435316bbf10ac0c6c7ef36dee5997c19c818066a
[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                           collectMonoBinders )
15 import RdrHsSyn         ( RdrNameMonoBinds )
16 import RnHsSyn          ( RenamedHsBinds, RenamedMonoBinds, RenamedTyClDecl, RenamedHsPred )
17 import CmdLineOpts      ( DynFlag(..) )
18
19 import TcRnMonad
20 import TcEnv            ( tcGetInstEnv, tcSetInstEnv, newDFunName, 
21                           InstInfo(..), pprInstInfo, InstBindings(..),
22                           pprInstInfoDetails, tcLookupTyCon, tcExtendTyVarEnv
23                         )
24 import TcGenDeriv       -- Deriv stuff
25 import InstEnv          ( InstEnv, simpleDFunClassTyCon, extendInstEnv )
26 import TcMonoType       ( tcHsPred )
27 import TcSimplify       ( tcSimplifyDeriv )
28
29 import RnBinds          ( rnMethodBinds, rnTopMonoBinds )
30 import RnEnv            ( bindLocalsFVRn )
31 import TcRnMonad                ( thenM, returnM, mapAndUnzipM )
32 import HscTypes         ( DFunId )
33
34 import BasicTypes       ( NewOrData(..) )
35 import Class            ( className, classKey, classTyVars, classSCTheta, Class )
36 import Subst            ( mkTyVarSubst, substTheta )
37 import ErrUtils         ( dumpIfSet_dyn )
38 import MkId             ( mkDictFunId )
39 import DataCon          ( dataConRepArgTys, dataConOrigArgTys, isNullaryDataCon, isExistentialDataCon )
40 import Maybes           ( maybeToBool, catMaybes )
41 import Name             ( Name, getSrcLoc, nameUnique )
42 import NameSet
43 import RdrName          ( RdrName )
44
45 import TyCon            ( tyConTyVars, tyConDataCons, tyConArity, 
46                           tyConTheta, maybeTyConSingleCon, isDataTyCon,
47                           isEnumerationTyCon, isRecursiveTyCon, TyCon
48                         )
49 import TcType           ( TcType, ThetaType, mkTyVarTys, mkTyConApp, getClassPredTys_maybe,
50                           isUnLiftedType, mkClassPred, tyVarsOfTypes, tcSplitFunTys, 
51                           tcEqTypes, tcSplitAppTys, mkAppTys )
52 import Var              ( TyVar, tyVarKind )
53 import VarSet           ( mkVarSet, subVarSet )
54 import PrelNames
55 import Util             ( zipWithEqual, sortLt, notNull )
56 import ListSetOps       ( removeDups,  assoc )
57 import Outputable
58 \end{code}
59
60 %************************************************************************
61 %*                                                                      *
62 \subsection[TcDeriv-intro]{Introduction to how we do deriving}
63 %*                                                                      *
64 %************************************************************************
65
66 Consider
67
68         data T a b = C1 (Foo a) (Bar b)
69                    | C2 Int (T b a)
70                    | C3 (T a a)
71                    deriving (Eq)
72
73 [NOTE: See end of these comments for what to do with 
74         data (C a, D b) => T a b = ...
75 ]
76
77 We want to come up with an instance declaration of the form
78
79         instance (Ping a, Pong b, ...) => Eq (T a b) where
80                 x == y = ...
81
82 It is pretty easy, albeit tedious, to fill in the code "...".  The
83 trick is to figure out what the context for the instance decl is,
84 namely @Ping@, @Pong@ and friends.
85
86 Let's call the context reqd for the T instance of class C at types
87 (a,b, ...)  C (T a b).  Thus:
88
89         Eq (T a b) = (Ping a, Pong b, ...)
90
91 Now we can get a (recursive) equation from the @data@ decl:
92
93         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
94                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
95                    u Eq (T a a)                 -- From C3
96
97 Foo and Bar may have explicit instances for @Eq@, in which case we can
98 just substitute for them.  Alternatively, either or both may have
99 their @Eq@ instances given by @deriving@ clauses, in which case they
100 form part of the system of equations.
101
102 Now all we need do is simplify and solve the equations, iterating to
103 find the least fixpoint.  Notice that the order of the arguments can
104 switch around, as here in the recursive calls to T.
105
106 Let's suppose Eq (Foo a) = Eq a, and Eq (Bar b) = Ping b.
107
108 We start with:
109
110         Eq (T a b) = {}         -- The empty set
111
112 Next iteration:
113         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
114                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
115                    u Eq (T a a)                 -- From C3
116
117         After simplification:
118                    = Eq a u Ping b u {} u {} u {}
119                    = Eq a u Ping b
120
121 Next iteration:
122
123         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
124                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
125                    u Eq (T a a)                 -- From C3
126
127         After simplification:
128                    = Eq a u Ping b
129                    u (Eq b u Ping a)
130                    u (Eq a u Ping a)
131
132                    = Eq a u Ping b u Eq b u Ping a
133
134 The next iteration gives the same result, so this is the fixpoint.  We
135 need to make a canonical form of the RHS to ensure convergence.  We do
136 this by simplifying the RHS to a form in which
137
138         - the classes constrain only tyvars
139         - the list is sorted by tyvar (major key) and then class (minor key)
140         - no duplicates, of course
141
142 So, here are the synonyms for the ``equation'' structures:
143
144 \begin{code}
145 type DerivEqn = (Name, Class, TyCon, [TyVar], DerivRhs)
146                 -- The Name is the name for the DFun we'll build
147                 -- The tyvars bind all the variables in the RHS
148
149 pprDerivEqn (n,c,tc,tvs,rhs)
150   = parens (hsep [ppr n, ppr c, ppr tc, ppr tvs] <+> equals <+> ppr rhs)
151
152 type DerivRhs  = ThetaType
153 type DerivSoln = DerivRhs
154 \end{code}
155
156
157 [Data decl contexts] A note about contexts on data decls
158 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
159 Consider
160
161         data (RealFloat a) => Complex a = !a :+ !a deriving( Read )
162
163 We will need an instance decl like:
164
165         instance (Read a, RealFloat a) => Read (Complex a) where
166           ...
167
168 The RealFloat in the context is because the read method for Complex is bound
169 to construct a Complex, and doing that requires that the argument type is
170 in RealFloat. 
171
172 But this ain't true for Show, Eq, Ord, etc, since they don't construct
173 a Complex; they only take them apart.
174
175 Our approach: identify the offending classes, and add the data type
176 context to the instance decl.  The "offending classes" are
177
178         Read, Enum?
179
180 FURTHER NOTE ADDED March 2002.  In fact, Haskell98 now requires that
181 pattern matching against a constructor from a data type with a context
182 gives rise to the constraints for that context -- or at least the thinned
183 version.  So now all classes are "offending".
184
185
186
187 %************************************************************************
188 %*                                                                      *
189 \subsection[TcDeriv-driver]{Top-level function for \tr{derivings}}
190 %*                                                                      *
191 %************************************************************************
192
193 \begin{code}
194 tcDeriving  :: [RenamedTyClDecl]        -- All type constructors
195             -> TcM ([InstInfo],         -- The generated "instance decls".
196                     RenamedHsBinds,     -- Extra generated bindings
197                     FreeVars)           -- These are free in the generated bindings
198
199 tcDeriving tycl_decls
200   = recoverM (returnM ([], EmptyBinds, emptyFVs)) $
201     getDOpts                    `thenM` \ dflags ->
202     tcGetInstEnv                `thenM` \ inst_env ->
203
204         -- Fish the "deriving"-related information out of the TcEnv
205         -- and make the necessary "equations".
206     makeDerivEqns tycl_decls                            `thenM` \ (ordinary_eqns, newtype_inst_info) ->
207     let
208         -- Add the newtype-derived instances to the inst env
209         -- before tacking the "ordinary" ones
210         inst_env1 = extend_inst_env dflags inst_env 
211                                     (map iDFunId newtype_inst_info)
212     in    
213     deriveOrdinaryStuff inst_env1 ordinary_eqns         `thenM` \ (ordinary_inst_info, binds, fvs) ->
214     let
215         inst_info  = newtype_inst_info ++ ordinary_inst_info
216     in
217
218     ioToTcRn (dumpIfSet_dyn dflags Opt_D_dump_deriv "Derived instances" 
219              (ddump_deriving inst_info binds))          `thenM_`
220
221     returnM (inst_info, binds, fvs)
222
223   where
224     ddump_deriving :: [InstInfo] -> RenamedHsBinds -> SDoc
225     ddump_deriving inst_infos extra_binds
226       = vcat (map ppr_info inst_infos) $$ ppr extra_binds
227
228     ppr_info inst_info = pprInstInfo inst_info $$ 
229                          nest 4 (pprInstInfoDetails inst_info)
230         -- pprInstInfo doesn't print much: only the type
231
232 -----------------------------------------
233 deriveOrdinaryStuff inst_env_in []      -- Short cut
234   = returnM ([], EmptyBinds, emptyFVs)
235
236 deriveOrdinaryStuff inst_env_in eqns
237   =     -- Take the equation list and solve it, to deliver a list of
238         -- solutions, a.k.a. the contexts for the instance decls
239         -- required for the corresponding equations.
240     solveDerivEqns inst_env_in eqns             `thenM` \ new_dfuns ->
241
242         -- Now augment the InstInfos, adding in the rather boring
243         -- actual-code-to-do-the-methods binds.  We may also need to
244         -- generate extra not-one-inst-decl-specific binds, notably
245         -- "con2tag" and/or "tag2con" functions.  We do these
246         -- separately.
247     gen_taggery_Names new_dfuns         `thenM` \ nm_alist_etc ->
248
249     let
250         extra_mbind_list = map gen_tag_n_con_monobind nm_alist_etc
251         extra_mbinds     = foldr AndMonoBinds EmptyMonoBinds extra_mbind_list
252         mbinders         = collectMonoBinders extra_mbinds
253     in
254     mappM gen_bind new_dfuns            `thenM` \ method_binds_s ->
255         
256     traceTc (text "tcDeriv" <+> ppr method_binds_s)     `thenM_`
257     getModule                                           `thenM` \ this_mod ->
258     initRn (InterfaceMode this_mod) (
259         -- Rename to get RenamedBinds.
260         -- The only tricky bit is that the extra_binds must scope 
261         -- over the method bindings for the instances.
262         bindLocalsFVRn (ptext (SLIT("deriving"))) mbinders      $ \ _ ->
263         rnTopMonoBinds extra_mbinds []                  `thenM` \ (rn_extra_binds, fvs) ->
264         mapAndUnzipM rn_meths method_binds_s            `thenM` \ (rn_method_binds_s, fvs_s) ->
265         returnM ((rn_method_binds_s, rn_extra_binds), 
266                   fvs `plusFV` plusFVs fvs_s)
267     )                           `thenM` \ ((rn_method_binds_s, rn_extra_binds), fvs) ->
268     let
269         new_inst_infos = zipWith gen_inst_info new_dfuns rn_method_binds_s
270     in
271     returnM (new_inst_infos, rn_extra_binds, fvs)
272
273   where
274         -- Make a Real dfun instead of the dummy one we have so far
275     gen_inst_info :: DFunId -> RenamedMonoBinds -> InstInfo
276     gen_inst_info dfun binds
277       = InstInfo { iDFunId = dfun, iBinds = VanillaInst binds [] }
278
279     rn_meths (cls, meths) = rnMethodBinds cls [] meths
280 \end{code}
281
282
283 %************************************************************************
284 %*                                                                      *
285 \subsection[TcDeriv-eqns]{Forming the equations}
286 %*                                                                      *
287 %************************************************************************
288
289 @makeDerivEqns@ fishes around to find the info about needed derived
290 instances.  Complicating factors:
291 \begin{itemize}
292 \item
293 We can only derive @Enum@ if the data type is an enumeration
294 type (all nullary data constructors).
295
296 \item
297 We can only derive @Ix@ if the data type is an enumeration {\em
298 or} has just one data constructor (e.g., tuples).
299 \end{itemize}
300
301 [See Appendix~E in the Haskell~1.2 report.] This code here deals w/
302 all those.
303
304 \begin{code}
305 makeDerivEqns :: [RenamedTyClDecl] 
306               -> TcM ([DerivEqn],       -- Ordinary derivings
307                       [InstInfo])       -- Special newtype derivings
308
309 makeDerivEqns tycl_decls
310   = mapAndUnzipM mk_eqn derive_these            `thenM` \ (maybe_ordinaries, maybe_newtypes) ->
311     returnM (catMaybes maybe_ordinaries, catMaybes maybe_newtypes)
312   where
313     ------------------------------------------------------------------
314     derive_these :: [(NewOrData, Name, RenamedHsPred)]
315         -- Find the (nd, TyCon, Pred) pairs that must be `derived'
316         -- NB: only source-language decls have deriving, no imported ones do
317     derive_these = [ (nd, tycon, pred) 
318                    | TyData {tcdND = nd, tcdName = tycon, tcdDerivs = Just preds} <- tycl_decls,
319                      pred <- preds ]
320
321     ------------------------------------------------------------------
322     mk_eqn :: (NewOrData, Name, RenamedHsPred) -> TcM (Maybe DerivEqn, Maybe InstInfo)
323         -- We swizzle the tyvars and datacons out of the tycon
324         -- to make the rest of the equation
325
326     mk_eqn (new_or_data, tycon_name, pred)
327       = tcLookupTyCon tycon_name                `thenM` \ tycon ->
328         addSrcLoc (getSrcLoc tycon)             $
329         addErrCtxt (derivCtxt Nothing tycon)    $
330         tcExtendTyVarEnv (tyConTyVars tycon)    $       -- Deriving preds may (now) mention
331                                                         -- the type variables for the type constructor
332         tcHsPred pred                           `thenM` \ pred' ->
333         case getClassPredTys_maybe pred' of
334            Nothing          -> bale_out (malformedPredErr tycon pred)
335            Just (clas, tys) -> mk_eqn_help new_or_data tycon clas tys
336
337     ------------------------------------------------------------------
338     mk_eqn_help DataType tycon clas tys
339       | Just err <- chk_out clas tycon tys
340       = bale_out (derivingThingErr clas tys tycon tyvars err)
341       | otherwise 
342       = new_dfun_name clas tycon         `thenM` \ dfun_name ->
343         returnM (Just (dfun_name, clas, tycon, tyvars, constraints), Nothing)
344       where
345         tyvars    = tyConTyVars tycon
346         data_cons = tyConDataCons tycon
347         constraints = extra_constraints ++ 
348                       [ mkClassPred clas [arg_ty] 
349                       | data_con <- tyConDataCons tycon,
350                         arg_ty   <- dataConRepArgTys data_con,          -- dataConOrigArgTys???
351                                 -- Use the same type variables
352                                 -- as the type constructor,
353                                 -- hence no need to instantiate
354                         not (isUnLiftedType arg_ty)     -- No constraints for unlifted types?
355                       ]
356
357          -- "extra_constraints": see note [Data decl contexts] above
358         extra_constraints = tyConTheta tycon
359
360     mk_eqn_help NewType tycon clas tys
361       = doptM Opt_GlasgowExts                   `thenM` \ gla_exts ->
362         if can_derive_via_isomorphism && (gla_exts || standard_instance) then
363                 -- Go ahead and use the isomorphism
364            traceTc (text "newtype deriving:" <+> ppr tycon <+> ppr rep_tys)     `thenM_`
365            new_dfun_name clas tycon             `thenM` \ dfun_name ->
366            returnM (Nothing, Just (InstInfo { iDFunId = mk_dfun dfun_name,
367                                               iBinds = NewTypeDerived rep_tys }))
368         else
369            if standard_instance then
370                 mk_eqn_help DataType tycon clas []      -- Go via bale-out route
371            else
372                 bale_out cant_derive_err
373       where
374         -- Here is the plan for newtype derivings.  We see
375         --        newtype T a1...an = T (t ak...an) deriving (.., C s1 .. sm, ...)
376         -- where aj...an do not occur free in t, and the (C s1 ... sm) is a 
377         -- *partial applications* of class C with the last parameter missing
378         --
379         -- We generate the instances
380         --       instance C s1 .. sm (t ak...aj) => C s1 .. sm (T a1...aj)
381         -- where T a1...aj is the partial application of the LHS of the correct kind
382         --
383         -- Running example: newtype T s a = MkT (ST s a) deriving( Monad )
384         --      instance Monad (ST s) => Monad (T s) where 
385         --        fail = coerce ... (fail @ ST s)
386
387         clas_tyvars = classTyVars clas
388         kind = tyVarKind (last clas_tyvars)
389                 -- Kind of the thing we want to instance
390                 --   e.g. argument kind of Monad, *->*
391
392         (arg_kinds, _) = tcSplitFunTys kind
393         n_args_to_drop = length arg_kinds       
394                 -- Want to drop 1 arg from (T s a) and (ST s a)
395                 -- to get       instance Monad (ST s) => Monad (T s)
396
397         -- Note [newtype representation]
398         -- We must not use newTyConRep to get the representation 
399         -- type, because that looks through all intermediate newtypes
400         -- To get the RHS of *this* newtype, just look at the data
401         -- constructor.  For example
402         --      newtype B = MkB Int
403         --      newtype A = MkA B deriving( Num )
404         -- We want the Num instance of B, *not* the Num instance of Int,
405         -- when making the Num instance of A!
406         tyvars                = tyConTyVars tycon
407         rep_ty                = head (dataConOrigArgTys (head (tyConDataCons tycon)))
408         (rep_fn, rep_ty_args) = tcSplitAppTys rep_ty
409
410         n_tyvars_to_keep = tyConArity tycon  - n_args_to_drop
411         tyvars_to_drop   = drop n_tyvars_to_keep tyvars
412         tyvars_to_keep   = take n_tyvars_to_keep tyvars
413
414         n_args_to_keep = length rep_ty_args - n_args_to_drop
415         args_to_drop   = drop n_args_to_keep rep_ty_args
416         args_to_keep   = take n_args_to_keep rep_ty_args
417
418         rep_tys  = tys ++ [mkAppTys rep_fn args_to_keep]
419         rep_pred = mkClassPred clas rep_tys
420                 -- rep_pred is the representation dictionary, from where
421                 -- we are gong to get all the methods for the newtype dictionary
422
423         inst_tys = (tys ++ [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars_to_keep)])
424                 -- The 'tys' here come from the partial application
425                 -- in the deriving clause. The last arg is the new
426                 -- instance type.
427
428                 -- We must pass the superclasses; the newtype might be an instance
429                 -- of them in a different way than the representation type
430                 -- E.g.         newtype Foo a = Foo a deriving( Show, Num, Eq )
431                 -- Then the Show instance is not done via isomprphism; it shows
432                 --      Foo 3 as "Foo 3"
433                 -- The Num instance is derived via isomorphism, but the Show superclass
434                 -- dictionary must the Show instance for Foo, *not* the Show dictionary
435                 -- gotten from the Num dictionary. So we must build a whole new dictionary
436                 -- not just use the Num one.  The instance we want is something like:
437                 --      instance (Num a, Show (Foo a), Eq (Foo a)) => Num (Foo a) where
438                 --              (+) = ((+)@a)
439                 --              ...etc...
440                 -- There's no 'corece' needed because after the type checker newtypes
441                 -- are transparent.
442
443         sc_theta = substTheta (mkTyVarSubst clas_tyvars inst_tys)
444                               (classSCTheta clas)
445
446                 -- If there are no tyvars, there's no need
447                 -- to abstract over the dictionaries we need
448         dict_args | null tyvars = []
449                   | otherwise   = rep_pred : sc_theta
450
451                 -- Finally! Here's where we build the dictionary Id
452         mk_dfun dfun_name = mkDictFunId dfun_name tyvars dict_args clas inst_tys
453
454         -------------------------------------------------------------------
455         --  Figuring out whether we can only do this newtype-deriving thing
456
457         standard_instance = null tys && classKey clas `elem` derivableClassKeys
458
459         can_derive_via_isomorphism
460            =  not (clas `hasKey` readClassKey)  -- Never derive Read,Show this way
461            && not (clas `hasKey` showClassKey)
462            && n_tyvars_to_keep >= 0             -- Well kinded; 
463                                                 -- eg not: newtype T = T Int deriving( Monad )
464            && n_args_to_keep   >= 0             -- Well kinded: 
465                                                 -- eg not: newtype T a = T Int deriving( Monad )
466            && eta_ok                            -- Eta reduction works
467            && not (isRecursiveTyCon tycon)      -- Does not work for recursive tycons:
468                                                 --      newtype A = MkA [A]
469                                                 -- Don't want
470                                                 --      instance Eq [A] => Eq A !!
471
472         -- Check that eta reduction is OK
473         --      (a) the dropped-off args are identical
474         --      (b) the remaining type args mention 
475         --          only the remaining type variables
476         eta_ok = (args_to_drop `tcEqTypes` mkTyVarTys tyvars_to_drop)
477               && (tyVarsOfTypes args_to_keep `subVarSet` mkVarSet tyvars_to_keep) 
478
479         cant_derive_err = derivingThingErr clas tys tycon tyvars_to_keep
480                                 (vcat [ptext SLIT("too hard for cunning newtype deriving"),
481                                         ppr n_tyvars_to_keep,
482                                         ppr n_args_to_keep,
483                                         ppr eta_ok,
484                                         ppr (isRecursiveTyCon tycon)
485                                       ])
486
487     bale_out err = addErrTc err `thenM_` returnM (Nothing, Nothing) 
488
489     ------------------------------------------------------------------
490     chk_out :: Class -> TyCon -> [TcType] -> Maybe SDoc
491     chk_out clas tycon tys
492         | notNull tys                                                   = Just non_std_why
493         | not (getUnique clas `elem` derivableClassKeys)                = Just non_std_why
494         | clas `hasKey` enumClassKey    && not is_enumeration           = Just nullary_why
495         | clas `hasKey` boundedClassKey && not is_enumeration_or_single = Just single_nullary_why
496         | clas `hasKey` ixClassKey      && not is_enumeration_or_single = Just single_nullary_why
497         | null data_cons                                                = Just no_cons_why
498         | any isExistentialDataCon data_cons                            = Just existential_why     
499         | otherwise                                                     = Nothing
500         where
501             data_cons = tyConDataCons tycon
502             is_enumeration = isEnumerationTyCon tycon
503             is_single_con  = maybeToBool (maybeTyConSingleCon tycon)
504             is_enumeration_or_single = is_enumeration || is_single_con
505
506     single_nullary_why = ptext SLIT("one constructor data type or type with all nullary constructors expected")
507     nullary_why        = ptext SLIT("data type with all nullary constructors expected")
508     no_cons_why        = ptext SLIT("type has no data constructors")
509     non_std_why        = ptext SLIT("not a derivable class")
510     existential_why    = ptext SLIT("it has existentially-quantified constructor(s)")
511
512 new_dfun_name clas tycon        -- Just a simple wrapper
513   = newDFunName clas [mkTyConApp tycon []] (getSrcLoc tycon)
514         -- The type passed to newDFunName is only used to generate
515         -- a suitable string; hence the empty type arg list
516 \end{code}
517
518 %************************************************************************
519 %*                                                                      *
520 \subsection[TcDeriv-fixpoint]{Finding the fixed point of \tr{deriving} equations}
521 %*                                                                      *
522 %************************************************************************
523
524 A ``solution'' (to one of the equations) is a list of (k,TyVarTy tv)
525 terms, which is the final correct RHS for the corresponding original
526 equation.
527 \begin{itemize}
528 \item
529 Each (k,TyVarTy tv) in a solution constrains only a type
530 variable, tv.
531
532 \item
533 The (k,TyVarTy tv) pairs in a solution are canonically
534 ordered by sorting on type varible, tv, (major key) and then class, k,
535 (minor key)
536 \end{itemize}
537
538 \begin{code}
539 solveDerivEqns :: InstEnv
540                -> [DerivEqn]
541                -> TcM [DFunId]  -- Solns in same order as eqns.
542                                 -- This bunch is Absolutely minimal...
543
544 solveDerivEqns inst_env_in orig_eqns
545   = iterateDeriv 1 initial_solutions
546   where
547         -- The initial solutions for the equations claim that each
548         -- instance has an empty context; this solution is certainly
549         -- in canonical form.
550     initial_solutions :: [DerivSoln]
551     initial_solutions = [ [] | _ <- orig_eqns ]
552
553     ------------------------------------------------------------------
554         -- iterateDeriv calculates the next batch of solutions,
555         -- compares it with the current one; finishes if they are the
556         -- same, otherwise recurses with the new solutions.
557         -- It fails if any iteration fails
558     iterateDeriv :: Int -> [DerivSoln] ->TcM [DFunId]
559     iterateDeriv n current_solns
560       | n > 20  -- Looks as if we are in an infinite loop
561                 -- This can happen if we have -fallow-undecidable-instances
562                 -- (See TcSimplify.tcSimplifyDeriv.)
563       = pprPanic "solveDerivEqns: probable loop" 
564                  (vcat (map pprDerivEqn orig_eqns) $$ ppr current_solns)
565       | otherwise
566       = getDOpts                                `thenM` \ dflags ->
567         let 
568             dfuns    = zipWithEqual "add_solns" mk_deriv_dfun orig_eqns current_solns
569             inst_env = extend_inst_env dflags inst_env_in dfuns
570         in
571         checkNoErrs (
572                   -- Extend the inst info from the explicit instance decls
573                   -- with the current set of solutions, and simplify each RHS
574             tcSetInstEnv inst_env $
575             mappM gen_soln orig_eqns
576         )                               `thenM` \ new_solns ->
577         if (current_solns == new_solns) then
578             returnM dfuns
579         else
580             iterateDeriv (n+1) new_solns
581
582     ------------------------------------------------------------------
583
584     gen_soln (_, clas, tc,tyvars,deriv_rhs)
585       = addSrcLoc (getSrcLoc tc)                $
586         addErrCtxt (derivCtxt (Just clas) tc)   $
587         tcSimplifyDeriv tyvars deriv_rhs        `thenM` \ theta ->
588         returnM (sortLt (<) theta)      -- Canonicalise before returning the soluction
589 \end{code}
590
591 \begin{code}
592 extend_inst_env dflags inst_env new_dfuns
593   = new_inst_env
594   where
595     (new_inst_env, _errs) = extendInstEnv dflags inst_env new_dfuns
596         -- Ignore the errors about duplicate instances.
597         -- We don't want repeated error messages
598         -- They'll appear later, when we do the top-level extendInstEnvs
599
600 mk_deriv_dfun (dfun_name, clas, tycon, tyvars, _) theta
601   = mkDictFunId dfun_name tyvars theta
602                 clas [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars)] 
603 \end{code}
604
605 %************************************************************************
606 %*                                                                      *
607 \subsection[TcDeriv-normal-binds]{Bindings for the various classes}
608 %*                                                                      *
609 %************************************************************************
610
611 After all the trouble to figure out the required context for the
612 derived instance declarations, all that's left is to chug along to
613 produce them.  They will then be shoved into @tcInstDecls2@, which
614 will do all its usual business.
615
616 There are lots of possibilities for code to generate.  Here are
617 various general remarks.
618
619 PRINCIPLES:
620 \begin{itemize}
621 \item
622 We want derived instances of @Eq@ and @Ord@ (both v common) to be
623 ``you-couldn't-do-better-by-hand'' efficient.
624
625 \item
626 Deriving @Show@---also pretty common--- should also be reasonable good code.
627
628 \item
629 Deriving for the other classes isn't that common or that big a deal.
630 \end{itemize}
631
632 PRAGMATICS:
633
634 \begin{itemize}
635 \item
636 Deriving @Ord@ is done mostly with the 1.3 @compare@ method.
637
638 \item
639 Deriving @Eq@ also uses @compare@, if we're deriving @Ord@, too.
640
641 \item
642 We {\em normally} generate code only for the non-defaulted methods;
643 there are some exceptions for @Eq@ and (especially) @Ord@...
644
645 \item
646 Sometimes we use a @_con2tag_<tycon>@ function, which returns a data
647 constructor's numeric (@Int#@) tag.  These are generated by
648 @gen_tag_n_con_binds@, and the heuristic for deciding if one of
649 these is around is given by @hasCon2TagFun@.
650
651 The examples under the different sections below will make this
652 clearer.
653
654 \item
655 Much less often (really just for deriving @Ix@), we use a
656 @_tag2con_<tycon>@ function.  See the examples.
657
658 \item
659 We use the renamer!!!  Reason: we're supposed to be
660 producing @RenamedMonoBinds@ for the methods, but that means
661 producing correctly-uniquified code on the fly.  This is entirely
662 possible (the @TcM@ monad has a @UniqueSupply@), but it is painful.
663 So, instead, we produce @RdrNameMonoBinds@ then heave 'em through
664 the renamer.  What a great hack!
665 \end{itemize}
666
667 \begin{code}
668 -- Generate the method bindings for the required instance
669 -- (paired with class name, as we need that when renaming
670 --  the method binds)
671 gen_bind :: DFunId -> TcM (Name, RdrNameMonoBinds)
672 gen_bind dfun
673   = getFixityEnv                `thenM` \ fix_env -> 
674     returnM (cls_nm, gen_binds_fn fix_env cls_nm tycon)
675   where
676     cls_nm        = className clas
677     (clas, tycon) = simpleDFunClassTyCon dfun
678
679 gen_binds_fn fix_env cls_nm
680   = assoc "gen_bind:bad derived class"
681           gen_list (nameUnique cls_nm)
682   where
683     gen_list = [(eqClassKey,      gen_Eq_binds)
684                ,(ordClassKey,     gen_Ord_binds)
685                ,(enumClassKey,    gen_Enum_binds)
686                ,(boundedClassKey, gen_Bounded_binds)
687                ,(ixClassKey,      gen_Ix_binds)
688                ,(showClassKey,    gen_Show_binds fix_env)
689                ,(readClassKey,    gen_Read_binds fix_env)
690                ]
691 \end{code}
692
693
694 %************************************************************************
695 %*                                                                      *
696 \subsection[TcDeriv-taggery-Names]{What con2tag/tag2con functions are available?}
697 %*                                                                      *
698 %************************************************************************
699
700
701 data Foo ... = ...
702
703 con2tag_Foo :: Foo ... -> Int#
704 tag2con_Foo :: Int -> Foo ...   -- easier if Int, not Int#
705 maxtag_Foo  :: Int              -- ditto (NB: not unlifted)
706
707
708 We have a @con2tag@ function for a tycon if:
709 \begin{itemize}
710 \item
711 We're deriving @Eq@ and the tycon has nullary data constructors.
712
713 \item
714 Or: we're deriving @Ord@ (unless single-constructor), @Enum@, @Ix@
715 (enum type only????)
716 \end{itemize}
717
718 We have a @tag2con@ function for a tycon if:
719 \begin{itemize}
720 \item
721 We're deriving @Enum@, or @Ix@ (enum type only???)
722 \end{itemize}
723
724 If we have a @tag2con@ function, we also generate a @maxtag@ constant.
725
726 \begin{code}
727 gen_taggery_Names :: [DFunId]
728                   -> TcM [(RdrName,     -- for an assoc list
729                            TyCon,       -- related tycon
730                            TagThingWanted)]
731
732 gen_taggery_Names dfuns
733   = foldlM do_con2tag []           tycons_of_interest `thenM` \ names_so_far ->
734     foldlM do_tag2con names_so_far tycons_of_interest
735   where
736     all_CTs = map simpleDFunClassTyCon dfuns
737     all_tycons              = map snd all_CTs
738     (tycons_of_interest, _) = removeDups compare all_tycons
739     
740     do_con2tag acc_Names tycon
741       | isDataTyCon tycon &&
742         ((we_are_deriving eqClassKey tycon
743             && any isNullaryDataCon (tyConDataCons tycon))
744          || (we_are_deriving ordClassKey  tycon
745             && not (maybeToBool (maybeTyConSingleCon tycon)))
746          || (we_are_deriving enumClassKey tycon)
747          || (we_are_deriving ixClassKey   tycon))
748         
749       = returnM ((con2tag_RDR tycon, tycon, GenCon2Tag)
750                    : acc_Names)
751       | otherwise
752       = returnM acc_Names
753
754     do_tag2con acc_Names tycon
755       | isDataTyCon tycon &&
756          (we_are_deriving enumClassKey tycon ||
757           we_are_deriving ixClassKey   tycon
758           && isEnumerationTyCon tycon)
759       = returnM ( (tag2con_RDR tycon, tycon, GenTag2Con)
760                  : (maxtag_RDR  tycon, tycon, GenMaxTag)
761                  : acc_Names)
762       | otherwise
763       = returnM acc_Names
764
765     we_are_deriving clas_key tycon
766       = is_in_eqns clas_key tycon all_CTs
767       where
768         is_in_eqns clas_key tycon [] = False
769         is_in_eqns clas_key tycon ((c,t):cts)
770           =  (clas_key == classKey c && tycon == t)
771           || is_in_eqns clas_key tycon cts
772 \end{code}
773
774 \begin{code}
775 derivingThingErr clas tys tycon tyvars why
776   = sep [hsep [ptext SLIT("Can't make a derived instance of"), quotes (ppr pred)],
777          parens why]
778   where
779     pred = mkClassPred clas (tys ++ [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars)])
780
781 malformedPredErr tycon pred = ptext SLIT("Illegal deriving item") <+> ppr pred
782
783 derivCtxt :: Maybe Class -> TyCon -> SDoc
784 derivCtxt maybe_cls tycon
785   = ptext SLIT("When deriving") <+> cls <+> ptext SLIT("for type") <+> quotes (ppr tycon)
786   where
787     cls = case maybe_cls of
788             Nothing -> ptext SLIT("instances")
789             Just c  -> ptext SLIT("the") <+> quotes (ppr c) <+> ptext SLIT("instance")
790 \end{code}
791