[project @ 2003-10-30 16:01:49 by simonpj]
[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(..), TyClDecl(..), MonoBinds(..),
14                           andMonoBindList )
15 import RdrHsSyn         ( RdrNameMonoBinds )
16 import RnHsSyn          ( RenamedHsBinds, RenamedTyClDecl, RenamedHsPred )
17 import CmdLineOpts      ( DynFlag(..) )
18
19 import Generics         ( mkGenericBinds )
20 import TcRnMonad
21 import TcEnv            ( newDFunName, 
22                           InstInfo(..), pprInstInfo, InstBindings(..),
23                           pprInstInfoDetails, tcLookupTyCon, tcExtendTyVarEnv
24                         )
25 import TcGenDeriv       -- Deriv stuff
26 import InstEnv          ( simpleDFunClassTyCon, extendInstEnv )
27 import TcHsType         ( tcHsPred )
28 import TcSimplify       ( tcSimplifyDeriv )
29
30 import RnBinds          ( rnMethodBinds, rnTopMonoBinds )
31 import RnEnv            ( bindLocalNames )
32 import TcRnMonad        ( thenM, returnM, mapAndUnzipM )
33 import HscTypes         ( DFunId, FixityEnv, typeEnvTyCons )
34
35 import BasicTypes       ( NewOrData(..) )
36 import Class            ( className, classArity, classKey, classTyVars, classSCTheta, Class )
37 import Subst            ( mkTyVarSubst, substTheta )
38 import ErrUtils         ( dumpIfSet_dyn )
39 import MkId             ( mkDictFunId )
40 import DataCon          ( dataConOrigArgTys, isNullaryDataCon, isExistentialDataCon )
41 import Maybes           ( catMaybes )
42 import Name             ( Name, getSrcLoc )
43 import NameSet          ( NameSet, emptyNameSet, duDefs )
44 import Unique           ( Unique, getUnique )
45
46 import TyCon            ( tyConTyVars, tyConDataCons, tyConArity, 
47                           tyConTheta, isProductTyCon, isDataTyCon,
48                           isEnumerationTyCon, isRecursiveTyCon, TyCon
49                         )
50 import TcType           ( TcType, ThetaType, mkTyVarTy, mkTyVarTys, mkTyConApp, 
51                           getClassPredTys_maybe, tcTyConAppTyCon,
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 top-level bindings
199                     NameSet)            -- Binders to keep alive
200
201 tcDeriving tycl_decls
202   = recoverM (returnM ([], EmptyBinds, emptyNameSet)) $
203     do  {       -- Fish the "deriving"-related information out of the TcEnv
204                 -- and make the necessary "equations".
205         ; (ordinary_eqns, newtype_inst_info) <- makeDerivEqns tycl_decls
206
207         ; (ordinary_inst_info, deriv_binds) 
208                 <- extendLocalInstEnv (map iDFunId newtype_inst_info)  $
209                    deriveOrdinaryStuff ordinary_eqns
210                 -- Add the newtype-derived instances to the inst env
211                 -- before tacking the "ordinary" ones
212
213         -- Generate the generic to/from functions from each type declaration
214         ; tcg_env <- getGblEnv
215         ; let gen_binds = mkGenericBinds (typeEnvTyCons (tcg_type_env tcg_env))
216         ; let inst_info  = newtype_inst_info ++ ordinary_inst_info
217
218         -- Rename these extra bindings, discarding warnings about unused bindings etc
219         ; (rn_binds, gen_bndrs) 
220                 <- discardWarnings $ do
221                         { (rn_deriv, _dus1) <- rnTopMonoBinds deriv_binds []
222                         ; (rn_gen, dus_gen) <- rnTopMonoBinds gen_binds   []
223                         ; return (rn_deriv `ThenBinds` rn_gen, duDefs dus_gen) }
224
225
226         ; dflags <- getDOpts
227         ; ioToTcRn (dumpIfSet_dyn dflags Opt_D_dump_deriv "Derived instances" 
228                    (ddump_deriving inst_info rn_binds))
229
230         ; returnM (inst_info, rn_binds, gen_bndrs)
231         }
232   where
233     ddump_deriving :: [InstInfo] -> RenamedHsBinds -> SDoc
234     ddump_deriving inst_infos extra_binds
235       = vcat (map pprInstInfoDetails inst_infos) $$ ppr extra_binds
236
237 -----------------------------------------
238 deriveOrdinaryStuff []  -- Short cut
239   = returnM ([], EmptyMonoBinds)
240
241 deriveOrdinaryStuff eqns
242   = do  {       -- Take the equation list and solve it, to deliver a list of
243                 -- solutions, a.k.a. the contexts for the instance decls
244                 -- required for the corresponding equations.
245         ; new_dfuns <- solveDerivEqns eqns
246
247         -- Generate the InstInfo for each dfun, 
248         -- plus any auxiliary bindings it needs
249         ; (inst_infos, aux_binds_s) <- mapAndUnzipM genInst new_dfuns
250
251         -- Generate any extra not-one-inst-decl-specific binds, 
252         -- notably "con2tag" and/or "tag2con" functions.  
253         ; extra_binds <- genTaggeryBinds new_dfuns
254
255         -- Done
256         ; returnM (inst_infos, andMonoBindList (extra_binds : aux_binds_s)) }
257 \end{code}
258
259
260 %************************************************************************
261 %*                                                                      *
262 \subsection[TcDeriv-eqns]{Forming the equations}
263 %*                                                                      *
264 %************************************************************************
265
266 @makeDerivEqns@ fishes around to find the info about needed derived
267 instances.  Complicating factors:
268 \begin{itemize}
269 \item
270 We can only derive @Enum@ if the data type is an enumeration
271 type (all nullary data constructors).
272
273 \item
274 We can only derive @Ix@ if the data type is an enumeration {\em
275 or} has just one data constructor (e.g., tuples).
276 \end{itemize}
277
278 [See Appendix~E in the Haskell~1.2 report.] This code here deals w/
279 all those.
280
281 \begin{code}
282 makeDerivEqns :: [RenamedTyClDecl] 
283               -> TcM ([DerivEqn],       -- Ordinary derivings
284                       [InstInfo])       -- Special newtype derivings
285
286 makeDerivEqns tycl_decls
287   = mapAndUnzipM mk_eqn derive_these            `thenM` \ (maybe_ordinaries, maybe_newtypes) ->
288     returnM (catMaybes maybe_ordinaries, catMaybes maybe_newtypes)
289   where
290     ------------------------------------------------------------------
291     derive_these :: [(NewOrData, Name, RenamedHsPred)]
292         -- Find the (nd, TyCon, Pred) pairs that must be `derived'
293         -- NB: only source-language decls have deriving, no imported ones do
294     derive_these = [ (nd, tycon, pred) 
295                    | TyData {tcdND = nd, tcdName = tycon, tcdDerivs = Just preds} <- tycl_decls,
296                      pred <- preds ]
297
298     ------------------------------------------------------------------
299     mk_eqn :: (NewOrData, Name, RenamedHsPred) -> TcM (Maybe DerivEqn, Maybe InstInfo)
300         -- We swizzle the tyvars and datacons out of the tycon
301         -- to make the rest of the equation
302
303     mk_eqn (new_or_data, tycon_name, pred)
304       = tcLookupTyCon tycon_name                `thenM` \ tycon ->
305         addSrcLoc (getSrcLoc tycon)             $
306         addErrCtxt (derivCtxt Nothing tycon)    $
307         tcExtendTyVarEnv (tyConTyVars tycon)    $       -- Deriving preds may (now) mention
308                                                         -- the type variables for the type constructor
309         tcHsPred pred                           `thenM` \ pred' ->
310         case getClassPredTys_maybe pred' of
311            Nothing          -> bale_out (malformedPredErr tycon pred)
312            Just (clas, tys) -> doptM Opt_GlasgowExts                    `thenM` \ gla_exts ->
313                                mk_eqn_help gla_exts new_or_data tycon clas tys
314
315     ------------------------------------------------------------------
316     mk_eqn_help gla_exts DataType tycon clas tys
317       | Just err <- checkSideConditions gla_exts clas tycon tys
318       = bale_out (derivingThingErr clas tys tycon tyvars err)
319       | otherwise 
320       = new_dfun_name clas tycon         `thenM` \ dfun_name ->
321         returnM (Just (dfun_name, clas, tycon, tyvars, constraints), Nothing)
322       where
323         tyvars      = tyConTyVars tycon
324         constraints = extra_constraints ++ ordinary_constraints
325                  -- "extra_constraints": see note [Data decl contexts] above
326         extra_constraints = tyConTheta tycon
327
328         ordinary_constraints
329           | clas `hasKey` typeableClassKey      -- For the Typeable class, the constraints
330                                                 -- don't involve the constructor ags, only 
331                                                 -- the tycon tyvars
332                                                 -- e.g.   data T a b = ...
333                                                 -- we want
334                                                 --      instance (Typeable a, Typable b)
335                                                 --               => Typeable (T a b) where
336           = [mkClassPred clas [mkTyVarTy tv] | tv <- tyvars]
337           | otherwise
338           = [ mkClassPred clas [arg_ty] 
339             | data_con <- tyConDataCons tycon,
340               arg_ty   <- dataConOrigArgTys data_con,
341                         -- Use the same type variables
342                         -- as the type constructor,
343                         -- hence no need to instantiate
344               not (isUnLiftedType arg_ty)       -- No constraints for unlifted types?
345             ]
346
347     mk_eqn_help gla_exts NewType tycon clas tys
348       | can_derive_via_isomorphism && (gla_exts || standard_class gla_exts clas)
349       =         -- Go ahead and use the isomorphism
350            traceTc (text "newtype deriving:" <+> ppr tycon <+> ppr rep_tys)     `thenM_`
351            new_dfun_name clas tycon             `thenM` \ dfun_name ->
352            returnM (Nothing, Just (InstInfo { iDFunId = mk_dfun dfun_name,
353                                               iBinds = NewTypeDerived rep_tys }))
354       | standard_class gla_exts clas
355       = mk_eqn_help gla_exts DataType tycon clas tys    -- Go via bale-out route
356
357       | otherwise                               -- Non-standard instance
358       = bale_out (if gla_exts then      
359                         cant_derive_err -- Too hard
360                   else
361                         non_std_err)    -- Just complain about being a non-std instance
362       where
363         -- Here is the plan for newtype derivings.  We see
364         --        newtype T a1...an = T (t ak...an) deriving (.., C s1 .. sm, ...)
365         -- where aj...an do not occur free in t, and the (C s1 ... sm) is a 
366         -- *partial applications* of class C with the last parameter missing
367         --
368         -- We generate the instances
369         --       instance C s1 .. sm (t ak...aj) => C s1 .. sm (T a1...aj)
370         -- where T a1...aj is the partial application of the LHS of the correct kind
371         --
372         -- Running example: newtype T s a = MkT (ST s a) deriving( Monad )
373         --      instance Monad (ST s) => Monad (T s) where 
374         --        fail = coerce ... (fail @ ST s)
375
376         clas_tyvars = classTyVars clas
377         kind = tyVarKind (last clas_tyvars)
378                 -- Kind of the thing we want to instance
379                 --   e.g. argument kind of Monad, *->*
380
381         (arg_kinds, _) = tcSplitFunTys kind
382         n_args_to_drop = length arg_kinds       
383                 -- Want to drop 1 arg from (T s a) and (ST s a)
384                 -- to get       instance Monad (ST s) => Monad (T s)
385
386         -- Note [newtype representation]
387         -- We must not use newTyConRep to get the representation 
388         -- type, because that looks through all intermediate newtypes
389         -- To get the RHS of *this* newtype, just look at the data
390         -- constructor.  For example
391         --      newtype B = MkB Int
392         --      newtype A = MkA B deriving( Num )
393         -- We want the Num instance of B, *not* the Num instance of Int,
394         -- when making the Num instance of A!
395         tyvars                = tyConTyVars tycon
396         rep_ty                = head (dataConOrigArgTys (head (tyConDataCons tycon)))
397         (rep_fn, rep_ty_args) = tcSplitAppTys rep_ty
398
399         n_tyvars_to_keep = tyConArity tycon  - n_args_to_drop
400         tyvars_to_drop   = drop n_tyvars_to_keep tyvars
401         tyvars_to_keep   = take n_tyvars_to_keep tyvars
402
403         n_args_to_keep = length rep_ty_args - n_args_to_drop
404         args_to_drop   = drop n_args_to_keep rep_ty_args
405         args_to_keep   = take n_args_to_keep rep_ty_args
406
407         rep_tys  = tys ++ [mkAppTys rep_fn args_to_keep]
408         rep_pred = mkClassPred clas rep_tys
409                 -- rep_pred is the representation dictionary, from where
410                 -- we are gong to get all the methods for the newtype dictionary
411
412         inst_tys = (tys ++ [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars_to_keep)])
413                 -- The 'tys' here come from the partial application
414                 -- in the deriving clause. The last arg is the new
415                 -- instance type.
416
417                 -- We must pass the superclasses; the newtype might be an instance
418                 -- of them in a different way than the representation type
419                 -- E.g.         newtype Foo a = Foo a deriving( Show, Num, Eq )
420                 -- Then the Show instance is not done via isomprphism; it shows
421                 --      Foo 3 as "Foo 3"
422                 -- The Num instance is derived via isomorphism, but the Show superclass
423                 -- dictionary must the Show instance for Foo, *not* the Show dictionary
424                 -- gotten from the Num dictionary. So we must build a whole new dictionary
425                 -- not just use the Num one.  The instance we want is something like:
426                 --      instance (Num a, Show (Foo a), Eq (Foo a)) => Num (Foo a) where
427                 --              (+) = ((+)@a)
428                 --              ...etc...
429                 -- There's no 'corece' needed because after the type checker newtypes
430                 -- are transparent.
431
432         sc_theta = substTheta (mkTyVarSubst clas_tyvars inst_tys)
433                               (classSCTheta clas)
434
435                 -- If there are no tyvars, there's no need
436                 -- to abstract over the dictionaries we need
437         dict_args | null tyvars = []
438                   | otherwise   = rep_pred : sc_theta
439
440                 -- Finally! Here's where we build the dictionary Id
441         mk_dfun dfun_name = mkDictFunId dfun_name tyvars dict_args clas inst_tys
442
443         -------------------------------------------------------------------
444         --  Figuring out whether we can only do this newtype-deriving thing
445
446         right_arity = length tys + 1 == classArity clas
447
448                 -- Never derive Read,Show,Typeable,Data this way 
449         non_iso_classes = [readClassKey, showClassKey, typeableClassKey, dataClassKey]
450         can_derive_via_isomorphism
451            =  not (getUnique clas `elem` non_iso_classes)
452            && right_arity                       -- Well kinded;
453                                                 -- eg not: newtype T ... deriving( ST )
454                                                 --      because ST needs *2* type params
455            && n_tyvars_to_keep >= 0             -- Type constructor has right kind:
456                                                 -- eg not: newtype T = T Int deriving( Monad )
457            && n_args_to_keep   >= 0             -- Rep type has right kind: 
458                                                 -- eg not: newtype T a = T Int deriving( Monad )
459            && eta_ok                            -- Eta reduction works
460            && not (isRecursiveTyCon tycon)      -- Does not work for recursive tycons:
461                                                 --      newtype A = MkA [A]
462                                                 -- Don't want
463                                                 --      instance Eq [A] => Eq A !!
464
465                         -- Here's a recursive newtype that's actually OK
466                         --      newtype S1 = S1 [T1 ()]
467                         --      newtype T1 a = T1 (StateT S1 IO a ) deriving( Monad )
468                         -- It's currently rejected.  Oh well.
469
470         -- Check that eta reduction is OK
471         --      (a) the dropped-off args are identical
472         --      (b) the remaining type args mention 
473         --          only the remaining type variables
474         eta_ok = (args_to_drop `tcEqTypes` mkTyVarTys tyvars_to_drop)
475               && (tyVarsOfTypes args_to_keep `subVarSet` mkVarSet tyvars_to_keep) 
476
477         cant_derive_err = derivingThingErr clas tys tycon tyvars_to_keep
478                                 (vcat [ptext SLIT("even with cunning newtype deriving:"),
479                                         if isRecursiveTyCon tycon then
480                                           ptext SLIT("the newtype is recursive")
481                                         else empty,
482                                         if not right_arity then 
483                                           quotes (ppr (mkClassPred clas tys)) <+> ptext SLIT("does not have arity 1")
484                                         else empty,
485                                         if not (n_tyvars_to_keep >= 0) then 
486                                           ptext SLIT("the type constructor has wrong kind")
487                                         else if not (n_args_to_keep >= 0) then
488                                           ptext SLIT("the representation type has wrong kind")
489                                         else if not eta_ok then 
490                                           ptext SLIT("the eta-reduction property does not hold")
491                                         else empty
492                                       ])
493
494         non_std_err = derivingThingErr clas tys tycon tyvars_to_keep
495                                 (vcat [non_std_why clas,
496                                        ptext SLIT("Try -fglasgow-exts for GHC's newtype-deriving extension")])
497
498     bale_out err = addErrTc err `thenM_` returnM (Nothing, Nothing) 
499     standard_class gla_exts clas =  key `elem` derivableClassKeys
500                                  || (gla_exts && (key == typeableClassKey || key == dataClassKey))
501         where
502           key = classKey clas
503
504
505
506
507 new_dfun_name clas tycon        -- Just a simple wrapper
508   = newDFunName clas [mkTyConApp tycon []] (getSrcLoc tycon)
509         -- The type passed to newDFunName is only used to generate
510         -- a suitable string; hence the empty type arg list
511
512 ------------------------------------------------------------------
513 -- Check side conditions that dis-allow derivability for particular classes
514 -- This is *apart* from the newtype-deriving mechanism
515
516 checkSideConditions :: Bool -> Class -> TyCon -> [TcType] -> Maybe SDoc
517 checkSideConditions gla_exts clas tycon tys
518   | notNull tys 
519   = Just ty_args_why    -- e.g. deriving( Foo s )
520   | otherwise
521   = case [cond | (key,cond) <- sideConditions, key == getUnique clas] of
522         []     -> Just (non_std_why clas)
523         [cond] -> cond (gla_exts, tycon)
524         other  -> pprPanic "checkSideConditions" (ppr clas)
525   where
526     ty_args_why      = quotes (ppr (mkClassPred clas tys)) <+> ptext SLIT("is not a class")
527
528 non_std_why clas = quotes (ppr clas) <+> ptext SLIT("is not a derivable class")
529
530 sideConditions :: [(Unique, Condition)]
531 sideConditions
532   = [   (eqClassKey,       cond_std),
533         (ordClassKey,      cond_std),
534         (readClassKey,     cond_std),
535         (showClassKey,     cond_std),
536         (enumClassKey,     cond_std `andCond` cond_isEnumeration),
537         (ixClassKey,       cond_std `andCond` (cond_isEnumeration `orCond` cond_isProduct)),
538         (boundedClassKey,  cond_std `andCond` (cond_isEnumeration `orCond` cond_isProduct)),
539         (typeableClassKey, cond_glaExts `andCond` cond_allTypeKind),
540         (dataClassKey,     cond_glaExts `andCond` cond_std)
541     ]
542
543 type Condition = (Bool, TyCon) -> Maybe SDoc    -- Nothing => OK
544
545 orCond :: Condition -> Condition -> Condition
546 orCond c1 c2 tc 
547   = case c1 tc of
548         Nothing -> Nothing              -- c1 succeeds
549         Just x  -> case c2 tc of        -- c1 fails
550                      Nothing -> Nothing
551                      Just y  -> Just (x $$ ptext SLIT("  and") $$ y)
552                                         -- Both fail
553
554 andCond c1 c2 tc = case c1 tc of
555                      Nothing -> c2 tc   -- c1 succeeds
556                      Just x  -> Just x  -- c1 fails
557
558 cond_std :: Condition
559 cond_std (gla_exts, tycon)
560   | any isExistentialDataCon data_cons  = Just existential_why     
561   | null data_cons                      = Just no_cons_why
562   | otherwise                           = Nothing
563   where
564     data_cons       = tyConDataCons tycon
565     no_cons_why     = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has no data constructors")
566     existential_why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has existentially-quantified constructor(s)")
567   
568 cond_isEnumeration :: Condition
569 cond_isEnumeration (gla_exts, tycon)
570   | isEnumerationTyCon tycon = Nothing
571   | otherwise                = Just why
572   where
573     why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has non-nullary constructors")
574
575 cond_isProduct :: Condition
576 cond_isProduct (gla_exts, tycon)
577   | isProductTyCon tycon = Nothing
578   | otherwise            = Just why
579   where
580     why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has more than one constructor")
581
582 cond_allTypeKind :: Condition
583 cond_allTypeKind (gla_exts, tycon)
584   | all (isTypeKind . tyVarKind) (tyConTyVars tycon) = Nothing
585   | otherwise                                        = Just why
586   where
587     why  = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("is parameterised over arguments of kind other than `*'")
588
589 cond_glaExts :: Condition
590 cond_glaExts (gla_exts, tycon) | gla_exts  = Nothing
591                                | otherwise = Just why
592   where
593     why  = ptext SLIT("You need -fglasgow-exts to derive an instance for this class")
594 \end{code}
595
596 %************************************************************************
597 %*                                                                      *
598 \subsection[TcDeriv-fixpoint]{Finding the fixed point of \tr{deriving} equations}
599 %*                                                                      *
600 %************************************************************************
601
602 A ``solution'' (to one of the equations) is a list of (k,TyVarTy tv)
603 terms, which is the final correct RHS for the corresponding original
604 equation.
605 \begin{itemize}
606 \item
607 Each (k,TyVarTy tv) in a solution constrains only a type
608 variable, tv.
609
610 \item
611 The (k,TyVarTy tv) pairs in a solution are canonically
612 ordered by sorting on type varible, tv, (major key) and then class, k,
613 (minor key)
614 \end{itemize}
615
616 \begin{code}
617 solveDerivEqns :: [DerivEqn]
618                -> TcM [DFunId]  -- Solns in same order as eqns.
619                                 -- This bunch is Absolutely minimal...
620
621 solveDerivEqns orig_eqns
622   = iterateDeriv 1 initial_solutions
623   where
624         -- The initial solutions for the equations claim that each
625         -- instance has an empty context; this solution is certainly
626         -- in canonical form.
627     initial_solutions :: [DerivSoln]
628     initial_solutions = [ [] | _ <- orig_eqns ]
629
630     ------------------------------------------------------------------
631         -- iterateDeriv calculates the next batch of solutions,
632         -- compares it with the current one; finishes if they are the
633         -- same, otherwise recurses with the new solutions.
634         -- It fails if any iteration fails
635     iterateDeriv :: Int -> [DerivSoln] ->TcM [DFunId]
636     iterateDeriv n current_solns
637       | n > 20  -- Looks as if we are in an infinite loop
638                 -- This can happen if we have -fallow-undecidable-instances
639                 -- (See TcSimplify.tcSimplifyDeriv.)
640       = pprPanic "solveDerivEqns: probable loop" 
641                  (vcat (map pprDerivEqn orig_eqns) $$ ppr current_solns)
642       | otherwise
643       = let 
644             dfuns = zipWithEqual "add_solns" mk_deriv_dfun orig_eqns current_solns
645         in
646         checkNoErrs (
647                   -- Extend the inst info from the explicit instance decls
648                   -- with the current set of solutions, and simplify each RHS
649             extendLocalInstEnv dfuns $
650             mappM gen_soln orig_eqns
651         )                               `thenM` \ new_solns ->
652         if (current_solns == new_solns) then
653             returnM dfuns
654         else
655             iterateDeriv (n+1) new_solns
656
657     ------------------------------------------------------------------
658
659     gen_soln (_, clas, tc,tyvars,deriv_rhs)
660       = addSrcLoc (getSrcLoc tc)                $
661         addErrCtxt (derivCtxt (Just clas) tc)   $
662         tcSimplifyDeriv tyvars deriv_rhs        `thenM` \ theta ->
663         returnM (sortLt (<) theta)      -- Canonicalise before returning the soluction
664
665 mk_deriv_dfun (dfun_name, clas, tycon, tyvars, _) theta
666   = mkDictFunId dfun_name tyvars theta
667                 clas [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars)] 
668
669 extendLocalInstEnv :: [DFunId] -> TcM a -> TcM a
670 -- Add new locall-defined instances; don't bother to check
671 -- for functional dependency errors -- that'll happen in TcInstDcls
672 extendLocalInstEnv dfuns thing_inside
673  = do { env <- getGblEnv
674       ; let  inst_env' = foldl extendInstEnv (tcg_inst_env env) dfuns 
675              env'      = env { tcg_inst_env = inst_env' }
676       ; setGblEnv env' thing_inside }
677 \end{code}
678
679 %************************************************************************
680 %*                                                                      *
681 \subsection[TcDeriv-normal-binds]{Bindings for the various classes}
682 %*                                                                      *
683 %************************************************************************
684
685 After all the trouble to figure out the required context for the
686 derived instance declarations, all that's left is to chug along to
687 produce them.  They will then be shoved into @tcInstDecls2@, which
688 will do all its usual business.
689
690 There are lots of possibilities for code to generate.  Here are
691 various general remarks.
692
693 PRINCIPLES:
694 \begin{itemize}
695 \item
696 We want derived instances of @Eq@ and @Ord@ (both v common) to be
697 ``you-couldn't-do-better-by-hand'' efficient.
698
699 \item
700 Deriving @Show@---also pretty common--- should also be reasonable good code.
701
702 \item
703 Deriving for the other classes isn't that common or that big a deal.
704 \end{itemize}
705
706 PRAGMATICS:
707
708 \begin{itemize}
709 \item
710 Deriving @Ord@ is done mostly with the 1.3 @compare@ method.
711
712 \item
713 Deriving @Eq@ also uses @compare@, if we're deriving @Ord@, too.
714
715 \item
716 We {\em normally} generate code only for the non-defaulted methods;
717 there are some exceptions for @Eq@ and (especially) @Ord@...
718
719 \item
720 Sometimes we use a @_con2tag_<tycon>@ function, which returns a data
721 constructor's numeric (@Int#@) tag.  These are generated by
722 @gen_tag_n_con_binds@, and the heuristic for deciding if one of
723 these is around is given by @hasCon2TagFun@.
724
725 The examples under the different sections below will make this
726 clearer.
727
728 \item
729 Much less often (really just for deriving @Ix@), we use a
730 @_tag2con_<tycon>@ function.  See the examples.
731
732 \item
733 We use the renamer!!!  Reason: we're supposed to be
734 producing @RenamedMonoBinds@ for the methods, but that means
735 producing correctly-uniquified code on the fly.  This is entirely
736 possible (the @TcM@ monad has a @UniqueSupply@), but it is painful.
737 So, instead, we produce @RdrNameMonoBinds@ then heave 'em through
738 the renamer.  What a great hack!
739 \end{itemize}
740
741 \begin{code}
742 -- Generate the InstInfo for the required instance,
743 -- plus any auxiliary bindings required
744 genInst :: DFunId -> TcM (InstInfo, RdrNameMonoBinds)
745 genInst dfun
746   = getFixityEnv                `thenM` \ fix_env -> 
747     let
748         (tyvars,_,clas,[ty])    = tcSplitDFunTy (idType dfun)
749         clas_nm                 = className clas
750         tycon                   = tcTyConAppTyCon ty 
751         (meth_binds, aux_binds) = assoc "gen_bind:bad derived class"
752                                   gen_list (getUnique clas) fix_env tycon
753     in
754         -- Bring the right type variables into 
755         -- scope, and rename the method binds
756     bindLocalNames (map varName tyvars)         $
757     rnMethodBinds clas_nm [] meth_binds         `thenM` \ (rn_meth_binds, _fvs) ->
758
759         -- Build the InstInfo
760     returnM (InstInfo { iDFunId = dfun, iBinds = VanillaInst rn_meth_binds [] }, 
761              aux_binds)
762
763 gen_list :: [(Unique, FixityEnv -> TyCon -> (RdrNameMonoBinds, RdrNameMonoBinds))]
764 gen_list = [(eqClassKey,      no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Eq_binds))
765            ,(ordClassKey,     no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Ord_binds))
766            ,(enumClassKey,    no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Enum_binds))
767            ,(boundedClassKey, no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Bounded_binds))
768            ,(ixClassKey,      no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Ix_binds))
769            ,(typeableClassKey,no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Typeable_binds))
770            ,(showClassKey,    no_aux_binds gen_Show_binds)
771            ,(readClassKey,    no_aux_binds gen_Read_binds)
772            ,(dataClassKey,    gen_Data_binds)
773            ]
774
775   -- no_aux_binds is used for generators that don't 
776   -- need to produce any auxiliary bindings
777 no_aux_binds f fix_env tc = (f fix_env tc, EmptyMonoBinds)
778 ignore_fix_env f fix_env tc = f tc
779 \end{code}
780
781
782 %************************************************************************
783 %*                                                                      *
784 \subsection[TcDeriv-taggery-Names]{What con2tag/tag2con functions are available?}
785 %*                                                                      *
786 %************************************************************************
787
788
789 data Foo ... = ...
790
791 con2tag_Foo :: Foo ... -> Int#
792 tag2con_Foo :: Int -> Foo ...   -- easier if Int, not Int#
793 maxtag_Foo  :: Int              -- ditto (NB: not unlifted)
794
795
796 We have a @con2tag@ function for a tycon if:
797 \begin{itemize}
798 \item
799 We're deriving @Eq@ and the tycon has nullary data constructors.
800
801 \item
802 Or: we're deriving @Ord@ (unless single-constructor), @Enum@, @Ix@
803 (enum type only????)
804 \end{itemize}
805
806 We have a @tag2con@ function for a tycon if:
807 \begin{itemize}
808 \item
809 We're deriving @Enum@, or @Ix@ (enum type only???)
810 \end{itemize}
811
812 If we have a @tag2con@ function, we also generate a @maxtag@ constant.
813
814 \begin{code}
815 genTaggeryBinds :: [DFunId] -> TcM RdrNameMonoBinds
816 genTaggeryBinds dfuns
817   = do  { names_so_far <- foldlM do_con2tag []           tycons_of_interest
818         ; nm_alist_etc <- foldlM do_tag2con names_so_far tycons_of_interest
819         ; return (andMonoBindList (map gen_tag_n_con_monobind nm_alist_etc)) }
820   where
821     all_CTs = map simpleDFunClassTyCon dfuns
822     all_tycons              = map snd all_CTs
823     (tycons_of_interest, _) = removeDups compare all_tycons
824     
825     do_con2tag acc_Names tycon
826       | isDataTyCon tycon &&
827         ((we_are_deriving eqClassKey tycon
828             && any isNullaryDataCon (tyConDataCons tycon))
829          || (we_are_deriving ordClassKey  tycon
830             && not (isProductTyCon tycon))
831          || (we_are_deriving enumClassKey tycon)
832          || (we_are_deriving ixClassKey   tycon))
833         
834       = returnM ((con2tag_RDR tycon, tycon, GenCon2Tag)
835                    : acc_Names)
836       | otherwise
837       = returnM acc_Names
838
839     do_tag2con acc_Names tycon
840       | isDataTyCon tycon &&
841          (we_are_deriving enumClassKey tycon ||
842           we_are_deriving ixClassKey   tycon
843           && isEnumerationTyCon tycon)
844       = returnM ( (tag2con_RDR tycon, tycon, GenTag2Con)
845                  : (maxtag_RDR  tycon, tycon, GenMaxTag)
846                  : acc_Names)
847       | otherwise
848       = returnM acc_Names
849
850     we_are_deriving clas_key tycon
851       = is_in_eqns clas_key tycon all_CTs
852       where
853         is_in_eqns clas_key tycon [] = False
854         is_in_eqns clas_key tycon ((c,t):cts)
855           =  (clas_key == classKey c && tycon == t)
856           || is_in_eqns clas_key tycon cts
857 \end{code}
858
859 \begin{code}
860 derivingThingErr clas tys tycon tyvars why
861   = sep [hsep [ptext SLIT("Can't make a derived instance of"), quotes (ppr pred)],
862          parens why]
863   where
864     pred = mkClassPred clas (tys ++ [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars)])
865
866 malformedPredErr tycon pred = ptext SLIT("Illegal deriving item") <+> ppr pred
867
868 derivCtxt :: Maybe Class -> TyCon -> SDoc
869 derivCtxt maybe_cls tycon
870   = ptext SLIT("When deriving") <+> cls <+> ptext SLIT("for type") <+> quotes (ppr tycon)
871   where
872     cls = case maybe_cls of
873             Nothing -> ptext SLIT("instances")
874             Just c  -> ptext SLIT("the") <+> quotes (ppr c) <+> ptext SLIT("instance")
875 \end{code}
876