3e02116bcdff378fc166bd4d16611515434f9daa
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcDeriv.lhs
1 %
2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
3 %
4 \section[TcDeriv]{Deriving}
5
6 Handles @deriving@ clauses on @data@ declarations.
7
8 \begin{code}
9 module TcDeriv ( tcDeriving ) where
10
11 #include "HsVersions.h"
12
13 import HsSyn            ( HsBinds(..), MonoBinds(..), TyClDecl(..),
14                           andMonoBindList, collectMonoBinders )
15 import RdrHsSyn         ( RdrNameMonoBinds )
16 import RnHsSyn          ( RenamedHsBinds, RenamedMonoBinds, RenamedTyClDecl, RenamedHsPred )
17 import CmdLineOpts      ( DynFlag(..) )
18
19 import TcRnMonad
20 import TcEnv            ( tcExtendTempInstEnv, newDFunName, 
21                           InstInfo(..), pprInstInfo, InstBindings(..),
22                           pprInstInfoDetails, tcLookupTyCon, tcExtendTyVarEnv
23                         )
24 import TcGenDeriv       -- Deriv stuff
25 import InstEnv          ( simpleDFunClassTyCon )
26 import TcMonoType       ( tcHsPred )
27 import TcSimplify       ( tcSimplifyDeriv )
28
29 import RnBinds          ( rnMethodBinds, rnTopMonoBinds )
30 import RnEnv            ( bindLocalsFV, extendTyVarEnvFVRn )
31 import TcRnMonad        ( thenM, returnM, mapAndUnzipM )
32 import HscTypes         ( DFunId )
33
34 import BasicTypes       ( NewOrData(..) )
35 import Class            ( className, classArity, classKey, classTyVars, classSCTheta, Class )
36 import Subst            ( mkTyVarSubst, substTheta )
37 import ErrUtils         ( dumpIfSet_dyn )
38 import MkId             ( mkDictFunId )
39 import DataCon          ( dataConOrigArgTys, isNullaryDataCon, isExistentialDataCon )
40 import Maybes           ( maybeToBool, catMaybes )
41 import Name             ( Name, getSrcLoc, nameUnique )
42 import Unique           ( getUnique )
43 import NameSet
44 import RdrName          ( RdrName )
45
46 import TyCon            ( tyConTyVars, tyConDataCons, tyConArity, 
47                           tyConTheta, maybeTyConSingleCon, isDataTyCon,
48                           isEnumerationTyCon, isRecursiveTyCon, TyCon
49                         )
50 import TcType           ( TcType, ThetaType, mkTyVarTy, mkTyVarTys, mkTyConApp, 
51                           getClassPredTys_maybe,
52                           isUnLiftedType, mkClassPred, tyVarsOfTypes, tcSplitFunTys, isTypeKind,
53                           tcEqTypes, tcSplitAppTys, mkAppTys, tcSplitDFunTy )
54 import Var              ( TyVar, tyVarKind, idType, varName )
55 import VarSet           ( mkVarSet, subVarSet )
56 import PrelNames
57 import Util             ( zipWithEqual, sortLt, notNull )
58 import ListSetOps       ( removeDups,  assoc )
59 import Outputable
60 \end{code}
61
62 %************************************************************************
63 %*                                                                      *
64 \subsection[TcDeriv-intro]{Introduction to how we do deriving}
65 %*                                                                      *
66 %************************************************************************
67
68 Consider
69
70         data T a b = C1 (Foo a) (Bar b)
71                    | C2 Int (T b a)
72                    | C3 (T a a)
73                    deriving (Eq)
74
75 [NOTE: See end of these comments for what to do with 
76         data (C a, D b) => T a b = ...
77 ]
78
79 We want to come up with an instance declaration of the form
80
81         instance (Ping a, Pong b, ...) => Eq (T a b) where
82                 x == y = ...
83
84 It is pretty easy, albeit tedious, to fill in the code "...".  The
85 trick is to figure out what the context for the instance decl is,
86 namely @Ping@, @Pong@ and friends.
87
88 Let's call the context reqd for the T instance of class C at types
89 (a,b, ...)  C (T a b).  Thus:
90
91         Eq (T a b) = (Ping a, Pong b, ...)
92
93 Now we can get a (recursive) equation from the @data@ decl:
94
95         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
96                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
97                    u Eq (T a a)                 -- From C3
98
99 Foo and Bar may have explicit instances for @Eq@, in which case we can
100 just substitute for them.  Alternatively, either or both may have
101 their @Eq@ instances given by @deriving@ clauses, in which case they
102 form part of the system of equations.
103
104 Now all we need do is simplify and solve the equations, iterating to
105 find the least fixpoint.  Notice that the order of the arguments can
106 switch around, as here in the recursive calls to T.
107
108 Let's suppose Eq (Foo a) = Eq a, and Eq (Bar b) = Ping b.
109
110 We start with:
111
112         Eq (T a b) = {}         -- The empty set
113
114 Next iteration:
115         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
116                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
117                    u Eq (T a a)                 -- From C3
118
119         After simplification:
120                    = Eq a u Ping b u {} u {} u {}
121                    = Eq a u Ping b
122
123 Next iteration:
124
125         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
126                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
127                    u Eq (T a a)                 -- From C3
128
129         After simplification:
130                    = Eq a u Ping b
131                    u (Eq b u Ping a)
132                    u (Eq a u Ping a)
133
134                    = Eq a u Ping b u Eq b u Ping a
135
136 The next iteration gives the same result, so this is the fixpoint.  We
137 need to make a canonical form of the RHS to ensure convergence.  We do
138 this by simplifying the RHS to a form in which
139
140         - the classes constrain only tyvars
141         - the list is sorted by tyvar (major key) and then class (minor key)
142         - no duplicates, of course
143
144 So, here are the synonyms for the ``equation'' structures:
145
146 \begin{code}
147 type DerivEqn = (Name, Class, TyCon, [TyVar], DerivRhs)
148                 -- The Name is the name for the DFun we'll build
149                 -- The tyvars bind all the variables in the RHS
150
151 pprDerivEqn (n,c,tc,tvs,rhs)
152   = parens (hsep [ppr n, ppr c, ppr tc, ppr tvs] <+> equals <+> ppr rhs)
153
154 type DerivRhs  = ThetaType
155 type DerivSoln = DerivRhs
156 \end{code}
157
158
159 [Data decl contexts] A note about contexts on data decls
160 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
161 Consider
162
163         data (RealFloat a) => Complex a = !a :+ !a deriving( Read )
164
165 We will need an instance decl like:
166
167         instance (Read a, RealFloat a) => Read (Complex a) where
168           ...
169
170 The RealFloat in the context is because the read method for Complex is bound
171 to construct a Complex, and doing that requires that the argument type is
172 in RealFloat. 
173
174 But this ain't true for Show, Eq, Ord, etc, since they don't construct
175 a Complex; they only take them apart.
176
177 Our approach: identify the offending classes, and add the data type
178 context to the instance decl.  The "offending classes" are
179
180         Read, Enum?
181
182 FURTHER NOTE ADDED March 2002.  In fact, Haskell98 now requires that
183 pattern matching against a constructor from a data type with a context
184 gives rise to the constraints for that context -- or at least the thinned
185 version.  So now all classes are "offending".
186
187
188
189 %************************************************************************
190 %*                                                                      *
191 \subsection[TcDeriv-driver]{Top-level function for \tr{derivings}}
192 %*                                                                      *
193 %************************************************************************
194
195 \begin{code}
196 tcDeriving  :: [RenamedTyClDecl]        -- All type constructors
197             -> TcM ([InstInfo],         -- The generated "instance decls".
198                     RenamedHsBinds,     -- Extra generated bindings
199                     FreeVars)           -- These are free in the generated bindings
200
201 tcDeriving tycl_decls
202   = recoverM (returnM ([], EmptyBinds, emptyFVs)) $
203     getDOpts                    `thenM` \ dflags ->
204
205         -- Fish the "deriving"-related information out of the TcEnv
206         -- and make the necessary "equations".
207     makeDerivEqns tycl_decls                            `thenM` \ (ordinary_eqns, newtype_inst_info) ->
208     tcExtendTempInstEnv (map iDFunId newtype_inst_info) $
209         -- Add the newtype-derived instances to the inst env
210         -- before tacking the "ordinary" ones
211
212     deriveOrdinaryStuff ordinary_eqns                   `thenM` \ (ordinary_inst_info, binds, fvs) ->
213     let
214         inst_info  = newtype_inst_info ++ ordinary_inst_info
215     in
216
217     ioToTcRn (dumpIfSet_dyn dflags Opt_D_dump_deriv "Derived instances" 
218              (ddump_deriving inst_info binds))          `thenM_`
219
220     returnM (inst_info, binds, fvs)
221
222   where
223     ddump_deriving :: [InstInfo] -> RenamedHsBinds -> SDoc
224     ddump_deriving inst_infos extra_binds
225       = vcat (map ppr_info inst_infos) $$ ppr extra_binds
226
227     ppr_info inst_info = pprInstInfo inst_info $$ 
228                          nest 4 (pprInstInfoDetails inst_info)
229         -- pprInstInfo doesn't print much: only the type
230
231 -----------------------------------------
232 deriveOrdinaryStuff []  -- Short cut
233   = returnM ([], EmptyBinds, emptyFVs)
234
235 deriveOrdinaryStuff eqns
236   =     -- Take the equation list and solve it, to deliver a list of
237         -- solutions, a.k.a. the contexts for the instance decls
238         -- required for the corresponding equations.
239     solveDerivEqns eqns                 `thenM` \ new_dfuns ->
240
241         -- Now augment the InstInfos, adding in the rather boring
242         -- actual-code-to-do-the-methods binds.  We may also need to
243         -- generate extra not-one-inst-decl-specific binds, notably
244         -- "con2tag" and/or "tag2con" functions.  We do these
245         -- separately.
246     gen_taggery_Names new_dfuns         `thenM` \ nm_alist_etc ->
247
248     let
249         extra_mbind_list = map gen_tag_n_con_monobind nm_alist_etc
250         extra_mbinds     = andMonoBindList extra_mbind_list
251         mbinders         = collectMonoBinders extra_mbinds
252     in
253     mappM gen_bind new_dfuns            `thenM` \ rdr_name_inst_infos ->
254         
255     traceTc (text "tcDeriv" <+> vcat (map ppr rdr_name_inst_infos))     `thenM_`
256     getModule                           `thenM` \ this_mod ->
257     initRn (InterfaceMode this_mod) (
258         -- Rename to get RenamedBinds.
259         -- The only tricky bit is that the extra_binds must scope 
260         -- over the method bindings for the instances.
261         bindLocalsFV (ptext (SLIT("deriving"))) mbinders        $ \ _ ->
262         rnTopMonoBinds extra_mbinds []                  `thenM` \ (rn_extra_binds, dus) ->
263         mapAndUnzipM rn_inst_info rdr_name_inst_infos   `thenM` \ (rn_inst_infos, fvs_s) ->
264         returnM ((rn_inst_infos, rn_extra_binds), 
265                   duUses dus `plusFV` plusFVs fvs_s)
266     )                           `thenM` \ ((rn_inst_infos, rn_extra_binds), fvs) ->
267    returnM (rn_inst_infos, rn_extra_binds, fvs)
268
269   where
270     rn_inst_info (dfun, binds) 
271         = extendTyVarEnvFVRn (map varName tyvars)       $
272                 -- Bring the right type variables into scope
273           rnMethodBinds (className cls) [] binds        `thenM` \ (rn_binds, fvs) ->
274           return (InstInfo { iDFunId = dfun, iBinds = VanillaInst rn_binds [] }, fvs)
275         where
276           (tyvars, _, cls, _) = tcSplitDFunTy (idType dfun)
277 \end{code}
278
279
280 %************************************************************************
281 %*                                                                      *
282 \subsection[TcDeriv-eqns]{Forming the equations}
283 %*                                                                      *
284 %************************************************************************
285
286 @makeDerivEqns@ fishes around to find the info about needed derived
287 instances.  Complicating factors:
288 \begin{itemize}
289 \item
290 We can only derive @Enum@ if the data type is an enumeration
291 type (all nullary data constructors).
292
293 \item
294 We can only derive @Ix@ if the data type is an enumeration {\em
295 or} has just one data constructor (e.g., tuples).
296 \end{itemize}
297
298 [See Appendix~E in the Haskell~1.2 report.] This code here deals w/
299 all those.
300
301 \begin{code}
302 makeDerivEqns :: [RenamedTyClDecl] 
303               -> TcM ([DerivEqn],       -- Ordinary derivings
304                       [InstInfo])       -- Special newtype derivings
305
306 makeDerivEqns tycl_decls
307   = mapAndUnzipM mk_eqn derive_these            `thenM` \ (maybe_ordinaries, maybe_newtypes) ->
308     returnM (catMaybes maybe_ordinaries, catMaybes maybe_newtypes)
309   where
310     ------------------------------------------------------------------
311     derive_these :: [(NewOrData, Name, RenamedHsPred)]
312         -- Find the (nd, TyCon, Pred) pairs that must be `derived'
313         -- NB: only source-language decls have deriving, no imported ones do
314     derive_these = [ (nd, tycon, pred) 
315                    | TyData {tcdND = nd, tcdName = tycon, tcdDerivs = Just preds} <- tycl_decls,
316                      pred <- preds ]
317
318     ------------------------------------------------------------------
319     mk_eqn :: (NewOrData, Name, RenamedHsPred) -> TcM (Maybe DerivEqn, Maybe InstInfo)
320         -- We swizzle the tyvars and datacons out of the tycon
321         -- to make the rest of the equation
322
323     mk_eqn (new_or_data, tycon_name, pred)
324       = tcLookupTyCon tycon_name                `thenM` \ tycon ->
325         addSrcLoc (getSrcLoc tycon)             $
326         addErrCtxt (derivCtxt Nothing tycon)    $
327         tcExtendTyVarEnv (tyConTyVars tycon)    $       -- Deriving preds may (now) mention
328                                                         -- the type variables for the type constructor
329         tcHsPred pred                           `thenM` \ pred' ->
330         case getClassPredTys_maybe pred' of
331            Nothing          -> bale_out (malformedPredErr tycon pred)
332            Just (clas, tys) -> doptM Opt_GlasgowExts                    `thenM` \ gla_exts ->
333                                mk_eqn_help gla_exts new_or_data tycon clas tys
334
335     ------------------------------------------------------------------
336     mk_eqn_help gla_exts DataType tycon clas tys
337       | Just err <- chk_out gla_exts clas tycon tys
338       = bale_out (derivingThingErr clas tys tycon tyvars err)
339       | otherwise 
340       = new_dfun_name clas tycon         `thenM` \ dfun_name ->
341         returnM (Just (dfun_name, clas, tycon, tyvars, constraints), Nothing)
342       where
343         tyvars    = tyConTyVars tycon
344         data_cons = tyConDataCons tycon
345         constraints = extra_constraints ++ ordinary_constraints
346                  -- "extra_constraints": see note [Data decl contexts] above
347         extra_constraints = tyConTheta tycon
348
349         ordinary_constraints
350           | clas `hasKey` typeableClassKey      -- For the Typeable class, the constraints
351                                                 -- don't involve the constructor ags, only 
352                                                 -- the tycon tyvars
353                                                 -- e.g.   data T a b = ...
354                                                 -- we want
355                                                 --      instance (Typeable a, Typable b)
356                                                 --               => Typeable (T a b) where
357           = [mkClassPred clas [mkTyVarTy tv] | tv <- tyvars]
358           | otherwise
359           = [ mkClassPred clas [arg_ty] 
360             | data_con <- tyConDataCons tycon,
361               arg_ty   <- dataConOrigArgTys data_con,
362                         -- Use the same type variables
363                         -- as the type constructor,
364                         -- hence no need to instantiate
365               not (isUnLiftedType arg_ty)       -- No constraints for unlifted types?
366             ]
367
368     mk_eqn_help gla_exts NewType tycon clas tys
369       | can_derive_via_isomorphism && (gla_exts || standard_class gla_exts clas)
370       =         -- Go ahead and use the isomorphism
371            traceTc (text "newtype deriving:" <+> ppr tycon <+> ppr rep_tys)     `thenM_`
372            new_dfun_name clas tycon             `thenM` \ dfun_name ->
373            returnM (Nothing, Just (InstInfo { iDFunId = mk_dfun dfun_name,
374                                               iBinds = NewTypeDerived rep_tys }))
375       | standard_class gla_exts clas
376       = mk_eqn_help gla_exts DataType tycon clas tys    -- Go via bale-out route
377
378       | otherwise                               -- Non-standard instance
379       = bale_out (if gla_exts then      
380                         cant_derive_err -- Too hard
381                   else
382                         non_std_err)    -- Just complain about being a non-std instance
383       where
384         -- Here is the plan for newtype derivings.  We see
385         --        newtype T a1...an = T (t ak...an) deriving (.., C s1 .. sm, ...)
386         -- where aj...an do not occur free in t, and the (C s1 ... sm) is a 
387         -- *partial applications* of class C with the last parameter missing
388         --
389         -- We generate the instances
390         --       instance C s1 .. sm (t ak...aj) => C s1 .. sm (T a1...aj)
391         -- where T a1...aj is the partial application of the LHS of the correct kind
392         --
393         -- Running example: newtype T s a = MkT (ST s a) deriving( Monad )
394         --      instance Monad (ST s) => Monad (T s) where 
395         --        fail = coerce ... (fail @ ST s)
396
397         clas_tyvars = classTyVars clas
398         kind = tyVarKind (last clas_tyvars)
399                 -- Kind of the thing we want to instance
400                 --   e.g. argument kind of Monad, *->*
401
402         (arg_kinds, _) = tcSplitFunTys kind
403         n_args_to_drop = length arg_kinds       
404                 -- Want to drop 1 arg from (T s a) and (ST s a)
405                 -- to get       instance Monad (ST s) => Monad (T s)
406
407         -- Note [newtype representation]
408         -- We must not use newTyConRep to get the representation 
409         -- type, because that looks through all intermediate newtypes
410         -- To get the RHS of *this* newtype, just look at the data
411         -- constructor.  For example
412         --      newtype B = MkB Int
413         --      newtype A = MkA B deriving( Num )
414         -- We want the Num instance of B, *not* the Num instance of Int,
415         -- when making the Num instance of A!
416         tyvars                = tyConTyVars tycon
417         rep_ty                = head (dataConOrigArgTys (head (tyConDataCons tycon)))
418         (rep_fn, rep_ty_args) = tcSplitAppTys rep_ty
419
420         n_tyvars_to_keep = tyConArity tycon  - n_args_to_drop
421         tyvars_to_drop   = drop n_tyvars_to_keep tyvars
422         tyvars_to_keep   = take n_tyvars_to_keep tyvars
423
424         n_args_to_keep = length rep_ty_args - n_args_to_drop
425         args_to_drop   = drop n_args_to_keep rep_ty_args
426         args_to_keep   = take n_args_to_keep rep_ty_args
427
428         rep_tys  = tys ++ [mkAppTys rep_fn args_to_keep]
429         rep_pred = mkClassPred clas rep_tys
430                 -- rep_pred is the representation dictionary, from where
431                 -- we are gong to get all the methods for the newtype dictionary
432
433         inst_tys = (tys ++ [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars_to_keep)])
434                 -- The 'tys' here come from the partial application
435                 -- in the deriving clause. The last arg is the new
436                 -- instance type.
437
438                 -- We must pass the superclasses; the newtype might be an instance
439                 -- of them in a different way than the representation type
440                 -- E.g.         newtype Foo a = Foo a deriving( Show, Num, Eq )
441                 -- Then the Show instance is not done via isomprphism; it shows
442                 --      Foo 3 as "Foo 3"
443                 -- The Num instance is derived via isomorphism, but the Show superclass
444                 -- dictionary must the Show instance for Foo, *not* the Show dictionary
445                 -- gotten from the Num dictionary. So we must build a whole new dictionary
446                 -- not just use the Num one.  The instance we want is something like:
447                 --      instance (Num a, Show (Foo a), Eq (Foo a)) => Num (Foo a) where
448                 --              (+) = ((+)@a)
449                 --              ...etc...
450                 -- There's no 'corece' needed because after the type checker newtypes
451                 -- are transparent.
452
453         sc_theta = substTheta (mkTyVarSubst clas_tyvars inst_tys)
454                               (classSCTheta clas)
455
456                 -- If there are no tyvars, there's no need
457                 -- to abstract over the dictionaries we need
458         dict_args | null tyvars = []
459                   | otherwise   = rep_pred : sc_theta
460
461                 -- Finally! Here's where we build the dictionary Id
462         mk_dfun dfun_name = mkDictFunId dfun_name tyvars dict_args clas inst_tys
463
464         -------------------------------------------------------------------
465         --  Figuring out whether we can only do this newtype-deriving thing
466
467         right_arity = length tys + 1 == classArity clas
468
469                 -- Never derive Read,Show,Typeable,Data this way 
470         non_iso_classes = [readClassKey, showClassKey, typeableClassKey, dataClassKey]
471         can_derive_via_isomorphism
472            =  not (getUnique clas `elem` non_iso_classes)
473            && right_arity                       -- Well kinded;
474                                                 -- eg not: newtype T ... deriving( ST )
475                                                 --      because ST needs *2* type params
476            && n_tyvars_to_keep >= 0             -- Type constructor has right kind:
477                                                 -- eg not: newtype T = T Int deriving( Monad )
478            && n_args_to_keep   >= 0             -- Rep type has right kind: 
479                                                 -- eg not: newtype T a = T Int deriving( Monad )
480            && eta_ok                            -- Eta reduction works
481            && not (isRecursiveTyCon tycon)      -- Does not work for recursive tycons:
482                                                 --      newtype A = MkA [A]
483                                                 -- Don't want
484                                                 --      instance Eq [A] => Eq A !!
485
486         -- Check that eta reduction is OK
487         --      (a) the dropped-off args are identical
488         --      (b) the remaining type args mention 
489         --          only the remaining type variables
490         eta_ok = (args_to_drop `tcEqTypes` mkTyVarTys tyvars_to_drop)
491               && (tyVarsOfTypes args_to_keep `subVarSet` mkVarSet tyvars_to_keep) 
492
493         cant_derive_err = derivingThingErr clas tys tycon tyvars_to_keep
494                                 (vcat [ptext SLIT("even with cunning newtype deriving:"),
495                                         if isRecursiveTyCon tycon then
496                                           ptext SLIT("the newtype is recursive")
497                                         else empty,
498                                         if not right_arity then 
499                                           quotes (ppr (mkClassPred clas tys)) <+> ptext SLIT("does not have arity 1")
500                                         else empty,
501                                         if not (n_tyvars_to_keep >= 0) then 
502                                           ptext SLIT("the type constructor has wrong kind")
503                                         else if not (n_args_to_keep >= 0) then
504                                           ptext SLIT("the representation type has wrong kind")
505                                         else if not eta_ok then 
506                                           ptext SLIT("the eta-reduction property does not hold")
507                                         else empty
508                                       ])
509
510         non_std_err = derivingThingErr clas tys tycon tyvars_to_keep
511                                 (vcat [non_std_why clas,
512                                        ptext SLIT("Try -fglasgow-exts for GHC's newtype-deriving extension")])
513
514     bale_out err = addErrTc err `thenM_` returnM (Nothing, Nothing) 
515
516     standard_class gla_exts clas =  key `elem` derivableClassKeys
517                                  || (gla_exts && (key == typeableClassKey || key == dataClassKey))
518         where
519           key = classKey clas
520     ------------------------------------------------------------------
521     chk_out :: Bool -> Class -> TyCon -> [TcType] -> Maybe SDoc
522     chk_out gla_exts clas tycon tys
523         | notNull tys                                                   = Just ty_args_why
524         | not (standard_class gla_exts clas)                            = Just (non_std_why clas)
525         | clas `hasKey` enumClassKey    && not is_enumeration           = Just nullary_why
526         | clas `hasKey` boundedClassKey && not is_enumeration_or_single = Just single_nullary_why
527         | clas `hasKey` ixClassKey      && not is_enumeration_or_single = Just single_nullary_why
528         | clas `hasKey` typeableClassKey && not all_type_kind           = Just not_type_kind_why
529         | null data_cons                                                = Just no_cons_why
530         | any isExistentialDataCon data_cons                            = Just existential_why     
531         | otherwise                                                     = Nothing
532         where
533             data_cons = tyConDataCons tycon
534             is_enumeration = isEnumerationTyCon tycon
535             is_single_con  = maybeToBool (maybeTyConSingleCon tycon)
536             is_enumeration_or_single = is_enumeration || is_single_con
537             all_type_kind = all (isTypeKind . tyVarKind) (tyConTyVars tycon)
538
539             single_nullary_why = ptext SLIT("one constructor data type or type with all nullary constructors expected")
540             nullary_why        = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has non-nullary constructors")
541             no_cons_why        = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has no data constructors")
542             ty_args_why        = quotes (ppr pred) <+> ptext SLIT("is not a class")
543             existential_why    = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has existentially-quantified constructor(s)")
544             not_type_kind_why  = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("is parameterised over arguments of kind other than `*'")
545
546             pred = mkClassPred clas tys
547
548 non_std_why clas = quotes (ppr clas) <+> ptext SLIT("is not a derivable class")
549
550 new_dfun_name clas tycon        -- Just a simple wrapper
551   = newDFunName clas [mkTyConApp tycon []] (getSrcLoc tycon)
552         -- The type passed to newDFunName is only used to generate
553         -- a suitable string; hence the empty type arg list
554 \end{code}
555
556 %************************************************************************
557 %*                                                                      *
558 \subsection[TcDeriv-fixpoint]{Finding the fixed point of \tr{deriving} equations}
559 %*                                                                      *
560 %************************************************************************
561
562 A ``solution'' (to one of the equations) is a list of (k,TyVarTy tv)
563 terms, which is the final correct RHS for the corresponding original
564 equation.
565 \begin{itemize}
566 \item
567 Each (k,TyVarTy tv) in a solution constrains only a type
568 variable, tv.
569
570 \item
571 The (k,TyVarTy tv) pairs in a solution are canonically
572 ordered by sorting on type varible, tv, (major key) and then class, k,
573 (minor key)
574 \end{itemize}
575
576 \begin{code}
577 solveDerivEqns :: [DerivEqn]
578                -> TcM [DFunId]  -- Solns in same order as eqns.
579                                 -- This bunch is Absolutely minimal...
580
581 solveDerivEqns orig_eqns
582   = iterateDeriv 1 initial_solutions
583   where
584         -- The initial solutions for the equations claim that each
585         -- instance has an empty context; this solution is certainly
586         -- in canonical form.
587     initial_solutions :: [DerivSoln]
588     initial_solutions = [ [] | _ <- orig_eqns ]
589
590     ------------------------------------------------------------------
591         -- iterateDeriv calculates the next batch of solutions,
592         -- compares it with the current one; finishes if they are the
593         -- same, otherwise recurses with the new solutions.
594         -- It fails if any iteration fails
595     iterateDeriv :: Int -> [DerivSoln] ->TcM [DFunId]
596     iterateDeriv n current_solns
597       | n > 20  -- Looks as if we are in an infinite loop
598                 -- This can happen if we have -fallow-undecidable-instances
599                 -- (See TcSimplify.tcSimplifyDeriv.)
600       = pprPanic "solveDerivEqns: probable loop" 
601                  (vcat (map pprDerivEqn orig_eqns) $$ ppr current_solns)
602       | otherwise
603       = let 
604             dfuns = zipWithEqual "add_solns" mk_deriv_dfun orig_eqns current_solns
605         in
606         checkNoErrs (
607                   -- Extend the inst info from the explicit instance decls
608                   -- with the current set of solutions, and simplify each RHS
609             tcExtendTempInstEnv dfuns $
610             mappM gen_soln orig_eqns
611         )                               `thenM` \ new_solns ->
612         if (current_solns == new_solns) then
613             returnM dfuns
614         else
615             iterateDeriv (n+1) new_solns
616
617     ------------------------------------------------------------------
618
619     gen_soln (_, clas, tc,tyvars,deriv_rhs)
620       = addSrcLoc (getSrcLoc tc)                $
621         addErrCtxt (derivCtxt (Just clas) tc)   $
622         tcSimplifyDeriv tyvars deriv_rhs        `thenM` \ theta ->
623         returnM (sortLt (<) theta)      -- Canonicalise before returning the soluction
624
625 mk_deriv_dfun (dfun_name, clas, tycon, tyvars, _) theta
626   = mkDictFunId dfun_name tyvars theta
627                 clas [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars)] 
628 \end{code}
629
630 %************************************************************************
631 %*                                                                      *
632 \subsection[TcDeriv-normal-binds]{Bindings for the various classes}
633 %*                                                                      *
634 %************************************************************************
635
636 After all the trouble to figure out the required context for the
637 derived instance declarations, all that's left is to chug along to
638 produce them.  They will then be shoved into @tcInstDecls2@, which
639 will do all its usual business.
640
641 There are lots of possibilities for code to generate.  Here are
642 various general remarks.
643
644 PRINCIPLES:
645 \begin{itemize}
646 \item
647 We want derived instances of @Eq@ and @Ord@ (both v common) to be
648 ``you-couldn't-do-better-by-hand'' efficient.
649
650 \item
651 Deriving @Show@---also pretty common--- should also be reasonable good code.
652
653 \item
654 Deriving for the other classes isn't that common or that big a deal.
655 \end{itemize}
656
657 PRAGMATICS:
658
659 \begin{itemize}
660 \item
661 Deriving @Ord@ is done mostly with the 1.3 @compare@ method.
662
663 \item
664 Deriving @Eq@ also uses @compare@, if we're deriving @Ord@, too.
665
666 \item
667 We {\em normally} generate code only for the non-defaulted methods;
668 there are some exceptions for @Eq@ and (especially) @Ord@...
669
670 \item
671 Sometimes we use a @_con2tag_<tycon>@ function, which returns a data
672 constructor's numeric (@Int#@) tag.  These are generated by
673 @gen_tag_n_con_binds@, and the heuristic for deciding if one of
674 these is around is given by @hasCon2TagFun@.
675
676 The examples under the different sections below will make this
677 clearer.
678
679 \item
680 Much less often (really just for deriving @Ix@), we use a
681 @_tag2con_<tycon>@ function.  See the examples.
682
683 \item
684 We use the renamer!!!  Reason: we're supposed to be
685 producing @RenamedMonoBinds@ for the methods, but that means
686 producing correctly-uniquified code on the fly.  This is entirely
687 possible (the @TcM@ monad has a @UniqueSupply@), but it is painful.
688 So, instead, we produce @RdrNameMonoBinds@ then heave 'em through
689 the renamer.  What a great hack!
690 \end{itemize}
691
692 \begin{code}
693 -- Generate the method bindings for the required instance
694 -- (paired with DFunId, as we need that when renaming
695 --  the method binds)
696 gen_bind :: DFunId -> TcM (DFunId, RdrNameMonoBinds)
697 gen_bind dfun
698   = getFixityEnv                `thenM` \ fix_env -> 
699     let
700         (clas, tycon) = simpleDFunClassTyCon dfun
701         gen_binds_fn  = assoc "gen_bind:bad derived class"
702                               gen_list (getUnique clas)
703     
704         gen_list = [(eqClassKey,      gen_Eq_binds)
705                    ,(ordClassKey,     gen_Ord_binds)
706                    ,(enumClassKey,    gen_Enum_binds)
707                    ,(boundedClassKey, gen_Bounded_binds)
708                    ,(ixClassKey,      gen_Ix_binds)
709                    ,(showClassKey,    gen_Show_binds fix_env)
710                    ,(readClassKey,    gen_Read_binds fix_env)
711                    ,(typeableClassKey,gen_Typeable_binds)
712                    ,(dataClassKey,    gen_Data_binds)
713                    ]
714     in
715     returnM (dfun, gen_binds_fn tycon)
716 \end{code}
717
718
719 %************************************************************************
720 %*                                                                      *
721 \subsection[TcDeriv-taggery-Names]{What con2tag/tag2con functions are available?}
722 %*                                                                      *
723 %************************************************************************
724
725
726 data Foo ... = ...
727
728 con2tag_Foo :: Foo ... -> Int#
729 tag2con_Foo :: Int -> Foo ...   -- easier if Int, not Int#
730 maxtag_Foo  :: Int              -- ditto (NB: not unlifted)
731
732
733 We have a @con2tag@ function for a tycon if:
734 \begin{itemize}
735 \item
736 We're deriving @Eq@ and the tycon has nullary data constructors.
737
738 \item
739 Or: we're deriving @Ord@ (unless single-constructor), @Enum@, @Ix@
740 (enum type only????)
741 \end{itemize}
742
743 We have a @tag2con@ function for a tycon if:
744 \begin{itemize}
745 \item
746 We're deriving @Enum@, or @Ix@ (enum type only???)
747 \end{itemize}
748
749 If we have a @tag2con@ function, we also generate a @maxtag@ constant.
750
751 \begin{code}
752 gen_taggery_Names :: [DFunId]
753                   -> TcM [(RdrName,     -- for an assoc list
754                            TyCon,       -- related tycon
755                            TagThingWanted)]
756
757 gen_taggery_Names dfuns
758   = foldlM do_con2tag []           tycons_of_interest `thenM` \ names_so_far ->
759     foldlM do_tag2con names_so_far tycons_of_interest
760   where
761     all_CTs = map simpleDFunClassTyCon dfuns
762     all_tycons              = map snd all_CTs
763     (tycons_of_interest, _) = removeDups compare all_tycons
764     
765     do_con2tag acc_Names tycon
766       | isDataTyCon tycon &&
767         ((we_are_deriving eqClassKey tycon
768             && any isNullaryDataCon (tyConDataCons tycon))
769          || (we_are_deriving ordClassKey  tycon
770             && not (maybeToBool (maybeTyConSingleCon tycon)))
771          || (we_are_deriving enumClassKey tycon)
772          || (we_are_deriving ixClassKey   tycon))
773         
774       = returnM ((con2tag_RDR tycon, tycon, GenCon2Tag)
775                    : acc_Names)
776       | otherwise
777       = returnM acc_Names
778
779     do_tag2con acc_Names tycon
780       | isDataTyCon tycon &&
781          (we_are_deriving enumClassKey tycon ||
782           we_are_deriving ixClassKey   tycon
783           && isEnumerationTyCon tycon)
784       = returnM ( (tag2con_RDR tycon, tycon, GenTag2Con)
785                  : (maxtag_RDR  tycon, tycon, GenMaxTag)
786                  : acc_Names)
787       | otherwise
788       = returnM acc_Names
789
790     we_are_deriving clas_key tycon
791       = is_in_eqns clas_key tycon all_CTs
792       where
793         is_in_eqns clas_key tycon [] = False
794         is_in_eqns clas_key tycon ((c,t):cts)
795           =  (clas_key == classKey c && tycon == t)
796           || is_in_eqns clas_key tycon cts
797 \end{code}
798
799 \begin{code}
800 derivingThingErr clas tys tycon tyvars why
801   = sep [hsep [ptext SLIT("Can't make a derived instance of"), quotes (ppr pred)],
802          parens why]
803   where
804     pred = mkClassPred clas (tys ++ [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars)])
805
806 malformedPredErr tycon pred = ptext SLIT("Illegal deriving item") <+> ppr pred
807
808 derivCtxt :: Maybe Class -> TyCon -> SDoc
809 derivCtxt maybe_cls tycon
810   = ptext SLIT("When deriving") <+> cls <+> ptext SLIT("for type") <+> quotes (ppr tycon)
811   where
812     cls = case maybe_cls of
813             Nothing -> ptext SLIT("instances")
814             Just c  -> ptext SLIT("the") <+> quotes (ppr c) <+> ptext SLIT("instance")
815 \end{code}
816