]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/doc/rust.md
auto merge of #13358 : tbu-/rust/pr_doc_equivrel, r=cmr
[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 else enum extern
210 false fn for
211 if impl in
212 let loop
213 match mod mut
214 priv proc pub
215 ref return
216 self static struct super
217 true trait type
218 unsafe use
219 while
220 ~~~~
221
222 Each of these keywords has special meaning in its grammar,
223 and all of them are excluded from the `ident` rule.
224
225 ### Literals
226
227 A literal is an expression consisting of a single token, rather than a
228 sequence of tokens, that immediately and directly denotes the value it
229 evaluates to, rather than referring to it by name or some other evaluation
230 rule. A literal is a form of constant expression, so is evaluated (primarily)
231 at compile time.
232
233 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
234 literal : string_lit | char_lit | num_lit ;
235 ~~~~
236
237 #### Character and string literals
238
239 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
240 char_lit : '\x27' char_body '\x27' ;
241 string_lit : '"' string_body * '"' | 'r' raw_string ;
242
243 char_body : non_single_quote
244           | '\x5c' [ '\x27' | common_escape ] ;
245
246 string_body : non_double_quote
247             | '\x5c' [ '\x22' | common_escape ] ;
248 raw_string : '"' raw_string_body '"' | '#' raw_string '#' ;
249
250 common_escape : '\x5c'
251               | 'n' | 'r' | 't' | '0'
252               | 'x' hex_digit 2
253               | 'u' hex_digit 4
254               | 'U' hex_digit 8 ;
255
256 hex_digit : 'a' | 'b' | 'c' | 'd' | 'e' | 'f'
257           | 'A' | 'B' | 'C' | 'D' | 'E' | 'F'
258           | dec_digit ;
259 oct_digit : '0' | '1' | '2' | '3' | '4' | '5' | '6' | '7' ;
260 dec_digit : '0' | nonzero_dec ;
261 nonzero_dec: '1' | '2' | '3' | '4'
262            | '5' | '6' | '7' | '8' | '9' ;
263 ~~~~
264
265 A _character literal_ is a single Unicode character enclosed within two
266 `U+0027` (single-quote) characters, with the exception of `U+0027` itself,
267 which must be _escaped_ by a preceding U+005C character (`\`).
268
269 A _string literal_ is a sequence of any Unicode characters enclosed within
270 two `U+0022` (double-quote) characters, with the exception of `U+0022`
271 itself, which must be _escaped_ by a preceding `U+005C` character (`\`),
272 or a _raw string literal_.
273
274 Some additional _escapes_ are available in either character or non-raw string
275 literals. An escape starts with a `U+005C` (`\`) and continues with one of
276 the following forms:
277
278   * An _8-bit codepoint escape_ escape starts with `U+0078` (`x`) and is
279     followed by exactly two _hex digits_. It denotes the Unicode codepoint
280     equal to the provided hex value.
281   * A _16-bit codepoint escape_ starts with `U+0075` (`u`) and is followed
282     by exactly four _hex digits_. It denotes the Unicode codepoint equal to
283     the provided hex value.
284   * A _32-bit codepoint escape_ starts with `U+0055` (`U`) and is followed
285     by exactly eight _hex digits_. It denotes the Unicode codepoint equal to
286     the provided hex value.
287   * A _whitespace escape_ is one of the characters `U+006E` (`n`), `U+0072`
288     (`r`), or `U+0074` (`t`), denoting the unicode values `U+000A` (LF),
289     `U+000D` (CR) or `U+0009` (HT) respectively.
290   * The _backslash escape_ is the character `U+005C` (`\`) which must be
291     escaped in order to denote *itself*.
292
293 Raw string literals do not process any escapes. They start with the character
294 `U+0072` (`r`), followed zero or more of the character `U+0023` (`#`) and a
295 `U+0022` (double-quote) character. The _raw string body_ is not defined in the
296 EBNF grammar above: it can contain any sequence of Unicode characters and is
297 terminated only by another `U+0022` (double-quote) character, followed by the
298 same number of `U+0023` (`#`) characters that preceeded the opening `U+0022`
299 (double-quote) character.
300
301 All Unicode characters contained in the raw string body represent themselves,
302 the characters `U+0022` (double-quote) (except when followed by at least as
303 many `U+0023` (`#`) characters as were used to start the raw string literal) or
304 `U+005C` (`\`) do not have any special meaning.
305
306 Examples for string literals:
307
308 ~~~~
309 "foo"; r"foo";                     // foo
310 "\"foo\""; r#""foo""#;             // "foo"
311
312 "foo #\"# bar";
313 r##"foo #"# bar"##;                // foo #"# bar
314
315 "\x52"; "R"; r"R";                 // R
316 "\\x52"; r"\x52";                  // \x52
317 ~~~~
318
319 #### Number literals
320
321 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
322 num_lit : nonzero_dec [ dec_digit | '_' ] * num_suffix ?
323         | '0' [       [ dec_digit | '_' ] * num_suffix ?
324               | 'b'   [ '1' | '0' | '_' ] + int_suffix ?
325               | 'o'   [ oct_digit | '_' ] + int_suffix ?
326               | 'x'   [ hex_digit | '_' ] + int_suffix ? ] ;
327
328 num_suffix : int_suffix | float_suffix ;
329
330 int_suffix : 'u' int_suffix_size ?
331            | 'i' int_suffix_size ? ;
332 int_suffix_size : [ '8' | '1' '6' | '3' '2' | '6' '4' ] ;
333
334 float_suffix : [ exponent | '.' dec_lit exponent ? ] ? float_suffix_ty ? ;
335 float_suffix_ty : 'f' [ '3' '2' | '6' '4' ] ;
336 exponent : ['E' | 'e'] ['-' | '+' ] ? dec_lit ;
337 dec_lit : [ dec_digit | '_' ] + ;
338 ~~~~
339
340 A _number literal_ is either an _integer literal_ or a _floating-point
341 literal_. The grammar for recognizing the two kinds of literals is mixed,
342 as they are differentiated by suffixes.
343
344 ##### Integer literals
345
346 An _integer literal_ has one of four forms:
347
348   * A _decimal literal_ starts with a *decimal digit* and continues with any
349     mixture of *decimal digits* and _underscores_.
350   * A _hex literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0078`
351     (`0x`) and continues as any mixture hex digits and underscores.
352   * An _octal literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+006F`
353     (`0o`) and continues as any mixture octal digits and underscores.
354   * A _binary literal_ starts with the character sequence `U+0030` `U+0062`
355     (`0b`) and continues as any mixture binary digits and underscores.
356
357 An integer literal may be followed (immediately, without any spaces) by an
358 _integer suffix_, which changes the type of the literal. There are two kinds
359 of integer literal suffix:
360
361   * The `i` and `u` suffixes give the literal type `int` or `uint`,
362     respectively.
363   * Each of the signed and unsigned machine types `u8`, `i8`,
364     `u16`, `i16`, `u32`, `i32`, `u64` and `i64`
365     give the literal the corresponding machine type.
366
367 The type of an _unsuffixed_ integer literal is determined by type inference.
368 If a integer type can be _uniquely_ determined from the surrounding program
369 context, the unsuffixed integer literal has that type.  If the program context
370 underconstrains the type, the unsuffixed integer literal's type is `int`; if
371 the program context overconstrains the type, it is considered a static type
372 error.
373
374 Examples of integer literals of various forms:
375
376 ~~~~
377 123; 0xff00;                       // type determined by program context
378                                    // defaults to int in absence of type
379                                    // information
380
381 123u;                              // type uint
382 123_u;                             // type uint
383 0xff_u8;                           // type u8
384 0o70_i16;                          // type i16
385 0b1111_1111_1001_0000_i32;         // type i32
386 ~~~~
387
388 ##### Floating-point literals
389
390 A _floating-point literal_ has one of two forms:
391
392 * Two _decimal literals_ separated by a period
393   character `U+002E` (`.`), with an optional _exponent_ trailing after the
394   second decimal literal.
395 * A single _decimal literal_ followed by an _exponent_.
396
397 By default, a floating-point literal has a generic type, but will fall back to
398 `f64`. A floating-point literal may be followed (immediately, without any
399 spaces) by a _floating-point suffix_, which changes the type of the literal.
400 There are two floating-point suffixes: `f32`, and `f64` (the 32-bit and 64-bit
401 floating point types).
402
403 Examples of floating-point literals of various forms:
404
405 ~~~~
406 123.0;                             // type f64
407 0.1;                               // type f64
408 0.1f32;                            // type f32
409 12E+99_f64;                        // type f64
410 ~~~~
411
412 ##### Unit and boolean literals
413
414 The _unit value_, the only value of the type that has the same name, is written as `()`.
415 The two values of the boolean type are written `true` and `false`.
416
417 ### Symbols
418
419 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
420 symbol : "::" "->"
421        | '#' | '[' | ']' | '(' | ')' | '{' | '}'
422        | ',' | ';' ;
423 ~~~~
424
425 Symbols are a general class of printable [token](#tokens) that play structural
426 roles in a variety of grammar productions. They are catalogued here for
427 completeness as the set of remaining miscellaneous printable tokens that do not
428 otherwise appear as [unary operators](#unary-operator-expressions), [binary
429 operators](#binary-operator-expressions), or [keywords](#keywords).
430
431
432 ## Paths
433
434 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
435 expr_path : ident [ "::" expr_path_tail ] + ;
436 expr_path_tail : '<' type_expr [ ',' type_expr ] + '>'
437                | expr_path ;
438
439 type_path : ident [ type_path_tail ] + ;
440 type_path_tail : '<' type_expr [ ',' type_expr ] + '>'
441                | "::" type_path ;
442 ~~~~
443
444 A _path_ is a sequence of one or more path components _logically_ separated by
445 a namespace qualifier (`::`). If a path consists of only one component, it may
446 refer to either an [item](#items) or a [slot](#memory-slots) in a local
447 control scope. If a path has multiple components, it refers to an item.
448
449 Every item has a _canonical path_ within its crate, but the path naming an
450 item is only meaningful within a given crate. There is no global namespace
451 across crates; an item's canonical path merely identifies it within the crate.
452
453 Two examples of simple paths consisting of only identifier components:
454
455 ~~~~ {.ignore}
456 x;
457 x::y::z;
458 ~~~~
459
460 Path components are usually [identifiers](#identifiers), but the trailing
461 component of a path may be an angle-bracket-enclosed list of type
462 arguments. In [expression](#expressions) context, the type argument list is
463 given after a final (`::`) namespace qualifier in order to disambiguate it
464 from a relational expression involving the less-than symbol (`<`). In type
465 expression context, the final namespace qualifier is omitted.
466
467 Two examples of paths with type arguments:
468
469 ~~~~
470 # struct HashMap<K, V>;
471 # fn f() {
472 # fn id<T>(t: T) -> T { t }
473 type T = HashMap<int,~str>;  // Type arguments used in a type expression
474 let x = id::<int>(10);         // Type arguments used in a call expression
475 # }
476 ~~~~
477
478 # Syntax extensions
479
480 A number of minor features of Rust are not central enough to have their own
481 syntax, and yet are not implementable as functions. Instead, they are given
482 names, and invoked through a consistent syntax: `name!(...)`. Examples
483 include:
484
485 * `format!` : format data into a string
486 * `env!` : look up an environment variable's value at compile time
487 * `file!`: return the path to the file being compiled
488 * `stringify!` : pretty-print the Rust expression given as an argument
489 * `include!` : include the Rust expression in the given file
490 * `include_str!` : include the contents of the given file as a string
491 * `include_bin!` : include the contents of the given file as a binary blob
492 * `error!`, `warn!`, `info!`, `debug!` : provide diagnostic information.
493
494 All of the above extensions are expressions with values.
495
496 ## Macros
497
498 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
499 expr_macro_rules : "macro_rules" '!' ident '(' macro_rule * ')' ;
500 macro_rule : '(' matcher * ')' "=>" '(' transcriber * ')' ';' ;
501 matcher : '(' matcher * ')' | '[' matcher * ']'
502         | '{' matcher * '}' | '$' ident ':' ident
503         | '$' '(' matcher * ')' sep_token? [ '*' | '+' ]
504         | non_special_token ;
505 transcriber : '(' transcriber * ')' | '[' transcriber * ']'
506             | '{' transcriber * '}' | '$' ident
507             | '$' '(' transcriber * ')' sep_token? [ '*' | '+' ]
508             | non_special_token ;
509 ~~~~
510
511 User-defined syntax extensions are called "macros",
512 and the `macro_rules` syntax extension defines them.
513 Currently, user-defined macros can expand to expressions, statements, or items.
514
515 (A `sep_token` is any token other than `*` and `+`.
516 A `non_special_token` is any token other than a delimiter or `$`.)
517
518 The macro expander looks up macro invocations by name,
519 and tries each macro rule in turn.
520 It transcribes the first successful match.
521 Matching and transcription are closely related to each other,
522 and we will describe them together.
523
524 ### Macro By Example
525
526 The macro expander matches and transcribes every token that does not begin with a `$` literally, including delimiters.
527 For parsing reasons, delimiters must be balanced, but they are otherwise not special.
528
529 In the matcher, `$` _name_ `:` _designator_ matches the nonterminal in the
530 Rust syntax named by _designator_. Valid designators are `item`, `block`,
531 `stmt`, `pat`, `expr`, `ty` (type), `ident`, `path`, `matchers` (lhs of the `=>` in macro rules),
532 `tt` (rhs of the `=>` in macro rules). In the transcriber, the designator is already known, and so only
533 the name of a matched nonterminal comes after the dollar sign.
534
535 In both the matcher and transcriber, the Kleene star-like operator indicates repetition.
536 The Kleene star operator consists of `$` and parens, optionally followed by a separator token, followed by `*` or `+`.
537 `*` means zero or more repetitions, `+` means at least one repetition.
538 The parens are not matched or transcribed.
539 On the matcher side, a name is bound to _all_ of the names it
540 matches, in a structure that mimics the structure of the repetition
541 encountered on a successful match. The job of the transcriber is to sort that
542 structure out.
543
544 The rules for transcription of these repetitions are called "Macro By Example".
545 Essentially, one "layer" of repetition is discharged at a time, and all of
546 them must be discharged by the time a name is transcribed. Therefore,
547 `( $( $i:ident ),* ) => ( $i )` is an invalid macro, but
548 `( $( $i:ident ),* ) => ( $( $i:ident ),*  )` is acceptable (if trivial).
549
550 When Macro By Example encounters a repetition, it examines all of the `$`
551 _name_ s that occur in its body. At the "current layer", they all must repeat
552 the same number of times, so
553 ` ( $( $i:ident ),* ; $( $j:ident ),* ) => ( $( ($i,$j) ),* )` is valid if
554 given the argument `(a,b,c ; d,e,f)`, but not `(a,b,c ; d,e)`. The repetition
555 walks through the choices at that layer in lockstep, so the former input
556 transcribes to `( (a,d), (b,e), (c,f) )`.
557
558 Nested repetitions are allowed.
559
560 ### Parsing limitations
561
562 The parser used by the macro system is reasonably powerful, but the parsing of
563 Rust syntax is restricted in two ways:
564
565 1. The parser will always parse as much as possible. If it attempts to match
566 `$i:expr [ , ]` against `8 [ , ]`, it will attempt to parse `i` as an array
567 index operation and fail. Adding a separator can solve this problem.
568 2. The parser must have eliminated all ambiguity by the time it reaches a `$` _name_ `:` _designator_.
569 This requirement most often affects name-designator pairs when they occur at the beginning of, or immediately after, a `$(...)*`; requiring a distinctive token in front can solve the problem.
570
571 ## Syntax extensions useful for the macro author
572
573 * `log_syntax!` : print out the arguments at compile time
574 * `trace_macros!` : supply `true` or `false` to enable or disable macro expansion logging
575 * `stringify!` : turn the identifier argument into a string literal
576 * `concat!` : concatenates a comma-separated list of literals
577 * `concat_idents!` : create a new identifier by concatenating the arguments
578
579 # Crates and source files
580
581 Rust is a *compiled* language.
582 Its semantics obey a *phase distinction* between compile-time and run-time.
583 Those semantic rules that have a *static interpretation* govern the success or failure of compilation.
584 We refer to these rules as "static semantics".
585 Semantic rules called "dynamic semantics" govern the behavior of programs at run-time.
586 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.
587
588 The compilation model centres on artifacts called _crates_.
589 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
590 analogous to an *assembly* in the ECMA-335 CLI model, a *library* in the
591 SML/NJ Compilation Manager, a *unit* in the Owens and Flatt module system,
592 or a *configuration* in Mesa.]
593
594 A _crate_ is a unit of compilation and linking, as well as versioning, distribution and runtime loading.
595 A crate contains a _tree_ of nested [module](#modules) scopes.
596 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.
597
598 The Rust compiler is always invoked with a single source file as input, and always produces a single output crate.
599 The processing of that source file may result in other source files being loaded as modules.
600 Source files have the extension `.rs`.
601
602 A Rust source file describes a module, the name and
603 location of which -- in the module tree of the current crate -- are defined
604 from outside the source file: either by an explicit `mod_item` in
605 a referencing source file, or by the name of the crate itself.
606
607 Each source file contains a sequence of zero or more `item` definitions,
608 and may optionally begin with any number of `attributes` that apply to the containing module.
609 Attributes on the anonymous crate module define important metadata that influences
610 the behavior of the compiler.
611
612 ~~~~ {.rust}
613 // Crate ID
614 #![crate_id = "projx#2.5"]
615
616 // Additional metadata attributes
617 #![desc = "Project X"]
618 #![license = "BSD"]
619 #![comment = "This is a comment on Project X."]
620
621 // Specify the output type
622 #![crate_type = "lib"]
623
624 // Turn on a warning
625 #![warn(non_camel_case_types)]
626 ~~~~
627
628 A crate that contains a `main` function can be compiled to an executable.
629 If a `main` function is present, its return type must be [`unit`](#primitive-types) and it must take no arguments.
630
631 # Items and attributes
632
633 Crates contain [items](#items),
634 each of which may have some number of [attributes](#attributes) attached to it.
635
636 ## Items
637
638 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
639 item : mod_item | fn_item | type_item | struct_item | enum_item
640      | static_item | trait_item | impl_item | extern_block ;
641 ~~~~
642
643 An _item_ is a component of a crate; some module items can be defined in crate
644 files, but most are defined in source files. Items are organized within a
645 crate by a nested set of [modules](#modules). Every crate has a single
646 "outermost" anonymous module; all further items within the crate have
647 [paths](#paths) within the module tree of the crate.
648
649 Items are entirely determined at compile-time, generally remain fixed during
650 execution, and may reside in read-only memory.
651
652 There are several kinds of item:
653
654   * [modules](#modules)
655   * [functions](#functions)
656   * [type definitions](#type-definitions)
657   * [structures](#structures)
658   * [enumerations](#enumerations)
659   * [static items](#static-items)
660   * [traits](#traits)
661   * [implementations](#implementations)
662
663 Some items form an implicit scope for the declaration of sub-items. In other
664 words, within a function or module, declarations of items can (in many cases)
665 be mixed with the statements, control blocks, and similar artifacts that
666 otherwise compose the item body. The meaning of these scoped items is the same
667 as if the item was declared outside the scope -- it is still a static item --
668 except that the item's *path name* within the module namespace is qualified by
669 the name of the enclosing item, or is private to the enclosing item (in the
670 case of functions).
671 The grammar specifies the exact locations in which sub-item declarations may appear.
672
673 ### Type Parameters
674
675 All items except modules may be *parameterized* by type. Type parameters are
676 given as a comma-separated list of identifiers enclosed in angle brackets
677 (`<...>`), after the name of the item and before its definition.
678 The type parameters of an item are considered "part of the name", not part of the type of the item.
679 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.
680 In practice, the type-inference system can usually infer such argument types from context.
681 There are no general type-parametric types, only type-parametric items.
682 That is, Rust has no notion of type abstraction: there are no first-class "forall" types.
683
684 ### Modules
685
686 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
687 mod_item : "mod" ident ( ';' | '{' mod '}' );
688 mod : [ view_item | item ] * ;
689 ~~~~
690
691 A module is a container for zero or more [view items](#view-items) and zero or
692 more [items](#items). The view items manage the visibility of the items
693 defined within the module, as well as the visibility of names from outside the
694 module when referenced from inside the module.
695
696 A _module item_ is a module, surrounded in braces, named, and prefixed with
697 the keyword `mod`. A module item introduces a new, named module into the tree
698 of modules making up a crate. Modules can nest arbitrarily.
699
700 An example of a module:
701
702 ~~~~
703 mod math {
704     type Complex = (f64, f64);
705     fn sin(f: f64) -> f64 {
706         /* ... */
707 # fail!();
708     }
709     fn cos(f: f64) -> f64 {
710         /* ... */
711 # fail!();
712     }
713     fn tan(f: f64) -> f64 {
714         /* ... */
715 # fail!();
716     }
717 }
718 ~~~~
719
720 Modules and types share the same namespace.
721 Declaring a named type that has the same name as a module in scope is forbidden:
722 that is, a type definition, trait, struct, enumeration, or type parameter
723 can't shadow the name of a module in scope, or vice versa.
724
725 A module without a body is loaded from an external file, by default with the same
726 name as the module, plus the `.rs` extension.
727 When a nested submodule is loaded from an external file,
728 it is loaded from a subdirectory path that mirrors the module hierarchy.
729
730 ~~~~ {.ignore}
731 // Load the `vec` module from `vec.rs`
732 mod vec;
733
734 mod task {
735     // Load the `local_data` module from `task/local_data.rs`
736     mod local_data;
737 }
738 ~~~~
739
740 The directories and files used for loading external file modules can be influenced
741 with the `path` attribute.
742
743 ~~~~ {.ignore}
744 #[path = "task_files"]
745 mod task {
746     // Load the `local_data` module from `task_files/tls.rs`
747     #[path = "tls.rs"]
748     mod local_data;
749 }
750 ~~~~
751
752 #### View items
753
754 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
755 view_item : extern_crate_decl | use_decl ;
756 ~~~~
757
758 A view item manages the namespace of a module.
759 View items do not define new items, but rather, simply change other items' visibility.
760 There are several kinds of view item:
761
762  * [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations)
763  * [`use` declarations](#use-declarations)
764
765 ##### Extern crate declarations
766
767 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
768 extern_crate_decl : "extern" "crate" ident [ '(' link_attrs ')' ] ? [ '=' string_lit ] ? ;
769 link_attrs : link_attr [ ',' link_attrs ] + ;
770 link_attr : ident '=' literal ;
771 ~~~~
772
773 An _`extern crate` declaration_ specifies a dependency on an external crate.
774 The external crate is then bound into the declaring scope as the `ident` provided
775 in the `extern_crate_decl`.
776
777 The external crate is resolved to a specific `soname` at compile time, and a
778 runtime linkage requirement to that `soname` is passed to the linker for
779 loading at runtime.  The `soname` is resolved at compile time by scanning the
780 compiler's library path and matching the optional `crateid` provided as a string literal
781 against the `crateid` attributes that were declared on the external crate when
782 it was compiled.  If no `crateid` is provided, a default `name` attribute is
783 assumed, equal to the `ident` given in the `extern_crate_decl`.
784
785 Four examples of `extern crate` declarations:
786
787 ~~~~ {.ignore}
788 extern crate pcre;
789
790 extern crate std; // equivalent to: extern crate std = "std";
791
792 extern crate ruststd = "std"; // linking to 'std' under another name
793
794 extern crate foo = "some/where/rust-foo#foo:1.0"; // a full crate ID for external tools
795 ~~~~
796
797 ##### Use declarations
798
799 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
800 use_decl : "pub" ? "use" ident [ '=' path
801                           | "::" path_glob ] ;
802
803 path_glob : ident [ "::" path_glob ] ?
804           | '*'
805           | '{' ident [ ',' ident ] * '}' ;
806 ~~~~
807
808 A _use declaration_ creates one or more local name bindings synonymous
809 with some other [path](#paths).
810 Usually a `use` declaration is used to shorten the path required to refer to a
811 module item. These declarations may appear at the top of [modules](#modules) and
812 [blocks](#blocks).
813
814 *Note*: Unlike in many languages,
815 `use` declarations in Rust do *not* declare linkage dependency with external crates.
816 Rather, [`extern crate` declarations](#extern-crate-declarations) declare linkage dependencies.
817
818 Use declarations support a number of convenient shortcuts:
819
820   * Rebinding the target name as a new local name, using the syntax `use x = p::q::r;`.
821   * Simultaneously binding a list of paths differing only in their final element,
822     using the glob-like brace syntax `use a::b::{c,d,e,f};`
823   * Binding all paths matching a given prefix, using the asterisk wildcard syntax `use a::b::*;`
824
825 An example of `use` declarations:
826
827 ~~~~
828 use std::iter::range_step;
829 use std::option::{Some, None};
830
831 # fn foo<T>(_: T){}
832
833 fn main() {
834     // Equivalent to 'std::iter::range_step(0, 10, 2);'
835     range_step(0, 10, 2);
836
837     // Equivalent to 'foo(~[std::option::Some(1.0), std::option::None]);'
838     foo(~[Some(1.0), None]);
839 }
840 ~~~~
841
842 Like items, `use` declarations are private to the containing module, by default.
843 Also like items, a `use` declaration can be public, if qualified by the `pub` keyword.
844 Such a `use` declaration serves to _re-export_ a name.
845 A public `use` declaration can therefore _redirect_ some public name to a different target definition:
846 even a definition with a private canonical path, inside a different module.
847 If a sequence of such redirections form a cycle or cannot be resolved unambiguously,
848 they represent a compile-time error.
849
850 An example of re-exporting:
851
852 ~~~~
853 # fn main() { }
854 mod quux {
855     pub use quux::foo::*;
856
857     pub mod foo {
858         pub fn bar() { }
859         pub fn baz() { }
860     }
861 }
862 ~~~~
863
864 In this example, the module `quux` re-exports all of the public names defined in `foo`.
865
866 Also note that the paths contained in `use` items are relative to the crate root.
867 So, in the previous example, the `use` refers to `quux::foo::*`, and not simply to `foo::*`.
868 This also means that top-level module declarations should be at the crate root if direct usage
869 of the declared modules within `use` items is desired.  It is also possible to use `self` and `super`
870 at the beginning of a `use` item to refer to the current and direct parent modules respectively.
871 All rules regarding accessing declared modules in `use` declarations applies to both module declarations
872 and `extern crate` declarations.
873
874 An example of what will and will not work for `use` items:
875
876 ~~~~
877 # #![allow(unused_imports)]
878 use foo::native::start;  // good: foo is at the root of the crate
879 use foo::baz::foobaz;    // good: foo is at the root of the crate
880
881 mod foo {
882     extern crate native;
883
884     use foo::native::start; // good: foo is at crate root
885 //  use native::start;      // bad:  native is not at the crate root
886     use self::baz::foobaz;  // good: self refers to module 'foo'
887     use foo::bar::foobar;   // good: foo is at crate root
888
889     pub mod bar {
890         pub fn foobar() { }
891     }
892
893     pub mod baz {
894         use super::bar::foobar; // good: super refers to module 'foo'
895         pub fn foobaz() { }
896     }
897 }
898
899 fn main() {}
900 ~~~~
901
902 ### Functions
903
904 A _function item_ defines a sequence of [statements](#statements) and an optional final [expression](#expressions), along with a name and a set of parameters.
905 Functions are declared with the keyword `fn`.
906 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.
907
908 A function may also be copied into a first class *value*, in which case the
909 value has the corresponding [*function type*](#function-types), and can be
910 used otherwise exactly as a function item (with a minor additional cost of
911 calling the function indirectly).
912
913 Every control path in a function logically ends with a `return` expression or a
914 diverging expression. If the outermost block of a function has a
915 value-producing expression in its final-expression position, that expression
916 is interpreted as an implicit `return` expression applied to the
917 final-expression.
918
919 An example of a function:
920
921 ~~~~
922 fn add(x: int, y: int) -> int {
923     return x + y;
924 }
925 ~~~~
926
927 As with `let` bindings, function arguments are irrefutable patterns,
928 so any pattern that is valid in a let binding is also valid as an argument.
929
930 ~~~~
931 fn first((value, _): (int, int)) -> int { value }
932 ~~~~
933
934
935 #### Generic functions
936
937 A _generic function_ allows one or more _parameterized types_ to
938 appear in its signature. Each type parameter must be explicitly
939 declared, in an angle-bracket-enclosed, comma-separated list following
940 the function name.
941
942 ~~~~ {.ignore}
943 fn iter<T>(seq: &[T], f: |T|) {
944     for elt in seq.iter() { f(elt); }
945 }
946 fn map<T, U>(seq: &[T], f: |T| -> U) -> ~[U] {
947     let mut acc = ~[];
948     for elt in seq.iter() { acc.push(f(elt)); }
949     acc
950 }
951 ~~~~
952
953 Inside the function signature and body, the name of the type parameter
954 can be used as a type name.
955
956 When a generic function is referenced, its type is instantiated based
957 on the context of the reference. For example, calling the `iter`
958 function defined above on `[1, 2]` will instantiate type parameter `T`
959 with `int`, and require the closure parameter to have type
960 `fn(int)`.
961
962 The type parameters can also be explicitly supplied in a trailing
963 [path](#paths) component after the function name. This might be necessary
964 if there is not sufficient context to determine the type parameters. For
965 example, `mem::size_of::<u32>() == 4`.
966
967 Since a parameter type is opaque to the generic function, the set of
968 operations that can be performed on it is limited. Values of parameter
969 type can only be moved, not copied.
970
971 ~~~~
972 fn id<T>(x: T) -> T { x }
973 ~~~~
974
975 Similarly, [trait](#traits) bounds can be specified for type
976 parameters to allow methods with that trait to be called on values
977 of that type.
978
979
980 #### Unsafety
981
982 Unsafe operations are those that potentially violate the memory-safety guarantees of Rust's static semantics.
983
984 The following language level features cannot be used in the safe subset of Rust:
985
986   - Dereferencing a [raw pointer](#pointer-types).
987   - Calling an unsafe function (including an intrinsic or foreign function).
988
989 ##### Unsafe functions
990
991 Unsafe functions are functions that are not safe in all contexts and/or for all possible inputs.
992 Such a function must be prefixed with the keyword `unsafe`.
993
994 ##### Unsafe blocks
995
996 A block of code can also be prefixed with the `unsafe` keyword, to permit calling `unsafe` functions
997 or dereferencing raw pointers within a safe function.
998
999 When a programmer has sufficient conviction that a sequence of potentially unsafe operations is
1000 actually safe, they can encapsulate that sequence (taken as a whole) within an `unsafe` block. The
1001 compiler will consider uses of such code safe, in the surrounding context.
1002
1003 Unsafe blocks are used to wrap foreign libraries, make direct use of hardware or implement features
1004 not directly present in the language. For example, Rust provides the language features necessary to
1005 implement memory-safe concurrency in the language but the implementation of tasks and message
1006 passing is in the standard library.
1007
1008 Rust's type system is a conservative approximation of the dynamic safety requirements, so in some
1009 cases there is a performance cost to using safe code.  For example, a doubly-linked list is not a
1010 tree structure and can only be represented with managed or reference-counted pointers in safe code.
1011 By using `unsafe` blocks to represent the reverse links as raw pointers, it can be implemented with
1012 only owned pointers.
1013
1014 ##### Behavior considered unsafe
1015
1016 This is a list of behavior which is forbidden in all Rust code. Type checking provides the guarantee
1017 that these issues are never caused by safe code. An `unsafe` block or function is responsible for
1018 never invoking this behaviour or exposing an API making it possible for it to occur in safe code.
1019
1020 * Data races
1021 * Dereferencing a null/dangling raw pointer
1022 * Mutating an immutable value/reference
1023 * Reads of [undef](http://llvm.org/docs/LangRef.html#undefined-values) (uninitialized) memory
1024 * Breaking the [pointer aliasing rules](http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointer-aliasing-rules)
1025   with raw pointers (a subset of the rules used by C)
1026 * Invoking undefined behavior via compiler intrinsics:
1027     * Indexing outside of the bounds of an object with `std::ptr::offset` (`offset` intrinsic), with
1028       the exception of one byte past the end which is permitted.
1029     * Using `std::ptr::copy_nonoverlapping_memory` (`memcpy32`/`memcpy64` instrinsics) on
1030       overlapping buffers
1031 * Invalid values in primitive types, even in private fields/locals:
1032     * Dangling/null pointers in non-raw pointers, or slices
1033     * A value other than `false` (0) or `true` (1) in a `bool`
1034     * A discriminant in an `enum` not included in the type definition
1035     * A value in a `char` which is a surrogate or above `char::MAX`
1036     * non-UTF-8 byte sequences in a `str`
1037
1038 ##### Behaviour not considered unsafe
1039
1040 This is a list of behaviour not considered *unsafe* in Rust terms, but that may be undesired.
1041
1042 * Deadlocks
1043 * Reading data from private fields (`std::repr`, `format!("{:?}", x)`)
1044 * Leaks due to reference count cycles, even in the global heap
1045 * Exiting without calling destructors
1046 * Sending signals
1047 * Accessing/modifying the file system
1048 * Unsigned integer overflow (well-defined as wrapping)
1049 * Signed integer overflow (well-defined as two's complement representation wrapping)
1050
1051 #### Diverging functions
1052
1053 A special kind of function can be declared with a `!` character where the
1054 output slot type would normally be. For example:
1055
1056 ~~~~
1057 fn my_err(s: &str) -> ! {
1058     println!("{}", s);
1059     fail!();
1060 }
1061 ~~~~
1062
1063 We call such functions "diverging" because they never return a value to the
1064 caller. Every control path in a diverging function must end with a
1065 `fail!()` or a call to another diverging function on every
1066 control path. The `!` annotation does *not* denote a type. Rather, the result
1067 type of a diverging function is a special type called $\bot$ ("bottom") that
1068 unifies with any type. Rust has no syntax for $\bot$.
1069
1070 It might be necessary to declare a diverging function because as mentioned
1071 previously, the typechecker checks that every control path in a function ends
1072 with a [`return`](#return-expressions) or diverging expression. So, if `my_err`
1073 were declared without the `!` annotation, the following code would not
1074 typecheck:
1075
1076 ~~~~
1077 # fn my_err(s: &str) -> ! { fail!() }
1078
1079 fn f(i: int) -> int {
1080    if i == 42 {
1081      return 42;
1082    }
1083    else {
1084      my_err("Bad number!");
1085    }
1086 }
1087 ~~~~
1088
1089 This will not compile without the `!` annotation on `my_err`,
1090 since the `else` branch of the conditional in `f` does not return an `int`,
1091 as required by the signature of `f`.
1092 Adding the `!` annotation to `my_err` informs the typechecker that,
1093 should control ever enter `my_err`, no further type judgments about `f` need to hold,
1094 since control will never resume in any context that relies on those judgments.
1095 Thus the return type on `f` only needs to reflect the `if` branch of the conditional.
1096
1097
1098 #### Extern functions
1099
1100 Extern functions are part of Rust's foreign function interface,
1101 providing the opposite functionality to [external blocks](#external-blocks).
1102 Whereas external blocks allow Rust code to call foreign code,
1103 extern functions with bodies defined in Rust code _can be called by foreign
1104 code_. They are defined in the same way as any other Rust function,
1105 except that they have the `extern` modifier.
1106
1107 ~~~~
1108 // Declares an extern fn, the ABI defaults to "C"
1109 extern fn new_vec() -> ~[int] { ~[] }
1110
1111 // Declares an extern fn with "stdcall" ABI
1112 extern "stdcall" fn new_vec_stdcall() -> ~[int] { ~[] }
1113 ~~~~
1114
1115 Unlike normal functions, extern fns have an `extern "ABI" fn()`.
1116 This is the same type as the functions declared in an extern
1117 block.
1118
1119 ~~~~
1120 # extern fn new_vec() -> ~[int] { ~[] }
1121 let fptr: extern "C" fn() -> ~[int] = new_vec;
1122 ~~~~
1123
1124 Extern functions may be called directly from Rust code as Rust uses large,
1125 contiguous stack segments like C.
1126
1127 ### Type definitions
1128
1129 A _type definition_ defines a new name for an existing [type](#types). Type
1130 definitions are declared with the keyword `type`. Every value has a single,
1131 specific type; the type-specified aspects of a value include:
1132
1133 * Whether the value is composed of sub-values or is indivisible.
1134 * Whether the value represents textual or numerical information.
1135 * Whether the value represents integral or floating-point information.
1136 * The sequence of memory operations required to access the value.
1137 * The [kind](#type-kinds) of the type.
1138
1139 For example, the type `(u8, u8)` defines the set of immutable values that are composite pairs,
1140 each containing two unsigned 8-bit integers accessed by pattern-matching and laid out in memory with the `x` component preceding the `y` component.
1141
1142 ### Structures
1143
1144 A _structure_ is a nominal [structure type](#structure-types) defined with the keyword `struct`.
1145
1146 An example of a `struct` item and its use:
1147
1148 ~~~~
1149 struct Point {x: int, y: int}
1150 let p = Point {x: 10, y: 11};
1151 let px: int = p.x;
1152 ~~~~
1153
1154 A _tuple structure_ is a nominal [tuple type](#tuple-types), also defined with the keyword `struct`.
1155 For example:
1156
1157 ~~~~
1158 struct Point(int, int);
1159 let p = Point(10, 11);
1160 let px: int = match p { Point(x, _) => x };
1161 ~~~~
1162
1163 A _unit-like struct_ is a structure without any fields, defined by leaving off the list of fields entirely.
1164 Such types will have a single value, just like the [unit value `()`](#unit-and-boolean-literals) of the unit type.
1165 For example:
1166
1167 ~~~~
1168 struct Cookie;
1169 let c = [Cookie, Cookie, Cookie, Cookie];
1170 ~~~~
1171
1172 ### Enumerations
1173
1174 An _enumeration_ is a simultaneous definition of a nominal [enumerated type](#enumerated-types) as well as a set of *constructors*,
1175 that can be used to create or pattern-match values of the corresponding enumerated type.
1176
1177 Enumerations are declared with the keyword `enum`.
1178
1179 An example of an `enum` item and its use:
1180
1181 ~~~~
1182 enum Animal {
1183   Dog,
1184   Cat
1185 }
1186
1187 let mut a: Animal = Dog;
1188 a = Cat;
1189 ~~~~
1190
1191 Enumeration constructors can have either named or unnamed fields:
1192
1193 ~~~~
1194 enum Animal {
1195     Dog (~str, f64),
1196     Cat { name: ~str, weight: f64 }
1197 }
1198
1199 let mut a: Animal = Dog(~"Cocoa", 37.2);
1200 a = Cat{ name: ~"Spotty", weight: 2.7 };
1201 ~~~~
1202
1203 In this example, `Cat` is a _struct-like enum variant_,
1204 whereas `Dog` is simply called an enum variant.
1205
1206 ### Static items
1207
1208 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
1209 static_item : "static" ident ':' type '=' expr ';' ;
1210 ~~~~
1211
1212 A *static item* is a named _constant value_ stored in the global data section of a crate.
1213 Immutable static items are stored in the read-only data section.
1214 The constant value bound to a static item is, like all constant values, evaluated at compile time.
1215 Static items have the `static` lifetime, which outlives all other lifetimes in a Rust program.
1216 Static items are declared with the `static` keyword.
1217 A static item must have a _constant expression_ giving its definition.
1218
1219 Static items must be explicitly typed.
1220 The type may be ```bool```, ```char```, a number, or a type derived from those primitive types.
1221 The derived types are references with the `static` lifetime,
1222 fixed-size arrays, tuples, and structs.
1223
1224 ~~~~
1225 static BIT1: uint = 1 << 0;
1226 static BIT2: uint = 1 << 1;
1227
1228 static BITS: [uint, ..2] = [BIT1, BIT2];
1229 static STRING: &'static str = "bitstring";
1230
1231 struct BitsNStrings<'a> {
1232     mybits: [uint, ..2],
1233     mystring: &'a str
1234 }
1235
1236 static bits_n_strings: BitsNStrings<'static> = BitsNStrings {
1237     mybits: BITS,
1238     mystring: STRING
1239 };
1240 ~~~~
1241
1242 #### Mutable statics
1243
1244 If a static item is declared with the ```mut``` keyword, then it is allowed to
1245 be modified by the program. One of Rust's goals is to make concurrency bugs hard
1246 to run into, and this is obviously a very large source of race conditions or
1247 other bugs. For this reason, an ```unsafe``` block is required when either
1248 reading or writing a mutable static variable. Care should be taken to ensure
1249 that modifications to a mutable static are safe with respect to other tasks
1250 running in the same process.
1251
1252 Mutable statics are still very useful, however. They can be used with C
1253 libraries and can also be bound from C libraries (in an ```extern``` block).
1254
1255 ~~~~
1256 # fn atomic_add(_: &mut uint, _: uint) -> uint { 2 }
1257
1258 static mut LEVELS: uint = 0;
1259
1260 // This violates the idea of no shared state, and this doesn't internally
1261 // protect against races, so this function is `unsafe`
1262 unsafe fn bump_levels_unsafe1() -> uint {
1263     let ret = LEVELS;
1264     LEVELS += 1;
1265     return ret;
1266 }
1267
1268 // Assuming that we have an atomic_add function which returns the old value,
1269 // this function is "safe" but the meaning of the return value may not be what
1270 // callers expect, so it's still marked as `unsafe`
1271 unsafe fn bump_levels_unsafe2() -> uint {
1272     return atomic_add(&mut LEVELS, 1);
1273 }
1274 ~~~~
1275
1276 ### Traits
1277
1278 A _trait_ describes a set of method types.
1279
1280 Traits can include default implementations of methods,
1281 written in terms of some unknown [`self` type](#self-types);
1282 the `self` type may either be completely unspecified,
1283 or constrained by some other trait.
1284
1285 Traits are implemented for specific types through separate [implementations](#implementations).
1286
1287 ~~~~
1288 # type Surface = int;
1289 # type BoundingBox = int;
1290
1291 trait Shape {
1292     fn draw(&self, Surface);
1293     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox;
1294 }
1295 ~~~~
1296
1297 This defines a trait with two methods.
1298 All values that have [implementations](#implementations) of this trait in scope can have their `draw` and `bounding_box` methods called,
1299 using `value.bounding_box()` [syntax](#method-call-expressions).
1300
1301 Type parameters can be specified for a trait to make it generic.
1302 These appear after the trait name, using the same syntax used in [generic functions](#generic-functions).
1303
1304 ~~~~
1305 trait Seq<T> {
1306    fn len(&self) -> uint;
1307    fn elt_at(&self, n: uint) -> T;
1308    fn iter(&self, |T|);
1309 }
1310 ~~~~
1311
1312 Generic functions may use traits as _bounds_ on their type parameters.
1313 This will have two effects: only types that have the trait may instantiate the parameter,
1314 and within the generic function,
1315 the methods of the trait can be called on values that have the parameter's type.
1316 For example:
1317
1318 ~~~~
1319 # type Surface = int;
1320 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); }
1321
1322 fn draw_twice<T: Shape>(surface: Surface, sh: T) {
1323     sh.draw(surface);
1324     sh.draw(surface);
1325 }
1326 ~~~~
1327
1328 Traits also define an [object type](#object-types) with the same name as the trait.
1329 Values of this type are created by [casting](#type-cast-expressions) pointer values
1330 (pointing to a type for which an implementation of the given trait is in scope)
1331 to pointers to the trait name, used as a type.
1332
1333 ~~~~
1334 # trait Shape { }
1335 # impl Shape for int { }
1336 # let mycircle = 0;
1337
1338 let myshape: ~Shape = ~mycircle as ~Shape;
1339 ~~~~
1340
1341 The resulting value is a managed box containing the value that was cast,
1342 along with information that identifies the methods of the implementation that was used.
1343 Values with a trait type can have [methods called](#method-call-expressions) on them,
1344 for any method in the trait,
1345 and can be used to instantiate type parameters that are bounded by the trait.
1346
1347 Trait methods may be static,
1348 which means that they lack a `self` argument.
1349 This means that they can only be called with function call syntax (`f(x)`)
1350 and not method call syntax (`obj.f()`).
1351 The way to refer to the name of a static method is to qualify it with the trait name,
1352 treating the trait name like a module.
1353 For example:
1354
1355 ~~~~
1356 trait Num {
1357     fn from_int(n: int) -> Self;
1358 }
1359 impl Num for f64 {
1360     fn from_int(n: int) -> f64 { n as f64 }
1361 }
1362 let x: f64 = Num::from_int(42);
1363 ~~~~
1364
1365 Traits may inherit from other traits. For example, in
1366
1367 ~~~~
1368 trait Shape { fn area() -> f64; }
1369 trait Circle : Shape { fn radius() -> f64; }
1370 ~~~~
1371
1372 the syntax `Circle : Shape` means that types that implement `Circle` must also have an implementation for `Shape`.
1373 Multiple supertraits are separated by spaces, `trait Circle : Shape Eq { }`.
1374 In an implementation of `Circle` for a given type `T`, methods can refer to `Shape` methods,
1375 since the typechecker checks that any type with an implementation of `Circle` also has an implementation of `Shape`.
1376
1377 In type-parameterized functions,
1378 methods of the supertrait may be called on values of subtrait-bound type parameters.
1379 Referring to the previous example of `trait Circle : Shape`:
1380
1381 ~~~~
1382 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1383 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1384 fn radius_times_area<T: Circle>(c: T) -> f64 {
1385     // `c` is both a Circle and a Shape
1386     c.radius() * c.area()
1387 }
1388 ~~~~
1389
1390 Likewise, supertrait methods may also be called on trait objects.
1391
1392 ~~~~ {.ignore}
1393 # trait Shape { fn area(&self) -> f64; }
1394 # trait Circle : Shape { fn radius(&self) -> f64; }
1395 # impl Shape for int { fn area(&self) -> f64 { 0.0 } }
1396 # impl Circle for int { fn radius(&self) -> f64 { 0.0 } }
1397 # let mycircle = 0;
1398
1399 let mycircle: Circle = ~mycircle as ~Circle;
1400 let nonsense = mycircle.radius() * mycircle.area();
1401 ~~~~
1402
1403 ### Implementations
1404
1405 An _implementation_ is an item that implements a [trait](#traits) for a specific type.
1406
1407 Implementations are defined with the keyword `impl`.
1408
1409 ~~~~
1410 # struct Point {x: f64, y: f64};
1411 # type Surface = int;
1412 # struct BoundingBox {x: f64, y: f64, width: f64, height: f64};
1413 # trait Shape { fn draw(&self, Surface); fn bounding_box(&self) -> BoundingBox; }
1414 # fn do_draw_circle(s: Surface, c: Circle) { }
1415
1416 struct Circle {
1417     radius: f64,
1418     center: Point,
1419 }
1420
1421 impl Shape for Circle {
1422     fn draw(&self, s: Surface) { do_draw_circle(s, *self); }
1423     fn bounding_box(&self) -> BoundingBox {
1424         let r = self.radius;
1425         BoundingBox{x: self.center.x - r, y: self.center.y - r,
1426          width: 2.0 * r, height: 2.0 * r}
1427     }
1428 }
1429 ~~~~
1430
1431 It is possible to define an implementation without referring to a trait.
1432 The methods in such an implementation can only be used
1433 as direct calls on the values of the type that the implementation targets.
1434 In such an implementation, the trait type and `for` after `impl` are omitted.
1435 Such implementations are limited to nominal types (enums, structs),
1436 and the implementation must appear in the same module or a sub-module as the `self` type.
1437
1438 When a trait _is_ specified in an `impl`,
1439 all methods declared as part of the trait must be implemented,
1440 with matching types and type parameter counts.
1441
1442 An implementation can take type parameters,
1443 which can be different from the type parameters taken by the trait it implements.
1444 Implementation parameters are written after the `impl` keyword.
1445
1446 ~~~~
1447 # trait Seq<T> { }
1448
1449 impl<T> Seq<T> for ~[T] {
1450    /* ... */
1451 }
1452 impl Seq<bool> for u32 {
1453    /* Treat the integer as a sequence of bits */
1454 }
1455 ~~~~
1456
1457 ### External blocks
1458
1459 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
1460 extern_block_item : "extern" '{' extern_block '}' ;
1461 extern_block : [ foreign_fn ] * ;
1462 ~~~~
1463
1464 External blocks form the basis for Rust's foreign function interface.
1465 Declarations in an external block describe symbols
1466 in external, non-Rust libraries.
1467
1468 Functions within external blocks
1469 are declared in the same way as other Rust functions,
1470 with the exception that they may not have a body
1471 and are instead terminated by a semicolon.
1472
1473 ~~~~
1474 extern crate libc;
1475 use libc::{c_char, FILE};
1476
1477 extern {
1478     fn fopen(filename: *c_char, mode: *c_char) -> *FILE;
1479 }
1480 # fn main() {}
1481 ~~~~
1482
1483 Functions within external blocks may be called by Rust code,
1484 just like functions defined in Rust.
1485 The Rust compiler automatically translates
1486 between the Rust ABI and the foreign ABI.
1487
1488 A number of [attributes](#attributes) control the behavior of external
1489 blocks.
1490
1491 By default external blocks assume that the library they are calling
1492 uses the standard C "cdecl" ABI.  Other ABIs may be specified using
1493 an `abi` string, as shown here:
1494
1495 ~~~~ {.ignore}
1496 // Interface to the Windows API
1497 extern "stdcall" { }
1498 ~~~~
1499
1500 The `link` attribute allows the name of the library to be specified. When
1501 specified the compiler will attempt to link against the native library of the
1502 specified name.
1503
1504 ~~~~ {.ignore}
1505 #[link(name = "crypto")]
1506 extern { }
1507 ~~~~
1508
1509 The type of a function declared in an extern block is `extern "abi" fn(A1,
1510 ..., An) -> R`, where `A1...An` are the declared types of its arguments and
1511 `R` is the declared return type.
1512
1513 ## Visibility and Privacy
1514
1515 These two terms are often used interchangeably, and what they are attempting to
1516 convey is the answer to the question "Can this item be used at this location?"
1517
1518 Rust's name resolution operates on a global hierarchy of namespaces. Each level
1519 in the hierarchy can be thought of as some item. The items are one of those
1520 mentioned above, but also include external crates. Declaring or defining a new
1521 module can be thought of as inserting a new tree into the hierarchy at the
1522 location of the definition.
1523
1524 To control whether interfaces can be used across modules, Rust checks each use
1525 of an item to see whether it should be allowed or not. This is where privacy
1526 warnings are generated, or otherwise "you used a private item of another module
1527 and weren't allowed to."
1528
1529 By default, everything in rust is *private*, with one exception. Enum variants
1530 in a `pub` enum are also public by default. You are allowed to alter this
1531 default visibility with the `priv` keyword. When an item is declared as `pub`,
1532 it can be thought of as being accessible to the outside world. For example:
1533
1534 ~~~~
1535 # fn main() {}
1536 // Declare a private struct
1537 struct Foo;
1538
1539 // Declare a public struct with a private field
1540 pub struct Bar {
1541     field: int
1542 }
1543
1544 // Declare a public enum with public and private variants
1545 pub enum State {
1546     PubliclyAccessibleState,
1547     priv PrivatelyAccessibleState
1548 }
1549 ~~~~
1550
1551 With the notion of an item being either public or private, Rust allows item
1552 accesses in two cases:
1553
1554 1. If an item is public, then it can be used externally through any of its
1555    public ancestors.
1556 2. If an item is private, it may be accessed by the current module and its
1557    descendants.
1558
1559 These two cases are surprisingly powerful for creating module hierarchies
1560 exposing public APIs while hiding internal implementation details. To help
1561 explain, here's a few use cases and what they would entail.
1562
1563 * A library developer needs to expose functionality to crates which link against
1564   their library. As a consequence of the first case, this means that anything
1565   which is usable externally must be `pub` from the root down to the destination
1566   item. Any private item in the chain will disallow external accesses.
1567
1568 * A crate needs a global available "helper module" to itself, but it doesn't
1569   want to expose the helper module as a public API. To accomplish this, the root
1570   of the crate's hierarchy would have a private module which then internally has
1571   a "public api". Because the entire crate is a descendant of the root, then the
1572   entire local crate can access this private module through the second case.
1573
1574 * When writing unit tests for a module, it's often a common idiom to have an
1575   immediate child of the module to-be-tested named `mod test`. This module could
1576   access any items of the parent module through the second case, meaning that
1577   internal implementation details could also be seamlessly tested from the child
1578   module.
1579
1580 In the second case, it mentions that a private item "can be accessed" by the
1581 current module and its descendants, but the exact meaning of accessing an item
1582 depends on what the item is. Accessing a module, for example, would mean looking
1583 inside of it (to import more items). On the other hand, accessing a function
1584 would mean that it is invoked. Additionally, path expressions and import
1585 statements are considered to access an item in the sense that the
1586 import/expression is only valid if the destination is in the current visibility
1587 scope.
1588
1589 Here's an example of a program which exemplifies the three cases outlined above.
1590
1591 ~~~~
1592 // This module is private, meaning that no external crate can access this
1593 // module. Because it is private at the root of this current crate, however, any
1594 // module in the crate may access any publicly visible item in this module.
1595 mod crate_helper_module {
1596
1597     // This function can be used by anything in the current crate
1598     pub fn crate_helper() {}
1599
1600     // This function *cannot* be used by anything else in the crate. It is not
1601     // publicly visible outside of the `crate_helper_module`, so only this
1602     // current module and its descendants may access it.
1603     fn implementation_detail() {}
1604 }
1605
1606 // This function is "public to the root" meaning that it's available to external
1607 // crates linking against this one.
1608 pub fn public_api() {}
1609
1610 // Similarly to 'public_api', this module is public so external crates may look
1611 // inside of it.
1612 pub mod submodule {
1613     use crate_helper_module;
1614
1615     pub fn my_method() {
1616         // Any item in the local crate may invoke the helper module's public
1617         // interface through a combination of the two rules above.
1618         crate_helper_module::crate_helper();
1619     }
1620
1621     // This function is hidden to any module which is not a descendant of
1622     // `submodule`
1623     fn my_implementation() {}
1624
1625     #[cfg(test)]
1626     mod test {
1627
1628         #[test]
1629         fn test_my_implementation() {
1630             // Because this module is a descendant of `submodule`, it's allowed
1631             // to access private items inside of `submodule` without a privacy
1632             // violation.
1633             super::my_implementation();
1634         }
1635     }
1636 }
1637
1638 # fn main() {}
1639 ~~~~
1640
1641 For a rust program to pass the privacy checking pass, all paths must be valid
1642 accesses given the two rules above. This includes all use statements,
1643 expressions, types, etc.
1644
1645 ### Re-exporting and Visibility
1646
1647 Rust allows publicly re-exporting items through a `pub use` directive. Because
1648 this is a public directive, this allows the item to be used in the current
1649 module through the rules above. It essentially allows public access into the
1650 re-exported item. For example, this program is valid:
1651
1652 ~~~~
1653 pub use api = self::implementation;
1654
1655 mod implementation {
1656     pub fn f() {}
1657 }
1658
1659 # fn main() {}
1660 ~~~~
1661
1662 This means that any external crate referencing `implementation::f` would receive
1663 a privacy violation, while the path `api::f` would be allowed.
1664
1665 When re-exporting a private item, it can be thought of as allowing the "privacy
1666 chain" being short-circuited through the reexport instead of passing through the
1667 namespace hierarchy as it normally would.
1668
1669 ### Glob imports and Visibility
1670
1671 Currently glob imports are considered an "experimental" language feature. For
1672 sanity purpose along with helping the implementation, glob imports will only
1673 import public items from their destination, not private items.
1674
1675 > **Note:** This is subject to change, glob exports may be removed entirely or
1676 > they could possibly import private items for a privacy error to later be
1677 > issued if the item is used.
1678
1679 ## Attributes
1680
1681 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
1682 attribute : '#' '!' ? '[' attr_list ']' ;
1683 attr_list : attr [ ',' attr_list ]* ;
1684 attr : ident [ '=' literal
1685              | '(' attr_list ')' ] ? ;
1686 ~~~~
1687
1688 Static entities in Rust -- crates, modules and items -- may have _attributes_
1689 applied to them. Attributes in Rust are modeled on Attributes in ECMA-335,
1690 with the syntax coming from ECMA-334 (C#). An attribute is a general,
1691 free-form metadatum that is interpreted according to name, convention, and
1692 language and compiler version. Attributes may appear as any of:
1693
1694 * A single identifier, the attribute name
1695 * An identifier followed by the equals sign '=' and a literal, providing a
1696   key/value pair
1697 * An identifier followed by a parenthesized list of sub-attribute arguments
1698
1699 Attributes with a bang ("!") after the hash ("#") apply to the item that the
1700 attribute is declared within. Attributes that do not have a bang after the
1701 hash apply to the item that follows the attribute.
1702
1703 An example of attributes:
1704
1705 ~~~~ {.rust}
1706 // General metadata applied to the enclosing module or crate.
1707 #![license = "BSD"]
1708
1709 // A function marked as a unit test
1710 #[test]
1711 fn test_foo() {
1712   /* ... */
1713 }
1714
1715 // A conditionally-compiled module
1716 #[cfg(target_os="linux")]
1717 mod bar {
1718   /* ... */
1719 }
1720
1721 // A lint attribute used to suppress a warning/error
1722 #[allow(non_camel_case_types)]
1723 type int8_t = i8;
1724 ~~~~
1725
1726 > **Note:** At some point in the future, the compiler will distinguish between
1727 > language-reserved and user-available attributes. Until then, there is
1728 > effectively no difference between an attribute handled by a loadable syntax
1729 > extension and the compiler.
1730
1731 ### Crate-only attributes
1732
1733 - `crate_id` - specify the this crate's crate ID.
1734 - `crate_type` - see [linkage](#linkage).
1735 - `feature` - see [compiler features](#compiler-features).
1736 - `no_main` - disable emitting the `main` symbol. Useful when some other
1737   object being linked to defines `main`.
1738 - `no_start` - disable linking to the `native` crate, which specifies the
1739   "start" language item.
1740 - `no_std` - disable linking to the `std` crate.
1741
1742 ### Module-only attributes
1743
1744 - `macro_escape` - macros defined in this module will be visible in the
1745   module's parent, after this module has been included.
1746 - `no_implicit_prelude` - disable injecting `use std::prelude::*` in this
1747   module.
1748 - `path` - specifies the file to load the module from. `#[path="foo.rs"] mod
1749   bar;` is equivalent to `mod bar { /* contents of foo.rs */ }`. The path is
1750   taken relative to the directory that the current module is in.
1751
1752 ### Function-only attributes
1753
1754 - `macro_registrar` - when using loadable syntax extensions, mark this
1755   function as the registration point for the current crate's syntax
1756   extensions.
1757 - `main` - indicates that this function should be passed to the entry point,
1758   rather than the function in the crate root named `main`.
1759 - `start` - indicates that this function should be used as the entry point,
1760   overriding the "start" language item.  See the "start" [language
1761   item](#language-items) for more details.
1762
1763 ### Static-only attributes
1764
1765 - `address_insignificant` - references to this static may alias with
1766   references to other statics, potentially of unrelated type.
1767 - `thread_local` - on a `static mut`, this signals that the value of this
1768   static may change depending on the current thread. The exact consequences of
1769   this are implementation-defined.
1770
1771 ### FFI attributes
1772
1773 On an `extern` block, the following attributes are interpreted:
1774
1775 - `link_args` - specify arguments to the linker, rather than just the library
1776   name and type. This is feature gated and the exact behavior is
1777   implementation-defined (due to variety of linker invocation syntax).
1778 - `link` - indicate that a native library should be linked to for the
1779   declarations in this block to be linked correctly. See [external
1780   blocks](#external-blocks)
1781
1782 On declarations inside an `extern` block, the following attributes are
1783 interpreted:
1784
1785 - `link_name` - the name of the symbol that this function or static should be
1786   imported as.
1787 - `linkage` - on a static, this specifies the [linkage
1788   type](http://llvm.org/docs/LangRef.html#linkage-types).
1789
1790 ### Miscellaneous attributes
1791
1792 - `link_section` - on statics and functions, this specifies the section of the
1793   object file that this item's contents will be placed into.
1794 - `macro_export` - export a macro for cross-crate usage.
1795 - `no_mangle` - on any item, do not apply the standard name mangling. Set the
1796   symbol for this item to its identifier.
1797 - `packed` - on structs or enums, eliminate any padding that would be used to
1798   align fields.
1799 - `repr` - on C-like enums, this sets the underlying type used for
1800   representation. Useful for FFI. Takes one argument, which is the primitive
1801   type this enum should be represented for, or `C`, which specifies that it
1802   should be the default `enum` size of the C ABI for that platform. Note that
1803   enum representation in C is undefined, and this may be incorrect when the C
1804   code is compiled with certain flags.
1805 - `simd` - on certain tuple structs, derive the arithmetic operators, which
1806   lower to the target's SIMD instructions, if any.
1807 - `static_assert` - on statics whose type is `bool`, terminates compilation
1808   with an error if it is not initialized to `true`.
1809 - `unsafe_destructor` - allow implementations of the "drop" language item
1810   where the type it is implemented for does not implement the "send" language
1811   item.
1812 - `unsafe_no_drop_flag` - on structs, remove the flag that prevents
1813   destructors from being run twice. Destructors might be run multiple times on
1814   the same object with this attribute.
1815
1816 ### Conditional compilation
1817
1818 Sometimes one wants to have different compiler outputs from the same code,
1819 depending on build target, such as targeted operating system, or to enable
1820 release builds.
1821
1822 There are two kinds of configuration options, one that is either defined or not
1823 (`#[cfg(foo)]`), and the other that contains a string that can be checked
1824 against (`#[cfg(bar = "baz")]` (currently only compiler-defined configuration
1825 options can have the latter form).
1826
1827 ~~~~
1828 // The function is only included in the build when compiling for OSX
1829 #[cfg(target_os = "macos")]
1830 fn macos_only() {
1831   // ...
1832 }
1833
1834 // This function is only included when either foo or bar is defined
1835 #[cfg(foo)]
1836 #[cfg(bar)]
1837 fn needs_foo_or_bar() {
1838   // ...
1839 }
1840
1841 // This function is only included when compiling for a unixish OS with a 32-bit
1842 // architecture
1843 #[cfg(unix, target_word_size = "32")]
1844 fn on_32bit_unix() {
1845   // ...
1846 }
1847 ~~~~
1848
1849 This illustrates some conditional compilation can be achieved using the
1850 `#[cfg(...)]` attribute. Note that `#[cfg(foo, bar)]` is a condition that needs
1851 both `foo` and `bar` to be defined while `#[cfg(foo)] #[cfg(bar)]` only needs
1852 one of `foo` and `bar` to be defined (this resembles in the disjunctive normal
1853 form). Additionally, one can reverse a condition by enclosing it in a
1854 `not(...)`, like e. g. `#[cfg(not(target_os = "win32"))]`.
1855
1856 The following configurations must be defined by the implementation:
1857
1858  * `target_arch = "..."`. Target CPU architecture, such as `"x86"`, `"x86_64"`
1859    `"mips"`, or `"arm"`.
1860  * `target_endian = "..."`. Endianness of the target CPU, either `"little"` or
1861    `"big"`.
1862  * `target_family = "..."`. Operating system family of the target, e. g.
1863    `"unix"` or `"windows"`. The value of this configuration option is defined as
1864    a configuration itself, like `unix` or `windows`.
1865  * `target_os = "..."`. Operating system of the target, examples include
1866    `"win32"`, `"macos"`, `"linux"`, `"android"` or `"freebsd"`.
1867  * `target_word_size = "..."`. Target word size in bits. This is set to `"32"`
1868    for targets with 32-bit pointers, and likewise set to `"64"` for 64-bit
1869    pointers.
1870  * `unix`. See `target_family`.
1871  * `windows`. See `target_family`.
1872
1873 ### Lint check attributes
1874
1875 A lint check names a potentially undesirable coding pattern, such as
1876 unreachable code or omitted documentation, for the static entity to
1877 which the attribute applies.
1878
1879 For any lint check `C`:
1880
1881  * `warn(C)` warns about violations of `C` but continues compilation,
1882  * `deny(C)` signals an error after encountering a violation of `C`,
1883  * `allow(C)` overrides the check for `C` so that violations will go
1884     unreported,
1885  * `forbid(C)` is the same as `deny(C)`, but also forbids changing the lint
1886     level afterwards.
1887
1888 The lint checks supported by the compiler can be found via `rustc -W help`,
1889 along with their default settings.
1890
1891 ~~~~ {.ignore}
1892 mod m1 {
1893     // Missing documentation is ignored here
1894     #[allow(missing_doc)]
1895     pub fn undocumented_one() -> int { 1 }
1896
1897     // Missing documentation signals a warning here
1898     #[warn(missing_doc)]
1899     pub fn undocumented_too() -> int { 2 }
1900
1901     // Missing documentation signals an error here
1902     #[deny(missing_doc)]
1903     pub fn undocumented_end() -> int { 3 }
1904 }
1905 ~~~~
1906
1907 This example shows how one can use `allow` and `warn` to toggle
1908 a particular check on and off.
1909
1910 ~~~~ {.ignore}
1911 #[warn(missing_doc)]
1912 mod m2{
1913     #[allow(missing_doc)]
1914     mod nested {
1915         // Missing documentation is ignored here
1916         pub fn undocumented_one() -> int { 1 }
1917
1918         // Missing documentation signals a warning here,
1919         // despite the allow above.
1920         #[warn(missing_doc)]
1921         pub fn undocumented_two() -> int { 2 }
1922     }
1923
1924     // Missing documentation signals a warning here
1925     pub fn undocumented_too() -> int { 3 }
1926 }
1927 ~~~~
1928
1929 This example shows how one can use `forbid` to disallow uses
1930 of `allow` for that lint check.
1931
1932 ~~~~ {.ignore}
1933 #[forbid(missing_doc)]
1934 mod m3 {
1935     // Attempting to toggle warning signals an error here
1936     #[allow(missing_doc)]
1937     /// Returns 2.
1938     pub fn undocumented_too() -> int { 2 }
1939 }
1940 ~~~~
1941
1942 ### Language items
1943
1944 Some primitive Rust operations are defined in Rust code, rather than being
1945 implemented directly in C or assembly language.  The definitions of these
1946 operations have to be easy for the compiler to find.  The `lang` attribute
1947 makes it possible to declare these operations.  For example, the `str` module
1948 in the Rust standard library defines the string equality function:
1949
1950 ~~~~ {.ignore}
1951 #[lang="str_eq"]
1952 pub fn eq_slice(a: &str, b: &str) -> bool {
1953     // details elided
1954 }
1955 ~~~~
1956
1957 The name `str_eq` has a special meaning to the Rust compiler,
1958 and the presence of this definition means that it will use this definition
1959 when generating calls to the string equality function.
1960
1961 A complete list of the built-in language items follows:
1962
1963 #### Built-in Traits
1964
1965 `send`
1966   : Able to be sent across task boundaries.
1967 `sized`
1968   : Has a size known at compile time.
1969 `copy`
1970   : Types that do not move ownership when used by-value.
1971 `share`
1972   : Able to be safely shared between tasks when aliased.
1973 `drop`
1974   : Have destructors.
1975
1976 #### Operators
1977
1978 These language items are traits:
1979
1980 `add`
1981   : Elements can be added (for example, integers and floats).
1982 `sub`
1983   : Elements can be subtracted.
1984 `mul`
1985   : Elements can be multiplied.
1986 `div`
1987   : Elements have a division operation.
1988 `rem`
1989   : Elements have a remainder operation.
1990 `neg`
1991   : Elements can be negated arithmetically.
1992 `not`
1993   : Elements can be negated logically.
1994 `bitxor`
1995   : Elements have an exclusive-or operation.
1996 `bitand`
1997   : Elements have a bitwise `and` operation.
1998 `bitor`
1999   : Elements have a bitwise `or` operation.
2000 `shl`
2001   : Elements have a left shift operation.
2002 `shr`
2003   : Elements have a right shift operation.
2004 `index`
2005   : Elements can be indexed.
2006 `eq`
2007   : Elements can be compared for equality.
2008 `ord`
2009   : Elements have a partial ordering.
2010 `deref`
2011   : `*` can be applied, yielding a reference to another type
2012 `deref_mut`
2013   : `*` can be applied, yielding a mutable reference to another type
2014
2015
2016 These are functions:
2017
2018 `str_eq`
2019   : Compare two strings (`&str`) for equality.
2020 `uniq_str_eq`
2021   : Compare two owned strings (`~str`) for equality.
2022 `strdup_uniq`
2023   : Return a new unique string
2024     containing a copy of the contents of a unique string.
2025
2026 #### Types
2027
2028 `unsafe`
2029   : A type whose contents can be mutated through an immutable reference
2030 `type_id`
2031   : The type returned by the `type_id` intrinsic.
2032
2033 #### Marker types
2034
2035 These types help drive the compiler's analysis
2036
2037 `covariant_type`
2038   : The type parameter should be considered covariant
2039 `contravariant_type`
2040   : The type parameter should be considered contravariant
2041 `invariant_type`
2042   : The type parameter should be considered invariant
2043 `covariant_lifetime`
2044   : The lifetime parameter should be considered covariant
2045 `contravariant_lifetime`
2046   : The lifetime parameter should be considered contravariant
2047 `invariant_lifetime`
2048   : The lifetime parameter should be considered invariant
2049 `no_send_bound`
2050   : This type does not implement "send", even if eligible
2051 `no_copy_bound`
2052   : This type does not implement "copy", even if eligible
2053 `no_share_bound`
2054   : This type does not implement "share", even if eligible
2055 `managed_bound`
2056   : This type implements "managed"
2057
2058 `fail_`
2059   : Abort the program with an error.
2060 `fail_bounds_check`
2061   : Abort the program with a bounds check error.
2062 `exchange_malloc`
2063   : Allocate memory on the exchange heap.
2064 `exchange_free`
2065   : Free memory that was allocated on the exchange heap.
2066 `malloc`
2067   : Allocate memory on the managed heap.
2068 `free`
2069   : Free memory that was allocated on the managed heap.
2070
2071 > **Note:** This list is likely to become out of date. We should auto-generate it
2072 > from `librustc/middle/lang_items.rs`.
2073
2074 ### Inline attributes
2075
2076 The inline attribute is used to suggest to the compiler to perform an inline
2077 expansion and place a copy of the function in the caller rather than generating
2078 code to call the function where it is defined.
2079
2080 The compiler automatically inlines functions based on internal heuristics.
2081 Incorrectly inlining functions can actually making the program slower, so it
2082 should be used with care.
2083
2084 `#[inline]` and `#[inline(always)]` always causes the function to be serialized
2085 into crate metadata to allow cross-crate inlining.
2086
2087 There are three different types of inline attributes:
2088
2089 * `#[inline]` hints the compiler to perform an inline expansion.
2090 * `#[inline(always)]` asks the compiler to always perform an inline expansion.
2091 * `#[inline(never)]` asks the compiler to never perform an inline expansion.
2092
2093 ### Deriving
2094
2095 The `deriving` attribute allows certain traits to be automatically
2096 implemented for data structures. For example, the following will
2097 create an `impl` for the `Eq` and `Clone` traits for `Foo`, the type
2098 parameter `T` will be given the `Eq` or `Clone` constraints for the
2099 appropriate `impl`:
2100
2101 ~~~~
2102 #[deriving(Eq, Clone)]
2103 struct Foo<T> {
2104     a: int,
2105     b: T
2106 }
2107 ~~~~
2108
2109 The generated `impl` for `Eq` is equivalent to
2110
2111 ~~~~
2112 # struct Foo<T> { a: int, b: T }
2113 impl<T: Eq> Eq for Foo<T> {
2114     fn eq(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2115         self.a == other.a && self.b == other.b
2116     }
2117
2118     fn ne(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
2119         self.a != other.a || self.b != other.b
2120     }
2121 }
2122 ~~~~
2123
2124 Supported traits for `deriving` are:
2125
2126 * Comparison traits: `Eq`, `TotalEq`, `Ord`, `TotalOrd`.
2127 * Serialization: `Encodable`, `Decodable`. These require `serialize`.
2128 * `Clone`, to create `T` from `&T` via a copy.
2129 * `Hash`, to iterate over the bytes in a data type.
2130 * `Rand`, to create a random instance of a data type.
2131 * `Default`, to create an empty instance of a data type.
2132 * `Zero`, to create an zero instance of a numeric data type.
2133 * `FromPrimitive`, to create an instance from a numeric primitive.
2134 * `Show`, to format a value using the `{}` formatter.
2135
2136 ### Stability
2137
2138 One can indicate the stability of an API using the following attributes:
2139
2140 * `deprecated`: This item should no longer be used, e.g. it has been
2141   replaced. No guarantee of backwards-compatibility.
2142 * `experimental`: This item was only recently introduced or is
2143   otherwise in a state of flux. It may change significantly, or even
2144   be removed. No guarantee of backwards-compatibility.
2145 * `unstable`: This item is still under development, but requires more
2146   testing to be considered stable. No guarantee of backwards-compatibility.
2147 * `stable`: This item is considered stable, and will not change
2148   significantly. Guarantee of backwards-compatibility.
2149 * `frozen`: This item is very stable, and is unlikely to
2150   change. Guarantee of backwards-compatibility.
2151 * `locked`: This item will never change unless a serious bug is
2152   found. Guarantee of backwards-compatibility.
2153
2154 These levels are directly inspired by
2155 [Node.js' "stability index"](http://nodejs.org/api/documentation.html).
2156
2157 There are lints for disallowing items marked with certain levels:
2158 `deprecated`, `experimental` and `unstable`; the first two will warn
2159 by default. Items with not marked with a stability are considered to
2160 be unstable for the purposes of the lint. One can give an optional
2161 string that will be displayed when the lint flags the use of an item.
2162
2163 ~~~~ {.ignore}
2164 #![warn(unstable)]
2165
2166 #[deprecated="replaced by `best`"]
2167 fn bad() {
2168     // delete everything
2169 }
2170
2171 fn better() {
2172     // delete fewer things
2173 }
2174
2175 #[stable]
2176 fn best() {
2177     // delete nothing
2178 }
2179
2180 fn main() {
2181     bad(); // "warning: use of deprecated item: replaced by `best`"
2182
2183     better(); // "warning: use of unmarked item"
2184
2185     best(); // no warning
2186 }
2187 ~~~~
2188
2189 > **Note:** Currently these are only checked when applied to
2190 > individual functions, structs, methods and enum variants, *not* to
2191 > entire modules, traits, impls or enums themselves.
2192
2193 ### Compiler Features
2194
2195 Certain aspects of Rust may be implemented in the compiler, but they're not
2196 necessarily ready for every-day use. These features are often of "prototype
2197 quality" or "almost production ready", but may not be stable enough to be
2198 considered a full-fleged language feature.
2199
2200 For this reason, Rust recognizes a special crate-level attribute of the form:
2201
2202 ~~~~ {.ignore}
2203 #![feature(feature1, feature2, feature3)]
2204 ~~~~
2205
2206 This directive informs the compiler that the feature list: `feature1`,
2207 `feature2`, and `feature3` should all be enabled. This is only recognized at a
2208 crate-level, not at a module-level. Without this directive, all features are
2209 considered off, and using the features will result in a compiler error.
2210
2211 The currently implemented features of the reference compiler are:
2212
2213 * `macro_rules` - The definition of new macros. This does not encompass
2214                   macro-invocation, that is always enabled by default, this only
2215                   covers the definition of new macros. There are currently
2216                   various problems with invoking macros, how they interact with
2217                   their environment, and possibly how they are used outside of
2218                   location in which they are defined. Macro definitions are
2219                   likely to change slightly in the future, so they are currently
2220                   hidden behind this feature.
2221
2222 * `globs` - Importing everything in a module through `*`. This is currently a
2223             large source of bugs in name resolution for Rust, and it's not clear
2224             whether this will continue as a feature or not. For these reasons,
2225             the glob import statement has been hidden behind this feature flag.
2226
2227 * `struct_variant` - Structural enum variants (those with named fields). It is
2228                      currently unknown whether this style of enum variant is as
2229                      fully supported as the tuple-forms, and it's not certain
2230                      that this style of variant should remain in the language.
2231                      For now this style of variant is hidden behind a feature
2232                      flag.
2233
2234 * `once_fns` - Onceness guarantees a closure is only executed once. Defining a
2235                closure as `once` is unlikely to be supported going forward. So
2236                they are hidden behind this feature until they are to be removed.
2237
2238 * `managed_boxes` - Usage of `@` pointers is gated due to many
2239                     planned changes to this feature. In the past, this has meant
2240                     "a GC pointer", but the current implementation uses
2241                     reference counting and will likely change drastically over
2242                     time. Additionally, the `@` syntax will no longer be used to
2243                     create GC boxes.
2244
2245 * `asm` - The `asm!` macro provides a means for inline assembly. This is often
2246           useful, but the exact syntax for this feature along with its semantics
2247           are likely to change, so this macro usage must be opted into.
2248
2249 * `non_ascii_idents` - The compiler supports the use of non-ascii identifiers,
2250                        but the implementation is a little rough around the
2251                        edges, so this can be seen as an experimental feature for
2252                        now until the specification of identifiers is fully
2253                        fleshed out.
2254
2255 * `thread_local` - The usage of the `#[thread_local]` attribute is experimental
2256                    and should be seen as unstable. This attribute is used to
2257                    declare a `static` as being unique per-thread leveraging
2258                    LLVM's implementation which works in concert with the kernel
2259                    loader and dynamic linker. This is not necessarily available
2260                    on all platforms, and usage of it is discouraged (rust
2261                    focuses more on task-local data instead of thread-local
2262                    data).
2263
2264 * `link_args` - This attribute is used to specify custom flags to the linker,
2265                 but usage is strongly discouraged. The compiler's usage of the
2266                 system linker is not guaranteed to continue in the future, and
2267                 if the system linker is not used then specifying custom flags
2268                 doesn't have much meaning.
2269
2270 If a feature is promoted to a language feature, then all existing programs will
2271 start to receive compilation warnings about #[feature] directives which enabled
2272 the new feature (because the directive is no longer necessary). However, if
2273 a feature is decided to be removed from the language, errors will be issued (if
2274 there isn't a parser error first). The directive in this case is no longer
2275 necessary, and it's likely that existing code will break if the feature isn't
2276 removed.
2277
2278 If a unknown feature is found in a directive, it results in a compiler error. An
2279 unknown feature is one which has never been recognized by the compiler.
2280
2281 # Statements and expressions
2282
2283 Rust is _primarily_ an expression language. This means that most forms of
2284 value-producing or effect-causing evaluation are directed by the uniform
2285 syntax category of _expressions_. Each kind of expression can typically _nest_
2286 within each other kind of expression, and rules for evaluation of expressions
2287 involve specifying both the value produced by the expression and the order in
2288 which its sub-expressions are themselves evaluated.
2289
2290 In contrast, statements in Rust serve _mostly_ to contain and explicitly
2291 sequence expression evaluation.
2292
2293 ## Statements
2294
2295 A _statement_ is a component of a block, which is in turn a component of an
2296 outer [expression](#expressions) or [function](#functions).
2297
2298 Rust has two kinds of statement:
2299 [declaration statements](#declaration-statements) and
2300 [expression statements](#expression-statements).
2301
2302 ### Declaration statements
2303
2304 A _declaration statement_ is one that introduces one or more *names* into the enclosing statement block.
2305 The declared names may denote new slots or new items.
2306
2307 #### Item declarations
2308
2309 An _item declaration statement_ has a syntactic form identical to an
2310 [item](#items) declaration within a module. Declaring an item -- a function,
2311 enumeration, structure, type, static, trait, implementation or module -- locally
2312 within a statement block is simply a way of restricting its scope to a narrow
2313 region containing all of its uses; it is otherwise identical in meaning to
2314 declaring the item outside the statement block.
2315
2316 Note: there is no implicit capture of the function's dynamic environment when
2317 declaring a function-local item.
2318
2319 #### Slot declarations
2320
2321 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2322 let_decl : "let" pat [':' type ] ? [ init ] ? ';' ;
2323 init : [ '=' ] expr ;
2324 ~~~~
2325
2326 A _slot declaration_ introduces a new set of slots, given by a pattern.
2327 The pattern may be followed by a type annotation, and/or an initializer expression.
2328 When no type annotation is given, the compiler will infer the type,
2329 or signal an error if insufficient type information is available for definite inference.
2330 Any slots introduced by a slot declaration are visible from the point of declaration until the end of the enclosing block scope.
2331
2332 ### Expression statements
2333
2334 An _expression statement_ is one that evaluates an [expression](#expressions)
2335 and ignores its result.
2336 The type of an expression statement `e;` is always `()`, regardless of the type of `e`.
2337 As a rule, an expression statement's purpose is to trigger the effects of evaluating its expression.
2338
2339 ## Expressions
2340
2341 An expression may have two roles: it always produces a *value*, and it may have *effects*
2342 (otherwise known as "side effects").
2343 An expression *evaluates to* a value, and has effects during *evaluation*.
2344 Many expressions contain sub-expressions (operands).
2345 The meaning of each kind of expression dictates several things:
2346   * Whether or not to evaluate the sub-expressions when evaluating the expression
2347   * The order in which to evaluate the sub-expressions
2348   * How to combine the sub-expressions' values to obtain the value of the expression.
2349
2350 In this way, the structure of expressions dictates the structure of execution.
2351 Blocks are just another kind of expression,
2352 so blocks, statements, expressions, and blocks again can recursively nest inside each other
2353 to an arbitrary depth.
2354
2355 #### Lvalues, rvalues and temporaries
2356
2357 Expressions are divided into two main categories: _lvalues_ and _rvalues_.
2358 Likewise within each expression, sub-expressions may occur in _lvalue context_ or _rvalue context_.
2359 The evaluation of an expression depends both on its own category and the context it occurs within.
2360
2361 An lvalue is an expression that represents a memory location. These
2362 expressions are [paths](#path-expressions) (which refer to local
2363 variables, function and method arguments, or static variables),
2364 dereferences (`*expr`), [indexing expressions](#index-expressions)
2365 (`expr[expr]`), and [field references](#field-expressions) (`expr.f`).
2366 All other expressions are rvalues.
2367
2368 The left operand of an [assignment](#assignment-expressions) or
2369 [compound-assignment](#compound-assignment-expressions) expression is an lvalue context,
2370 as is the single operand of a unary [borrow](#unary-operator-expressions).
2371 All other expression contexts are rvalue contexts.
2372
2373 When an lvalue is evaluated in an _lvalue context_, it denotes a memory location;
2374 when evaluated in an _rvalue context_, it denotes the value held _in_ that memory location.
2375
2376 When an rvalue is used in lvalue context, a temporary un-named lvalue is created and used instead.
2377 A temporary's lifetime equals the largest lifetime of any reference that points to it.
2378
2379 #### Moved and copied types
2380
2381 When a [local variable](#memory-slots) is used
2382 as an [rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries)
2383 the variable will either be moved or copied, depending on its type.
2384 For types that contain [owning pointers](#pointer-types)
2385 or values that implement the special trait `Drop`,
2386 the variable is moved.
2387 All other types are copied.
2388
2389 ### Literal expressions
2390
2391 A _literal expression_ consists of one of the [literal](#literals)
2392 forms described earlier. It directly describes a number, character,
2393 string, boolean value, or the unit value.
2394
2395 ~~~~ {.literals}
2396 ();        // unit type
2397 "hello";   // string type
2398 '5';       // character type
2399 5;         // integer type
2400 ~~~~
2401
2402 ### Path expressions
2403
2404 A [path](#paths) used as an expression context denotes either a local variable or an item.
2405 Path expressions are [lvalues](#lvalues-rvalues-and-temporaries).
2406
2407 ### Tuple expressions
2408
2409 Tuples are written by enclosing one or more comma-separated
2410 expressions in parentheses. They are used to create [tuple-typed](#tuple-types)
2411 values.
2412
2413 ~~~~ {.tuple}
2414 (0,);
2415 (0.0, 4.5);
2416 ("a", 4u, true);
2417 ~~~~
2418
2419 ### Structure expressions
2420
2421 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2422 struct_expr : expr_path '{' ident ':' expr
2423                       [ ',' ident ':' expr ] *
2424                       [ ".." expr ] '}' |
2425               expr_path '(' expr
2426                       [ ',' expr ] * ')' |
2427               expr_path ;
2428 ~~~~
2429
2430 There are several forms of structure expressions.
2431 A _structure expression_ consists of the [path](#paths) of a [structure item](#structures),
2432 followed by a brace-enclosed list of one or more comma-separated name-value pairs,
2433 providing the field values of a new instance of the structure.
2434 A field name can be any identifier, and is separated from its value expression by a colon.
2435 The location denoted by a structure field is mutable if and only if the enclosing structure is mutable.
2436
2437 A _tuple structure expression_ consists of the [path](#paths) of a [structure item](#structures),
2438 followed by a parenthesized list of one or more comma-separated expressions
2439 (in other words, the path of a structure item followed by a tuple expression).
2440 The structure item must be a tuple structure item.
2441
2442 A _unit-like structure expression_ consists only of the [path](#paths) of a [structure item](#structures).
2443
2444 The following are examples of structure expressions:
2445
2446 ~~~~
2447 # struct Point { x: f64, y: f64 }
2448 # struct TuplePoint(f64, f64);
2449 # mod game { pub struct User<'a> { pub name: &'a str, pub age: uint, pub score: uint } }
2450 # struct Cookie; fn some_fn<T>(t: T) {}
2451 Point {x: 10.0, y: 20.0};
2452 TuplePoint(10.0, 20.0);
2453 let u = game::User {name: "Joe", age: 35, score: 100_000};
2454 some_fn::<Cookie>(Cookie);
2455 ~~~~
2456
2457 A structure expression forms a new value of the named structure type.
2458 Note that for a given *unit-like* structure type, this will always be the same value.
2459
2460 A structure expression can terminate with the syntax `..` followed by an expression to denote a functional update.
2461 The expression following `..` (the base) must have the same structure type as the new structure type being formed.
2462 The entire expression denotes the result of allocating a new structure
2463 (with the same type as the base expression)
2464 with the given values for the fields that were explicitly specified
2465 and the values in the base record for all other fields.
2466
2467 ~~~~
2468 # struct Point3d { x: int, y: int, z: int }
2469 let base = Point3d {x: 1, y: 2, z: 3};
2470 Point3d {y: 0, z: 10, .. base};
2471 ~~~~
2472
2473 ### Block expressions
2474
2475 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2476 block_expr : '{' [ view_item ] *
2477                  [ stmt ';' | item ] *
2478                  [ expr ] '}' ;
2479 ~~~~
2480
2481 A _block expression_ is similar to a module in terms of the declarations that
2482 are possible. Each block conceptually introduces a new namespace scope. View
2483 items can bring new names into scopes and declared items are in scope for only
2484 the block itself.
2485
2486 A block will execute each statement sequentially, and then execute the
2487 expression (if given). If the final expression is omitted, the type and return
2488 value of the block are `()`, but if it is provided, the type and return value
2489 of the block are that of the expression itself.
2490
2491 ### Method-call expressions
2492
2493 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2494 method_call_expr : expr '.' ident paren_expr_list ;
2495 ~~~~
2496
2497 A _method call_ consists of an expression followed by a single dot, an identifier, and a parenthesized expression-list.
2498 Method calls are resolved to methods on specific traits,
2499 either statically dispatching to a method if the exact `self`-type of the left-hand-side is known,
2500 or dynamically dispatching if the left-hand-side expression is an indirect [object type](#object-types).
2501
2502 ### Field expressions
2503
2504 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2505 field_expr : expr '.' ident ;
2506 ~~~~
2507
2508 A _field expression_ consists of an expression followed by a single dot and an identifier,
2509 when not immediately followed by a parenthesized expression-list (the latter is a [method call expression](#method-call-expressions)).
2510 A field expression denotes a field of a [structure](#structure-types).
2511
2512 ~~~~ {.ignore .field}
2513 myrecord.myfield;
2514 foo().x;
2515 (Struct {a: 10, b: 20}).a;
2516 ~~~~
2517
2518 A field access on a record is an [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) referring to the value of that field.
2519 When the field is mutable, it can be [assigned](#assignment-expressions) to.
2520
2521 When the type of the expression to the left of the dot is a pointer to a record or structure,
2522 it is automatically dereferenced to make the field access possible.
2523
2524 ### Vector expressions
2525
2526 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2527 vec_expr : '[' "mut" ? vec_elems? ']' ;
2528
2529 vec_elems : [expr [',' expr]*] | [expr ',' ".." expr] ;
2530 ~~~~
2531
2532 A [_vector_](#vector-types) _expression_ is written by enclosing zero or
2533 more comma-separated expressions of uniform type in square brackets.
2534
2535 In the `[expr ',' ".." expr]` form, the expression after the `".."`
2536 must be a constant expression that can be evaluated at compile time, such
2537 as a [literal](#literals) or a [static item](#static-items).
2538
2539 ~~~~
2540 [1, 2, 3, 4];
2541 ["a", "b", "c", "d"];
2542 [0, ..128];             // vector with 128 zeros
2543 [0u8, 0u8, 0u8, 0u8];
2544 ~~~~
2545
2546 ### Index expressions
2547
2548 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2549 idx_expr : expr '[' expr ']' ;
2550 ~~~~
2551
2552 [Vector](#vector-types)-typed expressions can be indexed by writing a
2553 square-bracket-enclosed expression (the index) after them. When the
2554 vector is mutable, the resulting [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) can be assigned to.
2555
2556 Indices are zero-based, and may be of any integral type. Vector access
2557 is bounds-checked at run-time. When the check fails, it will put the
2558 task in a _failing state_.
2559
2560 ~~~~ {.ignore}
2561 # use std::task;
2562 # task::spawn(proc() {
2563
2564 ([1, 2, 3, 4])[0];
2565 (["a", "b"])[10]; // fails
2566
2567 # })
2568 ~~~~
2569
2570 ### Unary operator expressions
2571
2572 Rust defines six symbolic unary operators.
2573 They are all written as prefix operators,
2574 before the expression they apply to.
2575
2576 `-`
2577   : Negation. May only be applied to numeric types.
2578 `*`
2579   : Dereference. When applied to a [pointer](#pointer-types) it denotes the pointed-to location.
2580     For pointers to mutable locations, the resulting [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) can be assigned to.
2581     On non-pointer types, it calls the `deref` method of the `std::ops::Deref` trait, or the
2582     `deref_mut` method of the `std::ops::DerefMut` trait (if implemented by the type and required
2583     for an outer expression that will or could mutate the dereference), and produces the
2584     result of dereferencing the `&` or `&mut` borrowed pointer returned from the overload method.
2585
2586 `!`
2587   : Logical negation. On the boolean type, this flips between `true` and
2588     `false`. On integer types, this inverts the individual bits in the
2589     two's complement representation of the value.
2590 `~`
2591   :  [Boxing](#pointer-types) operators. Allocate a box to hold the value they are applied to,
2592      and store the value in it. `~` creates an owned box.
2593 `&`
2594   : Borrow operator. Returns a reference, pointing to its operand.
2595     The operand of a borrow is statically proven to outlive the resulting pointer.
2596     If the borrow-checker cannot prove this, it is a compilation error.
2597
2598 ### Binary operator expressions
2599
2600 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2601 binop_expr : expr binop expr ;
2602 ~~~~
2603
2604 Binary operators expressions are given in terms of
2605 [operator precedence](#operator-precedence).
2606
2607 #### Arithmetic operators
2608
2609 Binary arithmetic expressions are syntactic sugar for calls to built-in traits,
2610 defined in the `std::ops` module of the `std` library.
2611 This means that arithmetic operators can be overridden for user-defined types.
2612 The default meaning of the operators on standard types is given here.
2613
2614 `+`
2615   : Addition and vector/string concatenation.
2616     Calls the `add` method on the `std::ops::Add` trait.
2617 `-`
2618   : Subtraction.
2619     Calls the `sub` method on the `std::ops::Sub` trait.
2620 `*`
2621   : Multiplication.
2622     Calls the `mul` method on the `std::ops::Mul` trait.
2623 `/`
2624   : Quotient.
2625     Calls the `div` method on the `std::ops::Div` trait.
2626 `%`
2627   : Remainder.
2628     Calls the `rem` method on the `std::ops::Rem` trait.
2629
2630 #### Bitwise operators
2631
2632 Like the [arithmetic operators](#arithmetic-operators), bitwise operators
2633 are syntactic sugar for calls to methods of built-in traits.
2634 This means that bitwise operators can be overridden for user-defined types.
2635 The default meaning of the operators on standard types is given here.
2636
2637 `&`
2638   : And.
2639     Calls the `bitand` method of the `std::ops::BitAnd` trait.
2640 `|`
2641   : Inclusive or.
2642     Calls the `bitor` method of the `std::ops::BitOr` trait.
2643 `^`
2644   : Exclusive or.
2645     Calls the `bitxor` method of the `std::ops::BitXor` trait.
2646 `<<`
2647   : Logical left shift.
2648     Calls the `shl` method of the `std::ops::Shl` trait.
2649 `>>`
2650   : Logical right shift.
2651     Calls the `shr` method of the `std::ops::Shr` trait.
2652
2653 #### Lazy boolean operators
2654
2655 The operators `||` and `&&` may be applied to operands of boolean type.
2656 The `||` operator denotes logical 'or', and the `&&` operator denotes logical 'and'.
2657 They differ from `|` and `&` in that the right-hand operand is only evaluated
2658 when the left-hand operand does not already determine the result of the expression.
2659 That is, `||` only evaluates its right-hand operand
2660 when the left-hand operand evaluates to `false`, and `&&` only when it evaluates to `true`.
2661
2662 #### Comparison operators
2663
2664 Comparison operators are, like the [arithmetic operators](#arithmetic-operators),
2665 and [bitwise operators](#bitwise-operators),
2666 syntactic sugar for calls to built-in traits.
2667 This means that comparison operators can be overridden for user-defined types.
2668 The default meaning of the operators on standard types is given here.
2669
2670 `==`
2671   : Equal to.
2672     Calls the `eq` method on the `std::cmp::Eq` trait.
2673 `!=`
2674   : Unequal to.
2675     Calls the `ne` method on the `std::cmp::Eq` trait.
2676 `<`
2677   : Less than.
2678     Calls the `lt` method on the `std::cmp::Ord` trait.
2679 `>`
2680   : Greater than.
2681     Calls the `gt` method on the `std::cmp::Ord` trait.
2682 `<=`
2683   : Less than or equal.
2684     Calls the `le` method on the `std::cmp::Ord` trait.
2685 `>=`
2686   : Greater than or equal.
2687     Calls the `ge` method on the `std::cmp::Ord` trait.
2688
2689 #### Type cast expressions
2690
2691 A type cast expression is denoted with the binary operator `as`.
2692
2693 Executing an `as` expression casts the value on the left-hand side to the type
2694 on the right-hand side.
2695
2696 A numeric value can be cast to any numeric type.
2697 A raw pointer value can be cast to or from any integral type or raw pointer type.
2698 Any other cast is unsupported and will fail to compile.
2699
2700 An example of an `as` expression:
2701
2702 ~~~~
2703 # fn sum(v: &[f64]) -> f64 { 0.0 }
2704 # fn len(v: &[f64]) -> int { 0 }
2705
2706 fn avg(v: &[f64]) -> f64 {
2707   let sum: f64 = sum(v);
2708   let sz: f64 = len(v) as f64;
2709   return sum / sz;
2710 }
2711 ~~~~
2712
2713 #### Assignment expressions
2714
2715 An _assignment expression_ consists of an [lvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) expression followed by an
2716 equals sign (`=`) and an [rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries) expression.
2717
2718 Evaluating an assignment expression [either copies or moves](#moved-and-copied-types) its right-hand operand to its left-hand operand.
2719
2720 ~~~~
2721 # let mut x = 0;
2722 # let y = 0;
2723
2724 x = y;
2725 ~~~~
2726
2727 #### Compound assignment expressions
2728
2729 The `+`, `-`, `*`, `/`, `%`, `&`, `|`, `^`, `<<`, and `>>`
2730 operators may be composed with the `=` operator. The expression `lval
2731 OP= val` is equivalent to `lval = lval OP val`. For example, `x = x +
2732 1` may be written as `x += 1`.
2733
2734 Any such expression always has the [`unit`](#primitive-types) type.
2735
2736 #### Operator precedence
2737
2738 The precedence of Rust binary operators is ordered as follows, going
2739 from strong to weak:
2740
2741 ~~~~ {.notrust .precedence}
2742 * / %
2743 as
2744 + -
2745 << >>
2746 &
2747 ^
2748 |
2749 < > <= >=
2750 == !=
2751 &&
2752 ||
2753 =
2754 ~~~~
2755
2756 Operators at the same precedence level are evaluated left-to-right. [Unary operators](#unary-operator-expressions)
2757 have the same precedence level and it is stronger than any of the binary operators'.
2758
2759 ### Grouped expressions
2760
2761 An expression enclosed in parentheses evaluates to the result of the enclosed
2762 expression.  Parentheses can be used to explicitly specify evaluation order
2763 within an expression.
2764
2765 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2766 paren_expr : '(' expr ')' ;
2767 ~~~~
2768
2769 An example of a parenthesized expression:
2770
2771 ~~~~
2772 let x = (2 + 3) * 4;
2773 ~~~~
2774
2775
2776 ### Call expressions
2777
2778 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2779 expr_list : [ expr [ ',' expr ]* ] ? ;
2780 paren_expr_list : '(' expr_list ')' ;
2781 call_expr : expr paren_expr_list ;
2782 ~~~~
2783
2784 A _call expression_ invokes a function, providing zero or more input slots and
2785 an optional reference slot to serve as the function's output, bound to the
2786 `lval` on the right hand side of the call. If the function eventually returns,
2787 then the expression completes.
2788
2789 Some examples of call expressions:
2790
2791 ~~~~
2792 # use std::from_str::FromStr;
2793 # fn add(x: int, y: int) -> int { 0 }
2794
2795 let x: int = add(1, 2);
2796 let pi: Option<f32> = FromStr::from_str("3.14");
2797 ~~~~
2798
2799 ### Lambda expressions
2800
2801 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2802 ident_list : [ ident [ ',' ident ]* ] ? ;
2803 lambda_expr : '|' ident_list '|' expr ;
2804 ~~~~
2805
2806 A _lambda expression_ (sometimes called an "anonymous function expression") defines a function and denotes it as a value,
2807 in a single expression.
2808 A lambda expression is a pipe-symbol-delimited (`|`) list of identifiers followed by an expression.
2809
2810 A lambda expression denotes a function that maps a list of parameters (`ident_list`)
2811 onto the expression that follows the `ident_list`.
2812 The identifiers in the `ident_list` are the parameters to the function.
2813 These parameters' types need not be specified, as the compiler infers them from context.
2814
2815 Lambda expressions are most useful when passing functions as arguments to other functions,
2816 as an abbreviation for defining and capturing a separate function.
2817
2818 Significantly, lambda expressions _capture their environment_,
2819 which regular [function definitions](#functions) do not.
2820 The exact type of capture depends on the [function type](#function-types) inferred for the lambda expression.
2821 In the simplest and least-expensive form (analogous to a ```|| { }``` expression),
2822 the lambda expression captures its environment by reference,
2823 effectively borrowing pointers to all outer variables mentioned inside the function.
2824 Alternately, the compiler may infer that a lambda expression should copy or move values (depending on their type.)
2825 from the environment into the lambda expression's captured environment.
2826
2827 In this example, we define a function `ten_times` that takes a higher-order function argument,
2828 and call it with a lambda expression as an argument.
2829
2830 ~~~~
2831 fn ten_times(f: |int|) {
2832     let mut i = 0;
2833     while i < 10 {
2834         f(i);
2835         i += 1;
2836     }
2837 }
2838
2839 ten_times(|j| println!("hello, {}", j));
2840 ~~~~
2841
2842 ### While loops
2843
2844 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2845 while_expr : "while" expr '{' block '}' ;
2846 ~~~~
2847
2848 A `while` loop begins by evaluating the boolean loop conditional expression.
2849 If the loop conditional expression evaluates to `true`, the loop body block
2850 executes and control returns to the loop conditional expression. If the loop
2851 conditional expression evaluates to `false`, the `while` expression completes.
2852
2853 An example:
2854
2855 ~~~~
2856 let mut i = 0;
2857
2858 while i < 10 {
2859     println!("hello");
2860     i = i + 1;
2861 }
2862 ~~~~
2863
2864 ### Infinite loops
2865
2866 The keyword `loop` in Rust appears both in _loop expressions_ and in _continue expressions_.
2867 A loop expression denotes an infinite loop;
2868 see [Continue expressions](#continue-expressions) for continue expressions.
2869
2870 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2871 loop_expr : [ lifetime ':' ] "loop" '{' block '}';
2872 ~~~~
2873
2874 A `loop` expression may optionally have a _label_.
2875 If a label is present,
2876 then labeled `break` and `loop` expressions nested within this loop may exit out of this loop or return control to its head.
2877 See [Break expressions](#break-expressions).
2878
2879 ### Break expressions
2880
2881 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2882 break_expr : "break" [ lifetime ];
2883 ~~~~
2884
2885 A `break` expression has an optional `label`.
2886 If the label is absent, then executing a `break` expression immediately terminates the innermost loop enclosing it.
2887 It is only permitted in the body of a loop.
2888 If the label is present, then `break foo` terminates the loop with label `foo`,
2889 which need not be the innermost label enclosing the `break` expression,
2890 but must enclose it.
2891
2892 ### Continue expressions
2893
2894 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2895 continue_expr : "loop" [ lifetime ];
2896 ~~~~
2897
2898 A continue expression, written `loop`, also has an optional `label`.
2899 If the label is absent,
2900 then executing a `loop` expression immediately terminates the current iteration of the innermost loop enclosing it,
2901 returning control to the loop *head*.
2902 In the case of a `while` loop,
2903 the head is the conditional expression controlling the loop.
2904 In the case of a `for` loop, the head is the call-expression controlling the loop.
2905 If the label is present, then `loop foo` returns control to the head of the loop with label `foo`,
2906 which need not be the innermost label enclosing the `break` expression,
2907 but must enclose it.
2908
2909 A `loop` expression is only permitted in the body of a loop.
2910
2911 ### For expressions
2912
2913 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2914 for_expr : "for" pat "in" expr '{' block '}' ;
2915 ~~~~
2916
2917 A `for` expression is a syntactic construct for looping over elements
2918 provided by an implementation of `std::iter::Iterator`.
2919
2920 An example of a for loop over the contents of a vector:
2921
2922 ~~~~
2923 # type Foo = int;
2924 # fn bar(f: Foo) { }
2925 # let a = 0;
2926 # let b = 0;
2927 # let c = 0;
2928
2929 let v: &[Foo] = &[a, b, c];
2930
2931 for e in v.iter() {
2932     bar(*e);
2933 }
2934 ~~~~
2935
2936 An example of a for loop over a series of integers:
2937
2938 ~~~~
2939 # fn bar(b:uint) { }
2940 for i in range(0u, 256) {
2941     bar(i);
2942 }
2943 ~~~~
2944
2945 ### If expressions
2946
2947 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2948 if_expr : "if" expr '{' block '}'
2949           else_tail ? ;
2950
2951 else_tail : "else" [ if_expr
2952                    | '{' block '}' ] ;
2953 ~~~~
2954
2955 An `if` expression is a conditional branch in program control. The form of
2956 an `if` expression is a condition expression, followed by a consequent
2957 block, any number of `else if` conditions and blocks, and an optional
2958 trailing `else` block. The condition expressions must have type
2959 `bool`. If a condition expression evaluates to `true`, the
2960 consequent block is executed and any subsequent `else if` or `else`
2961 block is skipped. If a condition expression evaluates to `false`, the
2962 consequent block is skipped and any subsequent `else if` condition is
2963 evaluated. If all `if` and `else if` conditions evaluate to `false`
2964 then any `else` block is executed.
2965
2966 ### Match expressions
2967
2968 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
2969 match_expr : "match" expr '{' match_arm [ '|' match_arm ] * '}' ;
2970
2971 match_arm : match_pat "=>" [ expr "," | '{' block '}' ] ;
2972
2973 match_pat : pat [ ".." pat ] ? [ "if" expr ] ;
2974 ~~~~
2975
2976 A `match` expression branches on a *pattern*. The exact form of matching that
2977 occurs depends on the pattern. Patterns consist of some combination of
2978 literals, destructured vectors or enum constructors, structures, records and
2979 tuples, variable binding specifications, wildcards (`..`), and placeholders
2980 (`_`). A `match` expression has a *head expression*, which is the value to
2981 compare to the patterns. The type of the patterns must equal the type of the
2982 head expression.
2983
2984 In a pattern whose head expression has an `enum` type, a placeholder (`_`)
2985 stands for a *single* data field, whereas a wildcard `..` stands for *all* the
2986 fields of a particular variant. For example:
2987
2988 ~~~~
2989 enum List<X> { Nil, Cons(X, ~List<X>) }
2990
2991 let x: List<int> = Cons(10, ~Cons(11, ~Nil));
2992
2993 match x {
2994     Cons(_, ~Nil) => fail!("singleton list"),
2995     Cons(..)      => return,
2996     Nil           => fail!("empty list")
2997 }
2998 ~~~~
2999
3000 The first pattern matches lists constructed by applying `Cons` to any head
3001 value, and a tail value of `~Nil`. The second pattern matches _any_ list
3002 constructed with `Cons`, ignoring the values of its arguments. The difference
3003 between `_` and `..` is that the pattern `C(_)` is only type-correct if `C` has
3004 exactly one argument, while the pattern `C(..)` is type-correct for any enum
3005 variant `C`, regardless of how many arguments `C` has.
3006
3007 Used inside a vector pattern, `..` stands for any number of elements. This
3008 wildcard can be used at most once for a given vector, which implies that it
3009 cannot be used to specifically match elements that are at an unknown distance
3010 from both ends of a vector, like `[.., 42, ..]`. If followed by a variable name,
3011 it will bind the corresponding slice to the variable. Example:
3012
3013 ~~~~
3014 fn is_symmetric(list: &[uint]) -> bool {
3015     match list {
3016         [] | [_]                   => true,
3017         [x, ..inside, y] if x == y => is_symmetric(inside),
3018         _                          => false
3019     }
3020 }
3021
3022 fn main() {
3023     let sym     = &[0, 1, 4, 2, 4, 1, 0];
3024     let not_sym = &[0, 1, 7, 2, 4, 1, 0];
3025     assert!(is_symmetric(sym));
3026     assert!(!is_symmetric(not_sym));
3027 }
3028 ~~~~
3029
3030 A `match` behaves differently depending on whether or not the head expression
3031 is an [lvalue or an rvalue](#lvalues-rvalues-and-temporaries).
3032 If the head expression is an rvalue, it is
3033 first evaluated into a temporary location, and the resulting value
3034 is sequentially compared to the patterns in the arms until a match
3035 is found. The first arm with a matching pattern is chosen as the branch target
3036 of the `match`, any variables bound by the pattern are assigned to local
3037 variables in the arm's block, and control enters the block.
3038
3039 When the head expression is an lvalue, the match does not allocate a
3040 temporary location (however, a by-value binding may copy or move from
3041 the lvalue). When possible, it is preferable to match on lvalues, as the
3042 lifetime of these matches inherits the lifetime of the lvalue, rather
3043 than being restricted to the inside of the match.
3044
3045 An example of a `match` expression:
3046
3047 ~~~~
3048 # fn process_pair(a: int, b: int) { }
3049 # fn process_ten() { }
3050
3051 enum List<X> { Nil, Cons(X, ~List<X>) }
3052
3053 let x: List<int> = Cons(10, ~Cons(11, ~Nil));
3054
3055 match x {
3056     Cons(a, ~Cons(b, _)) => {
3057         process_pair(a,b);
3058     }
3059     Cons(10, _) => {
3060         process_ten();
3061     }
3062     Nil => {
3063         return;
3064     }
3065     _ => {
3066         fail!();
3067     }
3068 }
3069 ~~~~
3070
3071 Patterns that bind variables
3072 default to binding to a copy or move of the matched value
3073 (depending on the matched value's type).
3074 This can be changed to bind to a reference by
3075 using the `ref` keyword,
3076 or to a mutable reference using `ref mut`.
3077
3078 Subpatterns can also be bound to variables by the use of the syntax
3079 `variable @ pattern`.
3080 For example:
3081
3082 ~~~~
3083 enum List { Nil, Cons(uint, ~List) }
3084
3085 fn is_sorted(list: &List) -> bool {
3086     match *list {
3087         Nil | Cons(_, ~Nil) => true,
3088         Cons(x, ref r @ ~Cons(y, _)) => (x <= y) && is_sorted(*r)
3089     }
3090 }
3091
3092 fn main() {
3093     let a = Cons(6, ~Cons(7, ~Cons(42, ~Nil)));
3094     assert!(is_sorted(&a));
3095 }
3096
3097 ~~~~
3098
3099 Patterns can also dereference pointers by using the `&`,
3100 `~` or `@` symbols, as appropriate. For example, these two matches
3101 on `x: &int` are equivalent:
3102
3103 ~~~~
3104 # let x = &3;
3105 let y = match *x { 0 => "zero", _ => "some" };
3106 let z = match x { &0 => "zero", _ => "some" };
3107
3108 assert_eq!(y, z);
3109 ~~~~
3110
3111 A pattern that's just an identifier, like `Nil` in the previous example,
3112 could either refer to an enum variant that's in scope, or bind a new variable.
3113 The compiler resolves this ambiguity by forbidding variable bindings that occur
3114 in `match` patterns from shadowing names of variants that are in scope.
3115 For example, wherever `List` is in scope,
3116 a `match` pattern would not be able to bind `Nil` as a new name.
3117 The compiler interprets a variable pattern `x` as a binding _only_ if there is
3118 no variant named `x` in scope.
3119 A convention you can use to avoid conflicts is simply to name variants with
3120 upper-case letters, and local variables with lower-case letters.
3121
3122 Multiple match patterns may be joined with the `|` operator.
3123 A range of values may be specified with `..`.
3124 For example:
3125
3126 ~~~~
3127 # let x = 2;
3128
3129 let message = match x {
3130   0 | 1  => "not many",
3131   2 .. 9 => "a few",
3132   _      => "lots"
3133 };
3134 ~~~~
3135
3136 Range patterns only work on scalar types
3137 (like integers and characters; not like vectors and structs, which have sub-components).
3138 A range pattern may not be a sub-range of another range pattern inside the same `match`.
3139
3140 Finally, match patterns can accept *pattern guards* to further refine the
3141 criteria for matching a case. Pattern guards appear after the pattern and
3142 consist of a bool-typed expression following the `if` keyword. A pattern
3143 guard may refer to the variables bound within the pattern they follow.
3144
3145 ~~~~
3146 # let maybe_digit = Some(0);
3147 # fn process_digit(i: int) { }
3148 # fn process_other(i: int) { }
3149
3150 let message = match maybe_digit {
3151   Some(x) if x < 10 => process_digit(x),
3152   Some(x) => process_other(x),
3153   None => fail!()
3154 };
3155 ~~~~
3156
3157 ### Return expressions
3158
3159 ~~~~ {.notrust .ebnf .gram}
3160 return_expr : "return" expr ? ;
3161 ~~~~
3162
3163 Return expressions are denoted with the keyword `return`. Evaluating a `return`
3164 expression moves its argument into the output slot of the current
3165 function, destroys the current function activation frame, and transfers
3166 control to the caller frame.
3167
3168 An example of a `return` expression:
3169
3170 ~~~~
3171 fn max(a: int, b: int) -> int {
3172    if a > b {
3173       return a;
3174    }
3175    return b;
3176 }
3177 ~~~~
3178
3179 # Type system
3180
3181 ## Types
3182
3183 Every slot, item and value in a Rust program has a type. The _type_ of a *value*
3184 defines the interpretation of the memory holding it.
3185
3186 Built-in types and type-constructors are tightly integrated into the language,
3187 in nontrivial ways that are not possible to emulate in user-defined
3188 types. User-defined types have limited capabilities.
3189
3190 ### Primitive types
3191
3192 The primitive types are the following:
3193
3194 * The "unit" type `()`, having the single "unit" value `()` (occasionally called "nil").
3195   ^[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.]
3196 * The boolean type `bool` with values `true` and `false`.
3197 * The machine types.
3198 * The machine-dependent integer and floating-point types.
3199
3200 #### Machine types
3201
3202 The machine types are the following:
3203
3204 * The unsigned word types `u8`, `u16`, `u32` and `u64`, with values drawn from
3205   the integer intervals $[0, 2^8 - 1]$, $[0, 2^{16} - 1]$, $[0, 2^{32} - 1]$ and
3206   $[0, 2^{64} - 1]$ respectively.
3207
3208 * The signed two's complement word types `i8`, `i16`, `i32` and `i64`, with
3209   values drawn from the integer intervals $[-(2^7), 2^7 - 1]$,
3210   $[-(2^{15}), 2^{15} - 1]$, $[-(2^{31}), 2^{31} - 1]$, $[-(2^{63}), 2^{63} - 1]$
3211   respectively.
3212
3213 * The IEEE 754-2008 `binary32` and `binary64` floating-point types: `f32` and
3214   `f64`, respectively.
3215
3216 #### Machine-dependent integer types
3217
3218 The Rust type `uint`^[A Rust `uint` is analogous to a C99 `uintptr_t`.] is an
3219 unsigned integer type with target-machine-dependent size. Its size, in
3220 bits, is equal to the number of bits required to hold any memory address on
3221 the target machine.
3222
3223 The Rust type `int`^[A Rust `int` is analogous to a C99 `intptr_t`.] is a
3224 two's complement signed integer type with target-machine-dependent size. Its
3225 size, in bits, is equal to the size of the rust type `uint` on the same target
3226 machine.
3227
3228 ### Textual types
3229
3230 The types `char` and `str` hold textual data.
3231
3232 A value of type `char` is a [Unicode scalar value](
3233 http://www.unicode.org/glossary/#unicode_scalar_value)
3234 (ie. a code point that is not a surrogate),
3235 represented as a 32-bit unsigned word in the 0x0000 to 0xD7FF
3236 or 0xE000 to 0x10FFFF range.
3237 A `[char]` vector is effectively an UCS-4 / UTF-32 string.
3238
3239 A value of type `str` is a Unicode string,
3240 represented as a vector of 8-bit unsigned bytes holding a sequence of UTF-8 codepoints.
3241 Since `str` is of unknown size, it is not a _first class_ type,
3242 but can only be instantiated through a pointer type,
3243 such as `&str` or `~str`.
3244
3245 ### Tuple types
3246
3247 The tuple type-constructor forms a new heterogeneous product of values similar
3248 to the record type-constructor. The differences are as follows:
3249
3250 * tuple elements cannot be mutable, unlike record fields
3251 * tuple elements are not named and can be accessed only by pattern-matching
3252
3253 Tuple types and values are denoted by listing the types or values of their
3254 elements, respectively, in a parenthesized, comma-separated
3255 list.
3256
3257 The members of a tuple are laid out in memory contiguously, like a record, in
3258 order specified by the tuple type.
3259
3260 An example of a tuple type and its use:
3261
3262 ~~~~
3263 type Pair<'a> = (int,&'a str);
3264 let p: Pair<'static> = (10,"hello");
3265 let (a, b) = p;
3266 assert!(b != "world");
3267 ~~~~
3268
3269 ### Vector types
3270
3271 The vector type constructor represents a homogeneous array of values of a given type.
3272 A vector has a fixed size.
3273 (Operations like `vec.push` operate solely on owned vectors.)
3274 A vector type can be annotated with a _definite_ size, such as `[int, ..10]`.
3275 Such a definite-sized vector type is a first-class type, since its size is known statically.
3276 A vector without such a size is said to be of _indefinite_ size,
3277 and is therefore not a _first-class_ type.
3278 An indefinite-size vector can only be instantiated through a pointer type,
3279 such as `&[T]` or `~[T]`.
3280 The kind of a vector type depends on the kind of its element type,
3281 as with other simple structural types.
3282
3283 Expressions producing vectors of definite size cannot be evaluated in a
3284 context expecting a vector of indefinite size; one must copy the
3285 definite-sized vector contents into a distinct vector of indefinite size.
3286
3287 An example of a vector type and its use:
3288
3289 ~~~~
3290 let v: &[int] = &[7, 5, 3];
3291 let i: int = v[2];
3292 assert!(i == 3);
3293 ~~~~
3294
3295 All in-bounds elements of a vector are always initialized,
3296 and access to a vector is always bounds-checked.
3297
3298 ### Structure types
3299
3300 A `struct` *type* is a heterogeneous product of other types, called the *fields* of the type.
3301 ^[`struct` types are analogous `struct` types in C,
3302 the *record* types of the ML family,
3303 or the *structure* types of the Lisp family.]
3304
3305 New instances of a `struct` can be constructed with a [struct expression](#structure-expressions).
3306
3307 The memory order of fields in a `struct` is given by the item defining it.
3308 Fields may be given in any order in a corresponding struct *expression*;
3309 the resulting `struct` value will always be laid out in memory in the order specified by the corresponding *item*.
3310
3311 The fields of a `struct` may be qualified by [visibility modifiers](#re-exporting-and-visibility),
3312 to restrict access to implementation-private data in a structure.
3313
3314 A _tuple struct_ type is just like a structure type, except that the fields are anonymous.
3315
3316 A _unit-like struct_ type is like a structure type, except that it has no fields.
3317 The one value constructed by the associated [structure expression](#structure-expressions)
3318 is the only value that inhabits such a type.
3319
3320 ### Enumerated types
3321
3322 An *enumerated type* is a nominal, heterogeneous disjoint union type,
3323 denoted by the name of an [`enum` item](#enumerations).
3324 ^[The `enum` type is analogous to a `data` constructor declaration in ML,
3325 or a *pick ADT* in Limbo.]
3326
3327 An [`enum` item](#enumerations) declares both the type and a number of *variant constructors*,
3328 each of which is independently named and takes an optional tuple of arguments.
3329
3330 New instances of an `enum` can be constructed by calling one of the variant constructors,
3331 in a [call expression](#call-expressions).
3332
3333 Any `enum` value consumes as much memory as the largest variant constructor for its corresponding `enum` type.
3334
3335 Enum types cannot be denoted *structurally* as types,
3336 but must be denoted by named reference to an [`enum` item](#enumerations).
3337
3338 ### Recursive types
3339
3340 Nominal types -- [enumerations](#enumerated-types) and [structures](#structure-types) -- may be recursive.
3341 That is, each `enum` constructor or `struct` field may refer, directly or indirectly, to the enclosing `enum` or `struct` type itself.
3342 Such recursion has restrictions:
3343
3344 * Recursive types must include a nominal type in the recursion
3345   (not mere [type definitions](#type-definitions),
3346    or other structural types such as [vectors](#vector-types) or [tuples](#tuple-types)).
3347 * A recursive `enum` item must have at least one non-recursive constructor
3348   (in order to give the recursion a basis case).
3349 * The size of a recursive type must be finite;
3350   in other words the recursive fields of the type must be [pointer types](#pointer-types).
3351 * Recursive type definitions can cross module boundaries, but not module *visibility* boundaries,
3352   or crate boundaries (in order to simplify the module system and type checker).
3353
3354 An example of a *recursive* type and its use:
3355
3356 ~~~~
3357 enum List<T> {
3358   Nil,
3359   Cons(T, ~List<T>)
3360 }
3361
3362 let a: List<int> = Cons(7, ~Cons(13, ~Nil));
3363 ~~~~
3364
3365 ### Pointer types
3366
3367 All pointers in Rust are explicit first-class values.
3368 They can be copied, stored into data structures, and returned from functions.
3369 There are four varieties of pointer in Rust:
3370
3371 Owning pointers (`~`)
3372   : These point to owned heap allocations (or "boxes") in the shared, inter-task heap.
3373     Each owned box has a single owning pointer; pointer and pointee retain a 1:1 relationship at all times.
3374     Owning pointers are written `~content`,
3375     for example `~int` means an owning pointer to an owned box containing an integer.
3376     Copying an owned box is a "deep" operation:
3377     it involves allocating a new owned box and copying the contents of the old box into the new box.
3378     Releasing an owning pointer immediately releases its corresponding owned box.
3379
3380 References (`&`)
3381   : These point to memory _owned by some other value_.
3382     References arise by (automatic) conversion from owning pointers, managed pointers,
3383     or by applying the borrowing operator `&` to some other value,
3384     including [lvalues, rvalues or temporaries](#lvalues-rvalues-and-temporaries).
3385     References are written `&content`, or in some cases `&'f content` for some lifetime-variable `f`,
3386     for example `&int` means a reference to an integer.
3387     Copying a reference is a "shallow" operation:
3388     it involves only copying the pointer itself.
3389     Releasing a reference typically has no effect on the value it points to,
3390     with the exception of temporary values,
3391     which are released when the last reference to them is released.
3392
3393 Raw pointers (`*`)
3394   : Raw pointers are pointers without safety or liveness guarantees.
3395     Raw pointers are written `*content`,
3396     for example `*int` means a raw pointer to an integer.
3397     Copying or dropping a raw pointer has no effect on the lifecycle of any other value.
3398     Dereferencing a raw pointer or converting it to any other pointer type is an [`unsafe` operation](#unsafe-functions).
3399     Raw pointers are generally discouraged in Rust code;
3400     they exist to support interoperability with foreign code,
3401     and writing performance-critical or low-level functions.
3402
3403 ### Function types
3404
3405 The function type constructor `fn` forms new function types.
3406 A function type consists of a possibly-empty set of function-type modifiers
3407 (such as `unsafe` or `extern`), a sequence of input types and an output type.
3408
3409 An example of a `fn` type:
3410
3411 ~~~~
3412 fn add(x: int, y: int) -> int {
3413   return x + y;
3414 }
3415
3416 let mut x = add(5,7);
3417
3418 type Binop<'a> = 'a |int,int| -> int;
3419 let bo: Binop = add;
3420 x = bo(5,7);
3421 ~~~~
3422
3423 ### Closure types
3424
3425 ~~~~ {.notrust .ebnf .notation}
3426 closure_type := [ 'unsafe' ] [ '<' lifetime-list '>' ] '|' arg-list '|'
3427                 [ ':' bound-list ] [ '->' type ]
3428 procedure_type := 'proc' [ '<' lifetime-list '>' ] '(' arg-list ')'
3429                   [ ':' bound-list ] [ '->' type ]
3430 lifetime-list := lifetime | lifetime ',' lifetime-list
3431 arg-list := ident ':' type | ident ':' type ',' arg-list
3432 bound-list := bound | bound '+' bound-list
3433 bound := path | lifetime
3434 ~~~~
3435
3436 The type of a closure mapping an input of type `A` to an output of type `B` is
3437 `|A| -> B`. A closure with no arguments or return values has type `||`.
3438 Similarly, a procedure mapping `A` to `B` is `proc(A) -> B` and a no-argument
3439 and no-return value closure has type `proc()`.
3440
3441 An example of creating and calling a closure:
3442
3443 ```rust
3444 let captured_var = 10;
3445
3446 let closure_no_args = || println!("captured_var={}", captured_var);
3447
3448 let closure_args = |arg: int| -> int {
3449   println!("captured_var={}, arg={}", captured_var, arg);
3450   arg // Note lack of semicolon after 'arg'
3451 };
3452
3453 fn call_closure(c1: ||, c2: |int| -> int) {
3454   c1();
3455   c2(2);
3456 }
3457
3458 call_closure(closure_no_args, closure_args);
3459
3460 ```
3461
3462 Unlike closures, procedures may only be invoked once, but own their
3463 environment, and are allowed to move out of their environment. Procedures are
3464 allocated on the heap (unlike closures). An example of creating and calling a
3465 procedure:
3466
3467 ```rust
3468 let string = ~"Hello";
3469
3470 // Creates a new procedure, passing it to the `spawn` function.
3471 spawn(proc() {
3472   println!("{} world!", string);
3473 });
3474
3475 // the variable `string` has been moved into the previous procedure, so it is
3476 // no longer usable.
3477
3478
3479 // Create an invoke a procedure. Note that the procedure is *moved* when
3480 // invoked, so it cannot be invoked again.
3481 let f = proc(n: int) { n + 22 };
3482 println!("answer: {}", f(20));
3483
3484 ```
3485
3486 ### Object types
3487
3488 Every trait item (see [traits](#traits)) defines a type with the same name as the trait.
3489 This type is called the _object type_ of the trait.
3490 Object types permit "late binding" of methods, dispatched using _virtual method tables_ ("vtables").
3491 Whereas most calls to trait methods are "early bound" (statically resolved) to specific implementations at compile time,
3492 a call to a method on an object type is only resolved to a vtable entry at compile time.
3493 The actual implementation for each vtable entry can vary on an object-by-object basis.
3494
3495 Given a pointer-typed expression `E` of type `&T` or `~T`, where `T` implements trait `R`,
3496 casting `E` to the corresponding pointer type `&R` or `~R` results in a value of the _object type_ `R`.
3497 This result is represented as a pair of pointers:
3498 the vtable pointer for the `T` implementation of `R`, and the pointer value of `E`.
3499
3500 An example of an object type:
3501
3502 ~~~~
3503 trait Printable {
3504   fn to_string(&self) -> ~str;
3505 }
3506
3507 impl Printable for int {
3508   fn to_string(&self) -> ~str { self.to_str() }
3509 }
3510
3511 fn print(a: ~Printable) {
3512    println!("{}", a.to_string());
3513 }
3514
3515 fn main() {
3516    print(~10 as ~Printable);
3517 }
3518 ~~~~
3519
3520 In this example, the trait `Printable` occurs as an object type in both the type signature of `print`,
3521 and the cast expression in `main`.
3522
3523 ### Type parameters
3524
3525 Within the body of an item that has type parameter declarations, the names of its type parameters are types:
3526
3527 ~~~~
3528 fn map<A: Clone, B: Clone>(f: |A| -> B, xs: &[A]) -> ~[B] {
3529     if xs.len() == 0 {
3530        return ~[];
3531     }
3532     let first: B = f(xs[0].clone());
3533     let rest: ~[B] = map(f, xs.slice(1, xs.len()));
3534     return ~[first] + rest;
3535 }
3536 ~~~~
3537
3538 Here, `first` has type `B`, referring to `map`'s `B` type parameter;
3539 and `rest` has type `~[B]`, a vector type with element type `B`.
3540
3541 ### Self types
3542
3543 The special type `self` has a meaning within methods inside an
3544 impl item. It refers to the type of the implicit `self` argument. For
3545 example, in:
3546
3547 ~~~~
3548 trait Printable {
3549   fn make_string(&self) -> ~str;
3550 }
3551
3552 impl Printable for ~str {
3553     fn make_string(&self) -> ~str {
3554         (*self).clone()
3555     }
3556 }
3557 ~~~~
3558
3559 `self` refers to the value of type `~str` that is the receiver for a
3560 call to the method `make_string`.
3561
3562 ## Type kinds
3563
3564 Types in Rust are categorized into kinds, based on various properties of the components of the type.
3565 The kinds are:
3566
3567 `Send`
3568   : Types of this kind can be safely sent between tasks.
3569     This kind includes scalars, owning pointers, owned closures, and
3570     structural types containing only other owned types.
3571     All `Send` types are `'static`.
3572 `Copy`
3573   : Types of this kind consist of "Plain Old Data"
3574     which can be copied by simply moving bits.
3575     All values of this kind can be implicitly copied.
3576     This kind includes scalars and immutable references,
3577     as well as structural types containing other `Copy` types.
3578 `'static`
3579   : Types of this kind do not contain any references (except for
3580     references with the `static` lifetime, which are allowed).
3581     This can be a useful guarantee for code
3582     that breaks borrowing assumptions
3583     using [`unsafe` operations](#unsafe-functions).
3584 `Drop`
3585   : This is not strictly a kind,
3586     but its presence interacts with kinds:
3587     the `Drop` trait provides a single method `drop`
3588     that takes no parameters,
3589     and is run when values of the type are dropped.
3590     Such a method is called a "destructor",
3591     and are always executed in "top-down" order:
3592     a value is completely destroyed
3593     before any of the values it owns run their destructors.
3594     Only `Send` types can implement `Drop`.
3595
3596 _Default_
3597   : Types with destructors, closure environments,
3598     and various other _non-first-class_ types,
3599     are not copyable at all.
3600     Such types can usually only be accessed through pointers,
3601     or in some cases, moved between mutable locations.
3602
3603 Kinds can be supplied as _bounds_ on type parameters, like traits,
3604 in which case the parameter is constrained to types satisfying that kind.
3605
3606 By default, type parameters do not carry any assumed kind-bounds at all.
3607 When instantiating a type parameter,
3608 the kind bounds on the parameter are checked
3609 to be the same or narrower than the kind
3610 of the type that it is instantiated with.
3611
3612 Sending operations are not part of the Rust language,
3613 but are implemented in the library.
3614 Generic functions that send values
3615 bound the kind of these values to sendable.
3616
3617 # Memory and concurrency models
3618
3619 Rust has a memory model centered around concurrently-executing _tasks_. Thus
3620 its memory model and its concurrency model are best discussed simultaneously,
3621 as parts of each only make sense when considered from the perspective of the
3622 other.
3623
3624 When reading about the memory model, keep in mind that it is partitioned in
3625 order to support tasks; and when reading about tasks, keep in mind that their
3626 isolation and communication mechanisms are only possible due to the ownership
3627 and lifetime semantics of the memory model.
3628
3629 ## Memory model
3630
3631 A Rust program's memory consists of a static set of *items*, a set of
3632 [tasks](#tasks) each with its own *stack*, and a *heap*. Immutable portions of
3633 the heap may be shared between tasks, mutable portions may not.
3634
3635 Allocations in the stack consist of *slots*, and allocations in the heap
3636 consist of *boxes*.
3637
3638 ### Memory allocation and lifetime
3639
3640 The _items_ of a program are those functions, modules and types
3641 that have their value calculated at compile-time and stored uniquely in the
3642 memory image of the rust process. Items are neither dynamically allocated nor
3643 freed.
3644
3645 A task's _stack_ consists of activation frames automatically allocated on
3646 entry to each function as the task executes. A stack allocation is reclaimed
3647 when control leaves the frame containing it.
3648
3649 The _heap_ is a general term that describes two separate sets of boxes:
3650 managed boxes -- which may be subject to garbage collection -- and owned
3651 boxes.  The lifetime of an allocation in the heap depends on the lifetime of
3652 the box values pointing to it. Since box values may themselves be passed in
3653 and out of frames, or stored in the heap, heap allocations may outlive the
3654 frame they are allocated within.
3655
3656 ### Memory ownership
3657
3658 A task owns all memory it can *safely* reach through local variables,
3659 as well as managed, owned boxes and references.
3660
3661 When a task sends a value that has the `Send` trait to another task,
3662 it loses ownership of the value sent and can no longer refer to it.
3663 This is statically guaranteed by the combined use of "move semantics",
3664 and the compiler-checked _meaning_ of the `Send` trait:
3665 it is only instantiated for (transitively) sendable kinds of data constructor and pointers,
3666 never including managed boxes or references.
3667
3668 When a stack frame is exited, its local allocations are all released, and its
3669 references to boxes (both managed and owned) are dropped.
3670
3671 A managed box may (in the case of a recursive, mutable managed type) be cyclic;
3672 in this case the release of memory inside the managed structure may be deferred
3673 until task-local garbage collection can reclaim it. Code can ensure no such
3674 delayed deallocation occurs by restricting itself to owned boxes and similar
3675 unmanaged kinds of data.
3676
3677 When a task finishes, its stack is necessarily empty and it therefore has no
3678 references to any boxes; the remainder of its heap is immediately freed.
3679
3680 ### Memory slots
3681
3682 A task's stack contains slots.
3683
3684 A _slot_ is a component of a stack frame, either a function parameter,
3685 a [temporary](#lvalues-rvalues-and-temporaries), or a local variable.
3686
3687 A _local variable_ (or *stack-local* allocation) holds a value directly,
3688 allocated within the stack's memory. The value is a part of the stack frame.
3689
3690 Local variables are immutable unless declared otherwise like: `let mut x = ...`.
3691
3692 Function parameters are immutable unless declared with `mut`. The
3693 `mut` keyword applies only to the following parameter (so `|mut x, y|`
3694 and `fn f(mut x: ~int, y: ~int)` declare one mutable variable `x` and
3695 one immutable variable `y`).
3696
3697 Methods that take either `self` or `~self` can optionally place them in a
3698 mutable slot by prefixing them with `mut` (similar to regular arguments):
3699
3700 ~~~
3701 trait Changer {
3702     fn change(mut self) -> Self;
3703     fn modify(mut ~self) -> ~Self;
3704 }
3705 ~~~
3706
3707 Local variables are not initialized when allocated; the entire frame worth of
3708 local variables are allocated at once, on frame-entry, in an uninitialized
3709 state. Subsequent statements within a function may or may not initialize the
3710 local variables. Local variables can be used only after they have been
3711 initialized; this is enforced by the compiler.
3712
3713 ### Owned boxes
3714
3715 An  _owned box_ is a reference to a heap allocation holding another value, which is constructed
3716 by the prefix *tilde* sigil `~`
3717
3718 An example of an owned box type and value:
3719
3720 ~~~~
3721 let x: ~int = ~10;
3722 ~~~~
3723
3724 Owned box values exist in 1:1 correspondence with their heap allocation
3725 copying an owned box value makes a shallow copy of the pointer
3726 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.
3727
3728 ~~~~
3729 let x: ~int = ~10;
3730 let y = x;
3731 // attempting to use `x` will result in an error here
3732 ~~~~
3733
3734
3735
3736 ## Tasks
3737
3738 An executing Rust program consists of a tree of tasks.
3739 A Rust _task_ consists of an entry function, a stack,
3740 a set of outgoing communication channels and incoming communication ports,
3741 and ownership of some portion of the heap of a single operating-system process.
3742 (We expect that many programs will not use channels and ports directly,
3743 but will instead use higher-level abstractions provided in standard libraries,
3744 such as pipes.)
3745
3746 Multiple Rust tasks may coexist in a single operating-system process.
3747 The runtime scheduler maps tasks to a certain number of operating-system threads.
3748 By default, the scheduler chooses the number of threads based on
3749 the number of concurrent physical CPUs detected at startup.
3750 It's also possible to override this choice at runtime.
3751 When the number of tasks exceeds the number of threads -- which is likely --
3752 the scheduler multiplexes the tasks onto threads.^[
3753 This is an M:N scheduler,
3754 which is known to give suboptimal results for CPU-bound concurrency problems.
3755 In such cases, running with the same number of threads and tasks can yield better results.
3756 Rust has M:N scheduling in order to support very large numbers of tasks
3757 in contexts where threads are too resource-intensive to use in large number.
3758 The cost of threads varies substantially per operating system, and is sometimes quite low,
3759 so this flexibility is not always worth exploiting.]
3760
3761 ### Communication between tasks
3762
3763 Rust tasks are isolated and generally unable to interfere with one another's memory directly,
3764 except through [`unsafe` code](#unsafe-functions).
3765 All contact between tasks is mediated by safe forms of ownership transfer,
3766 and data races on memory are prohibited by the type system.
3767
3768 Inter-task communication and co-ordination facilities are provided in the standard library.
3769 These include:
3770
3771   - synchronous and asynchronous communication channels with various communication topologies
3772   - read-only and read-write shared variables with various safe mutual exclusion patterns
3773   - simple locks and semaphores
3774
3775 When such facilities carry values, the values are restricted to the [`Send` type-kind](#type-kinds).
3776 Restricting communication interfaces to this kind ensures that no references or managed pointers move between tasks.
3777 Thus access to an entire data structure can be mediated through its owning "root" value;
3778 no further locking or copying is required to avoid data races within the substructure of such a value.
3779
3780 ### Task lifecycle
3781
3782 The _lifecycle_ of a task consists of a finite set of states and events
3783 that cause transitions between the states. The lifecycle states of a task are:
3784
3785 * running
3786 * blocked
3787 * failing
3788 * dead
3789
3790 A task begins its lifecycle -- once it has been spawned -- in the *running*
3791 state. In this state it executes the statements of its entry function, and any
3792 functions called by the entry function.
3793
3794 A task may transition from the *running* state to the *blocked*
3795 state any time it makes a blocking communication call. When the
3796 call can be completed -- when a message arrives at a sender, or a
3797 buffer opens to receive a message -- then the blocked task will
3798 unblock and transition back to *running*.
3799
3800 A task may transition to the *failing* state at any time, due being
3801 killed by some external event or internally, from the evaluation of a
3802 `fail!()` macro. Once *failing*, a task unwinds its stack and
3803 transitions to the *dead* state. Unwinding the stack of a task is done by
3804 the task itself, on its own control stack. If a value with a destructor is
3805 freed during unwinding, the code for the destructor is run, also on the task's
3806 control stack. Running the destructor code causes a temporary transition to a
3807 *running* state, and allows the destructor code to cause any subsequent
3808 state transitions.  The original task of unwinding and failing thereby may
3809 suspend temporarily, and may involve (recursive) unwinding of the stack of a
3810 failed destructor. Nonetheless, the outermost unwinding activity will continue
3811 until the stack is unwound and the task transitions to the *dead*
3812 state. There is no way to "recover" from task failure.  Once a task has
3813 temporarily suspended its unwinding in the *failing* state, failure
3814 occurring from within this destructor results in *hard* failure.
3815 A hard failure currently results in the process aborting.
3816
3817 A task in the *dead* state cannot transition to other states; it exists
3818 only to have its termination status inspected by other tasks, and/or to await
3819 reclamation when the last reference to it drops.
3820
3821 ### Task scheduling
3822
3823 The currently scheduled task is given a finite *time slice* in which to
3824 execute, after which it is *descheduled* at a loop-edge or similar
3825 preemption point, and another task within is scheduled, pseudo-randomly.
3826
3827 An executing task can yield control at any time, by making a library call to
3828 `std::task::yield`, which deschedules it immediately. Entering any other
3829 non-executing state (blocked, dead) similarly deschedules the task.
3830
3831 # Runtime services, linkage and debugging
3832
3833 The Rust _runtime_ is a relatively compact collection of C++ and Rust code
3834 that provides fundamental services and datatypes to all Rust tasks at
3835 run-time. It is smaller and simpler than many modern language runtimes. It is
3836 tightly integrated into the language's execution model of memory, tasks,
3837 communication and logging.
3838
3839 > **Note:** The runtime library will merge with the `std` library in future versions of Rust.
3840
3841 ### Memory allocation
3842
3843 The runtime memory-management system is based on a _service-provider interface_,
3844 through which the runtime requests blocks of memory from its environment
3845 and releases them back to its environment when they are no longer needed.
3846 The default implementation of the service-provider interface
3847 consists of the C runtime functions `malloc` and `free`.
3848
3849 The runtime memory-management system, in turn, supplies Rust tasks with
3850 facilities for allocating releasing stacks, as well as allocating and freeing
3851 heap data.
3852
3853 ### Built in types
3854
3855 The runtime provides C and Rust code to assist with various built-in types,
3856 such as vectors, strings, and the low level communication system (ports,
3857 channels, tasks).
3858
3859 Support for other built-in types such as simple types, tuples, records, and
3860 enums is open-coded by the Rust compiler.
3861
3862 ### Task scheduling and communication
3863
3864 The runtime provides code to manage inter-task communication.  This includes
3865 the system of task-lifecycle state transitions depending on the contents of
3866 queues, as well as code to copy values between queues and their recipients and
3867 to serialize values for transmission over operating-system inter-process
3868 communication facilities.
3869
3870 ### Linkage
3871
3872 The Rust compiler supports various methods to link crates together both
3873 statically and dynamically. This section will explore the various methods to
3874 link Rust crates together, and more information about native libraries can be
3875 found in the [ffi tutorial][ffi].
3876
3877 In one session of compilation, the compiler can generate multiple artifacts
3878 through the usage of command line flags and the `crate_type` attribute.
3879
3880 * `--crate-type=bin`, `#[crate_type = "bin"]` - A runnable executable will be
3881   produced.  This requires that there is a `main` function in the crate which
3882   will be run when the program begins executing. This will link in all Rust and
3883   native dependencies, producing a distributable binary.
3884
3885 * `--crate-type=lib`, `#[crate_type = "lib"]` - A Rust library will be produced.
3886   This is an ambiguous concept as to what exactly is produced because a library
3887   can manifest itself in several forms. The purpose of this generic `lib` option
3888   is to generate the "compiler recommended" style of library. The output library
3889   will always be usable by rustc, but the actual type of library may change from
3890   time-to-time. The remaining output types are all different flavors of
3891   libraries, and the `lib` type can be seen as an alias for one of them (but the
3892   actual one is compiler-defined).
3893
3894 * `--crate-type=dylib`, `#[crate_type = "dylib"]` - A dynamic Rust library will
3895   be produced. This is different from the `lib` output type in that this forces
3896   dynamic library generation. The resulting dynamic library can be used as a
3897   dependency for other libraries and/or executables.  This output type will
3898   create `*.so` files on linux, `*.dylib` files on osx, and `*.dll` files on
3899   windows.
3900
3901 * `--crate-type=staticlib`, `#[crate_type = "staticlib"]` - A static system
3902   library will be produced. This is different from other library outputs in that
3903   the Rust compiler will never attempt to link to `staticlib` outputs. The
3904   purpose of this output type is to create a static library containing all of
3905   the local crate's code along with all upstream dependencies. The static
3906   library is actually a `*.a` archive on linux and osx and a `*.lib` file on
3907   windows. This format is recommended for use in situtations such as linking
3908   Rust code into an existing non-Rust application because it will not have
3909   dynamic dependencies on other Rust code.
3910
3911 * `--crate-type=rlib`, `#[crate_type = "rlib"]` - A "Rust library" file will be
3912   produced.  This is used as an intermediate artifact and can be thought of as a
3913   "static Rust library". These `rlib` files, unlike `staticlib` files, are
3914   interpreted by the Rust compiler in future linkage. This essentially means
3915   that `rustc` will look for metadata in `rlib` files like it looks for metadata
3916   in dynamic libraries. This form of output is used to produce statically linked
3917   executables as well as `staticlib` outputs.
3918
3919 Note that these outputs are stackable in the sense that if multiple are
3920 specified, then the compiler will produce each form of output at once without
3921 having to recompile.
3922
3923 With all these different kinds of outputs, if crate A depends on crate B, then
3924 the compiler could find B in various different forms throughout the system. The
3925 only forms looked for by the compiler, however, are the `rlib` format and the
3926 dynamic library format. With these two options for a dependent library, the
3927 compiler must at some point make a choice between these two formats. With this
3928 in mind, the compiler follows these rules when determining what format of
3929 dependencies will be used:
3930
3931 1. If a dynamic library is being produced, then it is required for all upstream
3932    Rust dependencies to also be dynamic. This is a limitation of the current
3933    implementation of the linkage model.  The reason behind this limitation is to
3934    prevent multiple copies of the same upstream library from showing up, and in
3935    the future it is planned to support a mixture of dynamic and static linking.
3936
3937    When producing a dynamic library, the compiler will generate an error if an
3938    upstream dependency could not be found, and also if an upstream dependency
3939    could only be found in an `rlib` format. Remember that `staticlib` formats
3940    are always ignored by `rustc` for crate-linking purposes.
3941
3942 2. If a static library is being produced, all upstream dependecies are
3943    required to be available in `rlib` formats. This requirement stems from the
3944    same reasons that a dynamic library must have all dynamic dependencies.
3945
3946    Note that it is impossible to link in native dynamic dependencies to a static
3947    library, and in this case warnings will be printed about all unlinked native
3948    dynamic dependencies.
3949
3950 3. If an `rlib` file is being produced, then there are no restrictions on what
3951    format the upstream dependencies are available in. It is simply required that
3952    all upstream dependencies be available for reading metadata from.
3953
3954    The reason for this is that `rlib` files do not contain any of their upstream
3955    dependencies. It wouldn't be very efficient for all `rlib` files to contain a
3956    copy of `libstd.rlib`!
3957
3958 4. If an executable is being produced, then things get a little interesting. As
3959    with the above limitations in dynamic and static libraries, it is required
3960    for all upstream dependencies to be in the same format. The next question is
3961    whether to prefer a dynamic or a static format. The compiler currently favors
3962    static linking over dynamic linking, but this can be inverted with the `-C
3963    prefer-dynamic` flag to the compiler.
3964
3965    What this means is that first the compiler will attempt to find all upstream
3966    dependencies as `rlib` files, and if successful, it will create a statically
3967    linked executable. If an upstream dependency is missing as an `rlib` file,
3968    then the compiler will force all dependencies to be dynamic and will generate
3969    errors if dynamic versions could not be found.
3970
3971 In general, `--crate-type=bin` or `--crate-type=lib` should be sufficient for
3972 all compilation needs, and the other options are just available if more
3973 fine-grained control is desired over the output format of a Rust crate.
3974
3975 ### Logging system
3976
3977 The runtime contains a system for directing [logging
3978 expressions](#logging-expressions) to a logging console and/or internal logging
3979 buffers. Logging can be enabled per module.
3980
3981 Logging output is enabled by setting the `RUST_LOG` environment
3982 variable.  `RUST_LOG` accepts a logging specification made up of a
3983 comma-separated list of paths, with optional log levels. For each
3984 module containing log expressions, if `RUST_LOG` contains the path to
3985 that module or a parent of that module, then logs of the appropriate
3986 level will be output to the console.
3987
3988 The path to a module consists of the crate name, any parent modules,
3989 then the module itself, all separated by double colons (`::`).  The
3990 optional log level can be appended to the module path with an equals
3991 sign (`=`) followed by the log level, from 1 to 4, inclusive. Level 1
3992 is the error level, 2 is warning, 3 info, and 4 debug. You can also
3993 use the symbolic constants `error`, `warn`, `info`, and `debug`.  Any
3994 logs less than or equal to the specified level will be output. If not
3995 specified then log level 4 is assumed.  Debug messages can be omitted
3996 by passing `--cfg ndebug` to `rustc`.
3997
3998 As an example, to see all the logs generated by the compiler, you would set
3999 `RUST_LOG` to `rustc`, which is the crate name (as specified in its `crate_id`
4000 [attribute](#attributes)). To narrow down the logs to just crate resolution,
4001 you would set it to `rustc::metadata::creader`. To see just error logging
4002 use `rustc=0`.
4003
4004 Note that when compiling source files that don't specify a
4005 crate name the crate is given a default name that matches the source file,
4006 with the extension removed. In that case, to turn on logging for a program
4007 compiled from, e.g. `helloworld.rs`, `RUST_LOG` should be set to `helloworld`.
4008
4009 As a convenience, the logging spec can also be set to a special pseudo-crate,
4010 `::help`. In this case, when the application starts, the runtime will
4011 simply output a list of loaded modules containing log expressions, then exit.
4012
4013 #### Logging Expressions
4014
4015 Rust provides several macros to log information. Here's a simple Rust program
4016 that demonstrates all four of them:
4017
4018 ~~~~
4019 #![feature(phase)]
4020 #[phase(syntax, link)] extern crate log;
4021
4022 fn main() {
4023     error!("This is an error log")
4024     warn!("This is a warn log")
4025     info!("this is an info log")
4026     debug!("This is a debug log")
4027 }
4028 ~~~~
4029
4030 These four log levels correspond to levels 1-4, as controlled by `RUST_LOG`:
4031
4032 ``` {.bash .notrust}
4033 $ RUST_LOG=rust=3 ./rust
4034 This is an error log
4035 This is a warn log
4036 this is an info log
4037 ```
4038
4039 # Appendix: Rationales and design tradeoffs
4040
4041 *TODO*.
4042
4043 # Appendix: Influences and further references
4044
4045 ## Influences
4046
4047 >  The essential problem that must be solved in making a fault-tolerant
4048 >  software system is therefore that of fault-isolation. Different programmers
4049 >  will write different modules, some modules will be correct, others will have
4050 >  errors. We do not want the errors in one module to adversely affect the
4051 >  behaviour of a module which does not have any errors.
4052 >
4053 >  &mdash; Joe Armstrong
4054
4055 >  In our approach, all data is private to some process, and processes can
4056 >  only communicate through communications channels. *Security*, as used
4057 >  in this paper, is the property which guarantees that processes in a system
4058 >  cannot affect each other except by explicit communication.
4059 >
4060 >  When security is absent, nothing which can be proven about a single module
4061 >  in isolation can be guaranteed to hold when that module is embedded in a
4062 >  system [...]
4063 >
4064 >  &mdash; Robert Strom and Shaula Yemini
4065
4066 >  Concurrent and applicative programming complement each other. The
4067 >  ability to send messages on channels provides I/O without side effects,
4068 >  while the avoidance of shared data helps keep concurrent processes from
4069 >  colliding.
4070 >
4071 >  &mdash; Rob Pike
4072
4073 Rust is not a particularly original language. It may however appear unusual
4074 by contemporary standards, as its design elements are drawn from a number of
4075 "historical" languages that have, with a few exceptions, fallen out of
4076 favour. Five prominent lineages contribute the most, though their influences
4077 have come and gone during the course of Rust's development:
4078
4079 * The NIL (1981) and Hermes (1990) family. These languages were developed by
4080   Robert Strom, Shaula Yemini, David Bacon and others in their group at IBM
4081   Watson Research Center (Yorktown Heights, NY, USA).
4082
4083 * The Erlang (1987) language, developed by Joe Armstrong, Robert Virding, Claes
4084   Wikstr&ouml;m, Mike Williams and others in their group at the Ericsson Computer
4085   Science Laboratory (&Auml;lvsj&ouml;, Stockholm, Sweden) .
4086
4087 * The Sather (1990) language, developed by Stephen Omohundro, Chu-Cheow Lim,
4088   Heinz Schmidt and others in their group at The International Computer
4089   Science Institute of the University of California, Berkeley (Berkeley, CA,
4090   USA).
4091
4092 * The Newsqueak (1988), Alef (1995), and Limbo (1996) family. These
4093   languages were developed by Rob Pike, Phil Winterbottom, Sean Dorward and
4094   others in their group at Bell Labs Computing Sciences Research Center
4095   (Murray Hill, NJ, USA).
4096
4097 * The Napier (1985) and Napier88 (1988) family. These languages were
4098   developed by Malcolm Atkinson, Ron Morrison and others in their group at
4099   the University of St. Andrews (St. Andrews, Fife, UK).
4100
4101 Additional specific influences can be seen from the following languages:
4102
4103 * The structural algebraic types and compilation manager of SML.
4104 * The attribute and assembly systems of C#.
4105 * The references and deterministic destructor system of C++.
4106 * The memory region systems of the ML Kit and Cyclone.
4107 * The typeclass system of Haskell.
4108 * The lexical identifier rule of Python.
4109 * The block syntax of Ruby.
4110
4111 [ffi]: guide-ffi.html