`), followed by zero or more
324 of the character `U+0023` (`#`), and a `U+0022` (double-quote) character. The
325 _raw string body_ can contain any sequence of ASCII characters and is terminated
326 only by another `U+0022` (double-quote) character, followed by the same number of
327 `U+0023` (`#`) characters that preceded the opening `U+0022` (double-quote)
328 character. A raw byte string literal can not contain any non-ASCII byte.
329
330 All characters contained in the raw string body represent their ASCII encoding,
331 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
332 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
333 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
334
335 Examples for byte string literals:
336
337 ```
338 b"foo"; br"foo";                     // foo
339 b"\"foo\""; br#""foo""#;             // "foo"
340
341 b"foo #\"# bar";
342 br##"foo #"# bar"##;                 // foo #"# bar
343
344 b"\x52"; b"R"; br"R";                // R
345 b"\\x52"; br"\x52";                  // \x52
346 ```
347
348 #### Number literals
349
350 A _number literal_ is either an _integer literal_ or a _floating-point
351 literal_. The grammar for recognizing the two kinds of literals is mixed.
352
353 ##### Integer literals
354
355 An _integer literal_ has one of four forms:
356
357 * A _decimal literal_ starts with a *decimal digit* and continues with any
358   mixture of *decimal digits* and _underscores_.
359 * A _hex literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0078`
360   (`0x`) and continues as any mixture of hex digits and underscores.
361 * An _octal literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+006F`
362   (`0o`) and continues as any mixture of octal digits and underscores.
363 * A _binary literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0062`
364   (`0b`) and continues as any mixture of binary digits and underscores.
365
366 Like any literal, an integer literal may be followed (immediately,
367 without any spaces) by an _integer suffix_, which forcibly sets the
368 type of the literal. The integer suffix must be the name of one of the
369 integral types: `u8`, `i8`, `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64`, `i64`,
370 `isize`, or `usize`.
371
372 The type of an _unsuffixed_ integer literal is determined by type inference:
373
374 * If an integer type can be _uniquely_ determined from the surrounding
375   program context, the unsuffixed integer literal has that type.
376
377 * If the program context under-constrains the type, it defaults to the
378   signed 32-bit integer `i32`.
379
380 * If the program context over-constrains the type, it is considered a
381   static type error.
382
383 Examples of integer literals of various forms:
384
385 ```
386 123i32;                            // type i32
387 123u32;                            // type u32
388 123_u32;                           // type u32
389 0xff_u8;                           // type u8
390 0o70_i16;                          // type i16
391 0b1111_1111_1001_0000_i32;         // type i32
392 0usize;                            // type usize
393 ```
394
395 Note that the Rust syntax considers `-1i8` as an application of the [unary minus
396 operator](#unary-operator-expressions) to an integer literal `1i8`, rather than
397 a single integer literal.
398
399 ##### Floating-point literals
400
401 A _floating-point literal_ has one of two forms:
402
403 * A _decimal literal_ followed by a period character `U+002E` (`.`). This is
404   optionally followed by another decimal literal, with an optional _exponent_.
405 * A single _decimal literal_ followed by an _exponent_.
406
407 Like integer literals, a floating-point literal may be followed by a
408 suffix, so long as the pre-suffix part does not end with `U+002E` (`.`).
409 The suffix forcibly sets the type of the literal. There are two valid
410 _floating-point suffixes_, `f32` and `f64` (the 32-bit and 64-bit floating point
411 types), which explicitly determine the type of the literal.
412
413 The type of an _unsuffixed_ floating-point literal is determined by
414 type inference:
415
416 * If a floating-point type can be _uniquely_ determined from the
417   surrounding program context, the unsuffixed floating-point literal
418   has that type.
419
420 * If the program context under-constrains the type, it defaults to `f64`.
421
422 * If the program context over-constrains the type, it is considered a
423   static type error.
424
425 Examples of floating-point literals of various forms:
426
427 ```
428 123.0f64;        // type f64
429 0.1f64;          // type f64
430 0.1f32;          // type f32
431 12E+99_f64;      // type f64
432 let x: f64 = 2.; // type f64
433 ```
434
435 This last example is different because it is not possible to use the suffix
436 syntax with a floating point literal ending in a period. `2.f64` would attempt
437 to call a method named `f64` on `2`.
438
439 The representation semantics of floating-point numbers are described in
440 ["Machine Types"](#machine-types).
441
442 #### Boolean literals
443
444 The two values of the boolean type are written `true` and `false`.
445
446 ### Symbols
447
448 Symbols are a general class of printable [tokens](#tokens) that play structural
449 roles in a variety of grammar productions. They are a
450 set of remaining miscellaneous printable tokens that do not
451 otherwise appear as [unary operators](#unary-operator-expressions), [binary
452 operators](#binary-operator-expressions), or [keywords][keywords].
453 They are catalogued in [the Symbols section][symbols] of the Grammar document.
454
455 [symbols]: grammar.html#symbols
456
457
458 ## Paths
459
460 A _path_ is a sequence of one or more path components _logically_ separated by
461 a namespace qualifier (`::`). If a path consists of only one component, it may
462 refer to either an [item](#items) or a [variable](#variables) in a local control
463 scope. If a path has multiple components, it refers to an item.
464
465 Every item has a _canonical path_ within its crate, but the path naming an item
466 is only meaningful within a given crate. There is no global namespace across
467 crates; an item's canonical path merely identifies it within the crate.
468
469 Two examples of simple paths consisting of only identifier components:
470
471 ```{.ignore}
472 x;
473 x::y::z;
474 ```
475
476 Path components are usually [identifiers](#identifiers), but they may
477 also include angle-bracket-enclosed lists of type arguments. In
478 [expression](#expressions) context, the type argument list is given
479 after a `::` namespace qualifier in order to disambiguate it from a
480 relational expression involving the less-than symbol (`<`). In type
481 expression context, the final namespace qualifier is omitted.
482
483 Two examples of paths with type arguments:
484
485 ```
486 # struct HashMap<K, V>(K,V);
487 # fn f() {
488 # fn id<T>(t: T) -> T { t }
489 type T = HashMap<i32,String>; // Type arguments used in a type expression
490 let x  = id::<i32>(10);       // Type arguments used in a call expression
491 # }
492 ```
493
494 Paths can be denoted with various leading qualifiers to change the meaning of
495 how it is resolved:
496
497 * Paths starting with `::` are considered to be global paths where the
498   components of the path start being resolved from the crate root. Each
499   identifier in the path must resolve to an item.
500
501 ```rust
502 mod a {
503     pub fn foo() {}
504 }
505 mod b {
506     pub fn foo() {
507         ::a::foo(); // call a's foo function
508     }
509 }
510 # fn main() {}
511 ```
512
513 * Paths starting with the keyword `super` begin resolution relative to the
514   parent module. Each further identifier must resolve to an item.
515
516 ```rust
517 mod a {
518     pub fn foo() {}
519 }
520 mod b {
521     pub fn foo() {
522         super::a::foo(); // call a's foo function
523     }
524 }
525 # fn main() {}
526 ```
527
528 * Paths starting with the keyword `self` begin resolution relative to the
529   current module. Each further identifier must resolve to an item.
530
531 ```rust
532 fn foo() {}
533 fn bar() {
534     self::foo();
535 }
536 # fn main() {}
537 ```
538
539 Additionally keyword `super` may be repeated several times after the first
540 `super` or `self` to refer to ancestor modules.
541
542 ```rust
543 mod a {
544     fn foo() {}
545
546     mod b {
547         mod c {
548             fn foo() {
549                 super::super::foo(); // call a's foo function
550                 self::super::super::foo(); // call a's foo function
551             }
552         }
553     }
554 }
555 # fn main() {}
556 ```
557
558 # Macros
559
560 A number of minor features of Rust are not central enough to have their own
561 syntax, and yet are not implementable as functions. Instead, they are given
562 names, and invoked through a consistent syntax: `some_extension!(...)`.
563
564 Users of `rustc` can define new macros in two ways:
565
566 * [Macros](book/macros.html) define new syntax in a higher-level,
567   declarative way.
568 * [Procedural Macros][procedural macros] can be used to implement custom derive.
569
570 And one unstable way: [compiler plugins][plugin].
571
572 ## Macros
573
574 `macro_rules` allows users to define syntax extension in a declarative way.  We
575 call such extensions "macros by example" or simply "macros".
576
577 Currently, macros can expand to expressions, statements, items, or patterns.
578
579 (A `sep_token` is any token other than `*` and `+`. A `non_special_token` is
580 any token other than a delimiter or `$`.)
581
582 The macro expander looks up macro invocations by name, and tries each macro
583 rule in turn. It transcribes the first successful match. Matching and
584 transcription are closely related to each other, and we will describe them
585 together.
586
587 ### Macro By Example
588
589 The macro expander matches and transcribes every token that does not begin with
590 a `$` literally, including delimiters. For parsing reasons, delimiters must be
591 balanced, but they are otherwise not special.
592
593 In the matcher, `$` _name_ `:` _designator_ matches the nonterminal in the Rust
594 syntax named by _designator_. Valid designators are:
595
596 * `item`: an [item](#items)
597 * `block`: a [block](#block-expressions)
598 * `stmt`: a [statement](#statements)
599 * `pat`: a [pattern](#match-expressions)
600 * `expr`: an [expression](#expressions)
601 * `ty`: a [type](#types)
602 * `ident`: an [identifier](#identifiers)
603 * `path`: a [path](#paths)
604 * `tt`: a token tree (a single [token](#tokens) or a sequence of token trees surrounded
605   by matching `()`, `[]`, or `{}`)
606 * `meta`: the contents of an [attribute](#attributes)
607
608 In the transcriber, the
609 designator is already known, and so only the name of a matched nonterminal comes
610 after the dollar sign.
611
612 In both the matcher and transcriber, the Kleene star-like operator indicates
613 repetition. The Kleene star operator consists of `$` and parentheses, optionally
614 followed by a separator token, followed by `*` or `+`. `*` means zero or more
615 repetitions, `+` means at least one repetition. The parentheses are not matched or
616 transcribed. On the matcher side, a name is bound to _all_ of the names it
617 matches, in a structure that mimics the structure of the repetition encountered
618 on a successful match. The job of the transcriber is to sort that structure
619 out.
620
621 The rules for transcription of these repetitions are called "Macro By Example".
622 Essentially, one "layer" of repetition is discharged at a time, and all of them
623 must be discharged by the time a name is transcribed. Therefore, `( $( $i:ident
624 ),* ) => ( $i )` is an invalid macro, but `( $( $i:ident ),* ) => ( $( $i:ident
625 ),*  )` is acceptable (if trivial).
626
627 When Macro By Example encounters a repetition, it examines all of the `$`
628 _name_ s that occur in its body. At the "current layer", they all must repeat
629 the same number of times, so ` ( $( $i:ident ),* ; $( $j:ident ),* ) => ( $(
630 ($i,$j) ),* )` is valid if given the argument `(a,b,c ; d,e,f)`, but not
631 `(a,b,c ; d,e)`. The repetition walks through the choices at that layer in
632 lockstep, so the former input transcribes to `(a,d), (b,e), (c,f)`.
633
634 Nested repetitions are allowed.
635
636 ### Parsing limitations
637
638 The parser used by the macro system is reasonably powerful, but the parsing of
639 Rust syntax is restricted in two ways:
640
641 1. Macro definitions are required to include suitable separators after parsing
642    expressions and other bits of the Rust grammar. This implies that
643    a macro definition like `$i:expr [ , ]` is not legal, because `[` could be part
644    of an expression. A macro definition like `$i:expr,` or `$i:expr;` would be legal,
645    however, because `,` and `;` are legal separators. See [RFC 550] for more information.
646 2. The parser must have eliminated all ambiguity by the time it reaches a `$`
647    _name_ `:` _designator_. This requirement most often affects name-designator
648    pairs when they occur at the beginning of, or immediately after, a `$(...)*`;
649    requiring a distinctive token in front can solve the problem.
650
651 [RFC 550]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0550-macro-future-proofing.md
652
653 ## Procedural Macros
654
655 "Procedural macros" are the second way to implement a macro. For now, the only
656 thing they can be used for is to implement derive on your own types. See
657 [the book][procedural macros] for a tutorial.
658
659 Procedural macros involve a few different parts of the language and its
660 standard libraries. First is the `proc_macro` crate, included with Rust,
661 that defines an interface for building a procedural macro. The
662 `#[proc_macro_derive(Foo)]` attribute is used to mark the deriving
663 function. This function must have the type signature:
664
665 ```rust,ignore
666 use proc_macro::TokenStream;
667
668 #[proc_macro_derive(Hello)]
669 pub fn hello_world(input: TokenStream) -> TokenStream
670 ```
671
672 Finally, procedural macros must be in their own crate, with the `proc-macro`
673 crate type.
674
675 # Crates and source files
676
677 Although Rust, like any other language, can be implemented by an interpreter as
678 well as a compiler, the only existing implementation is a compiler,
679 and the language has
680 always been designed to be compiled. For these reasons, this section assumes a
681 compiler.
682
683 Rust's semantics obey a *phase distinction* between compile-time and
684 run-time.[^phase-distinction] Semantic rules that have a *static
685 interpretation* govern the success or failure of compilation, while
686 semantic rules
687 that have a *dynamic interpretation* govern the behavior of the program at
688 run-time.
689
690 [^phase-distinction]: This distinction would also exist in an interpreter.
691     Static checks like syntactic analysis, type checking, and lints should
692     happen before the program is executed regardless of when it is executed.
693
694 The compilation model centers on artifacts called _crates_. Each compilation
695 processes a single crate in source form, and if successful, produces a single
696 crate in binary form: either an executable or some sort of
697 library.[^cratesourcefile]
698
699 [^cratesourcefile]: A crate is somewhat analogous to an *assembly* in the
700     ECMA-335 CLI model, a *library* in the SML/NJ Compilation Manager, a *unit*
701     in the Owens and Flatt module system, or a *configuration* in Mesa.
702
703 A _crate_ is a unit of compilation and linking, as well as versioning,
704 distribution and runtime loading. A crate contains a _tree_ of nested
705 [module](#modules) scopes. The top level of this tree is a module that is
706 anonymous (from the point of view of paths within the module) and any item
707 within a crate has a canonical [module path](#paths) denoting its location
708 within the crate's module tree.
709
710 The Rust compiler is always invoked with a single source file as input, and
711 always produces a single output crate. The processing of that source file may
712 result in other source files being loaded as modules. Source files have the
713 extension `.rs`.
714
715 A Rust source file describes a module, the name and location of which &mdash;
716 in the module tree of the current crate &mdash; are defined from outside the
717 source file: either by an explicit `mod_item` in a referencing source file, or
718 by the name of the crate itself. Every source file is a module, but not every
719 module needs its own source file: [module definitions](#modules) can be nested
720 within one file.
721
722 Each source file contains a sequence of zero or more `item` definitions, and
723 may optionally begin with any number of [attributes](#items-and-attributes)
724 that apply to the containing module, most of which influence the behavior of
725 the compiler. The anonymous crate module can have additional attributes that
726 apply to the crate as a whole.
727
728 ```no_run
729 // Specify the crate name.
730 #![crate_name = "projx"]
731
732 // Specify the type of output artifact.
733 #![crate_type = "lib"]
734
735 // Turn on a warning.
736 // This can be done in any module, not just the anonymous crate module.
737 #![warn(non_camel_case_types)]
738 ```
739
740 A crate that contains a `main` function can be compiled to an executable. If a
741 `main` function is present, its return type must be `()`
742 ("[unit](#tuple-types)") and it must take no arguments.
743
744 # Items and attributes
745
746 Crates contain [items](#items), each of which may have some number of
747 [attributes](#attributes) attached to it.
748
749 ## Items
750
751 An _item_ is a component of a crate. Items are organized within a crate by a
752 nested set of [modules](#modules). Every crate has a single "outermost"
753 anonymous module; all further items within the crate have [paths](#paths)
754 within the module tree of the crate.
755
756 Items are entirely determined at compile-time, generally remain fixed during
757 execution, and may reside in read-only memory.
758
759 There are several kinds of item:
760
761 * [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations)
762 * [`use` declarations](#use-declarations)
763 * [modules](#modules)
764 * [function definitions](#functions)
765 * [`extern` blocks](#external-blocks)
766 * [type definitions](grammar.html#type-definitions)
767 * [struct definitions](#structs)
768 * [enumeration definitions](#enumerations)
769 * [constant items](#constant-items)
770 * [static items](#static-items)
771 * [trait definitions](#traits)
772 * [implementations](#implementations)
773
774 Some items form an implicit scope for the declaration of sub-items. In other
775 words, within a function or module, declarations of items can (in many cases)
776 be mixed with the statements, control blocks, and similar artifacts that
777 otherwise compose the item body. The meaning of these scoped items is the same
778 as if the item was declared outside the scope &mdash; it is still a static item
779 &mdash; except that the item's *path name* within the module namespace is
780 qualified by the name of the enclosing item, or is private to the enclosing
781 item (in the case of functions). The grammar specifies the exact locations in
782 which sub-item declarations may appear.
783
784 ### Type Parameters
785
786 All items except modules, constants and statics may be *parameterized* by type.
787 Type parameters are given as a comma-separated list of identifiers enclosed in
788 angle brackets (`<...>`), after the name of the item and before its definition.
789 The type parameters of an item are considered "part of the name", not part of
790 the type of the item. A referencing [path](#paths) must (in principle) provide
791 type arguments as a list of comma-separated types enclosed within angle
792 brackets, in order to refer to the type-parameterized item. In practice, the
793 type-inference system can usually infer such argument types from context. There
794 are no general type-parametric types, only type-parametric items. That is, Rust
795 has no notion of type abstraction: there are no higher-ranked (or "forall") types
796 abstracted over other types, though higher-ranked types do exist for lifetimes.
797
798 ### Modules
799
800 A module is a container for zero or more [items](#items).
801
802 A _module item_ is a module, surrounded in braces, named, and prefixed with the
803 keyword `mod`. A module item introduces a new, named module into the tree of
804 modules making up a crate. Modules can nest arbitrarily.
805
806 An example of a module:
807
808 ```
809 mod math {
810     type Complex = (f64, f64);
811     fn sin(f: f64) -> f64 {
812         /* ... */
813 # panic!();
814     }
815     fn cos(f: f64) -> f64 {
816         /* ... */
817 # panic!();
818     }
819     fn tan(f: f64) -> f64 {
820         /* ... */
821 # panic!();
822     }
823 }
824 ```
825
826 Modules and types share the same namespace. Declaring a named type with
827 the same name as a module in scope is forbidden: that is, a type definition,
828 trait, struct, enumeration, or type parameter can't shadow the name of a module
829 in scope, or vice versa.
830
831 A module without a body is loaded from an external file, by default with the
832 same name as the module, plus the `.rs` extension. When a nested submodule is
833 loaded from an external file, it is loaded from a subdirectory path that
834 mirrors the module hierarchy.
835
836 ```{.ignore}
837 // Load the `vec` module from `vec.rs`
838 mod vec;
839
840 mod thread {
841     // Load the `local_data` module from `thread/local_data.rs`
842     // or `thread/local_data/mod.rs`.
843     mod local_data;
844 }
845 ```
846
847 The directories and files used for loading external file modules can be
848 influenced with the `path` attribute.
849
850 ```{.ignore}
851 #[path = "thread_files"]
852 mod thread {
853     // Load the `local_data` module from `thread_files/tls.rs`
854     #[path = "tls.rs"]
855     mod local_data;
856 }
857 ```
858
859 #### Extern crate declarations
860
861 An _`extern crate` declaration_ specifies a dependency on an external crate.
862 The external crate is then bound into the declaring scope as the `ident`
863 provided in the `extern_crate_decl`.
864
865 The external crate is resolved to a specific `soname` at compile time, and a
866 runtime linkage requirement to that `soname` is passed to the linker for
867 loading at runtime. The `soname` is resolved at compile time by scanning the
868 compiler's library path and matching the optional `crateid` provided against
869 the `crateid` attributes that were declared on the external crate when it was
870 compiled. If no `crateid` is provided, a default `name` attribute is assumed,
871 equal to the `ident` given in the `extern_crate_decl`.
872
873 Three examples of `extern crate` declarations:
874
875 ```{.ignore}
876 extern crate pcre;
877
878 extern crate std; // equivalent to: extern crate std as std;
879
880 extern crate std as ruststd; // linking to 'std' under another name
881 ```
882
883 When naming Rust crates, hyphens are disallowed. However, Cargo packages may
884 make use of them. In such case, when `Cargo.toml` doesn't specify a crate name,
885 Cargo will transparently replace `-` with `_` (Refer to [RFC 940] for more
886 details).
887
888 Here is an example:
889
890 ```{.ignore}
891 // Importing the Cargo package hello-world
892 extern crate hello_world; // hyphen replaced with an underscore
893 ```
894
895 [RFC 940]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0940-hyphens-considered-harmful.md
896
897 #### Use declarations
898
899 A _use declaration_ creates one or more local name bindings synonymous with
900 some other [path](#paths). Usually a `use` declaration is used to shorten the
901 path required to refer to a module item. These declarations may appear in
902 [modules](#modules) and [blocks](grammar.html#block-expressions), usually at the top.
903
904 > **Note**: Unlike in many languages,
905 > `use` declarations in Rust do *not* declare linkage dependency with external crates.
906 > Rather, [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations) declare linkage dependencies.
907
908 Use declarations support a number of convenient shortcuts:
909
910 * Rebinding the target name as a new local name, using the syntax `use p::q::r as x;`
911 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element,
912   using the glob-like brace syntax `use a::b::{c,d,e,f};`
913 * Binding all paths matching a given prefix, using the asterisk wildcard syntax
914   `use a::b::*;`
915 * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element
916   and their immediate parent module, using the `self` keyword, such as
917   `use a::b::{self, c, d};`
918
919 An example of `use` declarations:
920
921 ```rust
922 use std::option::Option::{Some, None};
923 use std::collections::hash_map::{self, HashMap};
924
925 fn foo<T>(_: T){}
926 fn bar(map1: HashMap<String, usize>, map2: hash_map::HashMap<String, usize>){}
927
928 fn main() {
929     // Equivalent to 'foo(vec![std::option::Option::Some(1.0f64),
930     // std::option::Option::None]);'
931     foo(vec![Some(1.0f64), None]);
932
933     // Both `hash_map` and `HashMap` are in scope.
934     let map1 = HashMap::new();
935     let map2 = hash_map::HashMap::new();
936     bar(map1, map2);
937 }
938 ```
939
940 Like items, `use` declarations are private to the containing module, by
941 default. Also like items, a `use` declaration can be public, if qualified by
942 the `pub` keyword. Such a `use` declaration serves to _re-export_ a name. A
943 public `use` declaration can therefore _redirect_ some public name to a
944 different target definition: even a definition with a private canonical path,
945 inside a different module. If a sequence of such redirections form a cycle or
946 cannot be resolved unambiguously, they represent a compile-time error.
947
948 An example of re-exporting:
949
950 ```
951 # fn main() { }
952 mod quux {
953     pub use quux::foo::{bar, baz};
954
955     pub mod foo {
956         pub fn bar() { }
957         pub fn baz() { }
958     }
959 }
960 ```
961
962 In this example, the module `quux` re-exports two public names defined in
963 `foo`.
964
965 Also note that the paths contained in `use` items are relative to the crate
966 root. So, in the previous example, the `use` refers to `quux::foo::{bar,
967 baz}`, and not simply to `foo::{bar, baz}`. This also means that top-level
968 module declarations should be at the crate root if direct usage of the declared
969 modules within `use` items is desired. It is also possible to use `self` and
970 `super` at the beginning of a `use` item to refer to the current and direct
971 parent modules respectively. All rules regarding accessing declared modules in
972 `use` declarations apply to both module declarations and `extern crate`
973 declarations.
974
975 An example of what will and will not work for `use` items:
976
977 ```
978 # #![allow(unused_imports)]
979 use foo::baz::foobaz;    // good: foo is at the root of the crate
980
981 mod foo {
982
983     mod example {
984         pub mod iter {}
985     }
986
987     use foo::example::iter; // good: foo is at crate root
988 //  use example::iter;      // bad:  example is not at the crate root
989     use self::baz::foobaz;  // good: self refers to module 'foo'
990     use foo::bar::foobar;   // good: foo is at crate root
991
992     pub mod bar {
993         pub fn foobar() { }
994     }
995
996     pub mod baz {
997         use super::bar::foobar; // good: super refers to module 'foo'
998         pub fn foobaz() { }
999     }
1000 }
1001
1002 fn main() {}
1003 ```
1004
1005 ### Functions
1006
1007 A _function item_ defines a sequence of [statements](#statements) and a
1008 final [expression](#expressions), along with a name and a set of
1009 parameters. Other than a name, all these are optional.
1010 Functions are declared with the keyword `fn`. Functions may declare a
1011 set of *input* [*variables*](#variables) as parameters, through which the caller
1012 passes arguments into the function, and the *output* [*type*](#types)
1013 of the value the function will return to its caller on completion.
1014
1015 A function may also be copied into a first-class *value*, in which case the
1016 value has the corresponding [*function type*](#function-types), and can be used
1017 otherwise exactly as a function item (with a minor additional cost of calling
1018 the function indirectly).
1019
1020 Every control path in a function logically ends with a `return` expression or a
1021 diverging expression. If the outermost block of a function has a
1022 value-producing expression in its final-expression position, that expression is
1023 interpreted as an implicit `return` expression applied to the final-expression.
1024
1025 An example of a function:
1026
1027 ```
1028 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
1029     x + y
1030 }
1031 ```
1032
1033 As with `let` bindings, function arguments are irrefutable patterns, so any
1034 pattern that is valid in a let binding is also valid as an argument.
1035
1036 ```
1037 fn first((value, _): (i32, i32)) -> i32 { value }
1038 ```
1039
1040
1041 #### Generic functions
1042
1043 A _generic function_ allows one or more _parameterized types_ to appear in its
1044 signature. Each type parameter must be explicitly declared in an
1045 angle-bracket-enclosed and comma-separated list, following the function name.
1046
1047 ```rust,ignore
1048 // foo is generic over A and B
1049
1050 fn foo<A, B>(x: A, y: B) {
1051 ```
1052
1053 Inside the function signature and body, the name of the type parameter can be
1054 used as a type name. [Trait](#traits) bounds can be specified for type parameters
1055 to allow methods with that trait to be called on values of that type. This is
1056 specified using the `where` syntax:
1057
1058 ```rust,ignore
1059 fn foo<T>(x: T) where T: Debug {
1060 ```
1061
1062 When a generic function is referenced, its type is instantiated based on the
1063 context of the reference. For example, calling the `foo` function here:
1064
1065 ```
1066 use std::fmt::Debug;
1067
1068 fn foo<T>(x: &[T]) where T: Debug {
1069     // details elided
1070     # ()
1071 }
1072
1073 foo(&[1, 2]);
1074 ```
1075
1076 will instantiate type parameter `T` with `i32`.
1077
1078 The type parameters can also be explicitly supplied in a trailing
1079 [path](#paths) component after the function name. This might be necessary if
1080 there is not sufficient context to determine the type parameters. For example,
1081 `mem::size_of::<u32>() == 4`.
1082
1083 #### Diverging functions
1084
1085 A special kind of function can be declared with a `!` character where the
1086 output type would normally be. For example:
1087
1088 ```
1089 fn my_err(s: &str) -> ! {
1090     println!("{}", s);
1091     panic!();
1092 }
1093 ```
1094
1095 We call such functions "diverging" because they never return a value to the
1096 caller. Every control path in a diverging function must end with a `panic!()` or
1097 a call to another diverging function on every control path. The `!` annotation
1098 does *not* denote a type.
1099
1100 It might be necessary to declare a diverging function because as mentioned
1101 previously, the typechecker checks that every control path in a function ends
1102 with a [`return`](#return-expressions) or diverging expression. So, if `my_err`
1103 were declared without the `!` annotation, the following code would not
1104 typecheck:
1105
1106 ```
1107 # fn my_err(s: &str) -> ! { panic!() }
1108
1109 fn f(i: i32) -> i32 {
1110     if i == 42 {
1111         return 42;
1112     }
1113     else {
1114         my_err("Bad number!");
1115     }
1116 }
1117 ```
1118
1119 This will not compile without the `!` annotation on `my_err`, since the `else`
1120 branch of the conditional in `f` does not return an `i32`, as required by the
1121 signature of `f`. Adding the `!` annotation to `my_err` informs the
1122 typechecker that, should control ever enter `my_err`, no further type judgments
1123 about `f` need to hold, since control will never resume in any context that
1124 relies on those judgments. Thus the return type on `f` only needs to reflect
1125 the `if` branch of the conditional.
1126
1127 #### Extern functions
1128
1129 Extern functions are part of Rust's foreign function interface, providing the
1130 opposite functionality to [external blocks](#external-blocks). Whereas
1131 external blocks allow Rust code to call foreign code, extern functions with
1132 bodies defined in Rust code _can be called by foreign code_. They are defined
1133 in the same way as any other Rust function, except that they have the `extern`
1134 modifier.
1135
1136 ```
1137 // Declares an extern fn, the ABI defaults to "C"
1138 extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1139
1140 // Declares an extern fn with "stdcall" ABI
1141 extern "stdcall" fn new_i32_stdcall() -> i32 { 0 }
1142 ```
1143
1144 Unlike normal functions, extern fns have type `extern "ABI" fn()`. This is the
1145 same type as the functions declared in an extern block.
1146
1147 ```
1148 # extern fn new_i32() -> i32 { 0 }
1149 let fptr: extern "C" fn() -> i32 = new_i32;
1150 ```
1151
1152 Extern functions may be called directly from Rust code as Rust uses large,
1153 contiguous stack segments like C.
1154
1155 ### Type aliases
1156
1157 A _type alias_ defines a new name for an existing [type](#types). Type
1158 aliases are declared with the keyword `type`. Every value has a single,
1159 specific type, but may implement several different traits, or be compatible with
1160 several different type constraints.
1161
1162 For example, the following defines the type `Point` as a synonym for the type
1163 `(u8, u8)`, the type of pairs of unsigned 8 bit integers:
1164
1165 ```
1166 type Point = (u8, u8);
1167 let p: Point = (41, 68);
1168 ```
1169
1170 Currently a type alias to an enum type cannot be used to qualify the
1171 constructors:
1172
1173 ```
1174 enum E { A }
1175 type F = E;
1176 let _: F = E::A;  // OK
1177 // let _: F = F::A;  // Doesn't work
1178 ```
1179
1180 ### Structs
1181
1182 A _struct_ is a nominal [struct type](#struct-types) defined with the
1183 keyword `struct`.
1184
1185 An example of a `struct` item and its use:
1186
1187 ```
1188 struct Point {x: i32, y: i32}
1189 let p = Point {x: 10, y: 11};
1190 let px: i32 = p.x;
1191 ```
1192
1193 A _tuple struct_ is a nominal [tuple type](#tuple-types), also defined with
1194 the keyword `struct`. For example:
1195
1196 ```
1197 struct Point(i32, i32);
1198 let p = Point(10, 11);
1199 let px: i32 = match p { Point(x, _) => x };
1200 ```
1201
1202 A _unit-like struct_ is a struct without any fields, defined by leaving off
1203 the list of fields entirely. Such a struct implicitly defines a constant of
1204 its type with the same name. For example:
1205
1206 ```
1207 struct Cookie;
1208 let c = [Cookie, Cookie {}, Cookie, Cookie {}];
1209 ```
1210
1211 is equivalent to
1212
1213 ```
1214 struct Cookie {}
1215 const Cookie: Cookie = Cookie {};
1216 let c = [Cookie, Cookie {}, Cookie, Cookie {}];
1217 ```
1218
1219 The precise memory layout of a struct is not specified. One can specify a
1220 particular layout using the [`repr` attribute](#ffi-attributes).
1221
1222 ### Enumerations
1223
1224 An _enumeration_ is a simultaneous definition of a nominal [enumerated
1225 type](#enumerated-types) as well as a set of *constructors*, that can be used
1226 to create or pattern-match values of the corresponding enumerated type.
1227
1228 Enumerations are declared with the keyword `enum`.
1229
1230 An example of an `enum` item and its use:
1231
1232 ```
1233 enum Animal {
1234     Dog,
1235     Cat,
1236 }
1237
1238 let mut a: Animal = Animal::Dog;
1239 a = Animal::Cat;
1240 ```
1241
1242 Enumeration constructors can have either named or unnamed fields:
1243
1244 ```rust
1245 enum Animal {
1246     Dog (String, f64),
1247     Cat { name: String, weight: f64 },
1248 }
1249
1250 let mut a: Animal = Animal::Dog("Cocoa".to_string(), 37.2);
1251 a = Animal::Cat { name: "Spotty".to_string(), weight: 2.7 };
1252 ```
1253
1254 In this example, `Cat` is a _struct-like enum variant_,
1255 whereas `Dog` is simply called an enum variant.
1256
1257 Each enum value has a _discriminant_ which is an integer associated to it. You
1258 can specify it explicitly:
1259
1260 ```
1261 enum Foo {
1262     Bar = 123,
1263 }
1264 ```
1265
1266 The right hand side of the specification is interpreted as an `isize` value,
1267 but the compiler is allowed to use a smaller type in the actual memory layout.
1268 The [`repr` attribute](#ffi-attributes) can be added in order to change
1269 the type of the right hand side and specify the memory layout.
1270
1271 If a discriminant isn't specified, they start at zero, and add one for each
1272 variant, in order.
1273
1274 You can cast an enum to get its discriminant:
1275
1276 ```
1277 # enum Foo { Bar = 123 }
1278 let x = Foo::Bar as u32; // x is now 123u32
1279 ```
1280
1281 This only works as long as none of the variants have data attached. If
1282 it were `Bar(i32)`, this is disallowed.
1283
1284 ### Constant items
1285
1286 A *constant item* is a named _constant value_ which is not associated with a
1287 specific memory location in the program. Constants are essentially inlined
1288 wherever they are used, meaning that they are copied directly into the relevant
1289 context when used. References to the same constant are not necessarily
1290 guaranteed to refer to the same memory address.
1291
1292 Constant values must not have destructors, and otherwise permit most forms of
1293 data. Constants may refer to the address of other constants, in which case the
1294 address will have elided lifetimes where applicable, otherwise – in most cases –
1295 defaulting to the `static` lifetime. (See below on [static lifetime elision].)
1296 The compiler is, however, still at liberty to translate the constant many times,
1297 so the address referred to may not be stable.
1298
1299 [static lifetime elision]: #static-lifetime-elision
1300
1301 Constants must be explicitly typed. The type may be `bool`, `char`, a number, or
1302 a type derived from those primitive types. The derived types are references with
1303 the `static` lifetime, fixed-size arrays, tuples, enum variants, and structs.
1304
1305 ```rust
1306 const BIT1: u32 = 1 << 0;
1307 const BIT2: u32 = 1 << 1;
1308
1309 const BITS: [u32; 2] = [BIT1, BIT2];
1310 const STRING: &'static str = "bitstring";
1311
1312 struct BitsNStrings<'a> {
1313     mybits: [u32; 2],
1314     mystring: &'a str,
1315 }
1316
1317 const BITS_N_STRINGS: BitsNStrings<'static> = BitsNStrings {
1318     mybits: BITS,
1319     mystring: STRING,
1320 };
1321 ```
1322
1323
1324
1325 ### Static items
1326
1327 A *static item* is similar to a *constant*, except that it represents a precise
1328 memory location in the program. A static is never "inlined" at the usage site,
1329 and all references to it refer to the same memory location. Static items have
1330 the `static` lifetime, which outlives all other lifetimes in a Rust program.
1331 Static items may be placed in read-only memory if they do not contain any
1332 interior mutability.
1333
1334 Statics may contain interior mutability through the `UnsafeCell` language item.
1335 All access to a static is safe, but there are a number of restrictions on
1336 statics:
1337
1338 * Statics may not contain any destructors.
1339 * The types of static values must ascribe to `Sync` to allow thread-safe access.
1340 * Statics may not refer to other statics by value, only by reference.
1341 * Constants cannot refer to statics.
1342
1343 Constants should in general be preferred over statics, unless large amounts of
1344 data are being stored, or single-address and mutability properties are required.
1345
1346 #### Mutable statics
1347
1348 If a static item is declared with the `mut` keyword, then it is allowed to
1349 be modified by the program. One of Rust's goals is to make concurrency bugs
1350 hard to run into, and this is obviously a very large source of race conditions
1351 or other bugs. For this reason, an `unsafe` block is required when either
1352 reading or writing a mutable static variable. Care should be taken to ensure
1353 that modifications to a mutable static are safe with respect to other threads
1354 running in the same process.
1355
1356 Mutable statics are still very useful, however. They can be used with C
1357 libraries and can also be bound from C libraries (in an `extern` block).
1358
1359 ```rust
1360 # fn atomic_add(_: &mut u32, _: u32) -> u32 { 2 }
1361
1362 static mut LEVELS: u32 = 0;
1363
1364 // This violates the idea of no shared state, and this doesn't internally
1365 // protect against races, so this function is `unsafe`
1366 unsafe fn bump_levels_unsafe1() -> u32 {
1367     let ret = LEVELS;
1368     LEVELS += 1;
1369     return ret;
1370 }
1371
1372 // Assuming that we have an atomic_add function which returns the old value,
1373 // this function is "safe" but the meaning of the return value may not be what
1374 // callers expect, so it's still marked as `unsafe`
1375 unsafe fn bump_levels_unsafe2() -> u32 {
1376     return atomic_add(&mut LEVELS, 1);
1377 }
1378 ```
1379
1380 Mutable statics have the same restrictions as normal statics, except that the
1381 type of the value is not required to ascribe to `Sync`.
1382
1383 #### `'static` lifetime elision
1384
1385 [Unstable] Both constant and static declarations of reference types have
1386 *implicit* `'static` lifetimes unless an explicit lifetime is specified. As
1387 such, the constant declarations involving `'static` above may be written
1388 without the lifetimes. Returning to our previous example:
1389
1390 ```rust
1391 # #![feature(static_in_const)]
1392 const BIT1: u32 = 1 << 0;
1393 const BIT2: u32 = 1 << 1;
1394
1395 const BITS: [u32; 2] = [BIT1, BIT2];
1396 const STRING: &str = "bitstring";
1397
1398 struct BitsNStrings<'a> {
1399     mybits: [u32; 2],
1400     mystring: &'a str,
1401 }
1402
1403 const BITS_N_STRINGS: BitsNStrings = BitsNStrings {
1404     mybits: BITS,
1405     mystring: STRING,
1406 };
1407 ```
1408
1409 Note that if the `static` or `const` items include function or closure
1410 references, which themselves include references, the compiler will first try the
1411 standard elision rules ([see discussion in the nomicon][elision-nomicon]). If it
1412 is unable to resolve the lifetimes by its usual rules, it will default to using
1413 the `'static` lifetime. By way of example:
1414
1415 [elision-nomicon]: https://doc.rust-lang.org/nomicon/lifetime-elision.html
1416
1417 ```rust,ignore
1418 // Resolved as `fn<'a>(&'a str) -> &'a str`.
1419 const RESOLVED_SINGLE: fn(&str) -> &str = ..
1420
1421 // Resolved as `Fn<'a, 'b, 'c>(&'a Foo, &'b Bar, &'c Baz) -> usize`.
1422 const RESOLVED_MULTIPLE: Fn(&Foo, &Bar, &Baz) -> usize = ..
1423
1424 // There is insufficient information to bound the return reference lifetime
1425 // relative to the argument lifetimes, so the signature is resolved as
1426 // `Fn(&'static Foo, &'static Bar) -> &'static Baz`.
1427 const RESOLVED_STATIC: Fn(&Foo, &Bar) -> &Baz = ..
1428 ```
1429
1430 ### Traits
1431
1432 A _trait_ describes an abstract interface that types can
1433 implement. This interface consists of associated items, which come in
1434 three varieties:
1435
1436 - functions
1437 - constants
1438 - types
1439
1440 Associated functions whose first parameter is named `self` are called
1441 methods and may be invoked using `.` notation (e.g., `x.foo()`).
1442
1443 All traits define an implicit type parameter `Self` that refers to
1444 "the type that is implementing this interface". Traits may also
1445 contain additional type parameters. These type parameters (including
1446 `Self`) may be constrained by other traits and so forth as usual.
1447
1448 Trait bounds on `Self` are considered "supertraits". These are
1449 required to be acyclic.  Supertraits are somewhat different from other
1450 constraints in that they affect what methods are available in the
1451 vtable when the trait is used as a [trait object](#trait-objects).
1452
1453 Traits are implemented for specific types through separate
1454 [implementations](#implementations).
1455
1456 Consider the following trait:
1457
1458 ```
1459 # type Surface = i32;
1460 # type BoundingBox = i32;
1461 trait Shape {
1462     fn draw(&self, Surface);
1463     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox;
1464 }
1465 ```
1466
1467 This defines a trait with two methods. All values that have
1468 [implementations](#implementations) of this trait in scope can have their
1469 `draw` and `bounding_box` methods called, using `value.bounding_box()`
1470 [syntax](#method-call-expressions).
1471
1472 Traits can include default implementations of methods, as in:
1473
1474 ```
1475 trait Foo {
1476     fn bar(&self);
1477     fn baz(&self) { println!("We called baz."); }
1478 }
1479 ```
1480
1481 Here the `baz` method has a default implementation, so types that implement
1482 `Foo` need only implement `bar`. It is also possible for implementing types
1483 to override a method that has a default implementation.
1484
1485 Type parameters can be specified for a trait to make it generic. These appear
1486 after the trait name, using the same syntax used in [generic
1487 functions](#generic-functions).
1488
1489 ```
1490 trait Seq<T> {
1491     fn len(&self) -> u32;
1492     fn elt_at(&self, n: u32) -> T;
1493     fn iter<F>(&self, F) where F: Fn(T);
1494 }
1495 ```
1496
1497 It is also possible to define associated types for a trait. Consider the
1498 following example of a `Container` trait. Notice how the type is available
1499 for use in the method signatures:
1500
1501 ```
1502 trait Container {
1503     type E;
1504     fn empty() -> Self;
1505     fn insert(&mut self, Self::E);
1506 }
1507 ```
1508
1509 In order for a type to implement this trait, it must not only provide
1510 implementations for every method, but it must specify the type `E`. Here's
1511 an implementation of `Container` for the standard library type `Vec`:
1512
1513 ```
1514 # trait Container {
1515 #     type E;
1516 #     fn empty() -> Self;
1517 #     fn insert(&mut self, Self::E);
1518 # }
1519 impl<T> Container for Vec<T> {
1520     type E = T;
1521     fn empty() -> Vec<T> { Vec::new() }
1522     fn insert(&mut self, x: T) { self.push(x); }
1523 }
1524 ```
1525
1526 Generic functions may use traits as _bounds_ on their type parameters. This
1527 will have two effects:
1528
1529 - Only types that have the trait may instantiate the parameter.
1530 - Within the generic function, the methods of the trait can be
1531   called on values that have the parameter's type.
1532
1533 For example:
1534
1535 ```
1536 # type Surface = i32;
1537 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); }
1538 fn draw_twice<T: Shape>(surface: Surface, sh: T) {
1539     sh.draw(surface);
1540     sh.draw(surface);
1541 }
1542 ```
1543
1544 Traits also define a [trait object](#trait-objects) with the same
1545 name as the trait. Values of this type are created by coercing from a
1546 pointer of some specific type to a pointer of trait type. For example,
1547 `&T` could be coerced to `&Shape` if `T: Shape` holds (and similarly
1548 for `Box<T>`). This coercion can either be implicit or
1549 [explicit](#type-cast-expressions). Here is an example of an explicit
1550 coercion:
1551
1552 ```
1553 trait Shape { }
1554 impl Shape for i32 { }
1555 let mycircle = 0i32;
1556 let myshape: Box<Shape> = Box::new(mycircle) as Box<Shape>;
1557 ```
1558
1559 The resulting value is a box containing the value that was cast, along with
1560 information that identifies the methods of the implementation that was used.
1561 Values with a trait type can have [methods called](#method-call-expressions) on
1562 them, for any method in the trait, and can be used to instantiate type
1563 parameters that are bounded by the trait.
1564
1565 Trait methods may be static, which means that they lack a `self` argument.
1566 This means that they can only be called with function call syntax (`f(x)`) and
1567 not method call syntax (`obj.f()`). The way to refer to the name of a static
1568 method is to qualify it with the trait name, treating the trait name like a
1569 module. For example:
1570
1571 ```
1572 trait Num {
1573     fn from_i32(n: i32) -> Self;
1574 }
1575 impl Num for f64 {
1576     fn from_i32(n: i32) -> f64 { n as f64 }
1577 }
1578 let x: f64 = Num::from_i32(42);
1579 ```
1580
1581 Traits may inherit from other traits. Consider the following example:
1582
1583 ```
1584 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1585 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1586 ```
1587
1588 The syntax `Circle : Shape` means that types that implement `Circle` must also
1589 have an implementation for `Shape`. Multiple supertraits are separated by `+`,
1590 `trait Circle : Shape + PartialEq { }`. In an implementation of `Circle` for a
1591 given type `T`, methods can refer to `Shape` methods, since the typechecker
1592 checks that any type with an implementation of `Circle` also has an
1593 implementation of `Shape`:
1594
1595 ```rust
1596 struct Foo;
1597
1598 trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1599 trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1600 impl Shape for Foo {
1601     fn area(&self) -> f64 {
1602         0.0
1603     }
1604 }
1605 impl Circle for Foo {
1606     fn radius(&self) -> f64 {
1607         println!("calling area: {}", self.area());
1608
1609         0.0
1610     }
1611 }
1612
1613 let c = Foo;
1614 c.radius();
1615 ```
1616
1617 In type-parameterized functions, methods of the supertrait may be called on
1618 values of subtrait-bound type parameters. Referring to the previous example of
1619 `trait Circle : Shape`:
1620
1621 ```
1622 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1623 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1624 fn radius_times_area<T: Circle>(c: T) -> f64 {
1625     // `c` is both a Circle and a Shape
1626     c.radius() * c.area()
1627 }
1628 ```
1629
1630 Likewise, supertrait methods may also be called on trait objects.
1631
1632 ```{.ignore}
1633 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1634 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1635 # impl Shape for i32 { fn area(&self) -> f64 { 0.0 } }
1636 # impl Circle for i32 { fn radius(&self) -> f64 { 0.0 } }
1637 # let mycircle = 0i32;
1638 let mycircle = Box::new(mycircle) as Box<Circle>;
1639 let nonsense = mycircle.radius() * mycircle.area();
1640 ```
1641
1642 ### Implementations
1643
1644 An _implementation_ is an item that implements a [trait](#traits) for a
1645 specific type.
1646
1647 Implementations are defined with the keyword `impl`.
1648
1649 ```
1650 # #[derive(Copy, Clone)]
1651 # struct Point {x: f64, y: f64};
1652 # type Surface = i32;
1653 # struct BoundingBox {x: f64, y: f64, width: f64, height: f64};
1654 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); fn bounding_box(&self) -> BoundingBox; }
1655 # fn do_draw_circle(s: Surface, c: Circle) { }
1656 struct Circle {
1657     radius: f64,
1658     center: Point,
1659 }
1660
1661 impl Copy for Circle {}
1662
1663 impl Clone for Circle {
1664     fn clone(&self) -> Circle { *self }
1665 }
1666
1667 impl Shape for Circle {
1668     fn draw(&self, s: Surface) { do_draw_circle(s, *self); }
1669     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox {
1670         let r = self.radius;
1671         BoundingBox {
1672             x: self.center.x - r,
1673             y: self.center.y - r,
1674             width: 2.0 * r,
1675             height: 2.0 * r,
1676         }
1677     }
1678 }
1679 ```
1680
1681 It is possible to define an implementation without referring to a trait. The
1682 methods in such an implementation can only be used as direct calls on the values
1683 of the type that the implementation targets. In such an implementation, the
1684 trait type and `for` after `impl` are omitted. Such implementations are limited
1685 to nominal types (enums, structs, trait objects), and the implementation must
1686 appear in the same crate as the `self` type:
1687
1688 ```
1689 struct Point {x: i32, y: i32}
1690
1691 impl Point {
1692     fn log(&self) {
1693         println!("Point is at ({}, {})", self.x, self.y);
1694     }
1695 }
1696
1697 let my_point = Point {x: 10, y:11};
1698 my_point.log();
1699 ```
1700
1701 When a trait _is_ specified in an `impl`, all methods declared as part of the
1702 trait must be implemented, with matching types and type parameter counts.
1703
1704 An implementation can take type parameters, which can be different from the
1705 type parameters taken by the trait it implements. Implementation parameters
1706 are written after the `impl` keyword.
1707
1708 ```
1709 # trait Seq<T> { fn dummy(&self, _: T) { } }
1710 impl<T> Seq<T> for Vec<T> {
1711     /* ... */
1712 }
1713 impl Seq<bool> for u32 {
1714     /* Treat the integer as a sequence of bits */
1715 }
1716 ```
1717
1718 ### External blocks
1719
1720 External blocks form the basis for Rust's foreign function interface.
1721 Declarations in an external block describe symbols in external, non-Rust
1722 libraries.
1723
1724 Functions within external blocks are declared in the same way as other Rust
1725 functions, with the exception that they may not have a body and are instead
1726 terminated by a semicolon.
1727
1728 Functions within external blocks may be called by Rust code, just like
1729 functions defined in Rust. The Rust compiler automatically translates between
1730 the Rust ABI and the foreign ABI.
1731
1732 Functions within external blocks may be variadic by specifying `...` after one
1733 or more named arguments in the argument list:
1734
1735 ```ignore
1736 extern {
1737     fn foo(x: i32, ...);
1738 }
1739 ```
1740
1741 A number of [attributes](#ffi-attributes) control the behavior of external blocks.
1742
1743 By default external blocks assume that the library they are calling uses the
1744 standard C ABI on the specific platform. Other ABIs may be specified using an
1745 `abi` string, as shown here:
1746
1747 ```ignore
1748 // Interface to the Windows API
1749 extern "stdcall" { }
1750 ```
1751
1752 There are three ABI strings which are cross-platform, and which all compilers
1753 are guaranteed to support:
1754
1755 * `extern "Rust"` -- The default ABI when you write a normal `fn foo()` in any
1756   Rust code.
1757 * `extern "C"` -- This is the same as `extern fn foo()`; whatever the default
1758   your C compiler supports.
1759 * `extern "system"` -- Usually the same as `extern "C"`, except on Win32, in
1760   which case it's `"stdcall"`, or what you should use to link to the Windows API
1761   itself
1762
1763 There are also some platform-specific ABI strings:
1764
1765 * `extern "cdecl"` -- The default for x86\_32 C code.
1766 * `extern "stdcall"` -- The default for the Win32 API on x86\_32.
1767 * `extern "win64"` -- The default for C code on x86\_64 Windows.
1768 * `extern "sysv64"` -- The default for C code on non-Windows x86\_64.
1769 * `extern "aapcs"` -- The default for ARM.
1770 * `extern "fastcall"` -- The `fastcall` ABI -- corresponds to MSVC's
1771   `__fastcall` and GCC and clang's `__attribute__((fastcall))`
1772 * `extern "vectorcall"` -- The `vectorcall` ABI -- corresponds to MSVC's
1773   `__vectorcall` and clang's `__attribute__((vectorcall))`
1774
1775 Finally, there are some rustc-specific ABI strings:
1776
1777 * `extern "rust-intrinsic"` -- The ABI of rustc intrinsics.
1778 * `extern "rust-call"` -- The ABI of the Fn::call trait functions.
1779 * `extern "platform-intrinsic"` -- Specific platform intrinsics -- like, for
1780   example, `sqrt` -- have this ABI. You should never have to deal with it.
1781
1782 The `link` attribute allows the name of the library to be specified. When
1783 specified the compiler will attempt to link against the native library of the
1784 specified name.
1785
1786 ```{.ignore}
1787 #[link(name = "crypto")]
1788 extern { }
1789 ```
1790
1791 The type of a function declared in an extern block is `extern "abi" fn(A1, ...,
1792 An) -> R`, where `A1...An` are the declared types of its arguments and `R` is
1793 the declared return type.
1794
1795 It is valid to add the `link` attribute on an empty extern block. You can use
1796 this to satisfy the linking requirements of extern blocks elsewhere in your code
1797 (including upstream crates) instead of adding the attribute to each extern block.
1798
1799 ## Visibility and Privacy
1800
1801 These two terms are often used interchangeably, and what they are attempting to
1802 convey is the answer to the question "Can this item be used at this location?"
1803
1804 Rust's name resolution operates on a global hierarchy of namespaces. Each level
1805 in the hierarchy can be thought of as some item. The items are one of those
1806 mentioned above, but also include external crates. Declaring or defining a new
1807 module can be thought of as inserting a new tree into the hierarchy at the
1808 location of the definition.
1809
1810 To control whether interfaces can be used across modules, Rust checks each use
1811 of an item to see whether it should be allowed or not. This is where privacy
1812 warnings are generated, or otherwise "you used a private item of another module
1813 and weren't allowed to."
1814
1815 By default, everything in Rust is *private*, with two exceptions: Associated
1816 items in a `pub` Trait are public by default; Enum variants
1817 in a `pub` enum are also public by default. When an item is declared as `pub`,
1818 it can be thought of as being accessible to the outside world. For example:
1819
1820 ```
1821 # fn main() {}
1822 // Declare a private struct
1823 struct Foo;
1824
1825 // Declare a public struct with a private field
1826 pub struct Bar {
1827     field: i32,
1828 }
1829
1830 // Declare a public enum with two public variants
1831 pub enum State {
1832     PubliclyAccessibleState,
1833     PubliclyAccessibleState2,
1834 }
1835 ```
1836
1837 With the notion of an item being either public or private, Rust allows item
1838 accesses in two cases:
1839
1840 1. If an item is public, then it can be used externally through any of its
1841    public ancestors.
1842 2. If an item is private, it may be accessed by the current module and its
1843    descendants.
1844
1845 These two cases are surprisingly powerful for creating module hierarchies
1846 exposing public APIs while hiding internal implementation details. To help
1847 explain, here's a few use cases and what they would entail:
1848
1849 * A library developer needs to expose functionality to crates which link
1850   against their library. As a consequence of the first case, this means that
1851   anything which is usable externally must be `pub` from the root down to the
1852   destination item. Any private item in the chain will disallow external
1853   accesses.
1854
1855 * A crate needs a global available "helper module" to itself, but it doesn't
1856   want to expose the helper module as a public API. To accomplish this, the
1857   root of the crate's hierarchy would have a private module which then
1858   internally has a "public API". Because the entire crate is a descendant of
1859   the root, then the entire local crate can access this private module through
1860   the second case.
1861
1862 * When writing unit tests for a module, it's often a common idiom to have an
1863   immediate child of the module to-be-tested named `mod test`. This module
1864   could access any items of the parent module through the second case, meaning
1865   that internal implementation details could also be seamlessly tested from the
1866   child module.
1867
1868 In the second case, it mentions that a private item "can be accessed" by the
1869 current module and its descendants, but the exact meaning of accessing an item
1870 depends on what the item is. Accessing a module, for example, would mean
1871 looking inside of it (to import more items). On the other hand, accessing a
1872 function would mean that it is invoked. Additionally, path expressions and
1873 import statements are considered to access an item in the sense that the
1874 import/expression is only valid if the destination is in the current visibility
1875 scope.
1876
1877 Here's an example of a program which exemplifies the three cases outlined
1878 above:
1879
1880 ```
1881 // This module is private, meaning that no external crate can access this
1882 // module. Because it is private at the root of this current crate, however, any
1883 // module in the crate may access any publicly visible item in this module.
1884 mod crate_helper_module {
1885
1886     // This function can be used by anything in the current crate
1887     pub fn crate_helper() {}
1888
1889     // This function *cannot* be used by anything else in the crate. It is not
1890     // publicly visible outside of the `crate_helper_module`, so only this
1891     // current module and its descendants may access it.
1892     fn implementation_detail() {}
1893 }
1894
1895 // This function is "public to the root" meaning that it's available to external
1896 // crates linking against this one.
1897 pub fn public_api() {}
1898
1899 // Similarly to 'public_api', this module is public so external crates may look
1900 // inside of it.
1901 pub mod submodule {
1902     use crate_helper_module;
1903
1904     pub fn my_method() {
1905         // Any item in the local crate may invoke the helper module's public
1906         // interface through a combination of the two rules above.
1907         crate_helper_module::crate_helper();
1908     }
1909
1910     // This function is hidden to any module which is not a descendant of
1911     // `submodule`
1912     fn my_implementation() {}
1913
1914     #[cfg(test)]
1915     mod test {
1916
1917         #[test]
1918         fn test_my_implementation() {
1919             // Because this module is a descendant of `submodule`, it's allowed
1920             // to access private items inside of `submodule` without a privacy
1921             // violation.
1922             super::my_implementation();
1923         }
1924     }
1925 }
1926
1927 # fn main() {}
1928 ```
1929
1930 For a Rust program to pass the privacy checking pass, all paths must be valid
1931 accesses given the two rules above. This includes all use statements,
1932 expressions, types, etc.
1933
1934 ### Re-exporting and Visibility
1935
1936 Rust allows publicly re-exporting items through a `pub use` directive. Because
1937 this is a public directive, this allows the item to be used in the current
1938 module through the rules above. It essentially allows public access into the
1939 re-exported item. For example, this program is valid:
1940
1941 ```
1942 pub use self::implementation::api;
1943
1944 mod implementation {
1945     pub mod api {
1946         pub fn f() {}
1947     }
1948 }
1949
1950 # fn main() {}
1951 ```
1952
1953 This means that any external crate referencing `implementation::api::f` would
1954 receive a privacy violation, while the path `api::f` would be allowed.
1955
1956 When re-exporting a private item, it can be thought of as allowing the "privacy
1957 chain" being short-circuited through the reexport instead of passing through
1958 the namespace hierarchy as it normally would.
1959
1960 ## Attributes
1961
1962 Any item declaration may have an _attribute_ applied to it. Attributes in Rust
1963 are modeled on Attributes in ECMA-335, with the syntax coming from ECMA-334
1964 (C#). An attribute is a general, free-form metadatum that is interpreted
1965 according to name, convention, and language and compiler version. Attributes
1966 may appear as any of:
1967
1968 * A single identifier, the attribute name
1969 * An identifier followed by the equals sign '=' and a literal, providing a
1970   key/value pair
1971 * An identifier followed by a parenthesized list of sub-attribute arguments
1972
1973 Attributes with a bang ("!") after the hash ("#") apply to the item that the
1974 attribute is declared within. Attributes that do not have a bang after the hash
1975 apply to the item that follows the attribute.
1976
1977 An example of attributes:
1978
1979 ```{.rust}
1980 // General metadata applied to the enclosing module or crate.
1981 #![crate_type = "lib"]
1982
1983 // A function marked as a unit test
1984 #[test]
1985 fn test_foo() {
1986     /* ... */
1987 }
1988
1989 // A conditionally-compiled module
1990 #[cfg(target_os="linux")]
1991 mod bar {
1992     /* ... */
1993 }
1994
1995 // A lint attribute used to suppress a warning/error
1996 #[allow(non_camel_case_types)]
1997 type int8_t = i8;
1998 ```
1999
2000 > **Note:** At some point in the future, the compiler will distinguish between
2001 > language-reserved and user-available attributes. Until then, there is
2002 > effectively no difference between an attribute handled by a loadable syntax
2003 > extension and the compiler.
2004
2005 ### Crate-only attributes
2006
2007 - `crate_name` - specify the crate's crate name.
2008 - `crate_type` - see [linkage](#linkage).
2009 - `feature` - see [compiler features](#compiler-features).
2010 - `no_builtins` - disable optimizing certain code patterns to invocations of
2011                   library functions that are assumed to exist
2012 - `no_main` - disable emitting the `main` symbol. Useful when some other
2013    object being linked to defines `main`.
2014 - `no_start` - disable linking to the `native` crate, which specifies the
2015   "start" language item.
2016 - `no_std` - disable linking to the `std` crate.
2017 - `plugin` - load a list of named crates as compiler plugins, e.g.
2018              `#![plugin(foo, bar)]`. Optional arguments for each plugin,
2019              i.e. `#![plugin(foo(... args ...))]`, are provided to the plugin's
2020              registrar function.  The `plugin` feature gate is required to use
2021              this attribute.
2022 - `recursion_limit` - Sets the maximum depth for potentially
2023                       infinitely-recursive compile-time operations like
2024                       auto-dereference or macro expansion. The default is
2025                       `#![recursion_limit="64"]`.
2026
2027 ### Module-only attributes
2028
2029 - `no_implicit_prelude` - disable injecting `use std::prelude::*` in this
2030   module.
2031 - `path` - specifies the file to load the module from. `#[path="foo.rs"] mod
2032   bar;` is equivalent to `mod bar { /* contents of foo.rs */ }`. The path is
2033   taken relative to the directory that the current module is in.
2034
2035 ### Function-only attributes
2036
2037 - `main` - indicates that this function should be passed to the entry point,
2038   rather than the function in the crate root named `main`.
2039 - `plugin_registrar` - mark this function as the registration point for
2040   [compiler plugins][plugin], such as loadable syntax extensions.
2041 - `start` - indicates that this function should be used as the entry point,
2042   overriding the "start" language item. See the "start" [language
2043   item](#language-items) for more details.
2044 - `test` - indicates that this function is a test function, to only be compiled
2045   in case of `--test`.
2046 - `should_panic` - indicates that this test function should panic, inverting the success condition.
2047 - `cold` - The function is unlikely to be executed, so optimize it (and calls
2048   to it) differently.
2049 - `naked` - The function utilizes a custom ABI or custom inline ASM that requires
2050   epilogue and prologue to be skipped.
2051
2052 ### Static-only attributes
2053
2054 - `thread_local` - on a `static mut`, this signals that the value of this
2055   static may change depending on the current thread. The exact consequences of
2056   this are implementation-defined.
2057
2058 ### FFI attributes
2059
2060 On an `extern` block, the following attributes are interpreted:
2061
2062 - `link_args` - specify arguments to the linker, rather than just the library
2063   name and type. This is feature gated and the exact behavior is
2064   implementation-defined (due to variety of linker invocation syntax).
2065 - `link` - indicate that a native library should be linked to for the
2066   declarations in this block to be linked correctly. `link` supports an optional
2067   `kind` key with three possible values: `dylib`, `static`, and `framework`. See
2068   [external blocks](#external-blocks) for more about external blocks. Two
2069   examples: `#[link(name = "readline")]` and
2070   `#[link(name = "CoreFoundation", kind = "framework")]`.
2071 - `linked_from` - indicates what native library this block of FFI items is
2072   coming from. This attribute is of the form `#[linked_from = "foo"]` where
2073   `foo` is the name of a library in either `#[link]` or a `-l` flag. This
2074   attribute is currently required to export symbols from a Rust dynamic library
2075   on Windows, and it is feature gated behind the `linked_from` feature.
2076
2077 On declarations inside an `extern` block, the following attributes are
2078 interpreted:
2079
2080 - `link_name` - the name of the symbol that this function or static should be
2081   imported as.
2082 - `linkage` - on a static, this specifies the [linkage
2083   type](http://llvm.org/docs/LangRef.html#linkage-types).
2084
2085 On `enum`s:
2086
2087 - `repr` - on C-like enums, this sets the underlying type used for
2088   representation. Takes one argument, which is the primitive
2089   type this enum should be represented for, or `C`, which specifies that it
2090   should be the default `enum` size of the C ABI for that platform. Note that
2091   enum representation in C is undefined, and this may be incorrect when the C
2092   code is compiled with certain flags.
2093
2094 On `struct`s:
2095
2096 - `repr` - specifies the representation to use for this struct. Takes a list
2097   of options. The currently accepted ones are `C` and `packed`, which may be
2098   combined. `C` will use a C ABI compatible struct layout, and `packed` will
2099   remove any padding between fields (note that this is very fragile and may
2100   break platforms which require aligned access).
2101
2102 ### Macro-related attributes
2103
2104 - `macro_use` on a `mod` — macros defined in this module will be visible in the
2105   module's parent, after this module has been included.
2106
2107 - `macro_use` on an `extern crate` — load macros from this crate.  An optional
2108   list of names `#[macro_use(foo, bar)]` restricts the import to just those
2109   macros named.  The `extern crate` must appear at the crate root, not inside
2110   `mod`, which ensures proper function of the [`$crate` macro
2111   variable](book/macros.html#The%20variable%20%24crate).
2112
2113 - `macro_reexport` on an `extern crate` — re-export the named macros.
2114
2115 - `macro_export` - export a macro for cross-crate usage.
2116
2117 - `no_link` on an `extern crate` — even if we load this crate for macros, don't
2118   link it into the output.
2119
2120 See the [macros section of the
2121 book](book/macros.html#Scoping%20and%20macro%20import%2Fexport) for more information on
2122 macro scope.
2123
2124
2125 ### Miscellaneous attributes
2126
2127 - `deprecated` - mark the item as deprecated; the full attribute is 
2128   `#[deprecated(since = "crate version", note = "...")`, where both arguments 
2129   are optional.
2130 - `export_name` - on statics and functions, this determines the name of the
2131   exported symbol.
2132 - `link_section` - on statics and functions, this specifies the section of the
2133   object file that this item's contents will be placed into.
2134 - `no_mangle` - on any item, do not apply the standard name mangling. Set the
2135   symbol for this item to its identifier.
2136 - `simd` - on certain tuple structs, derive the arithmetic operators, which
2137   lower to the target's SIMD instructions, if any; the `simd` feature gate
2138   is necessary to use this attribute.
2139 - `unsafe_destructor_blind_to_params` - on `Drop::drop` method, asserts that the
2140   destructor code (and all potential specializations of that code) will
2141   never attempt to read from nor write to any references with lifetimes
2142   that come in via generic parameters. This is a constraint we cannot
2143   currently express via the type system, and therefore we rely on the
2144   programmer to assert that it holds. Adding this to a Drop impl causes
2145   the associated destructor to be considered "uninteresting" by the
2146   Drop-Check rule, and thus it can help sidestep data ordering
2147   constraints that would otherwise be introduced by the Drop-Check
2148   rule. Such sidestepping of the constraints, if done incorrectly, can
2149   lead to undefined behavior (in the form of reading or writing to data
2150   outside of its dynamic extent), and thus this attribute has the word
2151   "unsafe" in its name. To use this, the
2152   `unsafe_destructor_blind_to_params` feature gate must be enabled.
2153 - `doc` - Doc comments such as `/// foo` are equivalent to `#[doc = "foo"]`.
2154 - `rustc_on_unimplemented` - Write a custom note to be shown along with the error
2155    when the trait is found to be unimplemented on a type.
2156    You may use format arguments like `{T}`, `{A}` to correspond to the
2157    types at the point of use corresponding to the type parameters of the
2158    trait of the same name. `{Self}` will be replaced with the type that is supposed
2159    to implement the trait but doesn't. To use this, the `on_unimplemented` feature gate
2160    must be enabled.
2161 - `must_use` - on structs and enums, will warn if a value of this type isn't used or
2162    assigned to a variable. You may also include an optional message by using
2163    `#[must_use = "message"]` which will be given alongside the warning.
2164
2165 ### Conditional compilation
2166
2167 Sometimes one wants to have different compiler outputs from the same code,
2168 depending on build target, such as targeted operating system, or to enable
2169 release builds.
2170
2171 Configuration options are boolean (on or off) and are named either with a
2172 single identifier (e.g. `foo`) or an identifier and a string (e.g. `foo = "bar"`;
2173 the quotes are required and spaces around the `=` are unimportant). Note that
2174 similarly-named options, such as `foo`, `foo="bar"` and `foo="baz"` may each be set
2175 or unset independently.
2176
2177 Configuration options are either provided by the compiler or passed in on the
2178 command line using `--cfg` (e.g. `rustc main.rs --cfg foo --cfg 'bar="baz"'`).
2179 Rust code then checks for their presence using the `#[cfg(...)]` attribute:
2180
2181 ```
2182 // The function is only included in the build when compiling for OSX
2183 #[cfg(target_os = "macos")]
2184 fn macos_only() {
2185   // ...
2186 }
2187
2188 // This function is only included when either foo or bar is defined
2189 #[cfg(any(foo, bar))]
2190 fn needs_foo_or_bar() {
2191   // ...
2192 }
2193
2194 // This function is only included when compiling for a unixish OS with a 32-bit
2195 // architecture
2196 #[cfg(all(unix, target_pointer_width = "32"))]
2197 fn on_32bit_unix() {
2198   // ...
2199 }
2200
2201 // This function is only included when foo is not defined
2202 #[cfg(not(foo))]
2203 fn needs_not_foo() {
2204   // ...
2205 }
2206 ```
2207
2208 This illustrates some conditional compilation can be achieved using the
2209 `#[cfg(...)]` attribute. `any`, `all` and `not` can be used to assemble
2210 arbitrarily complex configurations through nesting.
2211
2212 The following configurations must be defined by the implementation:
2213
2214 * `target_arch = "..."` - Target CPU architecture, such as `"x86"`,
2215   `"x86_64"` `"mips"`, `"powerpc"`, `"powerpc64"`, `"arm"`, or
2216   `"aarch64"`. This value is closely related to the first element of
2217   the platform target triple, though it is not identical.
2218 * `target_os = "..."` - Operating system of the target, examples
2219   include `"windows"`, `"macos"`, `"ios"`, `"linux"`, `"android"`,
2220   `"freebsd"`, `"dragonfly"`, `"bitrig"` , `"openbsd"` or
2221   `"netbsd"`. This value is closely related to the second and third
2222   element of the platform target triple, though it is not identical.
2223 * `target_family = "..."` - Operating system family of the target, e. g.
2224   `"unix"` or `"windows"`. The value of this configuration option is defined
2225   as a configuration itself, like `unix` or `windows`.
2226 * `unix` - See `target_family`.
2227 * `windows` - See `target_family`.
2228 * `target_env = ".."` - Further disambiguates the target platform with
2229   information about the ABI/libc. Presently this value is either
2230   `"gnu"`, `"msvc"`, `"musl"`, or the empty string. For historical
2231   reasons this value has only been defined as non-empty when needed
2232   for disambiguation. Thus on many GNU platforms this value will be
2233   empty. This value is closely related to the fourth element of the
2234   platform target triple, though it is not identical. For example,
2235   embedded ABIs such as `gnueabihf` will simply define `target_env` as
2236   `"gnu"`.
2237 * `target_endian = "..."` - Endianness of the target CPU, either `"little"` or
2238   `"big"`.
2239 * `target_pointer_width = "..."` - Target pointer width in bits. This is set
2240   to `"32"` for targets with 32-bit pointers, and likewise set to `"64"` for
2241   64-bit pointers.
2242 * `target_has_atomic = "..."` - Set of integer sizes on which the target can perform
2243   atomic operations. Values are `"8"`, `"16"`, `"32"`, `"64"` and `"ptr"`.
2244 * `target_vendor = "..."` - Vendor of the target, for example `apple`, `pc`, or
2245   simply `"unknown"`.
2246 * `test` - Enabled when compiling the test harness (using the `--test` flag).
2247 * `debug_assertions` - Enabled by default when compiling without optimizations.
2248   This can be used to enable extra debugging code in development but not in
2249   production.  For example, it controls the behavior of the standard library's
2250   `debug_assert!` macro.
2251
2252 You can also set another attribute based on a `cfg` variable with `cfg_attr`:
2253
2254 ```rust,ignore
2255 #[cfg_attr(a, b)]
2256 ```
2257
2258 This is the same as `#[b]` if `a` is set by `cfg`, and nothing otherwise.
2259
2260 Lastly, configuration options can be used in expressions by invoking the `cfg!`
2261 macro: `cfg!(a)` evaluates to `true` if `a` is set, and `false` otherwise.
2262
2263 ### Lint check attributes
2264
2265 A lint check names a potentially undesirable coding pattern, such as
2266 unreachable code or omitted documentation, for the static entity to which the
2267 attribute applies.
2268
2269 For any lint check `C`:
2270
2271 * `allow(C)` overrides the check for `C` so that violations will go
2272    unreported,
2273 * `deny(C)` signals an error after encountering a violation of `C`,
2274 * `forbid(C)` is the same as `deny(C)`, but also forbids changing the lint
2275    level afterwards,
2276 * `warn(C)` warns about violations of `C` but continues compilation.
2277
2278 The lint checks supported by the compiler can be found via `rustc -W help`,
2279 along with their default settings.  [Compiler
2280 plugins](book/compiler-plugins.html#Lint%20plugins) can provide additional lint checks.
2281
2282 ```{.ignore}
2283 pub mod m1 {
2284     // Missing documentation is ignored here
2285     #[allow(missing_docs)]
2286     pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2287
2288     // Missing documentation signals a warning here
2289     #[warn(missing_docs)]
2290     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2291
2292     // Missing documentation signals an error here
2293     #[deny(missing_docs)]
2294     pub fn undocumented_end() -> i32 { 3 }
2295 }
2296 ```
2297
2298 This example shows how one can use `allow` and `warn` to toggle a particular
2299 check on and off:
2300
2301 ```{.ignore}
2302 #[warn(missing_docs)]
2303 pub mod m2{
2304     #[allow(missing_docs)]
2305     pub mod nested {
2306         // Missing documentation is ignored here
2307         pub fn undocumented_one() -> i32 { 1 }
2308
2309         // Missing documentation signals a warning here,
2310         // despite the allow above.
2311         #[warn(missing_docs)]
2312         pub fn undocumented_two() -> i32 { 2 }
2313     }
2314
2315     // Missing documentation signals a warning here
2316     pub fn undocumented_too() -> i32 { 3 }
2317 }
2318 ```
2319
2320 This example shows how one can use `forbid` to disallow uses of `allow` for
2321 that lint check:
2322
2323 ```{.ignore}
2324 #[forbid(missing_docs)]
2325 pub mod m3 {
2326     // Attempting to toggle warning signals an error here
2327     #[allow(missing_docs)]
2328     /// Returns 2.
2329     pub fn undocumented_too() -> i32 { 2 }
2330 }
2331 ```
2332
2333 ### Language items
2334
2335 Some primitive Rust operations are defined in Rust code, rather than being
2336 implemented directly in C or assembly language. The definitions of these
2337 operations have to be easy for the compiler to find. The `lang` attribute
2338 makes it possible to declare these operations. For example, the `str` module
2339 in the Rust standard library defines the string equality function:
2340
2341 ```{.ignore}
2342 #[lang = "str_eq"]
2343 pub fn eq_slice(a: &str, b: &str) -> bool {
2344     // details elided
2345 }
2346 ```
2347
2348 The name `str_eq` has a special meaning to the Rust compiler, and the presence
2349 of this definition means that it will use this definition when generating calls
2350 to the string equality function.
2351
2352 The set of language items is currently considered unstable. A complete
2353 list of the built-in language items will be added in the future.
2354
2355 ### Inline attributes
2356
2357 The inline attribute suggests that the compiler should place a copy of
2358 the function or static in the caller, rather than generating code to
2359 call the function or access the static where it is defined.
2360
2361 The compiler automatically inlines functions based on internal heuristics.
2362 Incorrectly inlining functions can actually make the program slower, so it
2363 should be used with care.
2364
2365 `#[inline]` and `#[inline(always)]` always cause the function to be serialized
2366 into the crate metadata to allow cross-crate inlining.
2367
2368 There are three different types of inline attributes:
2369
2370 * `#[inline]` hints the compiler to perform an inline expansion.
2371 * `#[inline(always)]` asks the compiler to always perform an inline expansion.
2372 * `#[inline(never)]` asks the compiler to never perform an inline expansion.
2373
2374 ### `derive`
2375
2376 The `derive` attribute allows certain traits to be automatically implemented
2377 for data structures. For example, the following will create an `impl` for the
2378 `PartialEq` and `Clone` traits for `Foo`, the type parameter `T` will be given
2379 the `PartialEq` or `Clone` constraints for the appropriate `impl`:
2380
2381 ```
2382 #[derive(PartialEq, Clone)]
2383 struct Foo<T> {
2384     a: i32,
2385     b: T,
2386 }
2387 ```
2388
2389 The generated `impl` for `PartialEq` is equivalent to
2390
2391 ```
2392 # struct Foo<T> { a: i32, b: T }
2393 impl<T: PartialEq> PartialEq for Foo<T> {
2394     fn eq(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2395         self.a == other.a && self.b == other.b
2396     }
2397
2398     fn ne(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2399         self.a != other.a || self.b != other.b
2400     }
2401 }
2402 ```
2403
2404 You can implement `derive` for your own type through [procedural
2405 macros](#procedural-macros).
2406
2407 ### Compiler Features
2408
2409 Certain aspects of Rust may be implemented in the compiler, but they're not
2410 necessarily ready for every-day use. These features are often of "prototype
2411 quality" or "almost production ready", but may not be stable enough to be
2412 considered a full-fledged language feature.
2413
2414 For this reason, Rust recognizes a special crate-level attribute of the form:
2415
2416 ```{.ignore}
2417 #![feature(feature1, feature2, feature3)]
2418 ```
2419
2420 This directive informs the compiler that the feature list: `feature1`,
2421 `feature2`, and `feature3` should all be enabled. This is only recognized at a
2422 crate-level, not at a module-level. Without this directive, all features are
2423 considered off, and using the features will result in a compiler error.
2424
2425 The currently implemented features of the reference compiler are:
2426
2427 * `advanced_slice_patterns` - See the [match expressions](#match-expressions)
2428                               section for discussion; the exact semantics of
2429                               slice patterns are subject to change, so some types
2430                               are still unstable.
2431
2432 * `slice_patterns` - OK, actually, slice patterns are just scary and
2433                      completely unstable.
2434
2435 * `asm` - The `asm!` macro provides a means for inline assembly. This is often
2436           useful, but the exact syntax for this feature along with its
2437           semantics are likely to change, so this macro usage must be opted
2438           into.
2439
2440 * `associated_consts` - Allows constants to be defined in `impl` and `trait`
2441                         blocks, so that they can be associated with a type or
2442                         trait in a similar manner to methods and associated
2443                         types.
2444
2445 * `box_patterns` - Allows `box` patterns, the exact semantics of which
2446                    is subject to change.
2447
2448 * `box_syntax` - Allows use of `box` expressions, the exact semantics of which
2449                  is subject to change.
2450
2451 * `cfg_target_vendor` - Allows conditional compilation using the `target_vendor`
2452                         matcher which is subject to change.
2453
2454 * `cfg_target_has_atomic` - Allows conditional compilation using the `target_has_atomic`
2455                             matcher which is subject to change.
2456
2457 * `concat_idents` - Allows use of the `concat_idents` macro, which is in many
2458                     ways insufficient for concatenating identifiers, and may be
2459                     removed entirely for something more wholesome.
2460
2461 * `custom_attribute` - Allows the usage of attributes unknown to the compiler
2462                        so that new attributes can be added in a backwards compatible
2463                        manner (RFC 572).
2464
2465 * `custom_derive` - Allows the use of `#[derive(Foo,Bar)]` as sugar for
2466                     `#[derive_Foo] #[derive_Bar]`, which can be user-defined syntax
2467                     extensions.
2468
2469 * `inclusive_range_syntax` - Allows use of the `a...b` and `...b` syntax for inclusive ranges.
2470
2471 * `inclusive_range` - Allows use of the types that represent desugared inclusive ranges.
2472
2473 * `intrinsics` - Allows use of the "rust-intrinsics" ABI. Compiler intrinsics
2474                  are inherently unstable and no promise about them is made.
2475
2476 * `lang_items` - Allows use of the `#[lang]` attribute. Like `intrinsics`,
2477                  lang items are inherently unstable and no promise about them
2478                  is made.
2479
2480 * `link_args` - This attribute is used to specify custom flags to the linker,
2481                 but usage is strongly discouraged. The compiler's usage of the
2482                 system linker is not guaranteed to continue in the future, and
2483                 if the system linker is not used then specifying custom flags
2484                 doesn't have much meaning.
2485
2486 * `link_llvm_intrinsics` – Allows linking to LLVM intrinsics via
2487                            `#[link_name="llvm.*"]`.
2488
2489 * `linkage` - Allows use of the `linkage` attribute, which is not portable.
2490
2491 * `log_syntax` - Allows use of the `log_syntax` macro attribute, which is a
2492                  nasty hack that will certainly be removed.
2493
2494 * `main` - Allows use of the `#[main]` attribute, which changes the entry point
2495            into a Rust program. This capability is subject to change.
2496
2497 * `macro_reexport` - Allows macros to be re-exported from one crate after being imported
2498                      from another. This feature was originally designed with the sole
2499                      use case of the Rust standard library in mind, and is subject to
2500                      change.
2501
2502 * `non_ascii_idents` - The compiler supports the use of non-ascii identifiers,
2503                        but the implementation is a little rough around the
2504                        edges, so this can be seen as an experimental feature
2505                        for now until the specification of identifiers is fully
2506                        fleshed out.
2507
2508 * `no_std` - Allows the `#![no_std]` crate attribute, which disables the implicit
2509              `extern crate std`. This typically requires use of the unstable APIs
2510              behind the libstd "facade", such as libcore and libcollections. It
2511              may also cause problems when using syntax extensions, including
2512              `#[derive]`.
2513
2514 * `on_unimplemented` - Allows the `#[rustc_on_unimplemented]` attribute, which allows
2515                        trait definitions to add specialized notes to error messages
2516                        when an implementation was expected but not found.
2517
2518 * `optin_builtin_traits` - Allows the definition of default and negative trait
2519                            implementations. Experimental.
2520
2521 * `plugin` - Usage of [compiler plugins][plugin] for custom lints or syntax extensions.
2522              These depend on compiler internals and are subject to change.
2523
2524 * `plugin_registrar` - Indicates that a crate provides [compiler plugins][plugin].
2525
2526 * `quote` - Allows use of the `quote_*!` family of macros, which are
2527             implemented very poorly and will likely change significantly
2528             with a proper implementation.
2529
2530 * `rustc_attrs` - Gates internal `#[rustc_*]` attributes which may be
2531                   for internal use only or have meaning added to them in the future.
2532
2533 * `rustc_diagnostic_macros`- A mysterious feature, used in the implementation
2534                              of rustc, not meant for mortals.
2535
2536 * `simd` - Allows use of the `#[simd]` attribute, which is overly simple and
2537            not the SIMD interface we want to expose in the long term.
2538
2539 * `simd_ffi` - Allows use of SIMD vectors in signatures for foreign functions.
2540                The SIMD interface is subject to change.
2541
2542 * `start` - Allows use of the `#[start]` attribute, which changes the entry point
2543             into a Rust program. This capability, especially the signature for the
2544             annotated function, is subject to change.
2545
2546 * `thread_local` - The usage of the `#[thread_local]` attribute is experimental
2547                    and should be seen as unstable. This attribute is used to
2548                    declare a `static` as being unique per-thread leveraging
2549                    LLVM's implementation which works in concert with the kernel
2550                    loader and dynamic linker. This is not necessarily available
2551                    on all platforms, and usage of it is discouraged.
2552
2553 * `trace_macros` - Allows use of the `trace_macros` macro, which is a nasty
2554                    hack that will certainly be removed.
2555
2556 * `unboxed_closures` - Rust's new closure design, which is currently a work in
2557                        progress feature with many known bugs.
2558
2559 * `allow_internal_unstable` - Allows `macro_rules!` macros to be tagged with the
2560                               `#[allow_internal_unstable]` attribute, designed
2561                               to allow `std` macros to call
2562                               `#[unstable]`/feature-gated functionality
2563                               internally without imposing on callers
2564                               (i.e. making them behave like function calls in
2565                               terms of encapsulation).
2566
2567 * `default_type_parameter_fallback` - Allows type parameter defaults to
2568                                       influence type inference.
2569
2570 * `stmt_expr_attributes` - Allows attributes on expressions.
2571
2572 * `type_ascription` - Allows type ascription expressions `expr: Type`.
2573
2574 * `abi_vectorcall` - Allows the usage of the vectorcall calling convention
2575                      (e.g. `extern "vectorcall" func fn_();`)
2576
2577 * `abi_sysv64` - Allows the usage of the system V AMD64 calling convention
2578                  (e.g. `extern "sysv64" func fn_();`)
2579
2580 If a feature is promoted to a language feature, then all existing programs will
2581 start to receive compilation warnings about `#![feature]` directives which enabled
2582 the new feature (because the directive is no longer necessary). However, if a
2583 feature is decided to be removed from the language, errors will be issued (if
2584 there isn't a parser error first). The directive in this case is no longer
2585 necessary, and it's likely that existing code will break if the feature isn't
2586 removed.
2587
2588 If an unknown feature is found in a directive, it results in a compiler error.
2589 An unknown feature is one which has never been recognized by the compiler.
2590
2591 # Statements and expressions
2592
2593 Rust is _primarily_ an expression language. This means that most forms of
2594 value-producing or effect-causing evaluation are directed by the uniform syntax
2595 category of _expressions_. Each kind of expression can typically _nest_ within
2596 each other kind of expression, and rules for evaluation of expressions involve
2597 specifying both the value produced by the expression and the order in which its
2598 sub-expressions are themselves evaluated.
2599
2600 In contrast, statements in Rust serve _mostly_ to contain and explicitly
2601 sequence expression evaluation.
2602
2603 ## Statements
2604
2605 A _statement_ is a component of a block, which is in turn a component of an
2606 outer [expression](#expressions) or [function](#functions).
2607
2608 Rust has two kinds of statement: [declaration
2609 statements](#declaration-statements) and [expression
2610 statements](#expression-statements).
2611
2612 ### Declaration statements
2613
2614 A _declaration statement_ is one that introduces one or more *names* into the
2615 enclosing statement block. The declared names may denote new variables or new
2616 items.
2617
2618 #### Item declarations
2619
2620 An _item declaration statement_ has a syntactic form identical to an
2621 [item](#items) declaration within a module. Declaring an item &mdash; a
2622 function, enumeration, struct, type, static, trait, implementation or module
2623 &mdash; locally within a statement block is simply a way of restricting its
2624 scope to a narrow region containing all of its uses; it is otherwise identical
2625 in meaning to declaring the item outside the statement block.
2626
2627 > **Note**: there is no implicit capture of the function's dynamic environment when
2628 > declaring a function-local item.
2629
2630 #### `let` statements
2631
2632 A _`let` statement_ introduces a new set of variables, given by a pattern. The
2633 pattern may be followed by a type annotation, and/or an initializer expression.
2634 When no type annotation is given, the compiler will infer the type, or signal
2635 an error if insufficient type information is available for definite inference.
2636 Any variables introduced by a variable declaration are visible from the point of
2637 declaration until the end of the enclosing block scope.
2638
2639 ### Expression statements
2640
2641 An _expression statement_ is one that evaluates an [expression](#expressions)
2642 and ignores its result. The type of an expression statement `e;` is always
2643 `()`, regardless of the type of `e`. As a rule, an expression statement's
2644 purpose is to trigger the effects of evaluating its expression.
2645
2646 ## Expressions
2647
2648 An expression may have two roles: it always produces a *value*, and it may have
2649 *effects* (otherwise known as "side effects"). An expression *evaluates to* a
2650 value, and has effects during *evaluation*. Many expressions contain
2651 sub-expressions (operands). The meaning of each kind of expression dictates
2652 several things:
2653
2654 * Whether or not to evaluate the sub-expressions when evaluating the expression
2655 * The order in which to evaluate the sub-expressions
2656 * How to combine the sub-expressions' values to obtain the value of the expression
2657
2658 In this way, the structure of expressions dictates the structure of execution.
2659 Blocks are just another kind of expression, so blocks, statements, expressions,
2660 and blocks again can recursively nest inside each other to an arbitrary depth.
2661
2662 #### Lvalues, rvalues and temporaries
2663
2664 Expressions are divided into two main categories: _lvalues_ and _rvalues_.
2665 Likewise within each expression, sub-expressions may occur in _lvalue context_
2666 or _rvalue context_. The evaluation of an expression depends both on its own
2667 category and the context it occurs within.
2668
2669 An lvalue is an expression that represents a memory location. These expressions
2670 are [paths](#path-expressions) (which refer to local variables, function and
2671 method arguments, or static variables), dereferences (`*expr`), [indexing
2672 expressions](#index-expressions) (`expr[expr]`), and [field
2673 references](#field-expressions) (`expr.f`). All other expressions are rvalues.
2674
2675 The left operand of an [assignment](#assignment-expressions) or
2676 [compound-assignment](#compound-assignment-expressions) expression is
2677 an lvalue context, as is the single operand of a unary
2678 [borrow](#unary-operator-expressions). The discriminant or subject of
2679 a [match expression](#match-expressions) may be an lvalue context, if
2680 ref bindings are made, but is otherwise an rvalue context. All other
2681 expression contexts are rvalue contexts.
2682
2683 When an lvalue is evaluated in an _lvalue context_, it denotes a memory
2684 location; when evaluated in an _rvalue context_, it denotes the value held _in_
2685 that memory location.
2686
2687 ##### Temporary lifetimes
2688
2689 When an rvalue is used in an lvalue context, a temporary un-named
2690 lvalue is created and used instead. The lifetime of temporary values
2691 is typically the innermost enclosing statement; the tail expression of
2692 a block is considered part of the statement that encloses the block.
2693
2694 When a temporary rvalue is being created that is assigned into a `let`
2695 declaration, however, the temporary is created with the lifetime of
2696 the enclosing block instead, as using the enclosing statement (the
2697 `let` declaration) would be a guaranteed error (since a pointer to the
2698 temporary would be stored into a variable, but the temporary would be
2699 freed before the variable could be used). The compiler uses simple
2700 syntactic rules to decide which values are being assigned into a `let`
2701 binding, and therefore deserve a longer temporary lifetime.
2702
2703 Here are some examples:
2704
2705 - `let x = foo(&temp())`. The expression `temp()` is an rvalue. As it
2706   is being borrowed, a temporary is created which will be freed after
2707   the innermost enclosing statement (the `let` declaration, in this case).
2708 - `let x = temp().foo()`. This is the same as the previous example,
2709   except that the value of `temp()` is being borrowed via autoref on a
2710   method-call. Here we are assuming that `foo()` is an `&self` method
2711   defined in some trait, say `Foo`. In other words, the expression
2712   `temp().foo()` is equivalent to `Foo::foo(&temp())`.
2713 - `let x = &temp()`. Here, the same temporary is being assigned into
2714   `x`, rather than being passed as a parameter, and hence the
2715   temporary's lifetime is considered to be the enclosing block.
2716 - `let x = SomeStruct { foo: &temp() }`. As in the previous case, the
2717   temporary is assigned into a struct which is then assigned into a
2718   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2719 - `let x = [ &temp() ]`. As in the previous case, the
2720   temporary is assigned into an array which is then assigned into a
2721   binding, and hence it is given the lifetime of the enclosing block.
2722 - `let ref x = temp()`. In this case, the temporary is created using a ref binding,
2723   but the result is the same: the lifetime is extended to the enclosing block.
2724
2725 #### Moved and copied types
2726
2727 When a [local variable](#variables) is used as an
2728 [rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries), the variable will be copied
2729 if its type implements `Copy`. All others are moved.
2730
2731 ### Literal expressions
2732
2733 A _literal expression_ consists of one of the [literal](#literals) forms
2734 described earlier. It directly describes a number, character, string, boolean
2735 value, or the unit value.
2736
2737 ```{.literals}
2738 ();        // unit type
2739 "hello";   // string type
2740 '5';       // character type
2741 5;         // integer type
2742 ```
2743
2744 ### Path expressions
2745
2746 A [path](#paths) used as an expression context denotes either a local variable
2747 or an item. Path expressions are [lvalues](#lvalues-rvalues-and-temporaries).
2748
2749 ### Tuple expressions
2750
2751 Tuples are written by enclosing zero or more comma-separated expressions in
2752 parentheses. They are used to create [tuple-typed](#tuple-types) values.
2753
2754 ```{.tuple}
2755 (0.0, 4.5);
2756 ("a", 4usize, true);
2757 ```
2758
2759 You can disambiguate a single-element tuple from a value in parentheses with a
2760 comma:
2761
2762 ```
2763 (0,); // single-element tuple
2764 (0); // zero in parentheses
2765 ```
2766
2767 ### Struct expressions
2768
2769 There are several forms of struct expressions. A _struct expression_
2770 consists of the [path](#paths) of a [struct item](#structs), followed by
2771 a brace-enclosed list of zero or more comma-separated name-value pairs,
2772 providing the field values of a new instance of the struct. A field name
2773 can be any identifier, and is separated from its value expression by a colon.
2774 The location denoted by a struct field is mutable if and only if the
2775 enclosing struct is mutable.
2776
2777 A _tuple struct expression_ consists of the [path](#paths) of a [struct
2778 item](#structs), followed by a parenthesized list of one or more
2779 comma-separated expressions (in other words, the path of a struct item
2780 followed by a tuple expression). The struct item must be a tuple struct
2781 item.
2782
2783 A _unit-like struct expression_ consists only of the [path](#paths) of a
2784 [struct item](#structs).
2785
2786 The following are examples of struct expressions:
2787
2788 ```
2789 # struct Point { x: f64, y: f64 }
2790 # struct NothingInMe { }
2791 # struct TuplePoint(f64, f64);
2792 # mod game { pub struct User<'a> { pub name: &'a str, pub age: u32, pub score: usize } }
2793 # struct Cookie; fn some_fn<T>(t: T) {}
2794 Point {x: 10.0, y: 20.0};
2795 NothingInMe {};
2796 TuplePoint(10.0, 20.0);
2797 let u = game::User {name: "Joe", age: 35, score: 100_000};
2798 some_fn::<Cookie>(Cookie);
2799 ```
2800
2801 A struct expression forms a new value of the named struct type. Note
2802 that for a given *unit-like* struct type, this will always be the same
2803 value.
2804
2805 A struct expression can terminate with the syntax `..` followed by an
2806 expression to denote a functional update. The expression following `..` (the
2807 base) must have the same struct type as the new struct type being formed.
2808 The entire expression denotes the result of constructing a new struct (with
2809 the same type as the base expression) with the given values for the fields that
2810 were explicitly specified and the values in the base expression for all other
2811 fields.
2812
2813 ```
2814 # struct Point3d { x: i32, y: i32, z: i32 }
2815 let base = Point3d {x: 1, y: 2, z: 3};
2816 Point3d {y: 0, z: 10, .. base};
2817 ```
2818
2819 #### Struct field init shorthand
2820
2821 When initializing a data structure (struct, enum, union) with named fields,
2822 it is allowed to write `fieldname` as a shorthand for `fieldname: fieldname`.
2823 This allows a compact syntax with less duplication.
2824
2825 Example:
2826
2827 ```
2828 # struct Point3d { x: i32, y: i32, z: i32 }
2829 # let x = 0;
2830 # let y_value = 0;
2831 # let z = 0;
2832 Point3d { x: x, y: y_value, z: z };
2833 Point3d { x, y: y_value, z };
2834 ```
2835
2836 ### Block expressions
2837
2838 A _block expression_ is similar to a module in terms of the declarations that
2839 are possible. Each block conceptually introduces a new namespace scope. Use
2840 items can bring new names into scopes and declared items are in scope for only
2841 the block itself.
2842
2843 A block will execute each statement sequentially, and then execute the
2844 expression (if given). If the block ends in a statement, its value is `()`:
2845
2846 ```
2847 let x: () = { println!("Hello."); };
2848 ```
2849
2850 If it ends in an expression, its value and type are that of the expression:
2851
2852 ```
2853 let x: i32 = { println!("Hello."); 5 };
2854
2855 assert_eq!(5, x);
2856 ```
2857
2858 ### Method-call expressions
2859
2860 A _method call_ consists of an expression followed by a single dot, an
2861 identifier, and a parenthesized expression-list. Method calls are resolved to
2862 methods on specific traits, either statically dispatching to a method if the
2863 exact `self`-type of the left-hand-side is known, or dynamically dispatching if
2864 the left-hand-side expression is an indirect [trait object](#trait-objects).
2865
2866 ### Field expressions
2867
2868 A _field expression_ consists of an expression followed by a single dot and an
2869 identifier, when not immediately followed by a parenthesized expression-list
2870 (the latter is a [method call expression](#method-call-expressions)). A field
2871 expression denotes a field of a [struct](#struct-types).
2872
2873 ```{.ignore .field}
2874 mystruct.myfield;
2875 foo().x;
2876 (Struct {a: 10, b: 20}).a;
2877 ```
2878
2879 A field access is an [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) referring to
2880 the value of that field. When the type providing the field inherits mutability,
2881 it can be [assigned](#assignment-expressions) to.
2882
2883 Also, if the type of the expression to the left of the dot is a
2884 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2885 to make the field access possible. In cases of ambiguity, we prefer
2886 fewer autoderefs to more.
2887
2888 ### Array expressions
2889
2890 An [array](#array-and-slice-types) _expression_ is written by enclosing zero
2891 or more comma-separated expressions of uniform type in square brackets.
2892
2893 In the `[expr ';' expr]` form, the expression after the `';'` must be a
2894 constant expression that can be evaluated at compile time, such as a
2895 [literal](#literals) or a [static item](#static-items).
2896
2897 ```
2898 [1, 2, 3, 4];
2899 ["a", "b", "c", "d"];
2900 [0; 128];              // array with 128 zeros
2901 [0u8, 0u8, 0u8, 0u8];
2902 ```
2903
2904 ### Index expressions
2905
2906 [Array](#array-and-slice-types)-typed expressions can be indexed by
2907 writing a square-bracket-enclosed expression (the index) after them. When the
2908 array is mutable, the resulting [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) can
2909 be assigned to.
2910
2911 Indices are zero-based, and may be of any integral type. Vector access is
2912 bounds-checked at compile-time for constant arrays being accessed with a constant index value.
2913 Otherwise a check will be performed at run-time that will put the thread in a _panicked state_ if it fails.
2914
2915 ```{should-fail}
2916 ([1, 2, 3, 4])[0];
2917
2918 let x = (["a", "b"])[10]; // compiler error: const index-expr is out of bounds
2919
2920 let n = 10;
2921 let y = (["a", "b"])[n]; // panics
2922
2923 let arr = ["a", "b"];
2924 arr[10]; // panics
2925 ```
2926
2927 Also, if the type of the expression to the left of the brackets is a
2928 pointer, it is automatically dereferenced as many times as necessary
2929 to make the indexing possible. In cases of ambiguity, we prefer fewer
2930 autoderefs to more.
2931
2932 ### Range expressions
2933
2934 The `..` operator will construct an object of one of the `std::ops::Range` variants.
2935
2936 ```
2937 1..2;   // std::ops::Range
2938 3..;    // std::ops::RangeFrom
2939 ..4;    // std::ops::RangeTo
2940 ..;     // std::ops::RangeFull
2941 ```
2942
2943 The following expressions are equivalent.
2944
2945 ```
2946 let x = std::ops::Range {start: 0, end: 10};
2947 let y = 0..10;
2948
2949 assert_eq!(x, y);
2950 ```
2951
2952 Similarly, the `...` operator will construct an object of one of the
2953 `std::ops::RangeInclusive` variants.
2954
2955 ```
2956 # #![feature(inclusive_range_syntax)]
2957 1...2;   // std::ops::RangeInclusive
2958 ...4;    // std::ops::RangeToInclusive
2959 ```
2960
2961 The following expressions are equivalent.
2962
2963 ```
2964 # #![feature(inclusive_range_syntax, inclusive_range)]
2965 let x = std::ops::RangeInclusive::NonEmpty {start: 0, end: 10};
2966 let y = 0...10;
2967
2968 assert_eq!(x, y);
2969 ```
2970
2971 ### Unary operator expressions
2972
2973 Rust defines the following unary operators. With the exception of `?`, they are
2974 all written as prefix operators, before the expression they apply to.
2975
2976 * `-`
2977   : Negation. Signed integer types and floating-point types support negation. It
2978     is an error to apply negation to unsigned types; for example, the compiler
2979     rejects `-1u32`.
2980 * `*`
2981   : Dereference. When applied to a [pointer](#pointer-types) it denotes the
2982     pointed-to location. For pointers to mutable locations, the resulting
2983     [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) can be assigned to.
2984     On non-pointer types, it calls the `deref` method of the `std::ops::Deref`
2985     trait, or the `deref_mut` method of the `std::ops::DerefMut` trait (if
2986     implemented by the type and required for an outer expression that will or
2987     could mutate the dereference), and produces the result of dereferencing the
2988     `&` or `&mut` borrowed pointer returned from the overload method.
2989 * `!`
2990   : Logical negation. On the boolean type, this flips between `true` and
2991     `false`. On integer types, this inverts the individual bits in the
2992     two's complement representation of the value.
2993 * `&` and `&mut`
2994   : Borrowing. When applied to an lvalue, these operators produce a
2995     reference (pointer) to the lvalue. The lvalue is also placed into
2996     a borrowed state for the duration of the reference. For a shared
2997     borrow (`&`), this implies that the lvalue may not be mutated, but
2998     it may be read or shared again. For a mutable borrow (`&mut`), the
2999     lvalue may not be accessed in any way until the borrow expires.
3000     If the `&` or `&mut` operators are applied to an rvalue, a
3001     temporary value is created; the lifetime of this temporary value
3002     is defined by [syntactic rules](#temporary-lifetimes).
3003 * `?`
3004   : Propagating errors if applied to `Err(_)` and unwrapping if
3005     applied to `Ok(_)`. Only works on the `Result<T, E>` type,
3006     and written in postfix notation.
3007
3008 ### Binary operator expressions
3009
3010 Binary operators expressions are given in terms of [operator
3011 precedence](#operator-precedence).
3012
3013 #### Arithmetic operators
3014
3015 Binary arithmetic expressions are syntactic sugar for calls to built-in traits,
3016 defined in the `std::ops` module of the `std` library. This means that
3017 arithmetic operators can be overridden for user-defined types. The default
3018 meaning of the operators on standard types is given here.
3019
3020 * `+`
3021   : Addition and array/string concatenation.
3022     Calls the `add` method on the `std::ops::Add` trait.
3023 * `-`
3024   : Subtraction.
3025     Calls the `sub` method on the `std::ops::Sub` trait.
3026 * `*`
3027   : Multiplication.
3028     Calls the `mul` method on the `std::ops::Mul` trait.
3029 * `/`
3030   : Quotient.
3031     Calls the `div` method on the `std::ops::Div` trait.
3032 * `%`
3033   : Remainder.
3034     Calls the `rem` method on the `std::ops::Rem` trait.
3035
3036 #### Bitwise operators
3037
3038 Like the [arithmetic operators](#arithmetic-operators), bitwise operators are
3039 syntactic sugar for calls to methods of built-in traits. This means that
3040 bitwise operators can be overridden for user-defined types. The default
3041 meaning of the operators on standard types is given here. Bitwise `&`, `|` and
3042 `^` applied to boolean arguments are equivalent to logical `&&`, `||` and `!=`
3043 evaluated in non-lazy fashion.
3044
3045 * `&`
3046   : Bitwise AND.
3047     Calls the `bitand` method of the `std::ops::BitAnd` trait.
3048 * `|`
3049   : Bitwise inclusive OR.
3050     Calls the `bitor` method of the `std::ops::BitOr` trait.
3051 * `^`
3052   : Bitwise exclusive OR.
3053     Calls the `bitxor` method of the `std::ops::BitXor` trait.
3054 * `<<`
3055   : Left shift.
3056     Calls the `shl` method of the `std::ops::Shl` trait.
3057 * `>>`
3058   : Right shift (arithmetic).
3059     Calls the `shr` method of the `std::ops::Shr` trait.
3060
3061 #### Lazy boolean operators
3062
3063 The operators `||` and `&&` may be applied to operands of boolean type. The
3064 `||` operator denotes logical 'or', and the `&&` operator denotes logical
3065 'and'. They differ from `|` and `&` in that the right-hand operand is only
3066 evaluated when the left-hand operand does not already determine the result of
3067 the expression. That is, `||` only evaluates its right-hand operand when the
3068 left-hand operand evaluates to `false`, and `&&` only when it evaluates to
3069 `true`.
3070
3071 #### Comparison operators
3072
3073 Comparison operators are, like the [arithmetic
3074 operators](#arithmetic-operators), and [bitwise operators](#bitwise-operators),
3075 syntactic sugar for calls to built-in traits. This means that comparison
3076 operators can be overridden for user-defined types. The default meaning of the
3077 operators on standard types is given here.
3078
3079 * `==`
3080   : Equal to.
3081     Calls the `eq` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
3082 * `!=`
3083   : Unequal to.
3084     Calls the `ne` method on the `std::cmp::PartialEq` trait.
3085 * `<`
3086   : Less than.
3087     Calls the `lt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3088 * `>`
3089   : Greater than.
3090     Calls the `gt` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3091 * `<=`
3092   : Less than or equal.
3093     Calls the `le` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3094 * `>=`
3095   : Greater than or equal.
3096     Calls the `ge` method on the `std::cmp::PartialOrd` trait.
3097
3098 #### Type cast expressions
3099
3100 A type cast expression is denoted with the binary operator `as`.
3101
3102 Executing an `as` expression casts the value on the left-hand side to the type
3103 on the right-hand side.
3104
3105 An example of an `as` expression:
3106
3107 ```
3108 # fn sum(values: &[f64]) -> f64 { 0.0 }
3109 # fn len(values: &[f64]) -> i32 { 0 }
3110
3111 fn average(values: &[f64]) -> f64 {
3112     let sum: f64 = sum(values);
3113     let size: f64 = len(values) as f64;
3114     sum / size
3115 }
3116 ```
3117
3118 Some of the conversions which can be done through the `as` operator
3119 can also be done implicitly at various points in the program, such as
3120 argument passing and assignment to a `let` binding with an explicit
3121 type. Implicit conversions are limited to "harmless" conversions that
3122 do not lose information and which have minimal or no risk of
3123 surprising side-effects on the dynamic execution semantics.
3124
3125 #### Assignment expressions
3126
3127 An _assignment expression_ consists of an
3128 [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) expression followed by an equals
3129 sign (`=`) and an [rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) expression.
3130
3131 Evaluating an assignment expression [either copies or
3132 moves](#moved-and-copied-types) its right-hand operand to its left-hand
3133 operand.
3134
3135 ```
3136 # let mut x = 0;
3137 # let y = 0;
3138 x = y;
3139 ```
3140
3141 #### Compound assignment expressions
3142
3143 The `+`, `-`, `*`, `/`, `%`, `&`, `|`, `^`, `<<`, and `>>` operators may be
3144 composed with the `=` operator. The expression `lval OP= val` is equivalent to
3145 `lval = lval OP val`. For example, `x = x + 1` may be written as `x += 1`.
3146
3147 Any such expression always has the [`unit`](#tuple-types) type.
3148
3149 #### Operator precedence
3150
3151 The precedence of Rust binary operators is ordered as follows, going from
3152 strong to weak:
3153
3154 ```{.text .precedence}
3155 as :
3156 * / %
3157 + -
3158 << >>
3159 &
3160 ^
3161 |
3162 == != < > <= >=
3163 &&
3164 ||
3165 .. ...
3166 <-
3167 =
3168 ```
3169
3170 Operators at the same precedence level are evaluated left-to-right. [Unary
3171 operators](#unary-operator-expressions) have the same precedence level and are
3172 stronger than any of the binary operators.
3173
3174 ### Grouped expressions
3175
3176 An expression enclosed in parentheses evaluates to the result of the enclosed
3177 expression. Parentheses can be used to explicitly specify evaluation order
3178 within an expression.
3179
3180 An example of a parenthesized expression:
3181
3182 ```
3183 let x: i32 = (2 + 3) * 4;
3184 ```
3185
3186
3187 ### Call expressions
3188
3189 A _call expression_ invokes a function, providing zero or more input variables
3190 and an optional location to move the function's output into. If the function
3191 eventually returns, then the expression completes.
3192
3193 Some examples of call expressions:
3194
3195 ```
3196 # fn add(x: i32, y: i32) -> i32 { 0 }
3197
3198 let x: i32 = add(1i32, 2i32);
3199 let pi: Result<f32, _> = "3.14".parse();
3200 ```
3201
3202 ### Lambda expressions
3203
3204 A _lambda expression_ (sometimes called an "anonymous function expression")
3205 defines a function and denotes it as a value, in a single expression. A lambda
3206 expression is a pipe-symbol-delimited (`|`) list of identifiers followed by an
3207 expression.
3208
3209 A lambda expression denotes a function that maps a list of parameters
3210 (`ident_list`) onto the expression that follows the `ident_list`. The
3211 identifiers in the `ident_list` are the parameters to the function. These
3212 parameters' types need not be specified, as the compiler infers them from
3213 context.
3214
3215 Lambda expressions are most useful when passing functions as arguments to other
3216 functions, as an abbreviation for defining and capturing a separate function.
3217
3218 Significantly, lambda expressions _capture their environment_, which regular
3219 [function definitions](#functions) do not. The exact type of capture depends
3220 on the [function type](#function-types) inferred for the lambda expression. In
3221 the simplest and least-expensive form (analogous to a ```|| { }``` expression),
3222 the lambda expression captures its environment by reference, effectively
3223 borrowing pointers to all outer variables mentioned inside the function.
3224 Alternately, the compiler may infer that a lambda expression should copy or
3225 move values (depending on their type) from the environment into the lambda
3226 expression's captured environment. A lambda can be forced to capture its
3227 environment by moving values by prefixing it with the `move` keyword.
3228
3229 In this example, we define a function `ten_times` that takes a higher-order
3230 function argument, and we then call it with a lambda expression as an argument,
3231 followed by a lambda expression that moves values from its environment.
3232
3233 ```
3234 fn ten_times<F>(f: F) where F: Fn(i32) {
3235     for index in 0..10 {
3236         f(index);
3237     }
3238 }
3239
3240 ten_times(|j| println!("hello, {}", j));
3241
3242 let word = "konnichiwa".to_owned();
3243 ten_times(move |j| println!("{}, {}", word, j));
3244 ```
3245
3246 ### Infinite loops
3247
3248 A `loop` expression denotes an infinite loop.
3249
3250 A `loop` expression may optionally have a _label_. The label is written as
3251 a lifetime preceding the loop expression, as in `'foo: loop{ }`. If a
3252 label is present, then labeled `break` and `continue` expressions nested
3253 within this loop may exit out of this loop or return control to its head.
3254 See [break expressions](#break-expressions) and [continue
3255 expressions](#continue-expressions).
3256
3257 ### `break` expressions
3258
3259 A `break` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3260 executing a `break` expression immediately terminates the innermost loop
3261 enclosing it. It is only permitted in the body of a loop. If the label is
3262 present, then `break 'foo` terminates the loop with label `'foo`, which need not
3263 be the innermost label enclosing the `break` expression, but must enclose it.
3264
3265 ### `continue` expressions
3266
3267 A `continue` expression has an optional _label_. If the label is absent, then
3268 executing a `continue` expression immediately terminates the current iteration
3269 of the innermost loop enclosing it, returning control to the loop *head*. In
3270 the case of a `while` loop, the head is the conditional expression controlling
3271 the loop. In the case of a `for` loop, the head is the call-expression
3272 controlling the loop. If the label is present, then `continue 'foo` returns
3273 control to the head of the loop with label `'foo`, which need not be the
3274 innermost label enclosing the `continue` expression, but must enclose it.
3275
3276 A `continue` expression is only permitted in the body of a loop.
3277
3278 ### `while` loops
3279
3280 A `while` loop begins by evaluating the boolean loop conditional expression.
3281 If the loop conditional expression evaluates to `true`, the loop body block
3282 executes and control returns to the loop conditional expression. If the loop
3283 conditional expression evaluates to `false`, the `while` expression completes.
3284
3285 An example:
3286
3287 ```
3288 let mut i = 0;
3289
3290 while i < 10 {
3291     println!("hello");
3292     i = i + 1;
3293 }
3294 ```
3295
3296 Like `loop` expressions, `while` loops can be controlled with `break` or
3297 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3298 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3299 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3300
3301 ### `for` expressions
3302
3303 A `for` expression is a syntactic construct for looping over elements provided
3304 by an implementation of `std::iter::IntoIterator`.
3305
3306 An example of a `for` loop over the contents of an array:
3307
3308 ```
3309 # type Foo = i32;
3310 # fn bar(f: &Foo) { }
3311 # let a = 0;
3312 # let b = 0;
3313 # let c = 0;
3314
3315 let v: &[Foo] = &[a, b, c];
3316
3317 for e in v {
3318     bar(e);
3319 }
3320 ```
3321
3322 An example of a for loop over a series of integers:
3323
3324 ```
3325 # fn bar(b:usize) { }
3326 for i in 0..256 {
3327     bar(i);
3328 }
3329 ```
3330
3331 Like `loop` expressions, `for` loops can be controlled with `break` or
3332 `continue`, and may optionally have a _label_. See [infinite
3333 loops](#infinite-loops), [break expressions](#break-expressions), and
3334 [continue expressions](#continue-expressions) for more information.
3335
3336 ### `if` expressions
3337
3338 An `if` expression is a conditional branch in program control. The form of an
3339 `if` expression is a condition expression, followed by a consequent block, any
3340 number of `else if` conditions and blocks, and an optional trailing `else`
3341 block. The condition expressions must have type `bool`. If a condition
3342 expression evaluates to `true`, the consequent block is executed and any
3343 subsequent `else if` or `else` block is skipped. If a condition expression
3344 evaluates to `false`, the consequent block is skipped and any subsequent `else
3345 if` condition is evaluated. If all `if` and `else if` conditions evaluate to
3346 `false` then any `else` block is executed.
3347
3348 ### `match` expressions
3349
3350 A `match` expression branches on a *pattern*. The exact form of matching that
3351 occurs depends on the pattern. Patterns consist of some combination of
3352 literals, destructured arrays or enum constructors, structs and tuples,
3353 variable binding specifications, wildcards (`..`), and placeholders (`_`). A
3354 `match` expression has a *head expression*, which is the value to compare to
3355 the patterns. The type of the patterns must equal the type of the head
3356 expression.
3357
3358 In a pattern whose head expression has an `enum` type, a placeholder (`_`)
3359 stands for a *single* data field, whereas a wildcard `..` stands for *all* the
3360 fields of a particular variant.
3361
3362 A `match` behaves differently depending on whether or not the head expression
3363 is an [lvalue or an rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries). If the head
3364 expression is an rvalue, it is first evaluated into a temporary location, and
3365 the resulting value is sequentially compared to the patterns in the arms until
3366 a match is found. The first arm with a matching pattern is chosen as the branch
3367 target of the `match`, any variables bound by the pattern are assigned to local
3368 variables in the arm's block, and control enters the block.
3369
3370 When the head expression is an lvalue, the match does not allocate a temporary
3371 location (however, a by-value binding may copy or move from the lvalue). When
3372 possible, it is preferable to match on lvalues, as the lifetime of these
3373 matches inherits the lifetime of the lvalue, rather than being restricted to
3374 the inside of the match.
3375
3376 An example of a `match` expression:
3377
3378 ```
3379 let x = 1;
3380
3381 match x {
3382     1 => println!("one"),
3383     2 => println!("two"),
3384     3 => println!("three"),
3385     4 => println!("four"),
3386     5 => println!("five"),
3387     _ => println!("something else"),
3388 }
3389 ```
3390
3391 Patterns that bind variables default to binding to a copy or move of the
3392 matched value (depending on the matched value's type). This can be changed to
3393 bind to a reference by using the `ref` keyword, or to a mutable reference using
3394 `ref mut`.
3395
3396 Subpatterns can also be bound to variables by the use of the syntax `variable @
3397 subpattern`. For example:
3398
3399 ```
3400 let x = 1;
3401
3402 match x {
3403     e @ 1 ... 5 => println!("got a range element {}", e),
3404     _ => println!("anything"),
3405 }
3406 ```
3407
3408 Patterns can also dereference pointers by using the `&`, `&mut` and `box`
3409 symbols, as appropriate. For example, these two matches on `x: &i32` are
3410 equivalent:
3411
3412 ```
3413 # let x = &3;
3414 let y = match *x { 0 => "zero", _ => "some" };
3415 let z = match x { &0 => "zero", _ => "some" };
3416
3417 assert_eq!(y, z);
3418 ```
3419
3420 Multiple match patterns may be joined with the `|` operator. A range of values
3421 may be specified with `...`. For example:
3422
3423 ```
3424 # let x = 2;
3425
3426 let message = match x {
3427     0 | 1  => "not many",
3428     2 ... 9 => "a few",
3429     _      => "lots"
3430 };
3431 ```
3432
3433 Range patterns only work on scalar types (like integers and characters; not
3434 like arrays and structs, which have sub-components). A range pattern may not
3435 be a sub-range of another range pattern inside the same `match`.
3436
3437 Finally, match patterns can accept *pattern guards* to further refine the
3438 criteria for matching a case. Pattern guards appear after the pattern and
3439 consist of a bool-typed expression following the `if` keyword. A pattern guard
3440 may refer to the variables bound within the pattern they follow.
3441
3442 ```
3443 # let maybe_digit = Some(0);
3444 # fn process_digit(i: i32) { }
3445 # fn process_other(i: i32) { }
3446
3447 let message = match maybe_digit {
3448     Some(x) if x < 10 => process_digit(x),
3449     Some(x) => process_other(x),
3450     None => panic!(),
3451 };
3452 ```
3453
3454 ### `if let` expressions
3455
3456 An `if let` expression is semantically identical to an `if` expression but in
3457 place of a condition expression it expects a `let` statement with a refutable
3458 pattern. If the value of the expression on the right hand side of the `let`
3459 statement matches the pattern, the corresponding block will execute, otherwise
3460 flow proceeds to the first `else` block that follows.
3461
3462 ```
3463 let dish = ("Ham", "Eggs");
3464
3465 // this body will be skipped because the pattern is refuted
3466 if let ("Bacon", b) = dish {
3467     println!("Bacon is served with {}", b);
3468 }
3469
3470 // this body will execute
3471 if let ("Ham", b) = dish {
3472     println!("Ham is served with {}", b);
3473 }
3474 ```
3475
3476 ### `while let` loops
3477
3478 A `while let` loop is semantically identical to a `while` loop but in place of
3479 a condition expression it expects `let` statement with a refutable pattern. If
3480 the value of the expression on the right hand side of the `let` statement
3481 matches the pattern, the loop body block executes and control returns to the
3482 pattern matching statement. Otherwise, the while expression completes.
3483
3484 ### `return` expressions
3485
3486 Return expressions are denoted with the keyword `return`. Evaluating a `return`
3487 expression moves its argument into the designated output location for the
3488 current function call, destroys the current function activation frame, and
3489 transfers control to the caller frame.
3490
3491 An example of a `return` expression:
3492
3493 ```
3494 fn max(a: i32, b: i32) -> i32 {
3495     if a > b {
3496         return a;
3497     }
3498     return b;
3499 }
3500 ```
3501
3502 # Type system
3503
3504 ## Types
3505
3506 Every variable, item and value in a Rust program has a type. The _type_ of a
3507 *value* defines the interpretation of the memory holding it.
3508
3509 Built-in types and type-constructors are tightly integrated into the language,
3510 in nontrivial ways that are not possible to emulate in user-defined types.
3511 User-defined types have limited capabilities.
3512
3513 ### Primitive types
3514
3515 The primitive types are the following:
3516
3517 * The boolean type `bool` with values `true` and `false`.
3518 * The machine types (integer and floating-point).
3519 * The machine-dependent integer types.
3520 * Arrays
3521 * Tuples
3522 * Slices
3523 * Function pointers
3524
3525 #### Machine types
3526
3527 The machine types are the following:
3528
3529 * The unsigned word types `u8`, `u16`, `u32` and `u64`, with values drawn from
3530   the integer intervals [0, 2^8 - 1], [0, 2^16 - 1], [0, 2^32 - 1] and
3531   [0, 2^64 - 1] respectively.
3532
3533 * The signed two's complement word types `i8`, `i16`, `i32` and `i64`, with
3534   values drawn from the integer intervals [-(2^(7)), 2^7 - 1],
3535   [-(2^(15)), 2^15 - 1], [-(2^(31)), 2^31 - 1], [-(2^(63)), 2^63 - 1]
3536   respectively.
3537
3538 * The IEEE 754-2008 `binary32` and `binary64` floating-point types: `f32` and
3539   `f64`, respectively.
3540
3541 #### Machine-dependent integer types
3542
3543 The `usize` type is an unsigned integer type with the same number of bits as the
3544 platform's pointer type. It can represent every memory address in the process.
3545
3546 The `isize` type is a signed integer type with the same number of bits as the
3547 platform's pointer type. The theoretical upper bound on object and array size
3548 is the maximum `isize` value. This ensures that `isize` can be used to calculate
3549 differences between pointers into an object or array and can address every byte
3550 within an object along with one byte past the end.
3551
3552 ### Textual types
3553
3554 The types `char` and `str` hold textual data.
3555
3556 A value of type `char` is a [Unicode scalar value](
3557 http://www.unicode.org/glossary/#unicode_scalar_value) (i.e. a code point that
3558 is not a surrogate), represented as a 32-bit unsigned word in the 0x0000 to
3559 0xD7FF or 0xE000 to 0x10FFFF range. A `[char]` array is effectively an UCS-4 /
3560 UTF-32 string.
3561
3562 A value of type `str` is a Unicode string, represented as an array of 8-bit
3563 unsigned bytes holding a sequence of UTF-8 code points. Since `str` is of
3564 unknown size, it is not a _first-class_ type, but can only be instantiated
3565 through a pointer type, such as `&str`.
3566
3567 ### Tuple types
3568
3569 A tuple *type* is a heterogeneous product of other types, called the *elements*
3570 of the tuple. It has no nominal name and is instead structurally typed.
3571
3572 Tuple types and values are denoted by listing the types or values of their
3573 elements, respectively, in a parenthesized, comma-separated list.
3574
3575 Because tuple elements don't have a name, they can only be accessed by
3576 pattern-matching or by using `N` directly as a field to access the
3577 `N`th element.
3578
3579 An example of a tuple type and its use:
3580
3581 ```
3582 type Pair<'a> = (i32, &'a str);
3583 let p: Pair<'static> = (10, "ten");
3584 let (a, b) = p;
3585
3586 assert_eq!(a, 10);
3587 assert_eq!(b, "ten");
3588 assert_eq!(p.0, 10);
3589 assert_eq!(p.1, "ten");
3590 ```
3591
3592 For historical reasons and convenience, the tuple type with no elements (`()`)
3593 is often called ‘unit’ or ‘the unit type’.
3594
3595 ### Array, and Slice types
3596
3597 Rust has two different types for a list of items:
3598
3599 * `[T; N]`, an 'array'
3600 * `&[T]`, a 'slice'
3601
3602 An array has a fixed size, and can be allocated on either the stack or the
3603 heap.
3604
3605 A slice is a 'view' into an array. It doesn't own the data it points
3606 to, it borrows it.
3607
3608 Examples:
3609
3610 ```{rust}
3611 // A stack-allocated array
3612 let array: [i32; 3] = [1, 2, 3];
3613
3614 // A heap-allocated array
3615 let vector: Vec<i32> = vec![1, 2, 3];
3616
3617 // A slice into an array
3618 let slice: &[i32] = &vector[..];
3619 ```
3620
3621 As you can see, the `vec!` macro allows you to create a `Vec<T>` easily. The
3622 `vec!` macro is also part of the standard library, rather than the language.
3623
3624 All in-bounds elements of arrays and slices are always initialized, and access
3625 to an array or slice is always bounds-checked.
3626
3627 ### Struct types
3628
3629 A `struct` *type* is a heterogeneous product of other types, called the
3630 *fields* of the type.[^structtype]
3631
3632 [^structtype]: `struct` types are analogous to `struct` types in C,
3633     the *record* types of the ML family,
3634     or the *struct* types of the Lisp family.
3635
3636 New instances of a `struct` can be constructed with a [struct
3637 expression](#struct-expressions).
3638
3639 The memory layout of a `struct` is undefined by default to allow for compiler
3640 optimizations like field reordering, but it can be fixed with the
3641 `#[repr(...)]` attribute. In either case, fields may be given in any order in
3642 a corresponding struct *expression*; the resulting `struct` value will always
3643 have the same memory layout.
3644
3645 The fields of a `struct` may be qualified by [visibility
3646 modifiers](#visibility-and-privacy), to allow access to data in a
3647 struct outside a module.
3648
3649 A _tuple struct_ type is just like a struct type, except that the fields are
3650 anonymous.
3651
3652 A _unit-like struct_ type is like a struct type, except that it has no
3653 fields. The one value constructed by the associated [struct
3654 expression](#struct-expressions) is the only value that inhabits such a
3655 type.
3656
3657 ### Enumerated types
3658
3659 An *enumerated type* is a nominal, heterogeneous disjoint union type, denoted
3660 by the name of an [`enum` item](#enumerations). [^enumtype]
3661
3662 [^enumtype]: The `enum` type is analogous to a `data` constructor declaration in
3663              ML, or a *pick ADT* in Limbo.
3664
3665 An [`enum` item](#enumerations) declares both the type and a number of *variant
3666 constructors*, each of which is independently named and takes an optional tuple
3667 of arguments.
3668
3669 New instances of an `enum` can be constructed by calling one of the variant
3670 constructors, in a [call expression](#call-expressions).
3671
3672 Any `enum` value consumes as much memory as the largest variant constructor for
3673 its corresponding `enum` type.
3674
3675 Enum types cannot be denoted *structurally* as types, but must be denoted by
3676 named reference to an [`enum` item](#enumerations).
3677
3678 ### Recursive types
3679
3680 Nominal types &mdash; [enumerations](#enumerated-types) and
3681 [structs](#struct-types) &mdash; may be recursive. That is, each `enum`
3682 constructor or `struct` field may refer, directly or indirectly, to the
3683 enclosing `enum` or `struct` type itself. Such recursion has restrictions:
3684
3685 * Recursive types must include a nominal type in the recursion
3686   (not mere [type definitions](grammar.html#type-definitions),
3687    or other structural types such as [arrays](#array-and-slice-types) or [tuples](#tuple-types)).
3688 * A recursive `enum` item must have at least one non-recursive constructor
3689   (in order to give the recursion a basis case).
3690 * The size of a recursive type must be finite;
3691   in other words the recursive fields of the type must be [pointer types](#pointer-types).
3692 * Recursive type definitions can cross module boundaries, but not module *visibility* boundaries,
3693   or crate boundaries (in order to simplify the module system and type checker).
3694
3695 An example of a *recursive* type and its use:
3696
3697 ```
3698 enum List<T> {
3699     Nil,
3700     Cons(T, Box<List<T>>)
3701 }
3702
3703 let a: List<i32> = List::Cons(7, Box::new(List::Cons(13, Box::new(List::Nil))));
3704 ```
3705
3706 ### Pointer types
3707
3708 All pointers in Rust are explicit first-class values. They can be copied,
3709 stored into data structs, and returned from functions. There are two
3710 varieties of pointer in Rust:
3711
3712 * References (`&`)
3713   : These point to memory _owned by some other value_.
3714     A reference type is written `&type`,
3715     or `&'a type` when you need to specify an explicit lifetime.
3716     Copying a reference is a "shallow" operation:
3717     it involves only copying the pointer itself.
3718     Releasing a reference has no effect on the value it points to,
3719     but a reference of a temporary value will keep it alive during the scope
3720     of the reference itself.
3721
3722 * Raw pointers (`*`)
3723   : Raw pointers are pointers without safety or liveness guarantees.
3724     Raw pointers are written as `*const T` or `*mut T`,
3725     for example `*const i32` means a raw pointer to a 32-bit integer.
3726     Copying or dropping a raw pointer has no effect on the lifecycle of any
3727     other value. Dereferencing a raw pointer or converting it to any other
3728     pointer type is an [`unsafe` operation](#unsafe-functions).
3729     Raw pointers are generally discouraged in Rust code;
3730     they exist to support interoperability with foreign code,
3731     and writing performance-critical or low-level functions.
3732
3733 The standard library contains additional 'smart pointer' types beyond references
3734 and raw pointers.
3735
3736 ### Function types
3737
3738 The function type constructor `fn` forms new function types. A function type
3739 consists of a possibly-empty set of function-type modifiers (such as `unsafe`
3740 or `extern`), a sequence of input types and an output type.
3741
3742 An example of a `fn` type:
3743
3744 ```
3745 fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
3746     x + y
3747 }
3748
3749 let mut x = add(5,7);
3750
3751 type Binop = fn(i32, i32) -> i32;
3752 let bo: Binop = add;
3753 x = bo(5,7);
3754 ```
3755
3756 #### Function types for specific items
3757
3758 Internal to the compiler, there are also function types that are specific to a particular
3759 function item. In the following snippet, for example, the internal types of the functions
3760 `foo` and `bar` are different, despite the fact that they have the same signature:
3761
3762 ```
3763 fn foo() { }
3764 fn bar() { }
3765 ```
3766
3767 The types of `foo` and `bar` can both be implicitly coerced to the fn
3768 pointer type `fn()`. There is currently no syntax for unique fn types,
3769 though the compiler will emit a type like `fn() {foo}` in error
3770 messages to indicate "the unique fn type for the function `foo`".
3771
3772 ### Closure types
3773
3774 A [lambda expression](#lambda-expressions) produces a closure value with
3775 a unique, anonymous type that cannot be written out.
3776
3777 Depending on the requirements of the closure, its type implements one or
3778 more of the closure traits:
3779
3780 * `FnOnce`
3781   : The closure can be called once. A closure called as `FnOnce`
3782     can move out values from its environment.
3783
3784 * `FnMut`
3785   : The closure can be called multiple times as mutable. A closure called as
3786     `FnMut` can mutate values from its environment. `FnMut` inherits from
3787     `FnOnce` (i.e. anything implementing `FnMut` also implements `FnOnce`).
3788
3789 * `Fn`
3790   : The closure can be called multiple times through a shared reference.
3791     A closure called as `Fn` can neither move out from nor mutate values
3792     from its environment. `Fn` inherits from `FnMut`, which itself
3793     inherits from `FnOnce`.
3794
3795
3796 ### Trait objects
3797
3798 In Rust, a type like `&SomeTrait` or `Box<SomeTrait>` is called a _trait object_.
3799 Each instance of a trait object includes:
3800
3801  - a pointer to an instance of a type `T` that implements `SomeTrait`
3802  - a _virtual method table_, often just called a _vtable_, which contains, for
3803    each method of `SomeTrait` that `T` implements, a pointer to `T`'s
3804    implementation (i.e. a function pointer).
3805
3806 The purpose of trait objects is to permit "late binding" of methods. Calling a
3807 method on a trait object results in virtual dispatch at runtime: that is, a
3808 function pointer is loaded from the trait object vtable and invoked indirectly.
3809 The actual implementation for each vtable entry can vary on an object-by-object
3810 basis.
3811
3812 Note that for a trait object to be instantiated, the trait must be
3813 _object-safe_. Object safety rules are defined in [RFC 255].
3814
3815 [RFC 255]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0255-object-safety.md
3816
3817 Given a pointer-typed expression `E` of type `&T` or `Box<T>`, where `T`
3818 implements trait `R`, casting `E` to the corresponding pointer type `&R` or
3819 `Box<R>` results in a value of the _trait object_ `R`. This result is
3820 represented as a pair of pointers: the vtable pointer for the `T`
3821 implementation of `R`, and the pointer value of `E`.
3822
3823 An example of a trait object:
3824
3825 ```
3826 trait Printable {
3827     fn stringify(&self) -> String;
3828 }
3829
3830 impl Printable for i32 {
3831     fn stringify(&self) -> String { self.to_string() }
3832 }
3833
3834 fn print(a: Box<Printable>) {
3835     println!("{}", a.stringify());
3836 }
3837
3838 fn main() {
3839     print(Box::new(10) as Box<Printable>);
3840 }
3841 ```
3842
3843 In this example, the trait `Printable` occurs as a trait object in both the
3844 type signature of `print`, and the cast expression in `main`.
3845
3846 ### Type parameters
3847
3848 Within the body of an item that has type parameter declarations, the names of
3849 its type parameters are types:
3850
3851 ```ignore
3852 fn to_vec<A: Clone>(xs: &[A]) -> Vec<A> {
3853     if xs.is_empty() {
3854         return vec![];
3855     }
3856     let first: A = xs[0].clone();
3857     let mut rest: Vec<A> = to_vec(&xs[1..]);
3858     rest.insert(0, first);
3859     rest
3860 }
3861 ```
3862
3863 Here, `first` has type `A`, referring to `to_vec`'s `A` type parameter; and `rest`
3864 has type `Vec<A>`, a vector with element type `A`.
3865
3866 ### Self types
3867
3868 The special type `Self` has a meaning within traits and impls. In a trait definition, it refers
3869 to an implicit type parameter representing the "implementing" type. In an impl,
3870 it is an alias for the implementing type. For example, in:
3871
3872 ```
3873 pub trait From<T> {
3874     fn from(T) -> Self;
3875 }
3876
3877 impl From<i32> for String {
3878     fn from(x: i32) -> Self {
3879         x.to_string()
3880     }
3881 }
3882 ```
3883
3884 The notation `Self` in the impl refers to the implementing type: `String`. In another
3885 example:
3886
3887 ```
3888 trait Printable {
3889     fn make_string(&self) -> String;
3890 }
3891
3892 impl Printable for String {
3893     fn make_string(&self) -> String {
3894         (*self).clone()
3895     }
3896 }
3897 ```
3898
3899 The notation `&self` is a shorthand for `self: &Self`. In this case,
3900 in the impl, `Self` refers to the value of type `String` that is the
3901 receiver for a call to the method `make_string`.
3902
3903 ## Subtyping
3904
3905 Subtyping is implicit and can occur at any stage in type checking or
3906 inference. Subtyping in Rust is very restricted and occurs only due to
3907 variance with respect to lifetimes and between types with higher ranked
3908 lifetimes. If we were to erase lifetimes from types, then the only subtyping
3909 would be due to type equality.
3910
3911 Consider the following example: string literals always have `'static`
3912 lifetime. Nevertheless, we can assign `s` to `t`:
3913
3914 ```
3915 fn bar<'a>() {
3916     let s: &'static str = "hi";
3917     let t: &'a str = s;
3918 }
3919 ```
3920 Since `'static` "lives longer" than `'a`, `&'static str` is a subtype of
3921 `&'a str`.
3922
3923 ## Type coercions
3924
3925 Coercions are defined in [RFC 401]. A coercion is implicit and has no syntax.
3926
3927 [RFC 401]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0401-coercions.md
3928
3929 ### Coercion sites
3930
3931 A coercion can only occur at certain coercion sites in a program; these are
3932 typically places where the desired type is explicit or can be derived by
3933 propagation from explicit types (without type inference). Possible coercion
3934 sites are:
3935
3936 * `let` statements where an explicit type is given.
3937
3938    For example, `42` is coerced to have type `i8` in the following:
3939
3940    ```rust
3941    let _: i8 = 42;
3942    ```
3943
3944 * `static` and `const` statements (similar to `let` statements).
3945
3946 * Arguments for function calls
3947
3948   The value being coerced is the actual parameter, and it is coerced to
3949   the type of the formal parameter.
3950
3951   For example, `42` is coerced to have type `i8` in the following:
3952
3953   ```rust
3954   fn bar(_: i8) { }
3955
3956   fn main() {
3957       bar(42);
3958   }
3959   ```
3960
3961 * Instantiations of struct or variant fields
3962
3963   For example, `42` is coerced to have type `i8` in the following:
3964
3965   ```rust
3966   struct Foo { x: i8 }
3967
3968   fn main() {
3969       Foo { x: 42 };
3970   }
3971   ```
3972
3973 * Function results, either the final line of a block if it is not
3974   semicolon-terminated or any expression in a `return` statement
3975
3976   For example, `42` is coerced to have type `i8` in the following:
3977
3978   ```rust
3979   fn foo() -> i8 {
3980       42
3981   }
3982   ```
3983
3984 If the expression in one of these coercion sites is a coercion-propagating
3985 expression, then the relevant sub-expressions in that expression are also
3986 coercion sites. Propagation recurses from these new coercion sites.
3987 Propagating expressions and their relevant sub-expressions are:
3988
3989 * Array literals, where the array has type `[U; n]`. Each sub-expression in
3990 the array literal is a coercion site for coercion to type `U`.
3991
3992 * Array literals with repeating syntax, where the array has type `[U; n]`. The
3993 repeated sub-expression is a coercion site for coercion to type `U`.
3994
3995 * Tuples, where a tuple is a coercion site to type `(U_0, U_1, ..., U_n)`.
3996 Each sub-expression is a coercion site to the respective type, e.g. the
3997 zeroth sub-expression is a coercion site to type `U_0`.
3998
3999 * Parenthesized sub-expressions (`(e)`): if the expression has type `U`, then
4000 the sub-expression is a coercion site to `U`.
4001
4002 * Blocks: if a block has type `U`, then the last expression in the block (if
4003 it is not semicolon-terminated) is a coercion site to `U`. This includes
4004 blocks which are part of control flow statements, such as `if`/`else`, if
4005 the block has a known type.
4006
4007 ### Coercion types
4008
4009 Coercion is allowed between the following types:
4010
4011 * `T` to `U` if `T` is a subtype of `U` (*reflexive case*)
4012
4013 * `T_1` to `T_3` where `T_1` coerces to `T_2` and `T_2` coerces to `T_3`
4014 (*transitive case*)
4015
4016     Note that this is not fully supported yet
4017
4018 * `&mut T` to `&T`
4019
4020 * `*mut T` to `*const T`
4021
4022 * `&T` to `*const T`
4023
4024 * `&mut T` to `*mut T`
4025
4026 * `&T` to `&U` if `T` implements `Deref<Target = U>`. For example:
4027
4028   ```rust
4029   use std::ops::Deref;
4030
4031   struct CharContainer {
4032       value: char,
4033   }
4034
4035   impl Deref for CharContainer {
4036       type Target = char;
4037
4038       fn deref<'a>(&'a self) -> &'a char {
4039           &self.value
4040       }
4041   }
4042
4043   fn foo(arg: &char) {}
4044
4045   fn main() {
4046       let x = &mut CharContainer { value: 'y' };
4047       foo(x); //&mut CharContainer is coerced to &char.
4048   }
4049   ```
4050
4051 * `&mut T` to `&mut U` if `T` implements `DerefMut<Target = U>`.
4052
4053 * TyCtor(`T`) to TyCtor(coerce_inner(`T`)), where TyCtor(`T`) is one of
4054     - `&T`
4055     - `&mut T`
4056     - `*const T`
4057     - `*mut T`
4058     - `Box<T>`
4059
4060     and where
4061     - coerce_inner(`[T, ..n]`) = `[T]`
4062     - coerce_inner(`T`) = `U` where `T` is a concrete type which implements the
4063     trait `U`.
4064
4065     In the future, coerce_inner will be recursively extended to tuples and
4066     structs. In addition, coercions from sub-traits to super-traits will be
4067     added. See [RFC 401] for more details.
4068
4069 # Special traits
4070
4071 Several traits define special evaluation behavior.
4072
4073 ## The `Copy` trait
4074
4075 The `Copy` trait changes the semantics of a type implementing it. Values whose
4076 type implements `Copy` are copied rather than moved upon assignment.
4077
4078 ## The `Sized` trait
4079
4080 The `Sized` trait indicates that the size of this type is known at compile-time.
4081
4082 ## The `Drop` trait
4083
4084 The `Drop` trait provides a destructor, to be run whenever a value of this type
4085 is to be destroyed.
4086
4087 ## The `Deref` trait
4088
4089 The `Deref<Target = U>` trait allows a type to implicitly implement all the methods
4090 of the type `U`. When attempting to resolve a method call, the compiler will search
4091 the top-level type for the implementation of the called method. If no such method is
4092 found, `.deref()` is called and the compiler continues to search for the method
4093 implementation in the returned type `U`.
4094
4095 ## The `Send` trait
4096
4097 The `Send` trait indicates that a value of this type is safe to send from one
4098 thread to another.
4099
4100 ## The `Sync` trait
4101
4102 The `Sync` trait indicates that a value of this type is safe to share between
4103 multiple threads.
4104
4105 # Memory model
4106
4107 A Rust program's memory consists of a static set of *items* and a *heap*.
4108 Immutable portions of the heap may be safely shared between threads, mutable
4109 portions may not be safely shared, but several mechanisms for effectively-safe
4110 sharing of mutable values, built on unsafe code but enforcing a safe locking
4111 discipline, exist in the standard library.
4112
4113 Allocations in the stack consist of *variables*, and allocations in the heap
4114 consist of *boxes*.
4115
4116 ### Memory allocation and lifetime
4117
4118 The _items_ of a program are those functions, modules and types that have their
4119 value calculated at compile-time and stored uniquely in the memory image of the
4120 rust process. Items are neither dynamically allocated nor freed.
4121
4122 The _heap_ is a general term that describes boxes.  The lifetime of an
4123 allocation in the heap depends on the lifetime of the box values pointing to
4124 it. Since box values may themselves be passed in and out of frames, or stored
4125 in the heap, heap allocations may outlive the frame they are allocated within.
4126 An allocation in the heap is guaranteed to reside at a single location in the
4127 heap for the whole lifetime of the allocation - it will never be relocated as
4128 a result of moving a box value.
4129
4130 ### Memory ownership
4131
4132 When a stack frame is exited, its local allocations are all released, and its
4133 references to boxes are dropped.
4134
4135 ### Variables
4136
4137 A _variable_ is a component of a stack frame, either a named function parameter,
4138 an anonymous [temporary](#lvalues-rvalues-and-temporaries), or a named local
4139 variable.
4140
4141 A _local variable_ (or *stack-local* allocation) holds a value directly,
4142 allocated within the stack's memory. The value is a part of the stack frame.
4143
4144 Local variables are immutable unless declared otherwise like: `let mut x = ...`.
4145
4146 Function parameters are immutable unless declared with `mut`. The `mut` keyword
4147 applies only to the following parameter (so `|mut x, y|` and `fn f(mut x:
4148 Box<i32>, y: Box<i32>)` declare one mutable variable `x` and one immutable
4149 variable `y`).
4150
4151 Methods that take either `self` or `Box<Self>` can optionally place them in a
4152 mutable variable by prefixing them with `mut` (similar to regular arguments):
4153
4154 ```
4155 trait Changer: Sized {
4156     fn change(mut self) {}
4157     fn modify(mut self: Box<Self>) {}
4158 }
4159 ```
4160
4161 Local variables are not initialized when allocated; the entire frame worth of
4162 local variables are allocated at once, on frame-entry, in an uninitialized
4163 state. Subsequent statements within a function may or may not initialize the
4164 local variables. Local variables can be used only after they have been
4165 initialized; this is enforced by the compiler.
4166
4167 # Linkage
4168
4169 The Rust compiler supports various methods to link crates together both
4170 statically and dynamically. This section will explore the various methods to
4171 link Rust crates together, and more information about native libraries can be
4172 found in the [FFI section of the book][ffi].
4173
4174 In one session of compilation, the compiler can generate multiple artifacts
4175 through the usage of either command line flags or the `crate_type` attribute.
4176 If one or more command line flags are specified, all `crate_type` attributes will
4177 be ignored in favor of only building the artifacts specified by command line.
4178
4179 * `--crate-type=bin`, `#[crate_type = "bin"]` - A runnable executable will be
4180   produced. This requires that there is a `main` function in the crate which
4181   will be run when the program begins executing. This will link in all Rust and
4182   native dependencies, producing a distributable binary.
4183
4184 * `--crate-type=lib`, `#[crate_type = "lib"]` - A Rust library will be produced.
4185   This is an ambiguous concept as to what exactly is produced because a library
4186   can manifest itself in several forms. The purpose of this generic `lib` option
4187   is to generate the "compiler recommended" style of library. The output library
4188   will always be usable by rustc, but the actual type of library may change from
4189   time-to-time. The remaining output types are all different flavors of
4190   libraries, and the `lib` type can be seen as an alias for one of them (but the
4191   actual one is compiler-defined).
4192
4193 * `--crate-type=dylib`, `#[crate_type = "dylib"]` - A dynamic Rust library will
4194   be produced. This is different from the `lib` output type in that this forces
4195   dynamic library generation. The resulting dynamic library can be used as a
4196   dependency for other libraries and/or executables. This output type will
4197   create `*.so` files on linux, `*.dylib` files on osx, and `*.dll` files on
4198   windows.
4199
4200 * `--crate-type=staticlib`, `#[crate_type = "staticlib"]` - A static system
4201   library will be produced. This is different from other library outputs in that
4202   the Rust compiler will never attempt to link to `staticlib` outputs. The
4203   purpose of this output type is to create a static library containing all of
4204   the local crate's code along with all upstream dependencies. The static
4205   library is actually a `*.a` archive on linux and osx and a `*.lib` file on
4206   windows. This format is recommended for use in situations such as linking
4207   Rust code into an existing non-Rust application because it will not have
4208   dynamic dependencies on other Rust code.
4209
4210 * `--crate-type=cdylib`, `#[crate_type = "cdylib"]` - A dynamic system
4211   library will be produced.  This is used when compiling Rust code as
4212   a dynamic library to be loaded from another language.  This output type will
4213   create `*.so` files on Linux, `*.dylib` files on OSX, and `*.dll` files on
4214   Windows.
4215
4216 * `--crate-type=rlib`, `#[crate_type = "rlib"]` - A "Rust library" file will be
4217   produced. This is used as an intermediate artifact and can be thought of as a
4218   "static Rust library". These `rlib` files, unlike `staticlib` files, are
4219   interpreted by the Rust compiler in future linkage. This essentially means
4220   that `rustc` will look for metadata in `rlib` files like it looks for metadata
4221   in dynamic libraries. This form of output is used to produce statically linked
4222   executables as well as `staticlib` outputs.
4223
4224 * `--crate-type=proc-macro`, `#[crate_type = "proc-macro"]` - The output
4225   produced is not specified, but if a `-L` path is provided to it then the
4226   compiler will recognize the output artifacts as a macro and it can be loaded
4227   for a program. If a crate is compiled with the `proc-macro` crate type it
4228   will forbid exporting any items in the crate other than those functions
4229   tagged `#[proc_macro_derive]` and those functions must also be placed at the
4230   crate root. Finally, the compiler will automatically set the
4231   `cfg(proc_macro)` annotation whenever any crate type of a compilation is the
4232   `proc-macro` crate type.
4233
4234 Note that these outputs are stackable in the sense that if multiple are
4235 specified, then the compiler will produce each form of output at once without
4236 having to recompile. However, this only applies for outputs specified by the
4237 same method. If only `crate_type` attributes are specified, then they will all
4238 be built, but if one or more `--crate-type` command line flags are specified,
4239 then only those outputs will be built.
4240
4241 With all these different kinds of outputs, if crate A depends on crate B, then
4242 the compiler could find B in various different forms throughout the system. The
4243 only forms looked for by the compiler, however, are the `rlib` format and the
4244 dynamic library format. With these two options for a dependent library, the
4245 compiler must at some point make a choice between these two formats. With this
4246 in mind, the compiler follows these rules when determining what format of
4247 dependencies will be used:
4248
4249 1. If a static library is being produced, all upstream dependencies are
4250    required to be available in `rlib` formats. This requirement stems from the
4251    reason that a dynamic library cannot be converted into a static format.
4252
4253    Note that it is impossible to link in native dynamic dependencies to a static
4254    library, and in this case warnings will be printed about all unlinked native
4255    dynamic dependencies.
4256
4257 2. If an `rlib` file is being produced, then there are no restrictions on what
4258    format the upstream dependencies are available in. It is simply required that
4259    all upstream dependencies be available for reading metadata from.
4260
4261    The reason for this is that `rlib` files do not contain any of their upstream
4262    dependencies. It wouldn't be very efficient for all `rlib` files to contain a
4263    copy of `libstd.rlib`!
4264
4265 3. If an executable is being produced and the `-C prefer-dynamic` flag is not
4266    specified, then dependencies are first attempted to be found in the `rlib`
4267    format. If some dependencies are not available in an rlib format, then
4268    dynamic linking is attempted (see below).
4269
4270 4. If a dynamic library or an executable that is being dynamically linked is
4271    being produced, then the compiler will attempt to reconcile the available
4272    dependencies in either the rlib or dylib format to create a final product.
4273
4274    A major goal of the compiler is to ensure that a library never appears more
4275    than once in any artifact. For example, if dynamic libraries B and C were
4276    each statically linked to library A, then a crate could not link to B and C
4277    together because there would be two copies of A. The compiler allows mixing
4278    the rlib and dylib formats, but this restriction must be satisfied.
4279
4280    The compiler currently implements no method of hinting what format a library
4281    should be linked with. When dynamically linking, the compiler will attempt to
4282    maximize dynamic dependencies while still allowing some dependencies to be
4283    linked in via an rlib.
4284
4285    For most situations, having all libraries available as a dylib is recommended
4286    if dynamically linking. For other situations, the compiler will emit a
4287    warning if it is unable to determine which formats to link each library with.
4288
4289 In general, `--crate-type=bin` or `--crate-type=lib` should be sufficient for
4290 all compilation needs, and the other options are just available if more
4291 fine-grained control is desired over the output format of a Rust crate.
4292
4293 # Unsafety
4294
4295 Unsafe operations are those that potentially violate the memory-safety
4296 guarantees of Rust's static semantics.
4297
4298 The following language level features cannot be used in the safe subset of
4299 Rust:
4300
4301 - Dereferencing a [raw pointer](#pointer-types).
4302 - Reading or writing a [mutable static variable](#mutable-statics).
4303 - Calling an unsafe function (including an intrinsic or foreign function).
4304
4305 ## Unsafe functions
4306
4307 Unsafe functions are functions that are not safe in all contexts and/or for all
4308 possible inputs. Such a function must be prefixed with the keyword `unsafe` and
4309 can only be called from an `unsafe` block or another `unsafe` function.
4310
4311 ## Unsafe blocks
4312
4313 A block of code can be prefixed with the `unsafe` keyword, to permit calling
4314 `unsafe` functions or dereferencing raw pointers within a safe function.
4315
4316 When a programmer has sufficient conviction that a sequence of potentially
4317 unsafe operations is actually safe, they can encapsulate that sequence (taken
4318 as a whole) within an `unsafe` block. The compiler will consider uses of such
4319 code safe, in the surrounding context.
4320
4321 Unsafe blocks are used to wrap foreign libraries, make direct use of hardware
4322 or implement features not directly present in the language. For example, Rust
4323 provides the language features necessary to implement memory-safe concurrency
4324 in the language but the implementation of threads and message passing is in the
4325 standard library.
4326
4327 Rust's type system is a conservative approximation of the dynamic safety
4328 requirements, so in some cases there is a performance cost to using safe code.
4329 For example, a doubly-linked list is not a tree structure and can only be
4330 represented with reference-counted pointers in safe code. By using `unsafe`
4331 blocks to represent the reverse links as raw pointers, it can be implemented
4332 with only boxes.
4333
4334 ## Behavior considered undefined
4335
4336 The following is a list of behavior which is forbidden in all Rust code,
4337 including within `unsafe` blocks and `unsafe` functions. Type checking provides
4338 the guarantee that these issues are never caused by safe code.
4339
4340 * Data races
4341 * Dereferencing a null/dangling raw pointer
4342 * Reads of [undef](http://llvm.org/docs/LangRef.html#undefined-values)
4343   (uninitialized) memory
4344 * Breaking the [pointer aliasing
4345   rules](http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointer-aliasing-rules)
4346   with raw pointers (a subset of the rules used by C)
4347 * `&mut T` and `&T` follow LLVM’s scoped [noalias] model, except if the `&T`
4348   contains an `UnsafeCell<U>`. Unsafe code must not violate these aliasing
4349   guarantees.
4350 * Mutating non-mutable data (that is, data reached through a shared reference or
4351   data owned by a `let` binding), unless that data is contained within an `UnsafeCell<U>`.
4352 * Invoking undefined behavior via compiler intrinsics:
4353   * Indexing outside of the bounds of an object with `std::ptr::offset`
4354     (`offset` intrinsic), with
4355     the exception of one byte past the end which is permitted.
4356   * Using `std::ptr::copy_nonoverlapping_memory` (`memcpy32`/`memcpy64`
4357     intrinsics) on overlapping buffers
4358 * Invalid values in primitive types, even in private fields/locals:
4359   * Dangling/null references or boxes
4360   * A value other than `false` (0) or `true` (1) in a `bool`
4361   * A discriminant in an `enum` not included in the type definition
4362   * A value in a `char` which is a surrogate or above `char::MAX`
4363   * Non-UTF-8 byte sequences in a `str`
4364 * Unwinding into Rust from foreign code or unwinding from Rust into foreign
4365   code. Rust's failure system is not compatible with exception handling in
4366   other languages. Unwinding must be caught and handled at FFI boundaries.
4367
4368 [noalias]: http://llvm.org/docs/LangRef.html#noalias
4369
4370 ## Behavior not considered unsafe
4371
4372 This is a list of behavior not considered *unsafe* in Rust terms, but that may
4373 be undesired.
4374
4375 * Deadlocks
4376 * Leaks of memory and other resources
4377 * Exiting without calling destructors
4378 * Integer overflow
4379   - Overflow is considered "unexpected" behavior and is always user-error,
4380     unless the `wrapping` primitives are used. In non-optimized builds, the compiler
4381     will insert debug checks that panic on overflow, but in optimized builds overflow
4382     instead results in wrapped values. See [RFC 560] for the rationale and more details.
4383
4384 [RFC 560]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0560-integer-overflow.md
4385
4386 # Appendix: Influences
4387
4388 Rust is not a particularly original language, with design elements coming from
4389 a wide range of sources. Some of these are listed below (including elements
4390 that have since been removed):
4391
4392 * SML, OCaml: algebraic data types, pattern matching, type inference,
4393   semicolon statement separation
4394 * C++: references, RAII, smart pointers, move semantics, monomorphization,
4395   memory model
4396 * ML Kit, Cyclone: region based memory management
4397 * Haskell (GHC): typeclasses, type families
4398 * Newsqueak, Alef, Limbo: channels, concurrency
4399 * Erlang: message passing, thread failure, ~~linked thread failure~~,
4400   ~~lightweight concurrency~~
4401 * Swift: optional bindings
4402 * Scheme: hygienic macros
4403 * C#: attributes
4404 * Ruby: ~~block syntax~~
4405 * NIL, Hermes: ~~typestate~~
4406 * [Unicode Annex #31](http://www.unicode.org/reports/tr31/): identifier and
4407   pattern syntax
4408
4409 [ffi]: book/ffi.html
4410 [plugin]: book/compiler-plugins.html
4411 [procedural macros]: book/procedural-macros.html