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