]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/doc/rust.md
auto merge of #13967 : richo/rust/features/ICE-fails, r=alexcrichton
[rust.git] / src / doc / rust.md
1 % The Rust Reference Manual
2
3 # Introduction
4
5 This document is the reference manual for the Rust programming language. It
6 provides three kinds of material:
7
8   - Chapters that formally define the language grammar and, for each
9     construct, informally describe its semantics and give examples of its
10     use.
11   - Chapters that informally describe the memory model, concurrency model,
12     runtime services, linkage model and debugging facilities.
13   - Appendix chapters providing rationale and references to languages that
14     influenced the design.
15
16 This document does not serve as a tutorial introduction to the
17 language. Background familiarity with the language is assumed. A separate
18 [tutorial] document is available to help acquire such background familiarity.
19
20 This document also does not serve as a reference to the [standard] or [extra]
21 libraries included in the language distribution. Those libraries are
22 documented separately by extracting documentation attributes from their
23 source code.
24
25 [tutorial]: tutorial.html
26 [standard]: std/index.html
27 [extra]: extra/index.html
28
29 ## Disclaimer
30
31 Rust is a work in progress. The language continues to evolve as the design
32 shifts and is fleshed out in working code. Certain parts work, certain parts
33 do not, certain parts will be removed or changed.
34
35 This manual is a snapshot written in the present tense. All features described
36 exist in working code unless otherwise noted, but some are quite primitive or
37 remain to be further modified by planned work. Some may be temporary. It is a
38 *draft*, and we ask that you not take anything you read here as final.
39
40 If you have suggestions to make, please try to focus them on *reductions* to
41 the language: possible features that can be combined or omitted. We aim to
42 keep the size and complexity of the language under control.
43
44 > **Note:** The grammar for Rust given in this document is rough and
45 > very incomplete; only a modest number of sections have accompanying grammar
46 > rules. Formalizing the grammar accepted by the Rust parser is ongoing work,
47 > but future versions of this document will contain a complete
48 > grammar. Moreover, we hope that this grammar will be extracted and verified
49 > as LL(1) by an automated grammar-analysis tool, and further tested against the
50 > Rust sources. Preliminary versions of this automation exist, but are not yet
51 > complete.
52
53 # Notation
54
55 Rust's grammar is defined over Unicode codepoints, each conventionally
56 denoted `U+XXXX`, for 4 or more hexadecimal digits `X`. _Most_ of Rust's
57 grammar is confined to the ASCII range of Unicode, and is described in this
58 document by a dialect of Extended Backus-Naur Form (EBNF), specifically a
59 dialect of EBNF supported by common automated LL(k) parsing tools such as
60 `llgen`, rather than the dialect given in ISO 14977. The dialect can be
61 defined self-referentially as follows:
62
63 ~~~~ {.notrust .ebnf .notation}
64 grammar : rule + ;
65 rule    : nonterminal ':' productionrule ';' ;
66 productionrule : production [ '|' production ] * ;
67 production : term * ;
68 term : element repeats ;
69 element : LITERAL | IDENTIFIER | '[' productionrule ']' ;
70 repeats : [ '*' | '+' ] NUMBER ? | NUMBER ? | '?' ;
71 ~~~~
72
73 Where:
74
75   - Whitespace in the grammar is ignored.
76   - Square brackets are used to group rules.
77   - `LITERAL` is a single printable ASCII character, or an escaped hexadecimal
78      ASCII code of the form `\xQQ`, in single quotes, denoting the corresponding
79      Unicode codepoint `U+00QQ`.
80   - `IDENTIFIER` is a nonempty string of ASCII letters and underscores.
81   - The `repeat` forms apply to the adjacent `element`, and are as follows:
82     - `?` means zero or one repetition
83     - `*` means zero or more repetitions
84     - `+` means one or more repetitions
85     - NUMBER trailing a repeat symbol gives a maximum repetition count
86     - NUMBER on its own gives an exact repetition count
87
88 This EBNF dialect should hopefully be familiar to many readers.
89
90 ## Unicode productions
91
92 A few productions in Rust's grammar permit Unicode codepoints outside the ASCII range.
93 We define these productions in terms of character properties specified in the Unicode standard,
94 rather than in terms of ASCII-range codepoints.
95 The section [Special Unicode Productions](#special-unicode-productions) lists these productions.
96
97 ## String table productions
98
99 Some rules in the grammar — notably [unary
100 operators](#unary-operator-expressions), [binary
101 operators](#binary-operator-expressions), and [keywords](#keywords) —
102 are given in a simplified form: as a listing of a table of unquoted,
103 printable whitespace-separated strings. These cases form a subset of
104 the rules regarding the [token](#tokens) rule, and are assumed to be
105 the result of a lexical-analysis phase feeding the parser, driven by a
106 DFA, operating over the disjunction of all such string table entries.
107
108 When such a string enclosed in double-quotes (`"`) occurs inside the
109 grammar, it is an implicit reference to a single member of such a string table
110 production. See [tokens](#tokens) for more information.
111
112 # Lexical structure
113
114 ## Input format
115
116 Rust input is interpreted as a sequence of Unicode codepoints encoded in UTF-8,
117 normalized to Unicode normalization form NFKC.
118 Most Rust grammar rules are defined in terms of printable ASCII-range codepoints,
119 but a small number are defined in terms of Unicode properties or explicit
120 codepoint lists. [^inputformat]
121
122 [^inputformat]: Substitute definitions for the special Unicode productions are
123     provided to the grammar verifier, restricted to ASCII range, when verifying
124     the grammar in this document.
125
126 ## Special Unicode Productions
127
128 The following productions in the Rust grammar are defined in terms of Unicode properties:
129 `ident`, `non_null`, `non_star`, `non_eol`, `non_slash_or_star`, `non_single_quote` and `non_double_quote`.
130
131 ### Identifiers
132
133 The `ident` production is any nonempty Unicode string of the following form:
134
135    - The first character has property `XID_start`
136    - The remaining characters have property `XID_continue`
137
138 that does _not_ occur in the set of [keywords](#keywords).
139
140 Note: `XID_start` and `XID_continue` as character properties cover the
141 character ranges used to form the more familiar C and Java language-family
142 identifiers.
143
144 ### Delimiter-restricted productions
145
146 Some productions are defined by exclusion of particular Unicode characters:
147
148   - `non_null` is any single Unicode character aside from `U+0000` (null)
149   - `non_eol` is `non_null` restricted to exclude `U+000A` (`'\n'`)
150   - `non_star` is `non_null` restricted to exclude `U+002A` (`*`)
151   - `non_slash_or_star` is `non_null` restricted to exclude `U+002F` (`/`) and `U+002A` (`*`)
152   - `non_single_quote` is `non_null` restricted to exclude `U+0027`  (`'`)
153   - `non_double_quote` is `non_null` restricted to exclude `U+0022` (`"`)
154
155 ## Comments
156
157 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
158 comment : block_comment | line_comment ;
159 block_comment : "/*" block_comment_body * '*' + '/' ;
160 block_comment_body : [block_comment | character] * ;
161 line_comment : "//" non_eol * ;
162 ~~~~
163
164 Comments in Rust code follow the general C++ style of line and block-comment forms,
165 with no nesting of block-comment delimiters.
166
167 Line comments beginning with exactly _three_ slashes (`///`), and block
168 comments beginning with exactly one repeated asterisk in the block-open
169 sequence (`/**`), are interpreted as a special syntax for `doc`
170 [attributes](#attributes).  That is, they are equivalent to writing
171 `#[doc="..."]` around the body of the comment (this includes the comment
172 characters themselves, ie `/// Foo` turns into `#[doc="/// Foo"]`).
173
174 Non-doc comments are interpreted as a form of whitespace.
175
176 ## Whitespace
177
178 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
179 whitespace_char : '\x20' | '\x09' | '\x0a' | '\x0d' ;
180 whitespace : [ whitespace_char | comment ] + ;
181 ~~~~
182
183 The `whitespace_char` production is any nonempty Unicode string consisting of any
184 of the following Unicode characters: `U+0020` (space, `' '`), `U+0009` (tab,
185 `'\t'`), `U+000A` (LF, `'\n'`), `U+000D` (CR, `'\r'`).
186
187 Rust is a "free-form" language, meaning that all forms of whitespace serve
188 only to separate _tokens_ in the grammar, and have no semantic significance.
189
190 A Rust program has identical meaning if each whitespace element is replaced
191 with any other legal whitespace element, such as a single space character.
192
193 ## Tokens
194
195 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
196 simple_token : keyword | unop | binop ;
197 token : simple_token | ident | literal | symbol | whitespace token ;
198 ~~~~
199
200 Tokens are primitive productions in the grammar defined by regular
201 (non-recursive) languages. "Simple" tokens are given in [string table
202 production](#string-table-productions) form, and occur in the rest of the
203 grammar as double-quoted strings. Other tokens have exact rules given.
204
205 ### Keywords
206
207 The keywords are the following strings:
208
209 ~~~~ {.notrust .keyword}
210 as
211 break
212 crate
213 else enum extern
214 false fn for
215 if impl in
216 let loop
217 match mod mut
218 priv proc pub
219 ref return
220 self static struct super
221 true trait type
222 unsafe use
223 while
224 ~~~~
225
226 Each of these keywords has special meaning in its grammar,
227 and all of them are excluded from the `ident` rule.
228
229 ### Literals
230
231 A literal is an expression consisting of a single token, rather than a
232 sequence of tokens, that immediately and directly denotes the value it
233 evaluates to, rather than referring to it by name or some other evaluation
234 rule. A literal is a form of constant expression, so is evaluated (primarily)
235 at compile time.
236
237 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
238 literal : string_lit | char_lit | num_lit ;
239 ~~~~
240
241 #### Character and string literals
242
243 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
244 char_lit : '\x27' char_body '\x27' ;
245 string_lit : '"' string_body * '"' | 'r' raw_string ;
246
247 char_body : non_single_quote
248           | '\x5c' [ '\x27' | common_escape ] ;
249
250 string_body : non_double_quote
251             | '\x5c' [ '\x22' | common_escape ] ;
252 raw_string : '"' raw_string_body '"' | '#' raw_string '#' ;
253
254 common_escape : '\x5c'
255               | 'n' | 'r' | 't' | '0'
256               | 'x' hex_digit 2
257               | 'u' hex_digit 4
258               | 'U' hex_digit 8 ;
259
260 hex_digit : 'a' | 'b' | 'c' | 'd' | 'e' | 'f'
261           | 'A' | 'B' | 'C' | 'D' | 'E' | 'F'
262           | dec_digit ;
263 oct_digit : '0' | '1' | '2' | '3' | '4' | '5' | '6' | '7' ;
264 dec_digit : '0' | nonzero_dec ;
265 nonzero_dec: '1' | '2' | '3' | '4'
266            | '5' | '6' | '7' | '8' | '9' ;
267 ~~~~
268
269 A _character literal_ is a single Unicode character enclosed within two
270 `U+0027` (single-quote) characters, with the exception of `U+0027` itself,
271 which must be _escaped_ by a preceding U+005C character (`\`).
272
273 A _string literal_ is a sequence of any Unicode characters enclosed within
274 two `U+0022` (double-quote) characters, with the exception of `U+0022`
275 itself, which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`),
276 or a _raw string literal_.
277
278 Some additional _escapes_ are available in either character or non-raw string
279 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of
280 the following forms:
281
282   * An _8-bit codepoint escape_ escape starts with `U+0078` (`x`) and is
283     followed by exactly two _hex digits_. It denotes the Unicode codepoint
284     equal to the provided hex value.
285   * A _16-bit codepoint escape_ starts with `U+0075` (`u`) and is followed
286     by exactly four _hex digits_. It denotes the Unicode codepoint equal to
287     the provided hex value.
288   * A _32-bit codepoint escape_ starts with `U+0055` (`U`) and is followed
289     by exactly eight _hex digits_. It denotes the Unicode codepoint equal to
290     the provided hex value.
291   * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
292     (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the unicode values `U+000A` (LF),
293     `U+000D` (CR) or `U+0009` (HT) respectively.
294   * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
295     escaped in order to denote *itself*.
296
297 Raw string literals do not process any escapes. They start with the character
298 `U+0072` (`r`), followed zero or more of the character `U+0023` (`#`) and a
299 `U+0022` (double-quote) character. The _raw string body_ is not defined in the
300 EBNF grammar above: it can contain any sequence of Unicode characters and is
301 terminated only by another `U+0022` (double-quote) character, followed by the
302 same number of `U+0023` (`#`) characters that preceded the opening `U+0022`
303 (double-quote) character.
304
305 All Unicode characters contained in the raw string body represent themselves,
306 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
307 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
308 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
309
310 Examples for string literals:
311
312 ~~~~
313 "foo"; r"foo";                     // foo
314 "\"foo\""; r#""foo""#;             // "foo"
315
316 "foo #\"# bar";
317 r##"foo #"# bar"##;                // foo #"# bar
318
319 "\x52"; "R"; r"R";                 // R
320 "\\x52"; r"\x52";                  // \x52
321 ~~~~
322
323 #### Number literals
324
325 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
326 num_lit : nonzero_dec [ dec_digit | '_' ] * num_suffix ?
327         | '0' [       [ dec_digit | '_' ] * num_suffix ?
328               | 'b'   [ '1' | '0' | '_' ] + int_suffix ?
329               | 'o'   [ oct_digit | '_' ] + int_suffix ?
330               | 'x'   [ hex_digit | '_' ] + int_suffix ? ] ;
331
332 num_suffix : int_suffix | float_suffix ;
333
334 int_suffix : 'u' int_suffix_size ?
335            | 'i' int_suffix_size ? ;
336 int_suffix_size : [ '8' | '1' '6' | '3' '2' | '6' '4' ] ;
337
338 float_suffix : [ exponent | '.' dec_lit exponent ? ] ? float_suffix_ty ? ;
339 float_suffix_ty : 'f' [ '3' '2' | '6' '4' ] ;
340 exponent : ['E' | 'e'] ['-' | '+' ] ? dec_lit ;
341 dec_lit : [ dec_digit | '_' ] + ;
342 ~~~~
343
344 A _number literal_ is either an _integer literal_ or a _floating-point
345 literal_. The grammar for recognizing the two kinds of literals is mixed,
346 as they are differentiated by suffixes.
347
348 ##### Integer literals
349
350 An _integer literal_ has one of four forms:
351
352   * A _decimal literal_ starts with a *decimal digit* and continues with any
353     mixture of *decimal digits* and _underscores_.
354   * A _hex literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0078`
355     (`0x`) and continues as any mixture hex digits and underscores.
356   * An _octal literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+006F`
357     (`0o`) and continues as any mixture octal digits and underscores.
358   * A _binary literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0062`
359     (`0b`) and continues as any mixture binary digits and underscores.
360
361 An integer literal may be followed (immediately, without any spaces) by an
362 _integer suffix_, which changes the type of the literal. There are two kinds
363 of integer literal suffix:
364
365   * The `i` and `u` suffixes give the literal type `int` or `uint`,
366     respectively.
367   * Each of the signed and unsigned machine types `u8`, `i8`,
368     `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64` and `i64`
369     give the literal the corresponding machine type.
370
371 The type of an _unsuffixed_ integer literal is determined by type inference.
372 If an integer type can be _uniquely_ determined from the surrounding program
373 context, the unsuffixed integer literal has that type.  If the program context
374 underconstrains the type, the unsuffixed integer literal's type is `int`; if
375 the program context overconstrains the type, it is considered a static type
376 error.
377
378 Examples of integer literals of various forms:
379
380 ~~~~
381 123; 0xff00;                       // type determined by program context
382                                    // defaults to int in absence of type
383                                    // information
384
385 123u;                              // type uint
386 123_u;                             // type uint
387 0xff_u8;                           // type u8
388 0o70_i16;                          // type i16
389 0b1111_1111_1001_0000_i32;         // type i32
390 ~~~~
391
392 ##### Floating-point literals
393
394 A _floating-point literal_ has one of two forms:
395
396 * Two _decimal literals_ separated by a period
397   character `U+002E` (`.`), with an optional _exponent_ trailing after the
398   second decimal literal.
399 * A single _decimal literal_ followed by an _exponent_.
400
401 By default, a floating-point literal has a generic type, but will fall back to
402 `f64`. A floating-point literal may be followed (immediately, without any
403 spaces) by a _floating-point suffix_, which changes the type of the literal.
404 There are two floating-point suffixes: `f32`, and `f64` (the 32-bit and 64-bit
405 floating point types).
406
407 Examples of floating-point literals of various forms:
408
409 ~~~~
410 123.0;                             // type f64
411 0.1;                               // type f64
412 0.1f32;                            // type f32
413 12E+99_f64;                        // type f64
414 ~~~~
415
416 ##### Unit and boolean literals
417
418 The _unit value_, the only value of the type that has the same name, is written as `()`.
419 The two values of the boolean type are written `true` and `false`.
420
421 ### Symbols
422
423 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
424 symbol : "::" "->"
425        | '#' | '[' | ']' | '(' | ')' | '{' | '}'
426        | ',' | ';' ;
427 ~~~~
428
429 Symbols are a general class of printable [token](#tokens) that play structural
430 roles in a variety of grammar productions. They are catalogued here for
431 completeness as the set of remaining miscellaneous printable tokens that do not
432 otherwise appear as [unary operators](#unary-operator-expressions), [binary
433 operators](#binary-operator-expressions), or [keywords](#keywords).
434
435
436 ## Paths
437
438 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
439 expr_path : [ "::" ] ident [ "::" expr_path_tail ] + ;
440 expr_path_tail : '<' type_expr [ ',' type_expr ] + '>'
441                | expr_path ;
442
443 type_path : ident [ type_path_tail ] + ;
444 type_path_tail : '<' type_expr [ ',' type_expr ] + '>'
445                | "::" type_path ;
446 ~~~~
447
448 A _path_ is a sequence of one or more path components _logically_ separated by
449 a namespace qualifier (`::`). If a path consists of only one component, it may
450 refer to either an [item](#items) or a [slot](#memory-slots) in a local
451 control scope. If a path has multiple components, it refers to an item.
452
453 Every item has a _canonical path_ within its crate, but the path naming an
454 item is only meaningful within a given crate. There is no global namespace
455 across crates; an item's canonical path merely identifies it within the crate.
456
457 Two examples of simple paths consisting of only identifier components:
458
459 ~~~~ {.ignore}
460 x;
461 x::y::z;
462 ~~~~
463
464 Path components are usually [identifiers](#identifiers), but the trailing
465 component of a path may be an angle-bracket-enclosed list of type
466 arguments. In [expression](#expressions) context, the type argument list is
467 given after a final (`::`) namespace qualifier in order to disambiguate it
468 from a relational expression involving the less-than symbol (`<`). In type
469 expression context, the final namespace qualifier is omitted.
470
471 Two examples of paths with type arguments:
472
473 ~~~~
474 # struct HashMap<K, V>;
475 # fn f() {
476 # fn id<T>(t: T) -> T { t }
477 type T = HashMap<int,~str>;  // Type arguments used in a type expression
478 let x = id::<int>(10);       // Type arguments used in a call expression
479 # }
480 ~~~~
481
482 Paths can be denoted with various leading qualifiers to change the meaning of
483 how it is resolved:
484
485 * Paths starting with `::` are considered to be global paths where the
486   components of the path start being resolved from the crate root. Each
487   identifier in the path must resolve to an item.
488
489   ```rust
490   mod a {
491       pub fn foo() {}
492   }
493   mod b {
494       pub fn foo() {
495           ::a::foo(); // call a's foo function
496       }
497   }
498   # fn main() {}
499   ```
500
501 * Paths starting with the keyword `super` begin resolution relative to the
502   parent module. Each further identifier must resolve to an item
503
504   ```rust
505   mod a {
506       pub fn foo() {}
507   }
508   mod b {
509       pub fn foo() {
510           super::a::foo(); // call a's foo function
511       }
512   }
513   # fn main() {}
514   ```
515
516 * Paths starting with the keyword `self` begin resolution relative to the
517   current module. Each further identifier must resolve to an item.
518
519   ```rust
520   fn foo() {}
521   fn bar() {
522       self::foo();
523   }
524   # fn main() {}
525   ```
526
527 # Syntax extensions
528
529 A number of minor features of Rust are not central enough to have their own
530 syntax, and yet are not implementable as functions. Instead, they are given
531 names, and invoked through a consistent syntax: `name!(...)`. Examples
532 include:
533
534 * `format!` : format data into a string
535 * `env!` : look up an environment variable's value at compile time
536 * `file!`: return the path to the file being compiled
537 * `stringify!` : pretty-print the Rust expression given as an argument
538 * `include!` : include the Rust expression in the given file
539 * `include_str!` : include the contents of the given file as a string
540 * `include_bin!` : include the contents of the given file as a binary blob
541 * `error!`, `warn!`, `info!`, `debug!` : provide diagnostic information.
542
543 All of the above extensions are expressions with values.
544
545 ## Macros
546
547 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
548 expr_macro_rules : "macro_rules" '!' ident '(' macro_rule * ')' ;
549 macro_rule : '(' matcher * ')' "=>" '(' transcriber * ')' ';' ;
550 matcher : '(' matcher * ')' | '[' matcher * ']'
551         | '{' matcher * '}' | '$' ident ':' ident
552         | '$' '(' matcher * ')' sep_token? [ '*' | '+' ]
553         | non_special_token ;
554 transcriber : '(' transcriber * ')' | '[' transcriber * ']'
555             | '{' transcriber * '}' | '$' ident
556             | '$' '(' transcriber * ')' sep_token? [ '*' | '+' ]
557             | non_special_token ;
558 ~~~~
559
560 User-defined syntax extensions are called "macros",
561 and the `macro_rules` syntax extension defines them.
562 Currently, user-defined macros can expand to expressions, statements, or items.
563
564 (A `sep_token` is any token other than `*` and `+`.
565 A `non_special_token` is any token other than a delimiter or `$`.)
566
567 The macro expander looks up macro invocations by name,
568 and tries each macro rule in turn.
569 It transcribes the first successful match.
570 Matching and transcription are closely related to each other,
571 and we will describe them together.
572
573 ### Macro By Example
574
575 The macro expander matches and transcribes every token that does not begin with a `$` literally, including delimiters.
576 For parsing reasons, delimiters must be balanced, but they are otherwise not special.
577
578 In the matcher, `$` _name_ `:` _designator_ matches the nonterminal in the
579 Rust syntax named by _designator_. Valid designators are `item`, `block`,
580 `stmt`, `pat`, `expr`, `ty` (type), `ident`, `path`, `matchers` (lhs of the `=>` in macro rules),
581 `tt` (rhs of the `=>` in macro rules). In the transcriber, the designator is already known, and so only
582 the name of a matched nonterminal comes after the dollar sign.
583
584 In both the matcher and transcriber, the Kleene star-like operator indicates repetition.
585 The Kleene star operator consists of `$` and parens, optionally followed by a separator token, followed by `*` or `+`.
586 `*` means zero or more repetitions, `+` means at least one repetition.
587 The parens are not matched or transcribed.
588 On the matcher side, a name is bound to _all_ of the names it
589 matches, in a structure that mimics the structure of the repetition
590 encountered on a successful match. The job of the transcriber is to sort that
591 structure out.
592
593 The rules for transcription of these repetitions are called "Macro By Example".
594 Essentially, one "layer" of repetition is discharged at a time, and all of
595 them must be discharged by the time a name is transcribed. Therefore,
596 `( $( $i:ident ),* ) => ( $i )` is an invalid macro, but
597 `( $( $i:ident ),* ) => ( $( $i:ident ),*  )` is acceptable (if trivial).
598
599 When Macro By Example encounters a repetition, it examines all of the `$`
600 _name_ s that occur in its body. At the "current layer", they all must repeat
601 the same number of times, so
602 ` ( $( $i:ident ),* ; $( $j:ident ),* ) => ( $( ($i,$j) ),* )` is valid if
603 given the argument `(a,b,c ; d,e,f)`, but not `(a,b,c ; d,e)`. The repetition
604 walks through the choices at that layer in lockstep, so the former input
605 transcribes to `( (a,d), (b,e), (c,f) )`.
606
607 Nested repetitions are allowed.
608
609 ### Parsing limitations
610
611 The parser used by the macro system is reasonably powerful, but the parsing of
612 Rust syntax is restricted in two ways:
613
614 1. The parser will always parse as much as possible. If it attempts to match
615 `$i:expr [ , ]` against `8 [ , ]`, it will attempt to parse `i` as an array
616 index operation and fail. Adding a separator can solve this problem.
617 2. The parser must have eliminated all ambiguity by the time it reaches a `$` _name_ `:` _designator_.
618 This requirement most often affects name-designator pairs when they occur at the beginning of, or immediately after, a `$(...)*`; requiring a distinctive token in front can solve the problem.
619
620 ## Syntax extensions useful for the macro author
621
622 * `log_syntax!` : print out the arguments at compile time
623 * `trace_macros!` : supply `true` or `false` to enable or disable macro expansion logging
624 * `stringify!` : turn the identifier argument into a string literal
625 * `concat!` : concatenates a comma-separated list of literals
626 * `concat_idents!` : create a new identifier by concatenating the arguments
627
628 # Crates and source files
629
630 Rust is a *compiled* language.
631 Its semantics obey a *phase distinction* between compile-time and run-time.
632 Those semantic rules that have a *static interpretation* govern the success or failure of compilation.
633 We refer to these rules as "static semantics".
634 Semantic rules called "dynamic semantics" govern the behavior of programs at run-time.
635 A program that fails to compile due to violation of a compile-time rule has no defined dynamic semantics; the compiler should halt with an error report, and produce no executable artifact.
636
637 The compilation model centres on artifacts called _crates_.
638 Each compilation processes a single crate in source form, and if successful,
639 produces a single crate in binary form: either an executable or a
640 library.[^cratesourcefile]
641
642 [^cratesourcefile]: A crate is somewhat analogous to an *assembly* in the
643     ECMA-335 CLI model, a *library* in the SML/NJ Compilation Manager, a *unit*
644     in the Owens and Flatt module system, or a *configuration* in Mesa.
645
646 A _crate_ is a unit of compilation and linking, as well as versioning, distribution and runtime loading.
647 A crate contains a _tree_ of nested [module](#modules) scopes.
648 The top level of this tree is a module that is anonymous (from the point of view of paths within the module) and any item within a crate has a canonical [module path](#paths) denoting its location within the crate's module tree.
649
650 The Rust compiler is always invoked with a single source file as input, and always produces a single output crate.
651 The processing of that source file may result in other source files being loaded as modules.
652 Source files have the extension `.rs`.
653
654 A Rust source file describes a module, the name and
655 location of which &mdash; in the module tree of the current crate &mdash; are defined
656 from outside the source file: either by an explicit `mod_item` in
657 a referencing source file, or by the name of the crate itself.
658
659 Each source file contains a sequence of zero or more `item` definitions,
660 and may optionally begin with any number of `attributes` that apply to the containing module.
661 Attributes on the anonymous crate module define important metadata that influences
662 the behavior of the compiler.
663
664 ~~~~ {.rust}
665 // Crate ID
666 #![crate_id = "projx#2.5"]
667
668 // Additional metadata attributes
669 #![desc = "Project X"]
670 #![license = "BSD"]
671 #![comment = "This is a comment on Project X."]
672
673 // Specify the output type
674 #![crate_type = "lib"]
675
676 // Turn on a warning
677 #![warn(non_camel_case_types)]
678 ~~~~
679
680 A crate that contains a `main` function can be compiled to an executable.
681 If a `main` function is present, its return type must be [`unit`](#primitive-types) and it must take no arguments.
682
683 # Items and attributes
684
685 Crates contain [items](#items),
686 each of which may have some number of [attributes](#attributes) attached to it.
687
688 ## Items
689
690 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
691 item : mod_item | fn_item | type_item | struct_item | enum_item
692      | static_item | trait_item | impl_item | extern_block ;
693 ~~~~
694
695 An _item_ is a component of a crate; some module items can be defined in crate
696 files, but most are defined in source files. Items are organized within a
697 crate by a nested set of [modules](#modules). Every crate has a single
698 "outermost" anonymous module; all further items within the crate have
699 [paths](#paths) within the module tree of the crate.
700
701 Items are entirely determined at compile-time, generally remain fixed during
702 execution, and may reside in read-only memory.
703
704 There are several kinds of item:
705
706   * [modules](#modules)
707   * [functions](#functions)
708   * [type definitions](#type-definitions)
709   * [structures](#structures)
710   * [enumerations](#enumerations)
711   * [static items](#static-items)
712   * [traits](#traits)
713   * [implementations](#implementations)
714
715 Some items form an implicit scope for the declaration of sub-items. In other
716 words, within a function or module, declarations of items can (in many cases)
717 be mixed with the statements, control blocks, and similar artifacts that
718 otherwise compose the item body. The meaning of these scoped items is the same
719 as if the item was declared outside the scope &mdash; it is still a static item &mdash;
720 except that the item's *path name* within the module namespace is qualified by
721 the name of the enclosing item, or is private to the enclosing item (in the
722 case of functions).
723 The grammar specifies the exact locations in which sub-item declarations may appear.
724
725 ### Type Parameters
726
727 All items except modules may be *parameterized* by type. Type parameters are
728 given as a comma-separated list of identifiers enclosed in angle brackets
729 (`<...>`), after the name of the item and before its definition.
730 The type parameters of an item are considered "part of the name", not part of the type of the item.
731 A referencing [path](#paths) must (in principle) provide type arguments as a list of comma-separated types enclosed within angle brackets, in order to refer to the type-parameterized item.
732 In practice, the type-inference system can usually infer such argument types from context.
733 There are no general type-parametric types, only type-parametric items.
734 That is, Rust has no notion of type abstraction: there are no first-class "forall" types.
735
736 ### Modules
737
738 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
739 mod_item : "mod" ident ( ';' | '{' mod '}' );
740 mod : [ view_item | item ] * ;
741 ~~~~
742
743 A module is a container for zero or more [view items](#view-items) and zero or
744 more [items](#items). The view items manage the visibility of the items
745 defined within the module, as well as the visibility of names from outside the
746 module when referenced from inside the module.
747
748 A _module item_ is a module, surrounded in braces, named, and prefixed with
749 the keyword `mod`. A module item introduces a new, named module into the tree
750 of modules making up a crate. Modules can nest arbitrarily.
751
752 An example of a module:
753
754 ~~~~
755 mod math {
756     type Complex = (f64, f64);
757     fn sin(f: f64) -> f64 {
758         /* ... */
759 # fail!();
760     }
761     fn cos(f: f64) -> f64 {
762         /* ... */
763 # fail!();
764     }
765     fn tan(f: f64) -> f64 {
766         /* ... */
767 # fail!();
768     }
769 }
770 ~~~~
771
772 Modules and types share the same namespace.
773 Declaring a named type that has the same name as a module in scope is forbidden:
774 that is, a type definition, trait, struct, enumeration, or type parameter
775 can't shadow the name of a module in scope, or vice versa.
776
777 A module without a body is loaded from an external file, by default with the same
778 name as the module, plus the `.rs` extension.
779 When a nested submodule is loaded from an external file,
780 it is loaded from a subdirectory path that mirrors the module hierarchy.
781
782 ~~~~ {.ignore}
783 // Load the `vec` module from `vec.rs`
784 mod vec;
785
786 mod task {
787     // Load the `local_data` module from `task/local_data.rs`
788     mod local_data;
789 }
790 ~~~~
791
792 The directories and files used for loading external file modules can be influenced
793 with the `path` attribute.
794
795 ~~~~ {.ignore}
796 #[path = "task_files"]
797 mod task {
798     // Load the `local_data` module from `task_files/tls.rs`
799     #[path = "tls.rs"]
800     mod local_data;
801 }
802 ~~~~
803
804 #### View items
805
806 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
807 view_item : extern_crate_decl | use_decl ;
808 ~~~~
809
810 A view item manages the namespace of a module.
811 View items do not define new items, but rather, simply change other items' visibility.
812 There are several kinds of view item:
813
814  * [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations)
815  * [`use` declarations](#use-declarations)
816
817 ##### Extern crate declarations
818
819 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
820 extern_crate_decl : "extern" "crate" ident [ '(' link_attrs ')' ] ? [ '=' string_lit ] ? ;
821 link_attrs : link_attr [ ',' link_attrs ] + ;
822 link_attr : ident '=' literal ;
823 ~~~~
824
825 An _`extern crate` declaration_ specifies a dependency on an external crate.
826 The external crate is then bound into the declaring scope as the `ident` provided
827 in the `extern_crate_decl`.
828
829 The external crate is resolved to a specific `soname` at compile time, and a
830 runtime linkage requirement to that `soname` is passed to the linker for
831 loading at runtime.  The `soname` is resolved at compile time by scanning the
832 compiler's library path and matching the optional `crateid` provided as a string literal
833 against the `crateid` attributes that were declared on the external crate when
834 it was compiled.  If no `crateid` is provided, a default `name` attribute is
835 assumed, equal to the `ident` given in the `extern_crate_decl`.
836
837 Four examples of `extern crate` declarations:
838
839 ~~~~ {.ignore}
840 extern crate pcre;
841
842 extern crate std; // equivalent to: extern crate std = "std";
843
844 extern crate ruststd = "std"; // linking to 'std' under another name
845
846 extern crate foo = "some/where/rust-foo#foo:1.0"; // a full crate ID for external tools
847 ~~~~
848
849 ##### Use declarations
850
851 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
852 use_decl : "pub" ? "use" ident [ '=' path
853                           | "::" path_glob ] ;
854
855 path_glob : ident [ "::" path_glob ] ?
856           | '*'
857           | '{' ident [ ',' ident ] * '}' ;
858 ~~~~
859
860 A _use declaration_ creates one or more local name bindings synonymous
861 with some other [path](#paths).
862 Usually a `use` declaration is used to shorten the path required to refer to a
863 module item. These declarations may appear at the top of [modules](#modules) and
864 [blocks](#blocks).
865
866 *Note*: Unlike in many languages,
867 `use` declarations in Rust do *not* declare linkage dependency with external crates.
868 Rather, [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations) declare linkage dependencies.
869
870 Use declarations support a number of convenient shortcuts:
871
872   * Rebinding the target name as a new local name, using the syntax `use x = p::q::r;`.
873   * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element,
874     using the glob-like brace syntax `use a::b::{c,d,e,f};`
875   * Binding all paths matching a given prefix, using the asterisk wildcard syntax `use a::b::*;`
876
877 An example of `use` declarations:
878
879 ~~~~
880 use std::iter::range_step;
881 use std::option::{Some, None};
882
883 # fn foo<T>(_: T){}
884
885 fn main() {
886     // Equivalent to 'std::iter::range_step(0, 10, 2);'
887     range_step(0, 10, 2);
888
889     // Equivalent to 'foo(~[std::option::Some(1.0), std::option::None]);'
890     foo(~[Some(1.0), None]);
891 }
892 ~~~~
893
894 Like items, `use` declarations are private to the containing module, by default.
895 Also like items, a `use` declaration can be public, if qualified by the `pub` keyword.
896 Such a `use` declaration serves to _re-export_ a name.
897 A public `use` declaration can therefore _redirect_ some public name to a different target definition:
898 even a definition with a private canonical path, inside a different module.
899 If a sequence of such redirections form a cycle or cannot be resolved unambiguously,
900 they represent a compile-time error.
901
902 An example of re-exporting:
903
904 ~~~~
905 # fn main() { }
906 mod quux {
907     pub use quux::foo::*;
908
909     pub mod foo {
910         pub fn bar() { }
911         pub fn baz() { }
912     }
913 }
914 ~~~~
915
916 In this example, the module `quux` re-exports all of the public names defined in `foo`.
917
918 Also note that the paths contained in `use` items are relative to the crate root.
919 So, in the previous example, the `use` refers to `quux::foo::*`, and not simply to `foo::*`.
920 This also means that top-level module declarations should be at the crate root if direct usage
921 of the declared modules within `use` items is desired.  It is also possible to use `self` and `super`
922 at the beginning of a `use` item to refer to the current and direct parent modules respectively.
923 All rules regarding accessing declared modules in `use` declarations applies to both module declarations
924 and `extern crate` declarations.
925
926 An example of what will and will not work for `use` items:
927
928 ~~~~
929 # #![allow(unused_imports)]
930 use foo::native::start;  // good: foo is at the root of the crate
931 use foo::baz::foobaz;    // good: foo is at the root of the crate
932
933 mod foo {
934     extern crate native;
935
936     use foo::native::start; // good: foo is at crate root
937 //  use native::start;      // bad:  native is not at the crate root
938     use self::baz::foobaz;  // good: self refers to module 'foo'
939     use foo::bar::foobar;   // good: foo is at crate root
940
941     pub mod bar {
942         pub fn foobar() { }
943     }
944
945     pub mod baz {
946         use super::bar::foobar; // good: super refers to module 'foo'
947         pub fn foobaz() { }
948     }
949 }
950
951 fn main() {}
952 ~~~~
953
954 ### Functions
955
956 A _function item_ defines a sequence of [statements](#statements) and an optional final [expression](#expressions), along with a name and a set of parameters.
957 Functions are declared with the keyword `fn`.
958 Functions declare a set of *input* [*slots*](#memory-slots) as parameters, through which the caller passes arguments into the function, and an *output* [*slot*](#memory-slots) through which the function passes results back to the caller.
959
960 A function may also be copied into a first class *value*, in which case the
961 value has the corresponding [*function type*](#function-types), and can be
962 used otherwise exactly as a function item (with a minor additional cost of
963 calling the function indirectly).
964
965 Every control path in a function logically ends with a `return` expression or a
966 diverging expression. If the outermost block of a function has a
967 value-producing expression in its final-expression position, that expression
968 is interpreted as an implicit `return` expression applied to the
969 final-expression.
970
971 An example of a function:
972
973 ~~~~
974 fn add(x: int, y: int) -> int {
975     return x + y;
976 }
977 ~~~~
978
979 As with `let` bindings, function arguments are irrefutable patterns,
980 so any pattern that is valid in a let binding is also valid as an argument.
981
982 ~~~~
983 fn first((value, _): (int, int)) -> int { value }
984 ~~~~
985
986
987 #### Generic functions
988
989 A _generic function_ allows one or more _parameterized types_ to
990 appear in its signature. Each type parameter must be explicitly
991 declared, in an angle-bracket-enclosed, comma-separated list following
992 the function name.
993
994 ~~~~ {.ignore}
995 fn iter<T>(seq: &[T], f: |T|) {
996     for elt in seq.iter() { f(elt); }
997 }
998 fn map<T, U>(seq: &[T], f: |T| -> U) -> ~[U] {
999     let mut acc = ~[];
1000     for elt in seq.iter() { acc.push(f(elt)); }
1001     acc
1002 }
1003 ~~~~
1004
1005 Inside the function signature and body, the name of the type parameter
1006 can be used as a type name.
1007
1008 When a generic function is referenced, its type is instantiated based
1009 on the context of the reference. For example, calling the `iter`
1010 function defined above on `[1, 2]` will instantiate type parameter `T`
1011 with `int`, and require the closure parameter to have type
1012 `fn(int)`.
1013
1014 The type parameters can also be explicitly supplied in a trailing
1015 [path](#paths) component after the function name. This might be necessary
1016 if there is not sufficient context to determine the type parameters. For
1017 example, `mem::size_of::<u32>() == 4`.
1018
1019 Since a parameter type is opaque to the generic function, the set of
1020 operations that can be performed on it is limited. Values of parameter
1021 type can only be moved, not copied.
1022
1023 ~~~~
1024 fn id<T>(x: T) -> T { x }
1025 ~~~~
1026
1027 Similarly, [trait](#traits) bounds can be specified for type
1028 parameters to allow methods with that trait to be called on values
1029 of that type.
1030
1031
1032 #### Unsafety
1033
1034 Unsafe operations are those that potentially violate the memory-safety guarantees of Rust's static semantics.
1035
1036 The following language level features cannot be used in the safe subset of Rust:
1037
1038   - Dereferencing a [raw pointer](#pointer-types).
1039   - Calling an unsafe function (including an intrinsic or foreign function).
1040
1041 ##### Unsafe functions
1042
1043 Unsafe functions are functions that are not safe in all contexts and/or for all possible inputs.
1044 Such a function must be prefixed with the keyword `unsafe`.
1045
1046 ##### Unsafe blocks
1047
1048 A block of code can also be prefixed with the `unsafe` keyword, to permit calling `unsafe` functions
1049 or dereferencing raw pointers within a safe function.
1050
1051 When a programmer has sufficient conviction that a sequence of potentially unsafe operations is
1052 actually safe, they can encapsulate that sequence (taken as a whole) within an `unsafe` block. The
1053 compiler will consider uses of such code safe, in the surrounding context.
1054
1055 Unsafe blocks are used to wrap foreign libraries, make direct use of hardware or implement features
1056 not directly present in the language. For example, Rust provides the language features necessary to
1057 implement memory-safe concurrency in the language but the implementation of tasks and message
1058 passing is in the standard library.
1059
1060 Rust's type system is a conservative approximation of the dynamic safety requirements, so in some
1061 cases there is a performance cost to using safe code.  For example, a doubly-linked list is not a
1062 tree structure and can only be represented with managed or reference-counted pointers in safe code.
1063 By using `unsafe` blocks to represent the reverse links as raw pointers, it can be implemented with
1064 only owned pointers.
1065
1066 ##### Behavior considered unsafe
1067
1068 This is a list of behavior which is forbidden in all Rust code. Type checking provides the guarantee
1069 that these issues are never caused by safe code. An `unsafe` block or function is responsible for
1070 never invoking this behaviour or exposing an API making it possible for it to occur in safe code.
1071
1072 * Data races
1073 * Dereferencing a null/dangling raw pointer
1074 * Mutating an immutable value/reference
1075 * Reads of [undef](http://llvm.org/docs/LangRef.html#undefined-values) (uninitialized) memory
1076 * Breaking the [pointer aliasing rules](http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointer-aliasing-rules)
1077   with raw pointers (a subset of the rules used by C)
1078 * Invoking undefined behavior via compiler intrinsics:
1079     * Indexing outside of the bounds of an object with `std::ptr::offset` (`offset` intrinsic), with
1080       the exception of one byte past the end which is permitted.
1081     * Using `std::ptr::copy_nonoverlapping_memory` (`memcpy32`/`memcpy64` instrinsics) on
1082       overlapping buffers
1083 * Invalid values in primitive types, even in private fields/locals:
1084     * Dangling/null pointers in non-raw pointers, or slices
1085     * A value other than `false` (0) or `true` (1) in a `bool`
1086     * A discriminant in an `enum` not included in the type definition
1087     * A value in a `char` which is a surrogate or above `char::MAX`
1088     * non-UTF-8 byte sequences in a `str`
1089
1090 ##### Behaviour not considered unsafe
1091
1092 This is a list of behaviour not considered *unsafe* in Rust terms, but that may be undesired.
1093
1094 * Deadlocks
1095 * Reading data from private fields (`std::repr`, `format!("{:?}", x)`)
1096 * Leaks due to reference count cycles, even in the global heap
1097 * Exiting without calling destructors
1098 * Sending signals
1099 * Accessing/modifying the file system
1100 * Unsigned integer overflow (well-defined as wrapping)
1101 * Signed integer overflow (well-defined as two's complement representation wrapping)
1102
1103 #### Diverging functions
1104
1105 A special kind of function can be declared with a `!` character where the
1106 output slot type would normally be. For example:
1107
1108 ~~~~
1109 fn my_err(s: &str) -> ! {
1110     println!("{}", s);
1111     fail!();
1112 }
1113 ~~~~
1114
1115 We call such functions "diverging" because they never return a value to the
1116 caller. Every control path in a diverging function must end with a
1117 `fail!()` or a call to another diverging function on every
1118 control path. The `!` annotation does *not* denote a type. Rather, the result
1119 type of a diverging function is a special type called $\bot$ ("bottom") that
1120 unifies with any type. Rust has no syntax for $\bot$.
1121
1122 It might be necessary to declare a diverging function because as mentioned
1123 previously, the typechecker checks that every control path in a function ends
1124 with a [`return`](#return-expressions) or diverging expression. So, if `my_err`
1125 were declared without the `!` annotation, the following code would not
1126 typecheck:
1127
1128 ~~~~
1129 # fn my_err(s: &str) -> ! { fail!() }
1130
1131 fn f(i: int) -> int {
1132    if i == 42 {
1133      return 42;
1134    }
1135    else {
1136      my_err("Bad number!");
1137    }
1138 }
1139 ~~~~
1140
1141 This will not compile without the `!` annotation on `my_err`,
1142 since the `else` branch of the conditional in `f` does not return an `int`,
1143 as required by the signature of `f`.
1144 Adding the `!` annotation to `my_err` informs the typechecker that,
1145 should control ever enter `my_err`, no further type judgments about `f` need to hold,
1146 since control will never resume in any context that relies on those judgments.
1147 Thus the return type on `f` only needs to reflect the `if` branch of the conditional.
1148
1149
1150 #### Extern functions
1151
1152 Extern functions are part of Rust's foreign function interface,
1153 providing the opposite functionality to [external blocks](#external-blocks).
1154 Whereas external blocks allow Rust code to call foreign code,
1155 extern functions with bodies defined in Rust code _can be called by foreign
1156 code_. They are defined in the same way as any other Rust function,
1157 except that they have the `extern` modifier.
1158
1159 ~~~~
1160 // Declares an extern fn, the ABI defaults to "C"
1161 extern fn new_vec() -> ~[int] { ~[] }
1162
1163 // Declares an extern fn with "stdcall" ABI
1164 extern "stdcall" fn new_vec_stdcall() -> ~[int] { ~[] }
1165 ~~~~
1166
1167 Unlike normal functions, extern fns have an `extern "ABI" fn()`.
1168 This is the same type as the functions declared in an extern
1169 block.
1170
1171 ~~~~
1172 # extern fn new_vec() -> ~[int] { ~[] }
1173 let fptr: extern "C" fn() -> ~[int] = new_vec;
1174 ~~~~
1175
1176 Extern functions may be called directly from Rust code as Rust uses large,
1177 contiguous stack segments like C.
1178
1179 ### Type definitions
1180
1181 A _type definition_ defines a new name for an existing [type](#types). Type
1182 definitions are declared with the keyword `type`. Every value has a single,
1183 specific type; the type-specified aspects of a value include:
1184
1185 * Whether the value is composed of sub-values or is indivisible.
1186 * Whether the value represents textual or numerical information.
1187 * Whether the value represents integral or floating-point information.
1188 * The sequence of memory operations required to access the value.
1189 * The [kind](#type-kinds) of the type.
1190
1191 For example, the type `(u8, u8)` defines the set of immutable values that are composite pairs,
1192 each containing two unsigned 8-bit integers accessed by pattern-matching and laid out in memory with the `x` component preceding the `y` component.
1193
1194 ### Structures
1195
1196 A _structure_ is a nominal [structure type](#structure-types) defined with the keyword `struct`.
1197
1198 An example of a `struct` item and its use:
1199
1200 ~~~~
1201 struct Point {x: int, y: int}
1202 let p = Point {x: 10, y: 11};
1203 let px: int = p.x;
1204 ~~~~
1205
1206 A _tuple structure_ is a nominal [tuple type](#tuple-types), also defined with the keyword `struct`.
1207 For example:
1208
1209 ~~~~
1210 struct Point(int, int);
1211 let p = Point(10, 11);
1212 let px: int = match p { Point(x, _) => x };
1213 ~~~~
1214
1215 A _unit-like struct_ is a structure without any fields, defined by leaving off the list of fields entirely.
1216 Such types will have a single value, just like the [unit value `()`](#unit-and-boolean-literals) of the unit type.
1217 For example:
1218
1219 ~~~~
1220 struct Cookie;
1221 let c = [Cookie, Cookie, Cookie, Cookie];
1222 ~~~~
1223
1224 By using the `struct_inherit` feature gate, structures may use single inheritance. A Structure may only
1225 inherit from a single other structure, called the _super-struct_. The inheriting structure (sub-struct)
1226 acts as if all fields in the super-struct were present in the sub-struct. Fields declared in a sub-struct
1227 must not have the same name as any field in any (transitive) super-struct. All fields (both declared
1228 and inherited) must be specified in any initializers. Inheritance between structures does not give
1229 subtyping or coercion. The super-struct and sub-struct must be defined in the same crate. The super-struct
1230 must be declared using the `virtual` keyword.
1231 For example:
1232
1233 ~~~~ {.ignore}
1234 virtual struct Sup { x: int }
1235 struct Sub : Sup { y: int }
1236 let s = Sub {x: 10, y: 11};
1237 let sx = s.x;
1238 ~~~~
1239
1240 ### Enumerations
1241
1242 An _enumeration_ is a simultaneous definition of a nominal [enumerated type](#enumerated-types) as well as a set of *constructors*,
1243 that can be used to create or pattern-match values of the corresponding enumerated type.
1244
1245 Enumerations are declared with the keyword `enum`.
1246
1247 An example of an `enum` item and its use:
1248
1249 ~~~~
1250 enum Animal {
1251   Dog,
1252   Cat
1253 }
1254
1255 let mut a: Animal = Dog;
1256 a = Cat;
1257 ~~~~
1258
1259 Enumeration constructors can have either named or unnamed fields:
1260
1261 ~~~~
1262 enum Animal {
1263     Dog (~str, f64),
1264     Cat { name: ~str, weight: f64 }
1265 }
1266
1267 let mut a: Animal = Dog("Cocoa".to_owned(), 37.2);
1268 a = Cat{ name: "Spotty".to_owned(), weight: 2.7 };
1269 ~~~~
1270
1271 In this example, `Cat` is a _struct-like enum variant_,
1272 whereas `Dog` is simply called an enum variant.
1273
1274 ### Static items
1275
1276 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
1277 static_item : "static" ident ':' type '=' expr ';' ;
1278 ~~~~
1279
1280 A *static item* is a named _constant value_ stored in the global data section of a crate.
1281 Immutable static items are stored in the read-only data section.
1282 The constant value bound to a static item is, like all constant values, evaluated at compile time.
1283 Static items have the `static` lifetime, which outlives all other lifetimes in a Rust program.
1284 Static items are declared with the `static` keyword.
1285 A static item must have a _constant expression_ giving its definition.
1286
1287 Static items must be explicitly typed.
1288 The type may be ```bool```, ```char```, a number, or a type derived from those primitive types.
1289 The derived types are references with the `static` lifetime,
1290 fixed-size arrays, tuples, and structs.
1291
1292 ~~~~
1293 static BIT1: uint = 1 << 0;
1294 static BIT2: uint = 1 << 1;
1295
1296 static BITS: [uint, ..2] = [BIT1, BIT2];
1297 static STRING: &'static str = "bitstring";
1298
1299 struct BitsNStrings<'a> {
1300     mybits: [uint, ..2],
1301     mystring: &'a str
1302 }
1303
1304 static bits_n_strings: BitsNStrings<'static> = BitsNStrings {
1305     mybits: BITS,
1306     mystring: STRING
1307 };
1308 ~~~~
1309
1310 #### Mutable statics
1311
1312 If a static item is declared with the ```mut``` keyword, then it is allowed to
1313 be modified by the program. One of Rust's goals is to make concurrency bugs hard
1314 to run into, and this is obviously a very large source of race conditions or
1315 other bugs. For this reason, an ```unsafe``` block is required when either
1316 reading or writing a mutable static variable. Care should be taken to ensure
1317 that modifications to a mutable static are safe with respect to other tasks
1318 running in the same process.
1319
1320 Mutable statics are still very useful, however. They can be used with C
1321 libraries and can also be bound from C libraries (in an ```extern``` block).
1322
1323 ~~~~
1324 # fn atomic_add(_: &mut uint, _: uint) -> uint { 2 }
1325
1326 static mut LEVELS: uint = 0;
1327
1328 // This violates the idea of no shared state, and this doesn't internally
1329 // protect against races, so this function is `unsafe`
1330 unsafe fn bump_levels_unsafe1() -> uint {
1331     let ret = LEVELS;
1332     LEVELS += 1;
1333     return ret;
1334 }
1335
1336 // Assuming that we have an atomic_add function which returns the old value,
1337 // this function is "safe" but the meaning of the return value may not be what
1338 // callers expect, so it's still marked as `unsafe`
1339 unsafe fn bump_levels_unsafe2() -> uint {
1340     return atomic_add(&mut LEVELS, 1);
1341 }
1342 ~~~~
1343
1344 ### Traits
1345
1346 A _trait_ describes a set of method types.
1347
1348 Traits can include default implementations of methods,
1349 written in terms of some unknown [`self` type](#self-types);
1350 the `self` type may either be completely unspecified,
1351 or constrained by some other trait.
1352
1353 Traits are implemented for specific types through separate [implementations](#implementations).
1354
1355 ~~~~
1356 # type Surface = int;
1357 # type BoundingBox = int;
1358 trait Shape {
1359     fn draw(&self, Surface);
1360     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox;
1361 }
1362 ~~~~
1363
1364 This defines a trait with two methods.
1365 All values that have [implementations](#implementations) of this trait in scope can have their `draw` and `bounding_box` methods called,
1366 using `value.bounding_box()` [syntax](#method-call-expressions).
1367
1368 Type parameters can be specified for a trait to make it generic.
1369 These appear after the trait name, using the same syntax used in [generic functions](#generic-functions).
1370
1371 ~~~~
1372 trait Seq<T> {
1373    fn len(&self) -> uint;
1374    fn elt_at(&self, n: uint) -> T;
1375    fn iter(&self, |T|);
1376 }
1377 ~~~~
1378
1379 Generic functions may use traits as _bounds_ on their type parameters.
1380 This will have two effects: only types that have the trait may instantiate the parameter,
1381 and within the generic function,
1382 the methods of the trait can be called on values that have the parameter's type.
1383 For example:
1384
1385 ~~~~
1386 # type Surface = int;
1387 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); }
1388 fn draw_twice<T: Shape>(surface: Surface, sh: T) {
1389     sh.draw(surface);
1390     sh.draw(surface);
1391 }
1392 ~~~~
1393
1394 Traits also define an [object type](#object-types) with the same name as the trait.
1395 Values of this type are created by [casting](#type-cast-expressions) pointer values
1396 (pointing to a type for which an implementation of the given trait is in scope)
1397 to pointers to the trait name, used as a type.
1398
1399 ~~~~
1400 # trait Shape { }
1401 # impl Shape for int { }
1402 # let mycircle = 0;
1403 let myshape: Box<Shape> = box mycircle as Box<Shape>;
1404 ~~~~
1405
1406 The resulting value is a managed box containing the value that was cast,
1407 along with information that identifies the methods of the implementation that was used.
1408 Values with a trait type can have [methods called](#method-call-expressions) on them,
1409 for any method in the trait,
1410 and can be used to instantiate type parameters that are bounded by the trait.
1411
1412 Trait methods may be static,
1413 which means that they lack a `self` argument.
1414 This means that they can only be called with function call syntax (`f(x)`)
1415 and not method call syntax (`obj.f()`).
1416 The way to refer to the name of a static method is to qualify it with the trait name,
1417 treating the trait name like a module.
1418 For example:
1419
1420 ~~~~
1421 trait Num {
1422     fn from_int(n: int) -> Self;
1423 }
1424 impl Num for f64 {
1425     fn from_int(n: int) -> f64 { n as f64 }
1426 }
1427 let x: f64 = Num::from_int(42);
1428 ~~~~
1429
1430 Traits may inherit from other traits. For example, in
1431
1432 ~~~~
1433 trait Shape { fn area() -> f64; }
1434 trait Circle : Shape { fn radius() -> f64; }
1435 ~~~~
1436
1437 the syntax `Circle : Shape` means that types that implement `Circle` must also have an implementation for `Shape`.
1438 Multiple supertraits are separated by spaces, `trait Circle : Shape Eq { }`.
1439 In an implementation of `Circle` for a given type `T`, methods can refer to `Shape` methods,
1440 since the typechecker checks that any type with an implementation of `Circle` also has an implementation of `Shape`.
1441
1442 In type-parameterized functions,
1443 methods of the supertrait may be called on values of subtrait-bound type parameters.
1444 Referring to the previous example of `trait Circle : Shape`:
1445
1446 ~~~~
1447 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1448 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1449 fn radius_times_area<T: Circle>(c: T) -> f64 {
1450     // `c` is both a Circle and a Shape
1451     c.radius() * c.area()
1452 }
1453 ~~~~
1454
1455 Likewise, supertrait methods may also be called on trait objects.
1456
1457 ~~~~ {.ignore}
1458 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1459 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1460 # impl Shape for int { fn area(&self) -> f64 { 0.0 } }
1461 # impl Circle for int { fn radius(&self) -> f64 { 0.0 } }
1462 # let mycircle = 0;
1463 let mycircle: Circle = ~mycircle as ~Circle;
1464 let nonsense = mycircle.radius() * mycircle.area();
1465 ~~~~
1466
1467 ### Implementations
1468
1469 An _implementation_ is an item that implements a [trait](#traits) for a specific type.
1470
1471 Implementations are defined with the keyword `impl`.
1472
1473 ~~~~
1474 # struct Point {x: f64, y: f64};
1475 # type Surface = int;
1476 # struct BoundingBox {x: f64, y: f64, width: f64, height: f64};
1477 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); fn bounding_box(&self) -> BoundingBox; }
1478 # fn do_draw_circle(s: Surface, c: Circle) { }
1479 struct Circle {
1480     radius: f64,
1481     center: Point,
1482 }
1483
1484 impl Shape for Circle {
1485     fn draw(&self, s: Surface) { do_draw_circle(s, *self); }
1486     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox {
1487         let r = self.radius;
1488         BoundingBox{x: self.center.x - r, y: self.center.y - r,
1489          width: 2.0 * r, height: 2.0 * r}
1490     }
1491 }
1492 ~~~~
1493
1494 It is possible to define an implementation without referring to a trait.
1495 The methods in such an implementation can only be used
1496 as direct calls on the values of the type that the implementation targets.
1497 In such an implementation, the trait type and `for` after `impl` are omitted.
1498 Such implementations are limited to nominal types (enums, structs),
1499 and the implementation must appear in the same module or a sub-module as the `self` type.
1500
1501 When a trait _is_ specified in an `impl`,
1502 all methods declared as part of the trait must be implemented,
1503 with matching types and type parameter counts.
1504
1505 An implementation can take type parameters,
1506 which can be different from the type parameters taken by the trait it implements.
1507 Implementation parameters are written after the `impl` keyword.
1508
1509 ~~~~
1510 # trait Seq<T> { }
1511 impl<T> Seq<T> for ~[T] {
1512    /* ... */
1513 }
1514 impl Seq<bool> for u32 {
1515    /* Treat the integer as a sequence of bits */
1516 }
1517 ~~~~
1518
1519 ### External blocks
1520
1521 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
1522 extern_block_item : "extern" '{' extern_block '}' ;
1523 extern_block : [ foreign_fn ] * ;
1524 ~~~~
1525
1526 External blocks form the basis for Rust's foreign function interface.
1527 Declarations in an external block describe symbols
1528 in external, non-Rust libraries.
1529
1530 Functions within external blocks
1531 are declared in the same way as other Rust functions,
1532 with the exception that they may not have a body
1533 and are instead terminated by a semicolon.
1534
1535 ~~~~
1536 extern crate libc;
1537 use libc::{c_char, FILE};
1538
1539 extern {
1540     fn fopen(filename: *c_char, mode: *c_char) -> *FILE;
1541 }
1542 # fn main() {}
1543 ~~~~
1544
1545 Functions within external blocks may be called by Rust code,
1546 just like functions defined in Rust.
1547 The Rust compiler automatically translates
1548 between the Rust ABI and the foreign ABI.
1549
1550 A number of [attributes](#attributes) control the behavior of external
1551 blocks.
1552
1553 By default external blocks assume that the library they are calling
1554 uses the standard C "cdecl" ABI.  Other ABIs may be specified using
1555 an `abi` string, as shown here:
1556
1557 ~~~~ {.ignore}
1558 // Interface to the Windows API
1559 extern "stdcall" { }
1560 ~~~~
1561
1562 The `link` attribute allows the name of the library to be specified. When
1563 specified the compiler will attempt to link against the native library of the
1564 specified name.
1565
1566 ~~~~ {.ignore}
1567 #[link(name = "crypto")]
1568 extern { }
1569 ~~~~
1570
1571 The type of a function declared in an extern block is `extern "abi" fn(A1,
1572 ..., An) -> R`, where `A1...An` are the declared types of its arguments and
1573 `R` is the declared return type.
1574
1575 ## Visibility and Privacy
1576
1577 These two terms are often used interchangeably, and what they are attempting to
1578 convey is the answer to the question "Can this item be used at this location?"
1579
1580 Rust's name resolution operates on a global hierarchy of namespaces. Each level
1581 in the hierarchy can be thought of as some item. The items are one of those
1582 mentioned above, but also include external crates. Declaring or defining a new
1583 module can be thought of as inserting a new tree into the hierarchy at the
1584 location of the definition.
1585
1586 To control whether interfaces can be used across modules, Rust checks each use
1587 of an item to see whether it should be allowed or not. This is where privacy
1588 warnings are generated, or otherwise "you used a private item of another module
1589 and weren't allowed to."
1590
1591 By default, everything in rust is *private*, with one exception. Enum variants
1592 in a `pub` enum are also public by default. You are allowed to alter this
1593 default visibility with the `priv` keyword. When an item is declared as `pub`,
1594 it can be thought of as being accessible to the outside world. For example:
1595
1596 ~~~~
1597 # fn main() {}
1598 // Declare a private struct
1599 struct Foo;
1600
1601 // Declare a public struct with a private field
1602 pub struct Bar {
1603     field: int
1604 }
1605
1606 // Declare a public enum with two public variants
1607 pub enum State {
1608     PubliclyAccessibleState,
1609     PubliclyAccessibleState2,
1610 }
1611 ~~~~
1612
1613 With the notion of an item being either public or private, Rust allows item
1614 accesses in two cases:
1615
1616 1. If an item is public, then it can be used externally through any of its
1617    public ancestors.
1618 2. If an item is private, it may be accessed by the current module and its
1619    descendants.
1620
1621 These two cases are surprisingly powerful for creating module hierarchies
1622 exposing public APIs while hiding internal implementation details. To help
1623 explain, here's a few use cases and what they would entail.
1624
1625 * A library developer needs to expose functionality to crates which link against
1626   their library. As a consequence of the first case, this means that anything
1627   which is usable externally must be `pub` from the root down to the destination
1628   item. Any private item in the chain will disallow external accesses.
1629
1630 * A crate needs a global available "helper module" to itself, but it doesn't
1631   want to expose the helper module as a public API. To accomplish this, the root
1632   of the crate's hierarchy would have a private module which then internally has
1633   a "public api". Because the entire crate is a descendant of the root, then the
1634   entire local crate can access this private module through the second case.
1635
1636 * When writing unit tests for a module, it's often a common idiom to have an
1637   immediate child of the module to-be-tested named `mod test`. This module could
1638   access any items of the parent module through the second case, meaning that
1639   internal implementation details could also be seamlessly tested from the child
1640   module.
1641
1642 In the second case, it mentions that a private item "can be accessed" by the
1643 current module and its descendants, but the exact meaning of accessing an item
1644 depends on what the item is. Accessing a module, for example, would mean looking
1645 inside of it (to import more items). On the other hand, accessing a function
1646 would mean that it is invoked. Additionally, path expressions and import
1647 statements are considered to access an item in the sense that the
1648 import/expression is only valid if the destination is in the current visibility
1649 scope.
1650
1651 Here's an example of a program which exemplifies the three cases outlined above.
1652
1653 ~~~~
1654 // This module is private, meaning that no external crate can access this
1655 // module. Because it is private at the root of this current crate, however, any
1656 // module in the crate may access any publicly visible item in this module.
1657 mod crate_helper_module {
1658
1659     // This function can be used by anything in the current crate
1660     pub fn crate_helper() {}
1661
1662     // This function *cannot* be used by anything else in the crate. It is not
1663     // publicly visible outside of the `crate_helper_module`, so only this
1664     // current module and its descendants may access it.
1665     fn implementation_detail() {}
1666 }
1667
1668 // This function is "public to the root" meaning that it's available to external
1669 // crates linking against this one.
1670 pub fn public_api() {}
1671
1672 // Similarly to 'public_api', this module is public so external crates may look
1673 // inside of it.
1674 pub mod submodule {
1675     use crate_helper_module;
1676
1677     pub fn my_method() {
1678         // Any item in the local crate may invoke the helper module's public
1679         // interface through a combination of the two rules above.
1680         crate_helper_module::crate_helper();
1681     }
1682
1683     // This function is hidden to any module which is not a descendant of
1684     // `submodule`
1685     fn my_implementation() {}
1686
1687     #[cfg(test)]
1688     mod test {
1689
1690         #[test]
1691         fn test_my_implementation() {
1692             // Because this module is a descendant of `submodule`, it's allowed
1693             // to access private items inside of `submodule` without a privacy
1694             // violation.
1695             super::my_implementation();
1696         }
1697     }
1698 }
1699
1700 # fn main() {}
1701 ~~~~
1702
1703 For a rust program to pass the privacy checking pass, all paths must be valid
1704 accesses given the two rules above. This includes all use statements,
1705 expressions, types, etc.
1706
1707 ### Re-exporting and Visibility
1708
1709 Rust allows publicly re-exporting items through a `pub use` directive. Because
1710 this is a public directive, this allows the item to be used in the current
1711 module through the rules above. It essentially allows public access into the
1712 re-exported item. For example, this program is valid:
1713
1714 ~~~~
1715 pub use api = self::implementation;
1716
1717 mod implementation {
1718     pub fn f() {}
1719 }
1720
1721 # fn main() {}
1722 ~~~~
1723
1724 This means that any external crate referencing `implementation::f` would receive
1725 a privacy violation, while the path `api::f` would be allowed.
1726
1727 When re-exporting a private item, it can be thought of as allowing the "privacy
1728 chain" being short-circuited through the reexport instead of passing through the
1729 namespace hierarchy as it normally would.
1730
1731 ### Glob imports and Visibility
1732
1733 Currently glob imports are considered an "experimental" language feature. For
1734 sanity purpose along with helping the implementation, glob imports will only
1735 import public items from their destination, not private items.
1736
1737 > **Note:** This is subject to change, glob exports may be removed entirely or
1738 > they could possibly import private items for a privacy error to later be
1739 > issued if the item is used.
1740
1741 ## Attributes
1742
1743 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
1744 attribute : '#' '!' ? '[' attr_list ']' ;
1745 attr_list : attr [ ',' attr_list ]* ;
1746 attr : ident [ '=' literal
1747              | '(' attr_list ')' ] ? ;
1748 ~~~~
1749
1750 Static entities in Rust &mdash; crates, modules and items &mdash; may have _attributes_
1751 applied to them. Attributes in Rust are modeled on Attributes in ECMA-335,
1752 with the syntax coming from ECMA-334 (C#). An attribute is a general,
1753 free-form metadatum that is interpreted according to name, convention, and
1754 language and compiler version. Attributes may appear as any of:
1755
1756 * A single identifier, the attribute name
1757 * An identifier followed by the equals sign '=' and a literal, providing a
1758   key/value pair
1759 * An identifier followed by a parenthesized list of sub-attribute arguments
1760
1761 Attributes with a bang ("!") after the hash ("#") apply to the item that the
1762 attribute is declared within. Attributes that do not have a bang after the
1763 hash apply to the item that follows the attribute.
1764
1765 An example of attributes:
1766
1767 ~~~~ {.rust}
1768 // General metadata applied to the enclosing module or crate.
1769 #![license = "BSD"]
1770
1771 // A function marked as a unit test
1772 #[test]
1773 fn test_foo() {
1774   /* ... */
1775 }
1776
1777 // A conditionally-compiled module
1778 #[cfg(target_os="linux")]
1779 mod bar {
1780   /* ... */
1781 }
1782
1783 // A lint attribute used to suppress a warning/error
1784 #[allow(non_camel_case_types)]
1785 type int8_t = i8;
1786 ~~~~
1787
1788 > **Note:** At some point in the future, the compiler will distinguish between
1789 > language-reserved and user-available attributes. Until then, there is
1790 > effectively no difference between an attribute handled by a loadable syntax
1791 > extension and the compiler.
1792
1793 ### Crate-only attributes
1794
1795 - `crate_id` - specify the this crate's crate ID.
1796 - `crate_type` - see [linkage](#linkage).
1797 - `feature` - see [compiler features](#compiler-features).
1798 - `no_main` - disable emitting the `main` symbol. Useful when some other
1799   object being linked to defines `main`.
1800 - `no_start` - disable linking to the `native` crate, which specifies the
1801   "start" language item.
1802 - `no_std` - disable linking to the `std` crate.
1803
1804 ### Module-only attributes
1805
1806 - `macro_escape` - macros defined in this module will be visible in the
1807   module's parent, after this module has been included.
1808 - `no_implicit_prelude` - disable injecting `use std::prelude::*` in this
1809   module.
1810 - `path` - specifies the file to load the module from. `#[path="foo.rs"] mod
1811   bar;` is equivalent to `mod bar { /* contents of foo.rs */ }`. The path is
1812   taken relative to the directory that the current module is in.
1813
1814 ### Function-only attributes
1815
1816 - `macro_registrar` - when using loadable syntax extensions, mark this
1817   function as the registration point for the current crate's syntax
1818   extensions.
1819 - `main` - indicates that this function should be passed to the entry point,
1820   rather than the function in the crate root named `main`.
1821 - `start` - indicates that this function should be used as the entry point,
1822   overriding the "start" language item.  See the "start" [language
1823   item](#language-items) for more details.
1824
1825 ### Static-only attributes
1826
1827 - `address_insignificant` - references to this static may alias with
1828   references to other statics, potentially of unrelated type.
1829 - `thread_local` - on a `static mut`, this signals that the value of this
1830   static may change depending on the current thread. The exact consequences of
1831   this are implementation-defined.
1832
1833 ### FFI attributes
1834
1835 On an `extern` block, the following attributes are interpreted:
1836
1837 - `link_args` - specify arguments to the linker, rather than just the library
1838   name and type. This is feature gated and the exact behavior is
1839   implementation-defined (due to variety of linker invocation syntax).
1840 - `link` - indicate that a native library should be linked to for the
1841   declarations in this block to be linked correctly. See [external
1842   blocks](#external-blocks)
1843
1844 On declarations inside an `extern` block, the following attributes are
1845 interpreted:
1846
1847 - `link_name` - the name of the symbol that this function or static should be
1848   imported as.
1849 - `linkage` - on a static, this specifies the [linkage
1850   type](http://llvm.org/docs/LangRef.html#linkage-types).
1851
1852 ### Miscellaneous attributes
1853
1854 - `link_section` - on statics and functions, this specifies the section of the
1855   object file that this item's contents will be placed into.
1856 - `macro_export` - export a macro for cross-crate usage.
1857 - `no_mangle` - on any item, do not apply the standard name mangling. Set the
1858   symbol for this item to its identifier.
1859 - `packed` - on structs or enums, eliminate any padding that would be used to
1860   align fields.
1861 - `repr` - on C-like enums, this sets the underlying type used for
1862   representation. Useful for FFI. Takes one argument, which is the primitive
1863   type this enum should be represented for, or `C`, which specifies that it
1864   should be the default `enum` size of the C ABI for that platform. Note that
1865   enum representation in C is undefined, and this may be incorrect when the C
1866   code is compiled with certain flags.
1867 - `simd` - on certain tuple structs, derive the arithmetic operators, which
1868   lower to the target's SIMD instructions, if any.
1869 - `static_assert` - on statics whose type is `bool`, terminates compilation
1870   with an error if it is not initialized to `true`.
1871 - `unsafe_destructor` - allow implementations of the "drop" language item
1872   where the type it is implemented for does not implement the "send" language
1873   item.
1874 - `unsafe_no_drop_flag` - on structs, remove the flag that prevents
1875   destructors from being run twice. Destructors might be run multiple times on
1876   the same object with this attribute.
1877
1878 ### Conditional compilation
1879
1880 Sometimes one wants to have different compiler outputs from the same code,
1881 depending on build target, such as targeted operating system, or to enable
1882 release builds.
1883
1884 There are two kinds of configuration options, one that is either defined or not
1885 (`#[cfg(foo)]`), and the other that contains a string that can be checked
1886 against (`#[cfg(bar = "baz")]` (currently only compiler-defined configuration
1887 options can have the latter form).
1888
1889 ~~~~
1890 // The function is only included in the build when compiling for OSX
1891 #[cfg(target_os = "macos")]
1892 fn macos_only() {
1893   // ...
1894 }
1895
1896 // This function is only included when either foo or bar is defined
1897 #[cfg(foo)]
1898 #[cfg(bar)]
1899 fn needs_foo_or_bar() {
1900   // ...
1901 }
1902
1903 // This function is only included when compiling for a unixish OS with a 32-bit
1904 // architecture
1905 #[cfg(unix, target_word_size = "32")]
1906 fn on_32bit_unix() {
1907   // ...
1908 }
1909 ~~~~
1910
1911 This illustrates some conditional compilation can be achieved using the
1912 `#[cfg(...)]` attribute. Note that `#[cfg(foo, bar)]` is a condition that needs
1913 both `foo` and `bar` to be defined while `#[cfg(foo)] #[cfg(bar)]` only needs
1914 one of `foo` and `bar` to be defined (this resembles in the disjunctive normal
1915 form). Additionally, one can reverse a condition by enclosing it in a
1916 `not(...)`, like e. g. `#[cfg(not(target_os = "win32"))]`.
1917
1918 The following configurations must be defined by the implementation:
1919
1920  * `target_arch = "..."`. Target CPU architecture, such as `"x86"`, `"x86_64"`
1921    `"mips"`, or `"arm"`.
1922  * `target_endian = "..."`. Endianness of the target CPU, either `"little"` or
1923    `"big"`.
1924  * `target_family = "..."`. Operating system family of the target, e. g.
1925    `"unix"` or `"windows"`. The value of this configuration option is defined as
1926    a configuration itself, like `unix` or `windows`.
1927  * `target_os = "..."`. Operating system of the target, examples include
1928    `"win32"`, `"macos"`, `"linux"`, `"android"` or `"freebsd"`.
1929  * `target_word_size = "..."`. Target word size in bits. This is set to `"32"`
1930    for targets with 32-bit pointers, and likewise set to `"64"` for 64-bit
1931    pointers.
1932  * `unix`. See `target_family`.
1933  * `windows`. See `target_family`.
1934
1935 ### Lint check attributes
1936
1937 A lint check names a potentially undesirable coding pattern, such as
1938 unreachable code or omitted documentation, for the static entity to
1939 which the attribute applies.
1940
1941 For any lint check `C`:
1942
1943  * `warn(C)` warns about violations of `C` but continues compilation,
1944  * `deny(C)` signals an error after encountering a violation of `C`,
1945  * `allow(C)` overrides the check for `C` so that violations will go
1946     unreported,
1947  * `forbid(C)` is the same as `deny(C)`, but also forbids changing the lint
1948     level afterwards.
1949
1950 The lint checks supported by the compiler can be found via `rustc -W help`,
1951 along with their default settings.
1952
1953 ~~~~ {.ignore}
1954 mod m1 {
1955     // Missing documentation is ignored here
1956     #[allow(missing_doc)]
1957     pub fn undocumented_one() -> int { 1 }
1958
1959     // Missing documentation signals a warning here
1960     #[warn(missing_doc)]
1961     pub fn undocumented_too() -> int { 2 }
1962
1963     // Missing documentation signals an error here
1964     #[deny(missing_doc)]
1965     pub fn undocumented_end() -> int { 3 }
1966 }
1967 ~~~~
1968
1969 This example shows how one can use `allow` and `warn` to toggle
1970 a particular check on and off.
1971
1972 ~~~~ {.ignore}
1973 #[warn(missing_doc)]
1974 mod m2{
1975     #[allow(missing_doc)]
1976     mod nested {
1977         // Missing documentation is ignored here
1978         pub fn undocumented_one() -> int { 1 }
1979
1980         // Missing documentation signals a warning here,
1981         // despite the allow above.
1982         #[warn(missing_doc)]
1983         pub fn undocumented_two() -> int { 2 }
1984     }
1985
1986     // Missing documentation signals a warning here
1987     pub fn undocumented_too() -> int { 3 }
1988 }
1989 ~~~~
1990
1991 This example shows how one can use `forbid` to disallow uses
1992 of `allow` for that lint check.
1993
1994 ~~~~ {.ignore}
1995 #[forbid(missing_doc)]
1996 mod m3 {
1997     // Attempting to toggle warning signals an error here
1998     #[allow(missing_doc)]
1999     /// Returns 2.
2000     pub fn undocumented_too() -> int { 2 }
2001 }
2002 ~~~~
2003
2004 ### Language items
2005
2006 Some primitive Rust operations are defined in Rust code, rather than being
2007 implemented directly in C or assembly language.  The definitions of these
2008 operations have to be easy for the compiler to find.  The `lang` attribute
2009 makes it possible to declare these operations.  For example, the `str` module
2010 in the Rust standard library defines the string equality function:
2011
2012 ~~~~ {.ignore}
2013 #[lang="str_eq"]
2014 pub fn eq_slice(a: &str, b: &str) -> bool {
2015     // details elided
2016 }
2017 ~~~~
2018
2019 The name `str_eq` has a special meaning to the Rust compiler,
2020 and the presence of this definition means that it will use this definition
2021 when generating calls to the string equality function.
2022
2023 A complete list of the built-in language items follows:
2024
2025 #### Built-in Traits
2026
2027 * `send`
2028   : Able to be sent across task boundaries.
2029 * `sized`
2030   : Has a size known at compile time.
2031 * `copy`
2032   : Types that do not move ownership when used by-value.
2033 * `share`
2034   : Able to be safely shared between tasks when aliased.
2035 * `drop`
2036   : Have destructors.
2037
2038 #### Operators
2039
2040 These language items are traits:
2041
2042 * `add`
2043   : Elements can be added (for example, integers and floats).
2044 * `sub`
2045   : Elements can be subtracted.
2046 * `mul`
2047   : Elements can be multiplied.
2048 * `div`
2049   : Elements have a division operation.
2050 * `rem`
2051   : Elements have a remainder operation.
2052 * `neg`
2053   : Elements can be negated arithmetically.
2054 * `not`
2055   : Elements can be negated logically.
2056 * `bitxor`
2057   : Elements have an exclusive-or operation.
2058 * `bitand`
2059   : Elements have a bitwise `and` operation.
2060 * `bitor`
2061   : Elements have a bitwise `or` operation.
2062 * `shl`
2063   : Elements have a left shift operation.
2064 * `shr`
2065   : Elements have a right shift operation.
2066 * `index`
2067   : Elements can be indexed.
2068 * `eq`
2069   : Elements can be compared for equality.
2070 * `ord`
2071   : Elements have a partial ordering.
2072 * `deref`
2073   : `*` can be applied, yielding a reference to another type
2074 * `deref_mut`
2075   : `*` can be applied, yielding a mutable reference to another type
2076
2077
2078 These are functions:
2079
2080 * `str_eq`
2081   : Compare two strings (`&str`) for equality.
2082 * `uniq_str_eq`
2083   : Compare two owned strings (`~str`) for equality.
2084 * `strdup_uniq`
2085   : Return a new unique string
2086     containing a copy of the contents of a unique string.
2087
2088 #### Types
2089
2090 * `unsafe`
2091   : A type whose contents can be mutated through an immutable reference
2092 * `type_id`
2093   : The type returned by the `type_id` intrinsic.
2094
2095 #### Marker types
2096
2097 These types help drive the compiler's analysis
2098
2099 * `covariant_type`
2100   : The type parameter should be considered covariant
2101 * `contravariant_type`
2102   : The type parameter should be considered contravariant
2103 * `invariant_type`
2104   : The type parameter should be considered invariant
2105 * `covariant_lifetime`
2106   : The lifetime parameter should be considered covariant
2107 * `contravariant_lifetime`
2108   : The lifetime parameter should be considered contravariant
2109 * `invariant_lifetime`
2110   : The lifetime parameter should be considered invariant
2111 * `no_send_bound`
2112   : This type does not implement "send", even if eligible
2113 * `no_copy_bound`
2114   : This type does not implement "copy", even if eligible
2115 * `no_share_bound`
2116   : This type does not implement "share", even if eligible
2117 * `managed_bound`
2118   : This type implements "managed"
2119
2120 * `fail_`
2121   : Abort the program with an error.
2122 * `fail_bounds_check`
2123   : Abort the program with a bounds check error.
2124 * `exchange_malloc`
2125   : Allocate memory on the exchange heap.
2126 * `exchange_free`
2127   : Free memory that was allocated on the exchange heap.
2128 * `malloc`
2129   : Allocate memory on the managed heap.
2130 * `free`
2131   : Free memory that was allocated on the managed heap.
2132
2133 > **Note:** This list is likely to become out of date. We should auto-generate it
2134 > from `librustc/middle/lang_items.rs`.
2135
2136 ### Inline attributes
2137
2138 The inline attribute is used to suggest to the compiler to perform an inline
2139 expansion and place a copy of the function in the caller rather than generating
2140 code to call the function where it is defined.
2141
2142 The compiler automatically inlines functions based on internal heuristics.
2143 Incorrectly inlining functions can actually making the program slower, so it
2144 should be used with care.
2145
2146 `#[inline]` and `#[inline(always)]` always causes the function to be serialized
2147 into crate metadata to allow cross-crate inlining.
2148
2149 There are three different types of inline attributes:
2150
2151 * `#[inline]` hints the compiler to perform an inline expansion.
2152 * `#[inline(always)]` asks the compiler to always perform an inline expansion.
2153 * `#[inline(never)]` asks the compiler to never perform an inline expansion.
2154
2155 ### Deriving
2156
2157 The `deriving` attribute allows certain traits to be automatically
2158 implemented for data structures. For example, the following will
2159 create an `impl` for the `Eq` and `Clone` traits for `Foo`, the type
2160 parameter `T` will be given the `Eq` or `Clone` constraints for the
2161 appropriate `impl`:
2162
2163 ~~~~
2164 #[deriving(Eq, Clone)]
2165 struct Foo<T> {
2166     a: int,
2167     b: T
2168 }
2169 ~~~~
2170
2171 The generated `impl` for `Eq` is equivalent to
2172
2173 ~~~~
2174 # struct Foo<T> { a: int, b: T }
2175 impl<T: Eq> Eq for Foo<T> {
2176     fn eq(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2177         self.a == other.a && self.b == other.b
2178     }
2179
2180     fn ne(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2181         self.a != other.a || self.b != other.b
2182     }
2183 }
2184 ~~~~
2185
2186 Supported traits for `deriving` are:
2187
2188 * Comparison traits: `Eq`, `TotalEq`, `Ord`, `TotalOrd`.
2189 * Serialization: `Encodable`, `Decodable`. These require `serialize`.
2190 * `Clone`, to create `T` from `&T` via a copy.
2191 * `Hash`, to iterate over the bytes in a data type.
2192 * `Rand`, to create a random instance of a data type.
2193 * `Default`, to create an empty instance of a data type.
2194 * `Zero`, to create a zero instance of a numeric data type.
2195 * `FromPrimitive`, to create an instance from a numeric primitive.
2196 * `Show`, to format a value using the `{}` formatter.
2197
2198 ### Stability
2199
2200 One can indicate the stability of an API using the following attributes:
2201
2202 * `deprecated`: This item should no longer be used, e.g. it has been
2203   replaced. No guarantee of backwards-compatibility.
2204 * `experimental`: This item was only recently introduced or is
2205   otherwise in a state of flux. It may change significantly, or even
2206   be removed. No guarantee of backwards-compatibility.
2207 * `unstable`: This item is still under development, but requires more
2208   testing to be considered stable. No guarantee of backwards-compatibility.
2209 * `stable`: This item is considered stable, and will not change
2210   significantly. Guarantee of backwards-compatibility.
2211 * `frozen`: This item is very stable, and is unlikely to
2212   change. Guarantee of backwards-compatibility.
2213 * `locked`: This item will never change unless a serious bug is
2214   found. Guarantee of backwards-compatibility.
2215
2216 These levels are directly inspired by
2217 [Node.js' "stability index"](http://nodejs.org/api/documentation.html).
2218
2219 There are lints for disallowing items marked with certain levels:
2220 `deprecated`, `experimental` and `unstable`; the first two will warn
2221 by default. Items with not marked with a stability are considered to
2222 be unstable for the purposes of the lint. One can give an optional
2223 string that will be displayed when the lint flags the use of an item.
2224
2225 ~~~~ {.ignore}
2226 #![warn(unstable)]
2227
2228 #[deprecated="replaced by `best`"]
2229 fn bad() {
2230     // delete everything
2231 }
2232
2233 fn better() {
2234     // delete fewer things
2235 }
2236
2237 #[stable]
2238 fn best() {
2239     // delete nothing
2240 }
2241
2242 fn main() {
2243     bad(); // "warning: use of deprecated item: replaced by `best`"
2244
2245     better(); // "warning: use of unmarked item"
2246
2247     best(); // no warning
2248 }
2249 ~~~~
2250
2251 > **Note:** Currently these are only checked when applied to
2252 > individual functions, structs, methods and enum variants, *not* to
2253 > entire modules, traits, impls or enums themselves.
2254
2255 ### Compiler Features
2256
2257 Certain aspects of Rust may be implemented in the compiler, but they're not
2258 necessarily ready for every-day use. These features are often of "prototype
2259 quality" or "almost production ready", but may not be stable enough to be
2260 considered a full-fledged language feature.
2261
2262 For this reason, Rust recognizes a special crate-level attribute of the form:
2263
2264 ~~~~ {.ignore}
2265 #![feature(feature1, feature2, feature3)]
2266 ~~~~
2267
2268 This directive informs the compiler that the feature list: `feature1`,
2269 `feature2`, and `feature3` should all be enabled. This is only recognized at a
2270 crate-level, not at a module-level. Without this directive, all features are
2271 considered off, and using the features will result in a compiler error.
2272
2273 The currently implemented features of the reference compiler are:
2274
2275 * `macro_rules` - The definition of new macros. This does not encompass
2276                   macro-invocation, that is always enabled by default, this only
2277                   covers the definition of new macros. There are currently
2278                   various problems with invoking macros, how they interact with
2279                   their environment, and possibly how they are used outside of
2280                   location in which they are defined. Macro definitions are
2281                   likely to change slightly in the future, so they are currently
2282                   hidden behind this feature.
2283
2284 * `globs` - Importing everything in a module through `*`. This is currently a
2285             large source of bugs in name resolution for Rust, and it's not clear
2286             whether this will continue as a feature or not. For these reasons,
2287             the glob import statement has been hidden behind this feature flag.
2288
2289 * `struct_variant` - Structural enum variants (those with named fields). It is
2290                      currently unknown whether this style of enum variant is as
2291                      fully supported as the tuple-forms, and it's not certain
2292                      that this style of variant should remain in the language.
2293                      For now this style of variant is hidden behind a feature
2294                      flag.
2295
2296 * `once_fns` - Onceness guarantees a closure is only executed once. Defining a
2297                closure as `once` is unlikely to be supported going forward. So
2298                they are hidden behind this feature until they are to be removed.
2299
2300 * `managed_boxes` - Usage of `@` pointers is gated due to many
2301                     planned changes to this feature. In the past, this has meant
2302                     "a GC pointer", but the current implementation uses
2303                     reference counting and will likely change drastically over
2304                     time. Additionally, the `@` syntax will no longer be used to
2305                     create GC boxes.
2306
2307 * `asm` - The `asm!` macro provides a means for inline assembly. This is often
2308           useful, but the exact syntax for this feature along with its semantics
2309           are likely to change, so this macro usage must be opted into.
2310
2311 * `non_ascii_idents` - The compiler supports the use of non-ascii identifiers,
2312                        but the implementation is a little rough around the
2313                        edges, so this can be seen as an experimental feature for
2314                        now until the specification of identifiers is fully
2315                        fleshed out.
2316
2317 * `thread_local` - The usage of the `#[thread_local]` attribute is experimental
2318                    and should be seen as unstable. This attribute is used to
2319                    declare a `static` as being unique per-thread leveraging
2320                    LLVM's implementation which works in concert with the kernel
2321                    loader and dynamic linker. This is not necessarily available
2322                    on all platforms, and usage of it is discouraged (rust
2323                    focuses more on task-local data instead of thread-local
2324                    data).
2325
2326 * `link_args` - This attribute is used to specify custom flags to the linker,
2327                 but usage is strongly discouraged. The compiler's usage of the
2328                 system linker is not guaranteed to continue in the future, and
2329                 if the system linker is not used then specifying custom flags
2330                 doesn't have much meaning.
2331
2332 If a feature is promoted to a language feature, then all existing programs will
2333 start to receive compilation warnings about #[feature] directives which enabled
2334 the new feature (because the directive is no longer necessary). However, if
2335 a feature is decided to be removed from the language, errors will be issued (if
2336 there isn't a parser error first). The directive in this case is no longer
2337 necessary, and it's likely that existing code will break if the feature isn't
2338 removed.
2339
2340 If a unknown feature is found in a directive, it results in a compiler error. An
2341 unknown feature is one which has never been recognized by the compiler.
2342
2343 # Statements and expressions
2344
2345 Rust is _primarily_ an expression language. This means that most forms of
2346 value-producing or effect-causing evaluation are directed by the uniform
2347 syntax category of _expressions_. Each kind of expression can typically _nest_
2348 within each other kind of expression, and rules for evaluation of expressions
2349 involve specifying both the value produced by the expression and the order in
2350 which its sub-expressions are themselves evaluated.
2351
2352 In contrast, statements in Rust serve _mostly_ to contain and explicitly
2353 sequence expression evaluation.
2354
2355 ## Statements
2356
2357 A _statement_ is a component of a block, which is in turn a component of an
2358 outer [expression](#expressions) or [function](#functions).
2359
2360 Rust has two kinds of statement:
2361 [declaration statements](#declaration-statements) and
2362 [expression statements](#expression-statements).
2363
2364 ### Declaration statements
2365
2366 A _declaration statement_ is one that introduces one or more *names* into the enclosing statement block.
2367 The declared names may denote new slots or new items.
2368
2369 #### Item declarations
2370
2371 An _item declaration statement_ has a syntactic form identical to an
2372 [item](#items) declaration within a module. Declaring an item &mdash; a function,
2373 enumeration, structure, type, static, trait, implementation or module &mdash; locally
2374 within a statement block is simply a way of restricting its scope to a narrow
2375 region containing all of its uses; it is otherwise identical in meaning to
2376 declaring the item outside the statement block.
2377
2378 Note: there is no implicit capture of the function's dynamic environment when
2379 declaring a function-local item.
2380
2381 #### Slot declarations
2382
2383 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2384 let_decl : "let" pat [':' type ] ? [ init ] ? ';' ;
2385 init : [ '=' ] expr ;
2386 ~~~~
2387
2388 A _slot declaration_ introduces a new set of slots, given by a pattern.
2389 The pattern may be followed by a type annotation, and/or an initializer expression.
2390 When no type annotation is given, the compiler will infer the type,
2391 or signal an error if insufficient type information is available for definite inference.
2392 Any slots introduced by a slot declaration are visible from the point of declaration until the end of the enclosing block scope.
2393
2394 ### Expression statements
2395
2396 An _expression statement_ is one that evaluates an [expression](#expressions)
2397 and ignores its result.
2398 The type of an expression statement `e;` is always `()`, regardless of the type of `e`.
2399 As a rule, an expression statement's purpose is to trigger the effects of evaluating its expression.
2400
2401 ## Expressions
2402
2403 An expression may have two roles: it always produces a *value*, and it may have *effects*
2404 (otherwise known as "side effects").
2405 An expression *evaluates to* a value, and has effects during *evaluation*.
2406 Many expressions contain sub-expressions (operands).
2407 The meaning of each kind of expression dictates several things:
2408   * Whether or not to evaluate the sub-expressions when evaluating the expression
2409   * The order in which to evaluate the sub-expressions
2410   * How to combine the sub-expressions' values to obtain the value of the expression.
2411
2412 In this way, the structure of expressions dictates the structure of execution.
2413 Blocks are just another kind of expression,
2414 so blocks, statements, expressions, and blocks again can recursively nest inside each other
2415 to an arbitrary depth.
2416
2417 #### Lvalues, rvalues and temporaries
2418
2419 Expressions are divided into two main categories: _lvalues_ and _rvalues_.
2420 Likewise within each expression, sub-expressions may occur in _lvalue context_ or _rvalue context_.
2421 The evaluation of an expression depends both on its own category and the context it occurs within.
2422
2423 An lvalue is an expression that represents a memory location. These
2424 expressions are [paths](#path-expressions) (which refer to local
2425 variables, function and method arguments, or static variables),
2426 dereferences (`*expr`), [indexing expressions](#index-expressions)
2427 (`expr[expr]`), and [field references](#field-expressions) (`expr.f`).
2428 All other expressions are rvalues.
2429
2430 The left operand of an [assignment](#assignment-expressions) or
2431 [compound-assignment](#compound-assignment-expressions) expression is an lvalue context,
2432 as is the single operand of a unary [borrow](#unary-operator-expressions).
2433 All other expression contexts are rvalue contexts.
2434
2435 When an lvalue is evaluated in an _lvalue context_, it denotes a memory location;
2436 when evaluated in an _rvalue context_, it denotes the value held _in_ that memory location.
2437
2438 When an rvalue is used in lvalue context, a temporary un-named lvalue is created and used instead.
2439 A temporary's lifetime equals the largest lifetime of any reference that points to it.
2440
2441 #### Moved and copied types
2442
2443 When a [local variable](#memory-slots) is used
2444 as an [rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries)
2445 the variable will either be moved or copied, depending on its type.
2446 For types that contain [owning pointers](#pointer-types)
2447 or values that implement the special trait `Drop`,
2448 the variable is moved.
2449 All other types are copied.
2450
2451 ### Literal expressions
2452
2453 A _literal expression_ consists of one of the [literal](#literals)
2454 forms described earlier. It directly describes a number, character,
2455 string, boolean value, or the unit value.
2456
2457 ~~~~ {.literals}
2458 ();        // unit type
2459 "hello";   // string type
2460 '5';       // character type
2461 5;         // integer type
2462 ~~~~
2463
2464 ### Path expressions
2465
2466 A [path](#paths) used as an expression context denotes either a local variable or an item.
2467 Path expressions are [lvalues](#lvalues-rvalues-and-temporaries).
2468
2469 ### Tuple expressions
2470
2471 Tuples are written by enclosing one or more comma-separated
2472 expressions in parentheses. They are used to create [tuple-typed](#tuple-types)
2473 values.
2474
2475 ~~~~ {.tuple}
2476 (0,);
2477 (0.0, 4.5);
2478 ("a", 4u, true);
2479 ~~~~
2480
2481 ### Structure expressions
2482
2483 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2484 struct_expr : expr_path '{' ident ':' expr
2485                       [ ',' ident ':' expr ] *
2486                       [ ".." expr ] '}' |
2487               expr_path '(' expr
2488                       [ ',' expr ] * ')' |
2489               expr_path ;
2490 ~~~~
2491
2492 There are several forms of structure expressions.
2493 A _structure expression_ consists of the [path](#paths) of a [structure item](#structures),
2494 followed by a brace-enclosed list of one or more comma-separated name-value pairs,
2495 providing the field values of a new instance of the structure.
2496 A field name can be any identifier, and is separated from its value expression by a colon.
2497 The location denoted by a structure field is mutable if and only if the enclosing structure is mutable.
2498
2499 A _tuple structure expression_ consists of the [path](#paths) of a [structure item](#structures),
2500 followed by a parenthesized list of one or more comma-separated expressions
2501 (in other words, the path of a structure item followed by a tuple expression).
2502 The structure item must be a tuple structure item.
2503
2504 A _unit-like structure expression_ consists only of the [path](#paths) of a [structure item](#structures).
2505
2506 The following are examples of structure expressions:
2507
2508 ~~~~
2509 # struct Point { x: f64, y: f64 }
2510 # struct TuplePoint(f64, f64);
2511 # mod game { pub struct User<'a> { pub name: &'a str, pub age: uint, pub score: uint } }
2512 # struct Cookie; fn some_fn<T>(t: T) {}
2513 Point {x: 10.0, y: 20.0};
2514 TuplePoint(10.0, 20.0);
2515 let u = game::User {name: "Joe", age: 35, score: 100_000};
2516 some_fn::<Cookie>(Cookie);
2517 ~~~~
2518
2519 A structure expression forms a new value of the named structure type.
2520 Note that for a given *unit-like* structure type, this will always be the same value.
2521
2522 A structure expression can terminate with the syntax `..` followed by an expression to denote a functional update.
2523 The expression following `..` (the base) must have the same structure type as the new structure type being formed.
2524 The entire expression denotes the result of allocating a new structure
2525 (with the same type as the base expression)
2526 with the given values for the fields that were explicitly specified
2527 and the values in the base record for all other fields.
2528
2529 ~~~~
2530 # struct Point3d { x: int, y: int, z: int }
2531 let base = Point3d {x: 1, y: 2, z: 3};
2532 Point3d {y: 0, z: 10, .. base};
2533 ~~~~
2534
2535 ### Block expressions
2536
2537 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2538 block_expr : '{' [ view_item ] *
2539                  [ stmt ';' | item ] *
2540                  [ expr ] '}' ;
2541 ~~~~
2542
2543 A _block expression_ is similar to a module in terms of the declarations that
2544 are possible. Each block conceptually introduces a new namespace scope. View
2545 items can bring new names into scopes and declared items are in scope for only
2546 the block itself.
2547
2548 A block will execute each statement sequentially, and then execute the
2549 expression (if given). If the final expression is omitted, the type and return
2550 value of the block are `()`, but if it is provided, the type and return value
2551 of the block are that of the expression itself.
2552
2553 ### Method-call expressions
2554
2555 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2556 method_call_expr : expr '.' ident paren_expr_list ;
2557 ~~~~
2558
2559 A _method call_ consists of an expression followed by a single dot, an identifier, and a parenthesized expression-list.
2560 Method calls are resolved to methods on specific traits,
2561 either statically dispatching to a method if the exact `self`-type of the left-hand-side is known,
2562 or dynamically dispatching if the left-hand-side expression is an indirect [object type](#object-types).
2563
2564 ### Field expressions
2565
2566 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2567 field_expr : expr '.' ident ;
2568 ~~~~
2569
2570 A _field expression_ consists of an expression followed by a single dot and an identifier,
2571 when not immediately followed by a parenthesized expression-list (the latter is a [method call expression](#method-call-expressions)).
2572 A field expression denotes a field of a [structure](#structure-types).
2573
2574 ~~~~ {.ignore .field}
2575 myrecord.myfield;
2576 foo().x;
2577 (Struct {a: 10, b: 20}).a;
2578 ~~~~
2579
2580 A field access on a record is an [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) referring to the value of that field.
2581 When the field is mutable, it can be [assigned](#assignment-expressions) to.
2582
2583 When the type of the expression to the left of the dot is a pointer to a record or structure,
2584 it is automatically dereferenced to make the field access possible.
2585
2586 ### Vector expressions
2587
2588 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2589 vec_expr : '[' "mut" ? vec_elems? ']' ;
2590
2591 vec_elems : [expr [',' expr]*] | [expr ',' ".." expr] ;
2592 ~~~~
2593
2594 A [_vector_](#vector-types) _expression_ is written by enclosing zero or
2595 more comma-separated expressions of uniform type in square brackets.
2596
2597 In the `[expr ',' ".." expr]` form, the expression after the `".."`
2598 must be a constant expression that can be evaluated at compile time, such
2599 as a [literal](#literals) or a [static item](#static-items).
2600
2601 ~~~~
2602 [1, 2, 3, 4];
2603 ["a", "b", "c", "d"];
2604 [0, ..128];             // vector with 128 zeros
2605 [0u8, 0u8, 0u8, 0u8];
2606 ~~~~
2607
2608 ### Index expressions
2609
2610 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2611 idx_expr : expr '[' expr ']' ;
2612 ~~~~
2613
2614 [Vector](#vector-types)-typed expressions can be indexed by writing a
2615 square-bracket-enclosed expression (the index) after them. When the
2616 vector is mutable, the resulting [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) can be assigned to.
2617
2618 Indices are zero-based, and may be of any integral type. Vector access
2619 is bounds-checked at run-time. When the check fails, it will put the
2620 task in a _failing state_.
2621
2622 ~~~~ {.ignore}
2623 # use std::task;
2624 # task::spawn(proc() {
2625
2626 ([1, 2, 3, 4])[0];
2627 (["a", "b"])[10]; // fails
2628
2629 # })
2630 ~~~~
2631
2632 ### Unary operator expressions
2633
2634 Rust defines six symbolic unary operators.
2635 They are all written as prefix operators,
2636 before the expression they apply to.
2637
2638 * `-`
2639   : Negation. May only be applied to numeric types.
2640 * `*`
2641   : Dereference. When applied to a [pointer](#pointer-types) it denotes the pointed-to location.
2642     For pointers to mutable locations, the resulting [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) can be assigned to.
2643     On non-pointer types, it calls the `deref` method of the `std::ops::Deref` trait, or the
2644     `deref_mut` method of the `std::ops::DerefMut` trait (if implemented by the type and required
2645     for an outer expression that will or could mutate the dereference), and produces the
2646     result of dereferencing the `&` or `&mut` borrowed pointer returned from the overload method.
2647
2648 * `!`
2649   : Logical negation. On the boolean type, this flips between `true` and
2650     `false`. On integer types, this inverts the individual bits in the
2651     two's complement representation of the value.
2652 * `~`
2653   :  [Boxing](#pointer-types) operators. Allocate a box to hold the value they are applied to,
2654      and store the value in it. `~` creates an owned box.
2655 * `&`
2656   : Borrow operator. Returns a reference, pointing to its operand.
2657     The operand of a borrow is statically proven to outlive the resulting pointer.
2658     If the borrow-checker cannot prove this, it is a compilation error.
2659
2660 ### Binary operator expressions
2661
2662 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2663 binop_expr : expr binop expr ;
2664 ~~~~
2665
2666 Binary operators expressions are given in terms of
2667 [operator precedence](#operator-precedence).
2668
2669 #### Arithmetic operators
2670
2671 Binary arithmetic expressions are syntactic sugar for calls to built-in traits,
2672 defined in the `std::ops` module of the `std` library.
2673 This means that arithmetic operators can be overridden for user-defined types.
2674 The default meaning of the operators on standard types is given here.
2675
2676 * `+`
2677   : Addition and vector/string concatenation.
2678     Calls the `add` method on the `std::ops::Add` trait.
2679 * `-`
2680   : Subtraction.
2681     Calls the `sub` method on the `std::ops::Sub` trait.
2682 * `*`
2683   : Multiplication.
2684     Calls the `mul` method on the `std::ops::Mul` trait.
2685 * `/`
2686   : Quotient.
2687     Calls the `div` method on the `std::ops::Div` trait.
2688 * `%`
2689   : Remainder.
2690     Calls the `rem` method on the `std::ops::Rem` trait.
2691
2692 #### Bitwise operators
2693
2694 Like the [arithmetic operators](#arithmetic-operators), bitwise operators
2695 are syntactic sugar for calls to methods of built-in traits.
2696 This means that bitwise operators can be overridden for user-defined types.
2697 The default meaning of the operators on standard types is given here.
2698
2699 * `&`
2700   : And.
2701     Calls the `bitand` method of the `std::ops::BitAnd` trait.
2702 * `|`
2703   : Inclusive or.
2704     Calls the `bitor` method of the `std::ops::BitOr` trait.
2705 * `^`
2706   : Exclusive or.
2707     Calls the `bitxor` method of the `std::ops::BitXor` trait.
2708 * `<<`
2709   : Logical left shift.
2710     Calls the `shl` method of the `std::ops::Shl` trait.
2711 * `>>`
2712   : Logical right shift.
2713     Calls the `shr` method of the `std::ops::Shr` trait.
2714
2715 #### Lazy boolean operators
2716
2717 The operators `||` and `&&` may be applied to operands of boolean type.
2718 The `||` operator denotes logical 'or', and the `&&` operator denotes logical 'and'.
2719 They differ from `|` and `&` in that the right-hand operand is only evaluated
2720 when the left-hand operand does not already determine the result of the expression.
2721 That is, `||` only evaluates its right-hand operand
2722 when the left-hand operand evaluates to `false`, and `&&` only when it evaluates to `true`.
2723
2724 #### Comparison operators
2725
2726 Comparison operators are, like the [arithmetic operators](#arithmetic-operators),
2727 and [bitwise operators](#bitwise-operators),
2728 syntactic sugar for calls to built-in traits.
2729 This means that comparison operators can be overridden for user-defined types.
2730 The default meaning of the operators on standard types is given here.
2731
2732 * `==`
2733   : Equal to.
2734     Calls the `eq` method on the `std::cmp::Eq` trait.
2735 * `!=`
2736   : Unequal to.
2737     Calls the `ne` method on the `std::cmp::Eq` trait.
2738 * `<`
2739   : Less than.
2740     Calls the `lt` method on the `std::cmp::Ord` trait.
2741 * `>`
2742   : Greater than.
2743     Calls the `gt` method on the `std::cmp::Ord` trait.
2744 * `<=`
2745   : Less than or equal.
2746     Calls the `le` method on the `std::cmp::Ord` trait.
2747 * `>=`
2748   : Greater than or equal.
2749     Calls the `ge` method on the `std::cmp::Ord` trait.
2750
2751 #### Type cast expressions
2752
2753 A type cast expression is denoted with the binary operator `as`.
2754
2755 Executing an `as` expression casts the value on the left-hand side to the type
2756 on the right-hand side.
2757
2758 A numeric value can be cast to any numeric type.
2759 A raw pointer value can be cast to or from any integral type or raw pointer type.
2760 Any other cast is unsupported and will fail to compile.
2761
2762 An example of an `as` expression:
2763
2764 ~~~~
2765 # fn sum(v: &[f64]) -> f64 { 0.0 }
2766 # fn len(v: &[f64]) -> int { 0 }
2767
2768 fn avg(v: &[f64]) -> f64 {
2769   let sum: f64 = sum(v);
2770   let sz: f64 = len(v) as f64;
2771   return sum / sz;
2772 }
2773 ~~~~
2774
2775 #### Assignment expressions
2776
2777 An _assignment expression_ consists of an [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) expression followed by an
2778 equals sign (`=`) and an [rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) expression.
2779
2780 Evaluating an assignment expression [either copies or moves](#moved-and-copied-types) its right-hand operand to its left-hand operand.
2781
2782 ~~~~
2783 # let mut x = 0;
2784 # let y = 0;
2785
2786 x = y;
2787 ~~~~
2788
2789 #### Compound assignment expressions
2790
2791 The `+`, `-`, `*`, `/`, `%`, `&`, `|`, `^`, `<<`, and `>>`
2792 operators may be composed with the `=` operator. The expression `lval
2793 OP= val` is equivalent to `lval = lval OP val`. For example, `x = x +
2794 1` may be written as `x += 1`.
2795
2796 Any such expression always has the [`unit`](#primitive-types) type.
2797
2798 #### Operator precedence
2799
2800 The precedence of Rust binary operators is ordered as follows, going
2801 from strong to weak:
2802
2803 ~~~~ {.notrust .precedence}
2804 * / %
2805 as
2806 + -
2807 << >>
2808 &
2809 ^
2810 |
2811 < > <= >=
2812 == !=
2813 &&
2814 ||
2815 =
2816 ~~~~
2817
2818 Operators at the same precedence level are evaluated left-to-right. [Unary operators](#unary-operator-expressions)
2819 have the same precedence level and it is stronger than any of the binary operators'.
2820
2821 ### Grouped expressions
2822
2823 An expression enclosed in parentheses evaluates to the result of the enclosed
2824 expression.  Parentheses can be used to explicitly specify evaluation order
2825 within an expression.
2826
2827 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2828 paren_expr : '(' expr ')' ;
2829 ~~~~
2830
2831 An example of a parenthesized expression:
2832
2833 ~~~~
2834 let x = (2 + 3) * 4;
2835 ~~~~
2836
2837
2838 ### Call expressions
2839
2840 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2841 expr_list : [ expr [ ',' expr ]* ] ? ;
2842 paren_expr_list : '(' expr_list ')' ;
2843 call_expr : expr paren_expr_list ;
2844 ~~~~
2845
2846 A _call expression_ invokes a function, providing zero or more input slots and
2847 an optional reference slot to serve as the function's output, bound to the
2848 `lval` on the right hand side of the call. If the function eventually returns,
2849 then the expression completes.
2850
2851 Some examples of call expressions:
2852
2853 ~~~~
2854 # use std::from_str::FromStr;
2855 # fn add(x: int, y: int) -> int { 0 }
2856
2857 let x: int = add(1, 2);
2858 let pi: Option<f32> = FromStr::from_str("3.14");
2859 ~~~~
2860
2861 ### Lambda expressions
2862
2863 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2864 ident_list : [ ident [ ',' ident ]* ] ? ;
2865 lambda_expr : '|' ident_list '|' expr ;
2866 ~~~~
2867
2868 A _lambda expression_ (sometimes called an "anonymous function expression") defines a function and denotes it as a value,
2869 in a single expression.
2870 A lambda expression is a pipe-symbol-delimited (`|`) list of identifiers followed by an expression.
2871
2872 A lambda expression denotes a function that maps a list of parameters (`ident_list`)
2873 onto the expression that follows the `ident_list`.
2874 The identifiers in the `ident_list` are the parameters to the function.
2875 These parameters' types need not be specified, as the compiler infers them from context.
2876
2877 Lambda expressions are most useful when passing functions as arguments to other functions,
2878 as an abbreviation for defining and capturing a separate function.
2879
2880 Significantly, lambda expressions _capture their environment_,
2881 which regular [function definitions](#functions) do not.
2882 The exact type of capture depends on the [function type](#function-types) inferred for the lambda expression.
2883 In the simplest and least-expensive form (analogous to a ```|| { }``` expression),
2884 the lambda expression captures its environment by reference,
2885 effectively borrowing pointers to all outer variables mentioned inside the function.
2886 Alternately, the compiler may infer that a lambda expression should copy or move values (depending on their type.)
2887 from the environment into the lambda expression's captured environment.
2888
2889 In this example, we define a function `ten_times` that takes a higher-order function argument,
2890 and call it with a lambda expression as an argument.
2891
2892 ~~~~
2893 fn ten_times(f: |int|) {
2894     let mut i = 0;
2895     while i < 10 {
2896         f(i);
2897         i += 1;
2898     }
2899 }
2900
2901 ten_times(|j| println!("hello, {}", j));
2902 ~~~~
2903
2904 ### While loops
2905
2906 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2907 while_expr : "while" expr '{' block '}' ;
2908 ~~~~
2909
2910 A `while` loop begins by evaluating the boolean loop conditional expression.
2911 If the loop conditional expression evaluates to `true`, the loop body block
2912 executes and control returns to the loop conditional expression. If the loop
2913 conditional expression evaluates to `false`, the `while` expression completes.
2914
2915 An example:
2916
2917 ~~~~
2918 let mut i = 0;
2919
2920 while i < 10 {
2921     println!("hello");
2922     i = i + 1;
2923 }
2924 ~~~~
2925
2926 ### Infinite loops
2927
2928 The keyword `loop` in Rust appears both in _loop expressions_ and in _continue expressions_.
2929 A loop expression denotes an infinite loop;
2930 see [Continue expressions](#continue-expressions) for continue expressions.
2931
2932 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2933 loop_expr : [ lifetime ':' ] "loop" '{' block '}';
2934 ~~~~
2935
2936 A `loop` expression may optionally have a _label_.
2937 If a label is present,
2938 then labeled `break` and `loop` expressions nested within this loop may exit out of this loop or return control to its head.
2939 See [Break expressions](#break-expressions).
2940
2941 ### Break expressions
2942
2943 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2944 break_expr : "break" [ lifetime ];
2945 ~~~~
2946
2947 A `break` expression has an optional `label`.
2948 If the label is absent, then executing a `break` expression immediately terminates the innermost loop enclosing it.
2949 It is only permitted in the body of a loop.
2950 If the label is present, then `break foo` terminates the loop with label `foo`,
2951 which need not be the innermost label enclosing the `break` expression,
2952 but must enclose it.
2953
2954 ### Continue expressions
2955
2956 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2957 continue_expr : "loop" [ lifetime ];
2958 ~~~~
2959
2960 A continue expression, written `loop`, also has an optional `label`.
2961 If the label is absent,
2962 then executing a `loop` expression immediately terminates the current iteration of the innermost loop enclosing it,
2963 returning control to the loop *head*.
2964 In the case of a `while` loop,
2965 the head is the conditional expression controlling the loop.
2966 In the case of a `for` loop, the head is the call-expression controlling the loop.
2967 If the label is present, then `loop foo` returns control to the head of the loop with label `foo`,
2968 which need not be the innermost label enclosing the `break` expression,
2969 but must enclose it.
2970
2971 A `loop` expression is only permitted in the body of a loop.
2972
2973 ### For expressions
2974
2975 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2976 for_expr : "for" pat "in" expr '{' block '}' ;
2977 ~~~~
2978
2979 A `for` expression is a syntactic construct for looping over elements
2980 provided by an implementation of `std::iter::Iterator`.
2981
2982 An example of a for loop over the contents of a vector:
2983
2984 ~~~~
2985 # type Foo = int;
2986 # fn bar(f: Foo) { }
2987 # let a = 0;
2988 # let b = 0;
2989 # let c = 0;
2990
2991 let v: &[Foo] = &[a, b, c];
2992
2993 for e in v.iter() {
2994     bar(*e);
2995 }
2996 ~~~~
2997
2998 An example of a for loop over a series of integers:
2999
3000 ~~~~
3001 # fn bar(b:uint) { }
3002 for i in range(0u, 256) {
3003     bar(i);
3004 }
3005 ~~~~
3006
3007 ### If expressions
3008
3009 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
3010 if_expr : "if" expr '{' block '}'
3011           else_tail ? ;
3012
3013 else_tail : "else" [ if_expr
3014                    | '{' block '}' ] ;
3015 ~~~~
3016
3017 An `if` expression is a conditional branch in program control. The form of
3018 an `if` expression is a condition expression, followed by a consequent
3019 block, any number of `else if` conditions and blocks, and an optional
3020 trailing `else` block. The condition expressions must have type
3021 `bool`. If a condition expression evaluates to `true`, the
3022 consequent block is executed and any subsequent `else if` or `else`
3023 block is skipped. If a condition expression evaluates to `false`, the
3024 consequent block is skipped and any subsequent `else if` condition is
3025 evaluated. If all `if` and `else if` conditions evaluate to `false`
3026 then any `else` block is executed.
3027
3028 ### Match expressions
3029
3030 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
3031 match_expr : "match" expr '{' match_arm [ '|' match_arm ] * '}' ;
3032
3033 match_arm : match_pat "=>" [ expr "," | '{' block '}' ] ;
3034
3035 match_pat : pat [ ".." pat ] ? [ "if" expr ] ;
3036 ~~~~
3037
3038 A `match` expression branches on a *pattern*. The exact form of matching that
3039 occurs depends on the pattern. Patterns consist of some combination of
3040 literals, destructured vectors or enum constructors, structures, records and
3041 tuples, variable binding specifications, wildcards (`..`), and placeholders
3042 (`_`). A `match` expression has a *head expression*, which is the value to
3043 compare to the patterns. The type of the patterns must equal the type of the
3044 head expression.
3045
3046 In a pattern whose head expression has an `enum` type, a placeholder (`_`)
3047 stands for a *single* data field, whereas a wildcard `..` stands for *all* the
3048 fields of a particular variant. For example:
3049
3050 ~~~~
3051 enum List<X> { Nil, Cons(X, Box<List<X>>) }
3052
3053 let x: List<int> = Cons(10, box Cons(11, box Nil));
3054
3055 match x {
3056     Cons(_, box Nil) => fail!("singleton list"),
3057     Cons(..)         => return,
3058     Nil              => fail!("empty list")
3059 }
3060 ~~~~
3061
3062 The first pattern matches lists constructed by applying `Cons` to any head
3063 value, and a tail value of `box Nil`. The second pattern matches _any_ list
3064 constructed with `Cons`, ignoring the values of its arguments. The difference
3065 between `_` and `..` is that the pattern `C(_)` is only type-correct if `C` has
3066 exactly one argument, while the pattern `C(..)` is type-correct for any enum
3067 variant `C`, regardless of how many arguments `C` has.
3068
3069 Used inside a vector pattern, `..` stands for any number of elements. This
3070 wildcard can be used at most once for a given vector, which implies that it
3071 cannot be used to specifically match elements that are at an unknown distance
3072 from both ends of a vector, like `[.., 42, ..]`. If followed by a variable name,
3073 it will bind the corresponding slice to the variable. Example:
3074
3075 ~~~~
3076 fn is_symmetric(list: &[uint]) -> bool {
3077     match list {
3078         [] | [_]                   => true,
3079         [x, ..inside, y] if x == y => is_symmetric(inside),
3080         _                          => false
3081     }
3082 }
3083
3084 fn main() {
3085     let sym     = &[0, 1, 4, 2, 4, 1, 0];
3086     let not_sym = &[0, 1, 7, 2, 4, 1, 0];
3087     assert!(is_symmetric(sym));
3088     assert!(!is_symmetric(not_sym));
3089 }
3090 ~~~~
3091
3092 A `match` behaves differently depending on whether or not the head expression
3093 is an [lvalue or an rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries).
3094 If the head expression is an rvalue, it is
3095 first evaluated into a temporary location, and the resulting value
3096 is sequentially compared to the patterns in the arms until a match
3097 is found. The first arm with a matching pattern is chosen as the branch target
3098 of the `match`, any variables bound by the pattern are assigned to local
3099 variables in the arm's block, and control enters the block.
3100
3101 When the head expression is an lvalue, the match does not allocate a
3102 temporary location (however, a by-value binding may copy or move from
3103 the lvalue). When possible, it is preferable to match on lvalues, as the
3104 lifetime of these matches inherits the lifetime of the lvalue, rather
3105 than being restricted to the inside of the match.
3106
3107 An example of a `match` expression:
3108
3109 ~~~~
3110 # fn process_pair(a: int, b: int) { }
3111 # fn process_ten() { }
3112
3113 enum List<X> { Nil, Cons(X, Box<List<X>>) }
3114
3115 let x: List<int> = Cons(10, box Cons(11, box Nil));
3116
3117 match x {
3118     Cons(a, box Cons(b, _)) => {
3119         process_pair(a,b);
3120     }
3121     Cons(10, _) => {
3122         process_ten();
3123     }
3124     Nil => {
3125         return;
3126     }
3127     _ => {
3128         fail!();
3129     }
3130 }
3131 ~~~~
3132
3133 Patterns that bind variables
3134 default to binding to a copy or move of the matched value
3135 (depending on the matched value's type).
3136 This can be changed to bind to a reference by
3137 using the `ref` keyword,
3138 or to a mutable reference using `ref mut`.
3139
3140 Subpatterns can also be bound to variables by the use of the syntax
3141 `variable @ pattern`.
3142 For example:
3143
3144 ~~~~
3145 enum List { Nil, Cons(uint, Box<List>) }
3146
3147 fn is_sorted(list: &List) -> bool {
3148     match *list {
3149         Nil | Cons(_, box Nil) => true,
3150         Cons(x, ref r @ box Cons(y, _)) => (x <= y) && is_sorted(*r)
3151     }
3152 }
3153
3154 fn main() {
3155     let a = Cons(6, box Cons(7, box Cons(42, box Nil)));
3156     assert!(is_sorted(&a));
3157 }
3158
3159 ~~~~
3160
3161 Patterns can also dereference pointers by using the `&`,
3162 `~` or `@` symbols, as appropriate. For example, these two matches
3163 on `x: &int` are equivalent:
3164
3165 ~~~~
3166 # let x = &3;
3167 let y = match *x { 0 => "zero", _ => "some" };
3168 let z = match x { &0 => "zero", _ => "some" };
3169
3170 assert_eq!(y, z);
3171 ~~~~
3172
3173 A pattern that's just an identifier, like `Nil` in the previous example,
3174 could either refer to an enum variant that's in scope, or bind a new variable.
3175 The compiler resolves this ambiguity by forbidding variable bindings that occur
3176 in `match` patterns from shadowing names of variants that are in scope.
3177 For example, wherever `List` is in scope,
3178 a `match` pattern would not be able to bind `Nil` as a new name.
3179 The compiler interprets a variable pattern `x` as a binding _only_ if there is
3180 no variant named `x` in scope.
3181 A convention you can use to avoid conflicts is simply to name variants with
3182 upper-case letters, and local variables with lower-case letters.
3183
3184 Multiple match patterns may be joined with the `|` operator.
3185 A range of values may be specified with `..`.
3186 For example:
3187
3188 ~~~~
3189 # let x = 2;
3190
3191 let message = match x {
3192   0 | 1  => "not many",
3193   2 .. 9 => "a few",
3194   _      => "lots"
3195 };
3196 ~~~~
3197
3198 Range patterns only work on scalar types
3199 (like integers and characters; not like vectors and structs, which have sub-components).
3200 A range pattern may not be a sub-range of another range pattern inside the same `match`.
3201
3202 Finally, match patterns can accept *pattern guards* to further refine the
3203 criteria for matching a case. Pattern guards appear after the pattern and
3204 consist of a bool-typed expression following the `if` keyword. A pattern
3205 guard may refer to the variables bound within the pattern they follow.
3206
3207 ~~~~
3208 # let maybe_digit = Some(0);
3209 # fn process_digit(i: int) { }
3210 # fn process_other(i: int) { }
3211
3212 let message = match maybe_digit {
3213   Some(x) if x < 10 => process_digit(x),
3214   Some(x) => process_other(x),
3215   None => fail!()
3216 };
3217 ~~~~
3218
3219 ### Return expressions
3220
3221 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
3222 return_expr : "return" expr ? ;
3223 ~~~~
3224
3225 Return expressions are denoted with the keyword `return`. Evaluating a `return`
3226 expression moves its argument into the output slot of the current
3227 function, destroys the current function activation frame, and transfers
3228 control to the caller frame.
3229
3230 An example of a `return` expression:
3231
3232 ~~~~
3233 fn max(a: int, b: int) -> int {
3234    if a > b {
3235       return a;
3236    }
3237    return b;
3238 }
3239 ~~~~
3240
3241 # Type system
3242
3243 ## Types
3244
3245 Every slot, item and value in a Rust program has a type. The _type_ of a *value*
3246 defines the interpretation of the memory holding it.
3247
3248 Built-in types and type-constructors are tightly integrated into the language,
3249 in nontrivial ways that are not possible to emulate in user-defined
3250 types. User-defined types have limited capabilities.
3251
3252 ### Primitive types
3253
3254 The primitive types are the following:
3255
3256 * The "unit" type `()`, having the single "unit" value `()` (occasionally called
3257   "nil"). [^unittype]
3258 * The boolean type `bool` with values `true` and `false`.
3259 * The machine types.
3260 * The machine-dependent integer and floating-point types.
3261
3262 [^unittype]: The "unit" value `()` is *not* a sentinel "null pointer" value for
3263     reference slots; the "unit" type is the implicit return type from functions
3264     otherwise lacking a return type, and can be used in other contexts (such as
3265     message-sending or type-parametric code) as a zero-size type.]
3266
3267 #### Machine types
3268
3269 The machine types are the following:
3270
3271 * The unsigned word types `u8`, `u16`, `u32` and `u64`, with values drawn from
3272   the integer intervals [0, 2^8 - 1], [0, 2^16 - 1], [0, 2^32 - 1] and
3273   [0, 2^64 - 1] respectively.
3274
3275 * The signed two's complement word types `i8`, `i16`, `i32` and `i64`, with
3276   values drawn from the integer intervals [-(2^(7)), 2^7 - 1],
3277   [-(2^(15)), 2^15 - 1], $[-(2^(31)), 2^31 - 1], [-(2^(63)), 2^63 - 1]
3278   respectively.
3279
3280 * The IEEE 754-2008 `binary32` and `binary64` floating-point types: `f32` and
3281   `f64`, respectively.
3282
3283 #### Machine-dependent integer types
3284
3285 The Rust type `uint` [^rustuint] is an
3286 unsigned integer type with target-machine-dependent size. Its size, in
3287 bits, is equal to the number of bits required to hold any memory address on
3288 the target machine.
3289
3290 The Rust type `int` [^rustint]  is a
3291 two's complement signed integer type with target-machine-dependent size. Its
3292 size, in bits, is equal to the size of the rust type `uint` on the same target
3293 machine.
3294
3295 [^rustuint]: A Rust `uint` is analogous to a C99 `uintptr_t`.
3296 [^rustint]: A Rust `int` is analogous to a C99 `intptr_t`.
3297
3298 ### Textual types
3299
3300 The types `char` and `str` hold textual data.
3301
3302 A value of type `char` is a [Unicode scalar value](
3303 http://www.unicode.org/glossary/#unicode_scalar_value)
3304 (ie. a code point that is not a surrogate),
3305 represented as a 32-bit unsigned word in the 0x0000 to 0xD7FF
3306 or 0xE000 to 0x10FFFF range.
3307 A `[char]` vector is effectively an UCS-4 / UTF-32 string.
3308
3309 A value of type `str` is a Unicode string,
3310 represented as a vector of 8-bit unsigned bytes holding a sequence of UTF-8 codepoints.
3311 Since `str` is of unknown size, it is not a _first class_ type,
3312 but can only be instantiated through a pointer type,
3313 such as `&str` or `~str`.
3314
3315 ### Tuple types
3316
3317 The tuple type-constructor forms a new heterogeneous product of values similar
3318 to the record type-constructor. The differences are as follows:
3319
3320 * tuple elements cannot be mutable, unlike record fields
3321 * tuple elements are not named and can be accessed only by pattern-matching
3322
3323 Tuple types and values are denoted by listing the types or values of their
3324 elements, respectively, in a parenthesized, comma-separated
3325 list.
3326
3327 The members of a tuple are laid out in memory contiguously, like a record, in
3328 order specified by the tuple type.
3329
3330 An example of a tuple type and its use:
3331
3332 ~~~~
3333 type Pair<'a> = (int,&'a str);
3334 let p: Pair<'static> = (10,"hello");
3335 let (a, b) = p;
3336 assert!(b != "world");
3337 ~~~~
3338
3339 ### Vector types
3340
3341 The vector type constructor represents a homogeneous array of values of a given type.
3342 A vector has a fixed size.
3343 (Operations like `vec.push` operate solely on owned vectors.)
3344 A vector type can be annotated with a _definite_ size, such as `[int, ..10]`.
3345 Such a definite-sized vector type is a first-class type, since its size is known statically.
3346 A vector without such a size is said to be of _indefinite_ size,
3347 and is therefore not a _first-class_ type.
3348 An indefinite-size vector can only be instantiated through a pointer type,
3349 such as `&[T]` or `~[T]`.
3350 The kind of a vector type depends on the kind of its element type,
3351 as with other simple structural types.
3352
3353 Expressions producing vectors of definite size cannot be evaluated in a
3354 context expecting a vector of indefinite size; one must copy the
3355 definite-sized vector contents into a distinct vector of indefinite size.
3356
3357 An example of a vector type and its use:
3358
3359 ~~~~
3360 let v: &[int] = &[7, 5, 3];
3361 let i: int = v[2];
3362 assert!(i == 3);
3363 ~~~~
3364
3365 All in-bounds elements of a vector are always initialized,
3366 and access to a vector is always bounds-checked.
3367
3368 ### Structure types
3369
3370 A `struct` *type* is a heterogeneous product of other types, called the *fields*
3371 of the type.[^structtype]
3372
3373 [^structtype]: `struct` types are analogous `struct` types in C,
3374     the *record* types of the ML family,
3375     or the *structure* types of the Lisp family.
3376
3377 New instances of a `struct` can be constructed with a [struct expression](#structure-expressions).
3378
3379 The memory order of fields in a `struct` is given by the item defining it.
3380 Fields may be given in any order in a corresponding struct *expression*;
3381 the resulting `struct` value will always be laid out in memory in the order specified by the corresponding *item*.
3382
3383 The fields of a `struct` may be qualified by [visibility modifiers](#re-exporting-and-visibility),
3384 to restrict access to implementation-private data in a structure.
3385
3386 A _tuple struct_ type is just like a structure type, except that the fields are anonymous.
3387
3388 A _unit-like struct_ type is like a structure type, except that it has no fields.
3389 The one value constructed by the associated [structure expression](#structure-expressions)
3390 is the only value that inhabits such a type.
3391
3392 ### Enumerated types
3393
3394 An *enumerated type* is a nominal, heterogeneous disjoint union type,
3395 denoted by the name of an [`enum` item](#enumerations). [^enumtype]
3396
3397 [^enumtype]: The `enum` type is analogous to a `data` constructor declaration in
3398              ML, or a *pick ADT* in Limbo.
3399
3400 An [`enum` item](#enumerations) declares both the type and a number of *variant constructors*,
3401 each of which is independently named and takes an optional tuple of arguments.
3402
3403 New instances of an `enum` can be constructed by calling one of the variant constructors,
3404 in a [call expression](#call-expressions).
3405
3406 Any `enum` value consumes as much memory as the largest variant constructor for its corresponding `enum` type.
3407
3408 Enum types cannot be denoted *structurally* as types,
3409 but must be denoted by named reference to an [`enum` item](#enumerations).
3410
3411 ### Recursive types
3412
3413 Nominal types &mdash; [enumerations](#enumerated-types) and [structures](#structure-types) &mdash; may be recursive.
3414 That is, each `enum` constructor or `struct` field may refer, directly or indirectly, to the enclosing `enum` or `struct` type itself.
3415 Such recursion has restrictions:
3416
3417 * Recursive types must include a nominal type in the recursion
3418   (not mere [type definitions](#type-definitions),
3419    or other structural types such as [vectors](#vector-types) or [tuples](#tuple-types)).
3420 * A recursive `enum` item must have at least one non-recursive constructor
3421   (in order to give the recursion a basis case).
3422 * The size of a recursive type must be finite;
3423   in other words the recursive fields of the type must be [pointer types](#pointer-types).
3424 * Recursive type definitions can cross module boundaries, but not module *visibility* boundaries,
3425   or crate boundaries (in order to simplify the module system and type checker).
3426
3427 An example of a *recursive* type and its use:
3428
3429 ~~~~
3430 enum List<T> {
3431   Nil,
3432   Cons(T, Box<List<T>>)
3433 }
3434
3435 let a: List<int> = Cons(7, box Cons(13, box Nil));
3436 ~~~~
3437
3438 ### Pointer types
3439
3440 All pointers in Rust are explicit first-class values.
3441 They can be copied, stored into data structures, and returned from functions.
3442 There are four varieties of pointer in Rust:
3443
3444 * Owning pointers (`~`)
3445   : These point to owned heap allocations (or "boxes") in the shared, inter-task heap.
3446     Each owned box has a single owning pointer; pointer and pointee retain a 1:1 relationship at all times.
3447     Owning pointers are written `~content`,
3448     for example `~int` means an owning pointer to an owned box containing an integer.
3449     Copying an owned box is a "deep" operation:
3450     it involves allocating a new owned box and copying the contents of the old box into the new box.
3451     Releasing an owning pointer immediately releases its corresponding owned box.
3452
3453 * References (`&`)
3454   : These point to memory _owned by some other value_.
3455     References arise by (automatic) conversion from owning pointers, managed pointers,
3456     or by applying the borrowing operator `&` to some other value,
3457     including [lvalues, rvalues or temporaries](#lvalues-rvalues-and-temporaries).
3458     References are written `&content`, or in some cases `&'f content` for some lifetime-variable `f`,
3459     for example `&int` means a reference to an integer.
3460     Copying a reference is a "shallow" operation:
3461     it involves only copying the pointer itself.
3462     Releasing a reference typically has no effect on the value it points to,
3463     with the exception of temporary values,
3464     which are released when the last reference to them is released.
3465
3466 * Raw pointers (`*`)
3467   : Raw pointers are pointers without safety or liveness guarantees.
3468     Raw pointers are written `*content`,
3469     for example `*int` means a raw pointer to an integer.
3470     Copying or dropping a raw pointer has no effect on the lifecycle of any other value.
3471     Dereferencing a raw pointer or converting it to any other pointer type is an [`unsafe` operation](#unsafe-functions).
3472     Raw pointers are generally discouraged in Rust code;
3473     they exist to support interoperability with foreign code,
3474     and writing performance-critical or low-level functions.
3475
3476 ### Function types
3477
3478 The function type constructor `fn` forms new function types.
3479 A function type consists of a possibly-empty set of function-type modifiers
3480 (such as `unsafe` or `extern`), a sequence of input types and an output type.
3481
3482 An example of a `fn` type:
3483
3484 ~~~~
3485 fn add(x: int, y: int) -> int {
3486   return x + y;
3487 }
3488
3489 let mut x = add(5,7);
3490
3491 type Binop<'a> = |int,int|: 'a -> int;
3492 let bo: Binop = add;
3493 x = bo(5,7);
3494 ~~~~
3495
3496 ### Closure types
3497
3498 ~~~~ {.notrust .ebnf .notation}
3499 closure_type := [ 'unsafe' ] [ '<' lifetime-list '>' ] '|' arg-list '|'
3500                 [ ':' bound-list ] [ '->' type ]
3501 procedure_type := 'proc' [ '<' lifetime-list '>' ] '(' arg-list ')'
3502                   [ ':' bound-list ] [ '->' type ]
3503 lifetime-list := lifetime | lifetime ',' lifetime-list
3504 arg-list := ident ':' type | ident ':' type ',' arg-list
3505 bound-list := bound | bound '+' bound-list
3506 bound := path | lifetime
3507 ~~~~
3508
3509 The type of a closure mapping an input of type `A` to an output of type `B` is
3510 `|A| -> B`. A closure with no arguments or return values has type `||`.
3511 Similarly, a procedure mapping `A` to `B` is `proc(A) -> B` and a no-argument
3512 and no-return value closure has type `proc()`.
3513
3514 An example of creating and calling a closure:
3515
3516 ```rust
3517 let captured_var = 10;
3518
3519 let closure_no_args = || println!("captured_var={}", captured_var);
3520
3521 let closure_args = |arg: int| -> int {
3522   println!("captured_var={}, arg={}", captured_var, arg);
3523   arg // Note lack of semicolon after 'arg'
3524 };
3525
3526 fn call_closure(c1: ||, c2: |int| -> int) {
3527   c1();
3528   c2(2);
3529 }
3530
3531 call_closure(closure_no_args, closure_args);
3532
3533 ```
3534
3535 Unlike closures, procedures may only be invoked once, but own their
3536 environment, and are allowed to move out of their environment. Procedures are
3537 allocated on the heap (unlike closures). An example of creating and calling a
3538 procedure:
3539
3540 ```rust
3541 let string = "Hello".to_owned();
3542
3543 // Creates a new procedure, passing it to the `spawn` function.
3544 spawn(proc() {
3545   println!("{} world!", string);
3546 });
3547
3548 // the variable `string` has been moved into the previous procedure, so it is
3549 // no longer usable.
3550
3551
3552 // Create an invoke a procedure. Note that the procedure is *moved* when
3553 // invoked, so it cannot be invoked again.
3554 let f = proc(n: int) { n + 22 };
3555 println!("answer: {}", f(20));
3556
3557 ```
3558
3559 ### Object types
3560
3561 Every trait item (see [traits](#traits)) defines a type with the same name as the trait.
3562 This type is called the _object type_ of the trait.
3563 Object types permit "late binding" of methods, dispatched using _virtual method tables_ ("vtables").
3564 Whereas most calls to trait methods are "early bound" (statically resolved) to specific implementations at compile time,
3565 a call to a method on an object type is only resolved to a vtable entry at compile time.
3566 The actual implementation for each vtable entry can vary on an object-by-object basis.
3567
3568 Given a pointer-typed expression `E` of type `&T` or `~T`, where `T` implements trait `R`,
3569 casting `E` to the corresponding pointer type `&R` or `~R` results in a value of the _object type_ `R`.
3570 This result is represented as a pair of pointers:
3571 the vtable pointer for the `T` implementation of `R`, and the pointer value of `E`.
3572
3573 An example of an object type:
3574
3575 ~~~~
3576 trait Printable {
3577   fn to_string(&self) -> ~str;
3578 }
3579
3580 impl Printable for int {
3581   fn to_string(&self) -> ~str { self.to_str() }
3582 }
3583
3584 fn print(a: Box<Printable>) {
3585    println!("{}", a.to_string());
3586 }
3587
3588 fn main() {
3589    print(box 10 as Box<Printable>);
3590 }
3591 ~~~~
3592
3593 In this example, the trait `Printable` occurs as an object type in both the type signature of `print`,
3594 and the cast expression in `main`.
3595
3596 ### Type parameters
3597
3598 Within the body of an item that has type parameter declarations, the names of its type parameters are types:
3599
3600 ~~~~
3601 fn map<A: Clone, B: Clone>(f: |A| -> B, xs: &[A]) -> ~[B] {
3602     if xs.len() == 0 {
3603        return ~[];
3604     }
3605     let first: B = f(xs[0].clone());
3606     let rest: ~[B] = map(f, xs.slice(1, xs.len()));
3607     return ~[first] + rest;
3608 }
3609 ~~~~
3610
3611 Here, `first` has type `B`, referring to `map`'s `B` type parameter;
3612 and `rest` has type `~[B]`, a vector type with element type `B`.
3613
3614 ### Self types
3615
3616 The special type `self` has a meaning within methods inside an
3617 impl item. It refers to the type of the implicit `self` argument. For
3618 example, in:
3619
3620 ~~~~
3621 trait Printable {
3622   fn make_string(&self) -> ~str;
3623 }
3624
3625 impl Printable for ~str {
3626     fn make_string(&self) -> ~str {
3627         (*self).clone()
3628     }
3629 }
3630 ~~~~
3631
3632 `self` refers to the value of type `~str` that is the receiver for a
3633 call to the method `make_string`.
3634
3635 ## Type kinds
3636
3637 Types in Rust are categorized into kinds, based on various properties of the components of the type.
3638 The kinds are:
3639
3640 * `Send`
3641   : Types of this kind can be safely sent between tasks.
3642     This kind includes scalars, owning pointers, owned closures, and
3643     structural types containing only other owned types.
3644     All `Send` types are `'static`.
3645 * `Copy`
3646   : Types of this kind consist of "Plain Old Data"
3647     which can be copied by simply moving bits.
3648     All values of this kind can be implicitly copied.
3649     This kind includes scalars and immutable references,
3650     as well as structural types containing other `Copy` types.
3651 * `'static`
3652   : Types of this kind do not contain any references (except for
3653     references with the `static` lifetime, which are allowed).
3654     This can be a useful guarantee for code
3655     that breaks borrowing assumptions
3656     using [`unsafe` operations](#unsafe-functions).
3657 * `Drop`
3658   : This is not strictly a kind,
3659     but its presence interacts with kinds:
3660     the `Drop` trait provides a single method `drop`
3661     that takes no parameters,
3662     and is run when values of the type are dropped.
3663     Such a method is called a "destructor",
3664     and are always executed in "top-down" order:
3665     a value is completely destroyed
3666     before any of the values it owns run their destructors.
3667     Only `Send` types can implement `Drop`.
3668
3669 * _Default_
3670   : Types with destructors, closure environments,
3671     and various other _non-first-class_ types,
3672     are not copyable at all.
3673     Such types can usually only be accessed through pointers,
3674     or in some cases, moved between mutable locations.
3675
3676 Kinds can be supplied as _bounds_ on type parameters, like traits,
3677 in which case the parameter is constrained to types satisfying that kind.
3678
3679 By default, type parameters do not carry any assumed kind-bounds at all.
3680 When instantiating a type parameter,
3681 the kind bounds on the parameter are checked
3682 to be the same or narrower than the kind
3683 of the type that it is instantiated with.
3684
3685 Sending operations are not part of the Rust language,
3686 but are implemented in the library.
3687 Generic functions that send values
3688 bound the kind of these values to sendable.
3689
3690 # Memory and concurrency models
3691
3692 Rust has a memory model centered around concurrently-executing _tasks_. Thus
3693 its memory model and its concurrency model are best discussed simultaneously,
3694 as parts of each only make sense when considered from the perspective of the
3695 other.
3696
3697 When reading about the memory model, keep in mind that it is partitioned in
3698 order to support tasks; and when reading about tasks, keep in mind that their
3699 isolation and communication mechanisms are only possible due to the ownership
3700 and lifetime semantics of the memory model.
3701
3702 ## Memory model
3703
3704 A Rust program's memory consists of a static set of *items*, a set of
3705 [tasks](#tasks) each with its own *stack*, and a *heap*. Immutable portions of
3706 the heap may be shared between tasks, mutable portions may not.
3707
3708 Allocations in the stack consist of *slots*, and allocations in the heap
3709 consist of *boxes*.
3710
3711 ### Memory allocation and lifetime
3712
3713 The _items_ of a program are those functions, modules and types
3714 that have their value calculated at compile-time and stored uniquely in the
3715 memory image of the rust process. Items are neither dynamically allocated nor
3716 freed.
3717
3718 A task's _stack_ consists of activation frames automatically allocated on
3719 entry to each function as the task executes. A stack allocation is reclaimed
3720 when control leaves the frame containing it.
3721
3722 The _heap_ is a general term that describes two separate sets of boxes:
3723 managed boxes &mdash; which may be subject to garbage collection &mdash; and owned
3724 boxes.  The lifetime of an allocation in the heap depends on the lifetime of
3725 the box values pointing to it. Since box values may themselves be passed in
3726 and out of frames, or stored in the heap, heap allocations may outlive the
3727 frame they are allocated within.
3728
3729 ### Memory ownership
3730
3731 A task owns all memory it can *safely* reach through local variables,
3732 as well as managed, owned boxes and references.
3733
3734 When a task sends a value that has the `Send` trait to another task,
3735 it loses ownership of the value sent and can no longer refer to it.
3736 This is statically guaranteed by the combined use of "move semantics",
3737 and the compiler-checked _meaning_ of the `Send` trait:
3738 it is only instantiated for (transitively) sendable kinds of data constructor and pointers,
3739 never including managed boxes or references.
3740
3741 When a stack frame is exited, its local allocations are all released, and its
3742 references to boxes (both managed and owned) are dropped.
3743
3744 A managed box may (in the case of a recursive, mutable managed type) be cyclic;
3745 in this case the release of memory inside the managed structure may be deferred
3746 until task-local garbage collection can reclaim it. Code can ensure no such
3747 delayed deallocation occurs by restricting itself to owned boxes and similar
3748 unmanaged kinds of data.
3749
3750 When a task finishes, its stack is necessarily empty and it therefore has no
3751 references to any boxes; the remainder of its heap is immediately freed.
3752
3753 ### Memory slots
3754
3755 A task's stack contains slots.
3756
3757 A _slot_ is a component of a stack frame, either a function parameter,
3758 a [temporary](#lvalues-rvalues-and-temporaries), or a local variable.
3759
3760 A _local variable_ (or *stack-local* allocation) holds a value directly,
3761 allocated within the stack's memory. The value is a part of the stack frame.
3762
3763 Local variables are immutable unless declared otherwise like: `let mut x = ...`.
3764
3765 Function parameters are immutable unless declared with `mut`. The
3766 `mut` keyword applies only to the following parameter (so `|mut x, y|`
3767 and `fn f(mut x: ~int, y: ~int)` declare one mutable variable `x` and
3768 one immutable variable `y`).
3769
3770 Methods that take either `self` or `~self` can optionally place them in a
3771 mutable slot by prefixing them with `mut` (similar to regular arguments):
3772
3773 ~~~
3774 trait Changer {
3775     fn change(mut self) -> Self;
3776     fn modify(mut ~self) -> Box<Self>;
3777 }
3778 ~~~
3779
3780 Local variables are not initialized when allocated; the entire frame worth of
3781 local variables are allocated at once, on frame-entry, in an uninitialized
3782 state. Subsequent statements within a function may or may not initialize the
3783 local variables. Local variables can be used only after they have been
3784 initialized; this is enforced by the compiler.
3785
3786 ### Owned boxes
3787
3788 An  _owned box_ is a reference to a heap allocation holding another value, which is constructed
3789 by the prefix operator `box`. When the standard library is in use, the type of an owned box is
3790 `std::owned::Box<T>`.
3791
3792 An example of an owned box type and value:
3793
3794 ~~~~
3795
3796 let x: Box<int> = box 10;
3797 ~~~~
3798
3799 Owned box values exist in 1:1 correspondence with their heap allocation
3800 copying an owned box value makes a shallow copy of the pointer
3801 Rust will consider a shallow copy of an owned box to move ownership of the value. After a value has been moved, the source location cannot be used unless it is reinitialized.
3802
3803 ~~~~
3804 let x: Box<int> = box 10;
3805 let y = x;
3806 // attempting to use `x` will result in an error here
3807 ~~~~
3808
3809
3810
3811 ## Tasks
3812
3813 An executing Rust program consists of a tree of tasks.
3814 A Rust _task_ consists of an entry function, a stack,
3815 a set of outgoing communication channels and incoming communication ports,
3816 and ownership of some portion of the heap of a single operating-system process.
3817 (We expect that many programs will not use channels and ports directly,
3818 but will instead use higher-level abstractions provided in standard libraries,
3819 such as pipes.)
3820
3821 Multiple Rust tasks may coexist in a single operating-system process.
3822 The runtime scheduler maps tasks to a certain number of operating-system threads.
3823 By default, the scheduler chooses the number of threads based on
3824 the number of concurrent physical CPUs detected at startup.
3825 It's also possible to override this choice at runtime.
3826 When the number of tasks exceeds the number of threads &mdash; which is likely &mdash;
3827 the scheduler multiplexes the tasks onto threads.[^mnscheduler]
3828
3829 [^mnscheduler]: This is an M:N scheduler, which is known to give suboptimal
3830     results for CPU-bound concurrency problems.  In such cases, running with the
3831     same number of threads and tasks can yield better results.  Rust has M:N
3832     scheduling in order to support very large numbers of tasks in contexts where
3833     threads are too resource-intensive to use in large number.  The cost of
3834     threads varies substantially per operating system, and is sometimes quite
3835     low, so this flexibility is not always worth exploiting.
3836
3837 ### Communication between tasks
3838
3839 Rust tasks are isolated and generally unable to interfere with one another's memory directly,
3840 except through [`unsafe` code](#unsafe-functions).
3841 All contact between tasks is mediated by safe forms of ownership transfer,
3842 and data races on memory are prohibited by the type system.
3843
3844 Inter-task communication and co-ordination facilities are provided in the standard library.
3845 These include:
3846
3847   - synchronous and asynchronous communication channels with various communication topologies
3848   - read-only and read-write shared variables with various safe mutual exclusion patterns
3849   - simple locks and semaphores
3850
3851 When such facilities carry values, the values are restricted to the [`Send` type-kind](#type-kinds).
3852 Restricting communication interfaces to this kind ensures that no references or managed pointers move between tasks.
3853 Thus access to an entire data structure can be mediated through its owning "root" value;
3854 no further locking or copying is required to avoid data races within the substructure of such a value.
3855
3856 ### Task lifecycle
3857
3858 The _lifecycle_ of a task consists of a finite set of states and events
3859 that cause transitions between the states. The lifecycle states of a task are:
3860
3861 * running
3862 * blocked
3863 * failing
3864 * dead
3865
3866 A task begins its lifecycle &mdash; once it has been spawned &mdash; in the *running*
3867 state. In this state it executes the statements of its entry function, and any
3868 functions called by the entry function.
3869
3870 A task may transition from the *running* state to the *blocked*
3871 state any time it makes a blocking communication call. When the
3872 call can be completed &mdash; when a message arrives at a sender, or a
3873 buffer opens to receive a message &mdash; then the blocked task will
3874 unblock and transition back to *running*.
3875
3876 A task may transition to the *failing* state at any time, due being
3877 killed by some external event or internally, from the evaluation of a
3878 `fail!()` macro. Once *failing*, a task unwinds its stack and
3879 transitions to the *dead* state. Unwinding the stack of a task is done by
3880 the task itself, on its own control stack. If a value with a destructor is
3881 freed during unwinding, the code for the destructor is run, also on the task's
3882 control stack. Running the destructor code causes a temporary transition to a
3883 *running* state, and allows the destructor code to cause any subsequent
3884 state transitions.  The original task of unwinding and failing thereby may
3885 suspend temporarily, and may involve (recursive) unwinding of the stack of a
3886 failed destructor. Nonetheless, the outermost unwinding activity will continue
3887 until the stack is unwound and the task transitions to the *dead*
3888 state. There is no way to "recover" from task failure.  Once a task has
3889 temporarily suspended its unwinding in the *failing* state, failure
3890 occurring from within this destructor results in *hard* failure.
3891 A hard failure currently results in the process aborting.
3892
3893 A task in the *dead* state cannot transition to other states; it exists
3894 only to have its termination status inspected by other tasks, and/or to await
3895 reclamation when the last reference to it drops.
3896
3897 ### Task scheduling
3898
3899 The currently scheduled task is given a finite *time slice* in which to
3900 execute, after which it is *descheduled* at a loop-edge or similar
3901 preemption point, and another task within is scheduled, pseudo-randomly.
3902
3903 An executing task can yield control at any time, by making a library call to
3904 `std::task::yield`, which deschedules it immediately. Entering any other
3905 non-executing state (blocked, dead) similarly deschedules the task.
3906
3907 # Runtime services, linkage and debugging
3908
3909 The Rust _runtime_ is a relatively compact collection of C++ and Rust code
3910 that provides fundamental services and datatypes to all Rust tasks at
3911 run-time. It is smaller and simpler than many modern language runtimes. It is
3912 tightly integrated into the language's execution model of memory, tasks,
3913 communication and logging.
3914
3915 > **Note:** The runtime library will merge with the `std` library in future versions of Rust.
3916
3917 ### Memory allocation
3918
3919 The runtime memory-management system is based on a _service-provider interface_,
3920 through which the runtime requests blocks of memory from its environment
3921 and releases them back to its environment when they are no longer needed.
3922 The default implementation of the service-provider interface
3923 consists of the C runtime functions `malloc` and `free`.
3924
3925 The runtime memory-management system, in turn, supplies Rust tasks with
3926 facilities for allocating releasing stacks, as well as allocating and freeing
3927 heap data.
3928
3929 ### Built in types
3930
3931 The runtime provides C and Rust code to assist with various built-in types,
3932 such as vectors, strings, and the low level communication system (ports,
3933 channels, tasks).
3934
3935 Support for other built-in types such as simple types, tuples, records, and
3936 enums is open-coded by the Rust compiler.
3937
3938 ### Task scheduling and communication
3939
3940 The runtime provides code to manage inter-task communication.  This includes
3941 the system of task-lifecycle state transitions depending on the contents of
3942 queues, as well as code to copy values between queues and their recipients and
3943 to serialize values for transmission over operating-system inter-process
3944 communication facilities.
3945
3946 ### Linkage
3947
3948 The Rust compiler supports various methods to link crates together both
3949 statically and dynamically. This section will explore the various methods to
3950 link Rust crates together, and more information about native libraries can be
3951 found in the [ffi tutorial][ffi].
3952
3953 In one session of compilation, the compiler can generate multiple artifacts
3954 through the usage of either command line flags or the `crate_type` attribute.
3955 If one or more command line flag is specified, all `crate_type` attributes will
3956 be ignored in favor of only building the artifacts specified by command line.
3957
3958 * `--crate-type=bin`, `#[crate_type = "bin"]` - A runnable executable will be
3959   produced.  This requires that there is a `main` function in the crate which
3960   will be run when the program begins executing. This will link in all Rust and
3961   native dependencies, producing a distributable binary.
3962
3963 * `--crate-type=lib`, `#[crate_type = "lib"]` - A Rust library will be produced.
3964   This is an ambiguous concept as to what exactly is produced because a library
3965   can manifest itself in several forms. The purpose of this generic `lib` option
3966   is to generate the "compiler recommended" style of library. The output library
3967   will always be usable by rustc, but the actual type of library may change from
3968   time-to-time. The remaining output types are all different flavors of
3969   libraries, and the `lib` type can be seen as an alias for one of them (but the
3970   actual one is compiler-defined).
3971
3972 * `--crate-type=dylib`, `#[crate_type = "dylib"]` - A dynamic Rust library will
3973   be produced. This is different from the `lib` output type in that this forces
3974   dynamic library generation. The resulting dynamic library can be used as a
3975   dependency for other libraries and/or executables.  This output type will
3976   create `*.so` files on linux, `*.dylib` files on osx, and `*.dll` files on
3977   windows.
3978
3979 * `--crate-type=staticlib`, `#[crate_type = "staticlib"]` - A static system
3980   library will be produced. This is different from other library outputs in that
3981   the Rust compiler will never attempt to link to `staticlib` outputs. The
3982   purpose of this output type is to create a static library containing all of
3983   the local crate's code along with all upstream dependencies. The static
3984   library is actually a `*.a` archive on linux and osx and a `*.lib` file on
3985   windows. This format is recommended for use in situtations such as linking
3986   Rust code into an existing non-Rust application because it will not have
3987   dynamic dependencies on other Rust code.
3988
3989 * `--crate-type=rlib`, `#[crate_type = "rlib"]` - A "Rust library" file will be
3990   produced.  This is used as an intermediate artifact and can be thought of as a
3991   "static Rust library". These `rlib` files, unlike `staticlib` files, are
3992   interpreted by the Rust compiler in future linkage. This essentially means
3993   that `rustc` will look for metadata in `rlib` files like it looks for metadata
3994   in dynamic libraries. This form of output is used to produce statically linked
3995   executables as well as `staticlib` outputs.
3996
3997 Note that these outputs are stackable in the sense that if multiple are
3998 specified, then the compiler will produce each form of output at once without
3999 having to recompile. However, this only applies for outputs specified by the same
4000 method. If only `crate_type` attributes are specified, then they will all be
4001 built, but if one or more `--crate-type` command line flag is specified,
4002 then only those outputs will be built.
4003
4004 With all these different kinds of outputs, if crate A depends on crate B, then
4005 the compiler could find B in various different forms throughout the system. The
4006 only forms looked for by the compiler, however, are the `rlib` format and the
4007 dynamic library format. With these two options for a dependent library, the
4008 compiler must at some point make a choice between these two formats. With this
4009 in mind, the compiler follows these rules when determining what format of
4010 dependencies will be used:
4011
4012 1. If a dynamic library is being produced, then it is required for all upstream
4013    Rust dependencies to also be dynamic. This is a limitation of the current
4014    implementation of the linkage model.  The reason behind this limitation is to
4015    prevent multiple copies of the same upstream library from showing up, and in
4016    the future it is planned to support a mixture of dynamic and static linking.
4017
4018    When producing a dynamic library, the compiler will generate an error if an
4019    upstream dependency could not be found, and also if an upstream dependency
4020    could only be found in an `rlib` format. Remember that `staticlib` formats
4021    are always ignored by `rustc` for crate-linking purposes.
4022
4023 2. If a static library is being produced, all upstream dependencies are
4024    required to be available in `rlib` formats. This requirement stems from the
4025    same reasons that a dynamic library must have all dynamic dependencies.
4026
4027    Note that it is impossible to link in native dynamic dependencies to a static
4028    library, and in this case warnings will be printed about all unlinked native
4029    dynamic dependencies.
4030
4031 3. If an `rlib` file is being produced, then there are no restrictions on what
4032    format the upstream dependencies are available in. It is simply required that
4033    all upstream dependencies be available for reading metadata from.
4034
4035    The reason for this is that `rlib` files do not contain any of their upstream
4036    dependencies. It wouldn't be very efficient for all `rlib` files to contain a
4037    copy of `libstd.rlib`!
4038
4039 4. If an executable is being produced, then things get a little interesting. As
4040    with the above limitations in dynamic and static libraries, it is required
4041    for all upstream dependencies to be in the same format. The next question is
4042    whether to prefer a dynamic or a static format. The compiler currently favors
4043    static linking over dynamic linking, but this can be inverted with the `-C
4044    prefer-dynamic` flag to the compiler.
4045
4046    What this means is that first the compiler will attempt to find all upstream
4047    dependencies as `rlib` files, and if successful, it will create a statically
4048    linked executable. If an upstream dependency is missing as an `rlib` file,
4049    then the compiler will force all dependencies to be dynamic and will generate
4050    errors if dynamic versions could not be found.
4051
4052 In general, `--crate-type=bin` or `--crate-type=lib` should be sufficient for
4053 all compilation needs, and the other options are just available if more
4054 fine-grained control is desired over the output format of a Rust crate.
4055
4056 ### Logging system
4057
4058 The runtime contains a system for directing [logging
4059 expressions](#logging-expressions) to a logging console and/or internal logging
4060 buffers. Logging can be enabled per module.
4061
4062 Logging output is enabled by setting the `RUST_LOG` environment
4063 variable.  `RUST_LOG` accepts a logging specification made up of a
4064 comma-separated list of paths, with optional log levels. For each
4065 module containing log expressions, if `RUST_LOG` contains the path to
4066 that module or a parent of that module, then logs of the appropriate
4067 level will be output to the console.
4068
4069 The path to a module consists of the crate name, any parent modules,
4070 then the module itself, all separated by double colons (`::`).  The
4071 optional log level can be appended to the module path with an equals
4072 sign (`=`) followed by the log level, from 1 to 4, inclusive. Level 1
4073 is the error level, 2 is warning, 3 info, and 4 debug. You can also
4074 use the symbolic constants `error`, `warn`, `info`, and `debug`.  Any
4075 logs less than or equal to the specified level will be output. If not
4076 specified then log level 4 is assumed.  Debug messages can be omitted
4077 by passing `--cfg ndebug` to `rustc`.
4078
4079 As an example, to see all the logs generated by the compiler, you would set
4080 `RUST_LOG` to `rustc`, which is the crate name (as specified in its `crate_id`
4081 [attribute](#attributes)). To narrow down the logs to just crate resolution,
4082 you would set it to `rustc::metadata::creader`. To see just error logging
4083 use `rustc=0`.
4084
4085 Note that when compiling source files that don't specify a
4086 crate name the crate is given a default name that matches the source file,
4087 with the extension removed. In that case, to turn on logging for a program
4088 compiled from, e.g. `helloworld.rs`, `RUST_LOG` should be set to `helloworld`.
4089
4090 #### Logging Expressions
4091
4092 Rust provides several macros to log information. Here's a simple Rust program
4093 that demonstrates all four of them:
4094
4095 ~~~~
4096 #![feature(phase)]
4097 #[phase(syntax, link)] extern crate log;
4098
4099 fn main() {
4100     error!("This is an error log")
4101     warn!("This is a warn log")
4102     info!("this is an info log")
4103     debug!("This is a debug log")
4104 }
4105 ~~~~
4106
4107 These four log levels correspond to levels 1-4, as controlled by `RUST_LOG`:
4108
4109 ```notrust,bash
4110 $ RUST_LOG=rust=3 ./rust
4111 This is an error log
4112 This is a warn log
4113 this is an info log
4114 ```
4115
4116 # Appendix: Rationales and design tradeoffs
4117
4118 *TODO*.
4119
4120 # Appendix: Influences and further references
4121
4122 ## Influences
4123
4124 >  The essential problem that must be solved in making a fault-tolerant
4125 >  software system is therefore that of fault-isolation. Different programmers
4126 >  will write different modules, some modules will be correct, others will have
4127 >  errors. We do not want the errors in one module to adversely affect the
4128 >  behaviour of a module which does not have any errors.
4129 >
4130 >  &mdash; Joe Armstrong
4131
4132 >  In our approach, all data is private to some process, and processes can
4133 >  only communicate through communications channels. *Security*, as used
4134 >  in this paper, is the property which guarantees that processes in a system
4135 >  cannot affect each other except by explicit communication.
4136 >
4137 >  When security is absent, nothing which can be proven about a single module
4138 >  in isolation can be guaranteed to hold when that module is embedded in a
4139 >  system [...]
4140 >
4141 >  &mdash; Robert Strom and Shaula Yemini
4142
4143 >  Concurrent and applicative programming complement each other. The
4144 >  ability to send messages on channels provides I/O without side effects,
4145 >  while the avoidance of shared data helps keep concurrent processes from
4146 >  colliding.
4147 >
4148 >  &mdash; Rob Pike
4149
4150 Rust is not a particularly original language. It may however appear unusual
4151 by contemporary standards, as its design elements are drawn from a number of
4152 "historical" languages that have, with a few exceptions, fallen out of
4153 favour. Five prominent lineages contribute the most, though their influences
4154 have come and gone during the course of Rust's development:
4155
4156 * The NIL (1981) and Hermes (1990) family. These languages were developed by
4157   Robert Strom, Shaula Yemini, David Bacon and others in their group at IBM
4158   Watson Research Center (Yorktown Heights, NY, USA).
4159
4160 * The Erlang (1987) language, developed by Joe Armstrong, Robert Virding, Claes
4161   Wikstr&ouml;m, Mike Williams and others in their group at the Ericsson Computer
4162   Science Laboratory (&Auml;lvsj&ouml;, Stockholm, Sweden) .
4163
4164 * The Sather (1990) language, developed by Stephen Omohundro, Chu-Cheow Lim,
4165   Heinz Schmidt and others in their group at The International Computer
4166   Science Institute of the University of California, Berkeley (Berkeley, CA,
4167   USA).
4168
4169 * The Newsqueak (1988), Alef (1995), and Limbo (1996) family. These
4170   languages were developed by Rob Pike, Phil Winterbottom, Sean Dorward and
4171   others in their group at Bell Labs Computing Sciences Research Center
4172   (Murray Hill, NJ, USA).
4173
4174 * The Napier (1985) and Napier88 (1988) family. These languages were
4175   developed by Malcolm Atkinson, Ron Morrison and others in their group at
4176   the University of St. Andrews (St. Andrews, Fife, UK).
4177
4178 Additional specific influences can be seen from the following languages:
4179
4180 * The structural algebraic types and compilation manager of SML.
4181 * The attribute and assembly systems of C#.
4182 * The references and deterministic destructor system of C++.
4183 * The memory region systems of the ML Kit and Cyclone.
4184 * The typeclass system of Haskell.
4185 * The lexical identifier rule of Python.
4186 * The block syntax of Ruby.
4187
4188 [ffi]: guide-ffi.html