[project @ 2004-03-18 14:06:18 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
14 import CmdLineOpts      ( DynFlag(..) )
15
16 import Generics         ( mkTyConGenericBinds )
17 import TcRnMonad
18 import TcEnv            ( newDFunName, pprInstInfoDetails, 
19                           InstInfo(..), InstBindings(..),
20                           tcLookupClass, tcLookupTyCon, tcExtendTyVarEnv
21                         )
22 import TcGenDeriv       -- Deriv stuff
23 import InstEnv          ( simpleDFunClassTyCon, extendInstEnv )
24 import TcHsType         ( tcHsPred )
25 import TcSimplify       ( tcSimplifyDeriv )
26
27 import RnBinds          ( rnMethodBinds, rnTopBinds )
28 import RnEnv            ( bindLocalNames )
29 import TcRnMonad        ( thenM, returnM, mapAndUnzipM )
30 import HscTypes         ( DFunId, FixityEnv )
31
32 import Class            ( className, classArity, classKey, classTyVars, classSCTheta, Class )
33 import Subst            ( mkTyVarSubst, substTheta )
34 import ErrUtils         ( dumpIfSet_dyn )
35 import MkId             ( mkDictFunId )
36 import DataCon          ( dataConOrigArgTys, isNullaryDataCon, isExistentialDataCon )
37 import Maybes           ( catMaybes )
38 import RdrName          ( RdrName )
39 import Name             ( Name, getSrcLoc )
40 import NameSet          ( NameSet, emptyNameSet, duDefs )
41 import Unique           ( Unique, getUnique )
42 import Kind             ( splitKindFunTys )
43 import TyCon            ( tyConTyVars, tyConDataCons, tyConArity, tyConHasGenerics,
44                           tyConTheta, isProductTyCon, isDataTyCon,
45                           isEnumerationTyCon, isRecursiveTyCon, TyCon
46                         )
47 import TcType           ( TcType, ThetaType, mkTyVarTy, mkTyVarTys, mkTyConApp, 
48                           getClassPredTys_maybe, tcTyConAppTyCon,
49                           isUnLiftedType, mkClassPred, tyVarsOfTypes, isArgTypeKind,
50                           tcEqTypes, tcSplitAppTys, mkAppTys, tcSplitDFunTy )
51 import Var              ( TyVar, tyVarKind, idType, varName )
52 import VarSet           ( mkVarSet, subVarSet )
53 import PrelNames
54 import SrcLoc           ( srcLocSpan, Located(..) )
55 import Util             ( zipWithEqual, sortLt, notNull )
56 import ListSetOps       ( removeDups,  assocMaybe )
57 import Outputable
58 import Bag
59 \end{code}
60
61 %************************************************************************
62 %*                                                                      *
63 \subsection[TcDeriv-intro]{Introduction to how we do deriving}
64 %*                                                                      *
65 %************************************************************************
66
67 Consider
68
69         data T a b = C1 (Foo a) (Bar b)
70                    | C2 Int (T b a)
71                    | C3 (T a a)
72                    deriving (Eq)
73
74 [NOTE: See end of these comments for what to do with 
75         data (C a, D b) => T a b = ...
76 ]
77
78 We want to come up with an instance declaration of the form
79
80         instance (Ping a, Pong b, ...) => Eq (T a b) where
81                 x == y = ...
82
83 It is pretty easy, albeit tedious, to fill in the code "...".  The
84 trick is to figure out what the context for the instance decl is,
85 namely @Ping@, @Pong@ and friends.
86
87 Let's call the context reqd for the T instance of class C at types
88 (a,b, ...)  C (T a b).  Thus:
89
90         Eq (T a b) = (Ping a, Pong b, ...)
91
92 Now we can get a (recursive) equation from the @data@ decl:
93
94         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
95                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
96                    u Eq (T a a)                 -- From C3
97
98 Foo and Bar may have explicit instances for @Eq@, in which case we can
99 just substitute for them.  Alternatively, either or both may have
100 their @Eq@ instances given by @deriving@ clauses, in which case they
101 form part of the system of equations.
102
103 Now all we need do is simplify and solve the equations, iterating to
104 find the least fixpoint.  Notice that the order of the arguments can
105 switch around, as here in the recursive calls to T.
106
107 Let's suppose Eq (Foo a) = Eq a, and Eq (Bar b) = Ping b.
108
109 We start with:
110
111         Eq (T a b) = {}         -- The empty set
112
113 Next iteration:
114         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
115                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
116                    u Eq (T a a)                 -- From C3
117
118         After simplification:
119                    = Eq a u Ping b u {} u {} u {}
120                    = Eq a u Ping b
121
122 Next iteration:
123
124         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
125                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
126                    u Eq (T a a)                 -- From C3
127
128         After simplification:
129                    = Eq a u Ping b
130                    u (Eq b u Ping a)
131                    u (Eq a u Ping a)
132
133                    = Eq a u Ping b u Eq b u Ping a
134
135 The next iteration gives the same result, so this is the fixpoint.  We
136 need to make a canonical form of the RHS to ensure convergence.  We do
137 this by simplifying the RHS to a form in which
138
139         - the classes constrain only tyvars
140         - the list is sorted by tyvar (major key) and then class (minor key)
141         - no duplicates, of course
142
143 So, here are the synonyms for the ``equation'' structures:
144
145 \begin{code}
146 type DerivEqn = (Name, Class, TyCon, [TyVar], DerivRhs)
147                 -- The Name is the name for the DFun we'll build
148                 -- The tyvars bind all the variables in the RHS
149
150 pprDerivEqn (n,c,tc,tvs,rhs)
151   = parens (hsep [ppr n, ppr c, ppr tc, ppr tvs] <+> equals <+> ppr rhs)
152
153 type DerivRhs  = ThetaType
154 type DerivSoln = DerivRhs
155 \end{code}
156
157
158 [Data decl contexts] A note about contexts on data decls
159 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
160 Consider
161
162         data (RealFloat a) => Complex a = !a :+ !a deriving( Read )
163
164 We will need an instance decl like:
165
166         instance (Read a, RealFloat a) => Read (Complex a) where
167           ...
168
169 The RealFloat in the context is because the read method for Complex is bound
170 to construct a Complex, and doing that requires that the argument type is
171 in RealFloat. 
172
173 But this ain't true for Show, Eq, Ord, etc, since they don't construct
174 a Complex; they only take them apart.
175
176 Our approach: identify the offending classes, and add the data type
177 context to the instance decl.  The "offending classes" are
178
179         Read, Enum?
180
181 FURTHER NOTE ADDED March 2002.  In fact, Haskell98 now requires that
182 pattern matching against a constructor from a data type with a context
183 gives rise to the constraints for that context -- or at least the thinned
184 version.  So now all classes are "offending".
185
186
187
188 %************************************************************************
189 %*                                                                      *
190 \subsection[TcDeriv-driver]{Top-level function for \tr{derivings}}
191 %*                                                                      *
192 %************************************************************************
193
194 \begin{code}
195 tcDeriving  :: [LTyClDecl Name] -- All type constructors
196             -> TcM ([InstInfo],         -- The generated "instance decls"
197                     [HsBindGroup Name], -- Extra generated top-level bindings
198                     NameSet)            -- Binders to keep alive
199
200 tcDeriving tycl_decls
201   = recoverM (returnM ([], [], emptyNameSet)) $
202     do  {       -- Fish the "deriving"-related information out of the TcEnv
203                 -- and make the necessary "equations".
204         ; (ordinary_eqns, newtype_inst_info) <- makeDerivEqns tycl_decls
205
206         ; (ordinary_inst_info, deriv_binds) 
207                 <- extendLocalInstEnv (map iDFunId newtype_inst_info)  $
208                    deriveOrdinaryStuff ordinary_eqns
209                 -- Add the newtype-derived instances to the inst env
210                 -- before tacking the "ordinary" ones
211
212         -- Generate the generic to/from functions from each type declaration
213         ; gen_binds <- mkGenericBinds tycl_decls
214         ; let inst_info  = newtype_inst_info ++ ordinary_inst_info
215
216         -- Rename these extra bindings, discarding warnings about unused bindings etc
217         -- Set -fglasgow exts so that we can have type signatures in patterns,
218         -- which is used in the generic binds
219         ; (rn_binds, gen_bndrs) 
220                 <- discardWarnings $ setOptM Opt_GlasgowExts $ do
221                         { (rn_deriv, _dus1) <- rnTopBinds deriv_binds []
222                         ; (rn_gen, dus_gen) <- rnTopBinds gen_binds   []
223                         ; return (rn_deriv ++ 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] -> [HsBindGroup Name] -> SDoc
234     ddump_deriving inst_infos extra_binds
235       = vcat (map pprInstInfoDetails inst_infos) $$ vcat (map ppr extra_binds)
236
237 -----------------------------------------
238 deriveOrdinaryStuff []  -- Short cut
239   = returnM ([], emptyBag)
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, unionManyBags (extra_binds : aux_binds_s))
257    }
258
259 -----------------------------------------
260 mkGenericBinds tycl_decls
261   = do  { tcs <- mapM tcLookupTyCon 
262                         [ tc_name | 
263                           L _ (TyData { tcdLName = L _ tc_name }) <- tycl_decls]
264                 -- We are only interested in the data type declarations
265         ; return (unionManyBags [ mkTyConGenericBinds tc | 
266                                   tc <- tcs, tyConHasGenerics tc ]) }
267                 -- And then only in the ones whose 'has-generics' flag is on
268 \end{code}
269
270
271 %************************************************************************
272 %*                                                                      *
273 \subsection[TcDeriv-eqns]{Forming the equations}
274 %*                                                                      *
275 %************************************************************************
276
277 @makeDerivEqns@ fishes around to find the info about needed derived
278 instances.  Complicating factors:
279 \begin{itemize}
280 \item
281 We can only derive @Enum@ if the data type is an enumeration
282 type (all nullary data constructors).
283
284 \item
285 We can only derive @Ix@ if the data type is an enumeration {\em
286 or} has just one data constructor (e.g., tuples).
287 \end{itemize}
288
289 [See Appendix~E in the Haskell~1.2 report.] This code here deals w/
290 all those.
291
292 \begin{code}
293 makeDerivEqns :: [LTyClDecl Name] 
294               -> TcM ([DerivEqn],       -- Ordinary derivings
295                       [InstInfo])       -- Special newtype derivings
296
297 makeDerivEqns tycl_decls
298   = mapAndUnzipM mk_eqn derive_these            `thenM` \ (maybe_ordinaries, maybe_newtypes) ->
299     returnM (catMaybes maybe_ordinaries, catMaybes maybe_newtypes)
300   where
301     ------------------------------------------------------------------
302     derive_these :: [(NewOrData, Name, LHsPred Name)]
303         -- Find the (nd, TyCon, Pred) pairs that must be `derived'
304     derive_these = [ (nd, tycon, pred) 
305                    | L _ (TyData { tcdND = nd, tcdLName = L _ tycon, 
306                                   tcdDerivs = Just (L _ preds) }) <- tycl_decls,
307                      pred <- preds ]
308
309     ------------------------------------------------------------------
310     mk_eqn :: (NewOrData, Name, LHsPred Name) -> TcM (Maybe DerivEqn, Maybe InstInfo)
311         -- We swizzle the tyvars and datacons out of the tycon
312         -- to make the rest of the equation
313
314     mk_eqn (new_or_data, tycon_name, pred)
315       = tcLookupTyCon tycon_name                `thenM` \ tycon ->
316         addSrcSpan (srcLocSpan (getSrcLoc tycon))               $
317         addErrCtxt (derivCtxt Nothing tycon)    $
318         tcExtendTyVarEnv (tyConTyVars tycon)    $       -- Deriving preds may (now) mention
319                                                         -- the type variables for the type constructor
320         tcHsPred pred                           `thenM` \ pred' ->
321         case getClassPredTys_maybe pred' of
322            Nothing          -> bale_out (malformedPredErr tycon pred)
323            Just (clas, tys) -> doptM Opt_GlasgowExts                    `thenM` \ gla_exts ->
324                                mk_eqn_help gla_exts new_or_data tycon clas tys
325
326     ------------------------------------------------------------------
327     mk_eqn_help gla_exts DataType tycon clas tys
328       | Just err <- checkSideConditions gla_exts clas tycon tys
329       = bale_out (derivingThingErr clas tys tycon (tyConTyVars tycon) err)
330       | otherwise 
331       = do { eqn <- mkDataTypeEqn tycon clas
332            ; returnM (Just eqn, Nothing) }
333
334     mk_eqn_help gla_exts NewType tycon clas tys
335       | can_derive_via_isomorphism && (gla_exts || std_class_via_iso clas)
336       =         -- Go ahead and use the isomorphism
337            traceTc (text "newtype deriving:" <+> ppr tycon <+> ppr rep_tys)     `thenM_`
338            new_dfun_name clas tycon             `thenM` \ dfun_name ->
339            returnM (Nothing, Just (InstInfo { iDFunId = mk_dfun dfun_name,
340                                               iBinds = NewTypeDerived rep_tys }))
341       | std_class gla_exts clas
342       = mk_eqn_help gla_exts DataType tycon clas tys    -- Go via bale-out route
343
344       | otherwise                               -- Non-standard instance
345       = bale_out (if gla_exts then      
346                         cant_derive_err -- Too hard
347                   else
348                         non_std_err)    -- Just complain about being a non-std instance
349       where
350         -- Here is the plan for newtype derivings.  We see
351         --        newtype T a1...an = T (t ak...an) deriving (.., C s1 .. sm, ...)
352         -- where aj...an do not occur free in t, and the (C s1 ... sm) is a 
353         -- *partial applications* of class C with the last parameter missing
354         --
355         -- We generate the instances
356         --       instance C s1 .. sm (t ak...aj) => C s1 .. sm (T a1...aj)
357         -- where T a1...aj is the partial application of the LHS of the correct kind
358         --
359         -- Running example: newtype T s a = MkT (ST s a) deriving( Monad )
360         --      instance Monad (ST s) => Monad (T s) where 
361         --        fail = coerce ... (fail @ ST s)
362
363         clas_tyvars = classTyVars clas
364         kind = tyVarKind (last clas_tyvars)
365                 -- Kind of the thing we want to instance
366                 --   e.g. argument kind of Monad, *->*
367
368         (arg_kinds, _) = splitKindFunTys kind
369         n_args_to_drop = length arg_kinds       
370                 -- Want to drop 1 arg from (T s a) and (ST s a)
371                 -- to get       instance Monad (ST s) => Monad (T s)
372
373         -- Note [newtype representation]
374         -- We must not use newTyConRep to get the representation 
375         -- type, because that looks through all intermediate newtypes
376         -- To get the RHS of *this* newtype, just look at the data
377         -- constructor.  For example
378         --      newtype B = MkB Int
379         --      newtype A = MkA B deriving( Num )
380         -- We want the Num instance of B, *not* the Num instance of Int,
381         -- when making the Num instance of A!
382         tyvars                = tyConTyVars tycon
383         rep_ty                = head (dataConOrigArgTys (head (tyConDataCons tycon)))
384         (rep_fn, rep_ty_args) = tcSplitAppTys rep_ty
385
386         n_tyvars_to_keep = tyConArity tycon  - n_args_to_drop
387         tyvars_to_drop   = drop n_tyvars_to_keep tyvars
388         tyvars_to_keep   = take n_tyvars_to_keep tyvars
389
390         n_args_to_keep = length rep_ty_args - n_args_to_drop
391         args_to_drop   = drop n_args_to_keep rep_ty_args
392         args_to_keep   = take n_args_to_keep rep_ty_args
393
394         rep_tys  = tys ++ [mkAppTys rep_fn args_to_keep]
395         rep_pred = mkClassPred clas rep_tys
396                 -- rep_pred is the representation dictionary, from where
397                 -- we are gong to get all the methods for the newtype dictionary
398
399         inst_tys = (tys ++ [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars_to_keep)])
400                 -- The 'tys' here come from the partial application
401                 -- in the deriving clause. The last arg is the new
402                 -- instance type.
403
404                 -- We must pass the superclasses; the newtype might be an instance
405                 -- of them in a different way than the representation type
406                 -- E.g.         newtype Foo a = Foo a deriving( Show, Num, Eq )
407                 -- Then the Show instance is not done via isomprphism; it shows
408                 --      Foo 3 as "Foo 3"
409                 -- The Num instance is derived via isomorphism, but the Show superclass
410                 -- dictionary must the Show instance for Foo, *not* the Show dictionary
411                 -- gotten from the Num dictionary. So we must build a whole new dictionary
412                 -- not just use the Num one.  The instance we want is something like:
413                 --      instance (Num a, Show (Foo a), Eq (Foo a)) => Num (Foo a) where
414                 --              (+) = ((+)@a)
415                 --              ...etc...
416                 -- There's no 'corece' needed because after the type checker newtypes
417                 -- are transparent.
418
419         sc_theta = substTheta (mkTyVarSubst clas_tyvars inst_tys)
420                               (classSCTheta clas)
421
422                 -- If there are no tyvars, there's no need
423                 -- to abstract over the dictionaries we need
424         dict_args | null tyvars = []
425                   | otherwise   = rep_pred : sc_theta
426
427                 -- Finally! Here's where we build the dictionary Id
428         mk_dfun dfun_name = mkDictFunId dfun_name tyvars dict_args clas inst_tys
429
430         -------------------------------------------------------------------
431         --  Figuring out whether we can only do this newtype-deriving thing
432
433         right_arity = length tys + 1 == classArity clas
434
435                 -- Never derive Read,Show,Typeable,Data this way 
436         non_iso_classes = [readClassKey, showClassKey, typeableClassKey, dataClassKey]
437         can_derive_via_isomorphism
438            =  not (getUnique clas `elem` non_iso_classes)
439            && right_arity                       -- Well kinded;
440                                                 -- eg not: newtype T ... deriving( ST )
441                                                 --      because ST needs *2* type params
442            && n_tyvars_to_keep >= 0             -- Type constructor has right kind:
443                                                 -- eg not: newtype T = T Int deriving( Monad )
444            && n_args_to_keep   >= 0             -- Rep type has right kind: 
445                                                 -- eg not: newtype T a = T Int deriving( Monad )
446            && eta_ok                            -- Eta reduction works
447            && not (isRecursiveTyCon tycon)      -- Does not work for recursive tycons:
448                                                 --      newtype A = MkA [A]
449                                                 -- Don't want
450                                                 --      instance Eq [A] => Eq A !!
451
452                         -- Here's a recursive newtype that's actually OK
453                         --      newtype S1 = S1 [T1 ()]
454                         --      newtype T1 a = T1 (StateT S1 IO a ) deriving( Monad )
455                         -- It's currently rejected.  Oh well.
456
457         -- Check that eta reduction is OK
458         --      (a) the dropped-off args are identical
459         --      (b) the remaining type args mention 
460         --          only the remaining type variables
461         eta_ok = (args_to_drop `tcEqTypes` mkTyVarTys tyvars_to_drop)
462               && (tyVarsOfTypes args_to_keep `subVarSet` mkVarSet tyvars_to_keep) 
463
464         cant_derive_err = derivingThingErr clas tys tycon tyvars_to_keep
465                                 (vcat [ptext SLIT("even with cunning newtype deriving:"),
466                                         if isRecursiveTyCon tycon then
467                                           ptext SLIT("the newtype is recursive")
468                                         else empty,
469                                         if not right_arity then 
470                                           quotes (ppr (mkClassPred clas tys)) <+> ptext SLIT("does not have arity 1")
471                                         else empty,
472                                         if not (n_tyvars_to_keep >= 0) then 
473                                           ptext SLIT("the type constructor has wrong kind")
474                                         else if not (n_args_to_keep >= 0) then
475                                           ptext SLIT("the representation type has wrong kind")
476                                         else if not eta_ok then 
477                                           ptext SLIT("the eta-reduction property does not hold")
478                                         else empty
479                                       ])
480
481         non_std_err = derivingThingErr clas tys tycon tyvars_to_keep
482                                 (vcat [non_std_why clas,
483                                        ptext SLIT("Try -fglasgow-exts for GHC's newtype-deriving extension")])
484
485     bale_out err = addErrTc err `thenM_` returnM (Nothing, Nothing) 
486
487 std_class gla_exts clas 
488   =  key `elem` derivableClassKeys
489   || (gla_exts && (key == typeableClassKey || key == dataClassKey))
490   where
491      key = classKey clas
492     
493 std_class_via_iso clas  -- These standard classes can be derived for a newtype
494                         -- using the isomorphism trick *even if no -fglasgow-exts*
495   = classKey clas `elem`  [eqClassKey, ordClassKey, ixClassKey, boundedClassKey]
496         -- Not Read/Show because they respect the type
497         -- Not Enum, becuase newtypes are never in Enum
498
499
500 new_dfun_name clas tycon        -- Just a simple wrapper
501   = newDFunName clas [mkTyConApp tycon []] (getSrcLoc tycon)
502         -- The type passed to newDFunName is only used to generate
503         -- a suitable string; hence the empty type arg list
504
505 ------------------------------------------------------------------
506 mkDataTypeEqn :: TyCon -> Class -> TcM DerivEqn
507 mkDataTypeEqn tycon clas
508   | clas `hasKey` typeableClassKey
509   =     -- The Typeable class is special in several ways
510         --        data T a b = ... deriving( Typeable )
511         -- gives
512         --        instance Typeable2 T where ...
513         -- 1. There are no constraints in the instance
514         -- 2. There are no type variables either
515         -- 2. The actual class we want to generate isn't necessarily
516         --      Typeable; it depends on the arity of the type
517     do  { real_clas <- tcLookupClass (typeableClassNames !! tyConArity tycon)
518         ; dfun_name <- new_dfun_name real_clas tycon
519         ; return (dfun_name, real_clas, tycon, [], []) }
520
521   | otherwise
522   = do  { dfun_name <- new_dfun_name clas tycon
523         ; return (dfun_name, clas, tycon, tyvars, constraints) }
524   where
525     tyvars            = tyConTyVars tycon
526     constraints       = extra_constraints ++ ordinary_constraints
527     extra_constraints = tyConTheta tycon
528          -- "extra_constraints": see note [Data decl contexts] above
529
530     ordinary_constraints
531       = [ mkClassPred clas [arg_ty] 
532         | data_con <- tyConDataCons tycon,
533           arg_ty   <- dataConOrigArgTys data_con,
534                 -- Use the same type variables
535                 -- as the type constructor,
536                 -- hence no need to instantiate
537           not (isUnLiftedType arg_ty)   -- No constraints for unlifted types?
538         ]
539
540
541 ------------------------------------------------------------------
542 -- Check side conditions that dis-allow derivability for particular classes
543 -- This is *apart* from the newtype-deriving mechanism
544
545 checkSideConditions :: Bool -> Class -> TyCon -> [TcType] -> Maybe SDoc
546 checkSideConditions gla_exts clas tycon tys
547   | notNull tys 
548   = Just ty_args_why    -- e.g. deriving( Foo s )
549   | otherwise
550   = case [cond | (key,cond) <- sideConditions, key == getUnique clas] of
551         []     -> Just (non_std_why clas)
552         [cond] -> cond (gla_exts, tycon)
553         other  -> pprPanic "checkSideConditions" (ppr clas)
554   where
555     ty_args_why      = quotes (ppr (mkClassPred clas tys)) <+> ptext SLIT("is not a class")
556
557 non_std_why clas = quotes (ppr clas) <+> ptext SLIT("is not a derivable class")
558
559 sideConditions :: [(Unique, Condition)]
560 sideConditions
561   = [   (eqClassKey,       cond_std),
562         (ordClassKey,      cond_std),
563         (readClassKey,     cond_std),
564         (showClassKey,     cond_std),
565         (enumClassKey,     cond_std `andCond` cond_isEnumeration),
566         (ixClassKey,       cond_std `andCond` (cond_isEnumeration `orCond` cond_isProduct)),
567         (boundedClassKey,  cond_std `andCond` (cond_isEnumeration `orCond` cond_isProduct)),
568         (typeableClassKey, cond_glaExts `andCond` cond_allTypeKind),
569         (dataClassKey,     cond_glaExts `andCond` cond_std)
570     ]
571
572 type Condition = (Bool, TyCon) -> Maybe SDoc    -- Nothing => OK
573
574 orCond :: Condition -> Condition -> Condition
575 orCond c1 c2 tc 
576   = case c1 tc of
577         Nothing -> Nothing              -- c1 succeeds
578         Just x  -> case c2 tc of        -- c1 fails
579                      Nothing -> Nothing
580                      Just y  -> Just (x $$ ptext SLIT("  and") $$ y)
581                                         -- Both fail
582
583 andCond c1 c2 tc = case c1 tc of
584                      Nothing -> c2 tc   -- c1 succeeds
585                      Just x  -> Just x  -- c1 fails
586
587 cond_std :: Condition
588 cond_std (gla_exts, tycon)
589   | any isExistentialDataCon data_cons  = Just existential_why     
590   | null data_cons                      = Just no_cons_why
591   | otherwise                           = Nothing
592   where
593     data_cons       = tyConDataCons tycon
594     no_cons_why     = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has no data constructors")
595     existential_why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has existentially-quantified constructor(s)")
596   
597 cond_isEnumeration :: Condition
598 cond_isEnumeration (gla_exts, tycon)
599   | isEnumerationTyCon tycon = Nothing
600   | otherwise                = Just why
601   where
602     why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has non-nullary constructors")
603
604 cond_isProduct :: Condition
605 cond_isProduct (gla_exts, tycon)
606   | isProductTyCon tycon = Nothing
607   | otherwise            = Just why
608   where
609     why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has more than one constructor")
610
611 cond_allTypeKind :: Condition
612 cond_allTypeKind (gla_exts, tycon)
613   | all (isArgTypeKind . tyVarKind) (tyConTyVars tycon) = Nothing
614   | otherwise                                        = Just why
615   where
616     why  = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("is parameterised over arguments of kind other than `*'")
617
618 cond_glaExts :: Condition
619 cond_glaExts (gla_exts, tycon) | gla_exts  = Nothing
620                                | otherwise = Just why
621   where
622     why  = ptext SLIT("You need -fglasgow-exts to derive an instance for this class")
623 \end{code}
624
625 %************************************************************************
626 %*                                                                      *
627 \subsection[TcDeriv-fixpoint]{Finding the fixed point of \tr{deriving} equations}
628 %*                                                                      *
629 %************************************************************************
630
631 A ``solution'' (to one of the equations) is a list of (k,TyVarTy tv)
632 terms, which is the final correct RHS for the corresponding original
633 equation.
634 \begin{itemize}
635 \item
636 Each (k,TyVarTy tv) in a solution constrains only a type
637 variable, tv.
638
639 \item
640 The (k,TyVarTy tv) pairs in a solution are canonically
641 ordered by sorting on type varible, tv, (major key) and then class, k,
642 (minor key)
643 \end{itemize}
644
645 \begin{code}
646 solveDerivEqns :: [DerivEqn]
647                -> TcM [DFunId]  -- Solns in same order as eqns.
648                                 -- This bunch is Absolutely minimal...
649
650 solveDerivEqns orig_eqns
651   = iterateDeriv 1 initial_solutions
652   where
653         -- The initial solutions for the equations claim that each
654         -- instance has an empty context; this solution is certainly
655         -- in canonical form.
656     initial_solutions :: [DerivSoln]
657     initial_solutions = [ [] | _ <- orig_eqns ]
658
659     ------------------------------------------------------------------
660         -- iterateDeriv calculates the next batch of solutions,
661         -- compares it with the current one; finishes if they are the
662         -- same, otherwise recurses with the new solutions.
663         -- It fails if any iteration fails
664     iterateDeriv :: Int -> [DerivSoln] ->TcM [DFunId]
665     iterateDeriv n current_solns
666       | n > 20  -- Looks as if we are in an infinite loop
667                 -- This can happen if we have -fallow-undecidable-instances
668                 -- (See TcSimplify.tcSimplifyDeriv.)
669       = pprPanic "solveDerivEqns: probable loop" 
670                  (vcat (map pprDerivEqn orig_eqns) $$ ppr current_solns)
671       | otherwise
672       = let 
673             dfuns = zipWithEqual "add_solns" mk_deriv_dfun orig_eqns current_solns
674         in
675         checkNoErrs (
676                   -- Extend the inst info from the explicit instance decls
677                   -- with the current set of solutions, and simplify each RHS
678             extendLocalInstEnv dfuns $
679             mappM gen_soln orig_eqns
680         )                               `thenM` \ new_solns ->
681         if (current_solns == new_solns) then
682             returnM dfuns
683         else
684             iterateDeriv (n+1) new_solns
685
686     ------------------------------------------------------------------
687
688     gen_soln (_, clas, tc,tyvars,deriv_rhs)
689       = addSrcSpan (srcLocSpan (getSrcLoc tc))          $
690         addErrCtxt (derivCtxt (Just clas) tc)   $
691         tcSimplifyDeriv tyvars deriv_rhs        `thenM` \ theta ->
692         returnM (sortLt (<) theta)      -- Canonicalise before returning the soluction
693
694 mk_deriv_dfun (dfun_name, clas, tycon, tyvars, _) theta
695   = mkDictFunId dfun_name tyvars theta
696                 clas [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars)] 
697
698 extendLocalInstEnv :: [DFunId] -> TcM a -> TcM a
699 -- Add new locall-defined instances; don't bother to check
700 -- for functional dependency errors -- that'll happen in TcInstDcls
701 extendLocalInstEnv dfuns thing_inside
702  = do { env <- getGblEnv
703       ; let  inst_env' = foldl extendInstEnv (tcg_inst_env env) dfuns 
704              env'      = env { tcg_inst_env = inst_env' }
705       ; setGblEnv env' thing_inside }
706 \end{code}
707
708 %************************************************************************
709 %*                                                                      *
710 \subsection[TcDeriv-normal-binds]{Bindings for the various classes}
711 %*                                                                      *
712 %************************************************************************
713
714 After all the trouble to figure out the required context for the
715 derived instance declarations, all that's left is to chug along to
716 produce them.  They will then be shoved into @tcInstDecls2@, which
717 will do all its usual business.
718
719 There are lots of possibilities for code to generate.  Here are
720 various general remarks.
721
722 PRINCIPLES:
723 \begin{itemize}
724 \item
725 We want derived instances of @Eq@ and @Ord@ (both v common) to be
726 ``you-couldn't-do-better-by-hand'' efficient.
727
728 \item
729 Deriving @Show@---also pretty common--- should also be reasonable good code.
730
731 \item
732 Deriving for the other classes isn't that common or that big a deal.
733 \end{itemize}
734
735 PRAGMATICS:
736
737 \begin{itemize}
738 \item
739 Deriving @Ord@ is done mostly with the 1.3 @compare@ method.
740
741 \item
742 Deriving @Eq@ also uses @compare@, if we're deriving @Ord@, too.
743
744 \item
745 We {\em normally} generate code only for the non-defaulted methods;
746 there are some exceptions for @Eq@ and (especially) @Ord@...
747
748 \item
749 Sometimes we use a @_con2tag_<tycon>@ function, which returns a data
750 constructor's numeric (@Int#@) tag.  These are generated by
751 @gen_tag_n_con_binds@, and the heuristic for deciding if one of
752 these is around is given by @hasCon2TagFun@.
753
754 The examples under the different sections below will make this
755 clearer.
756
757 \item
758 Much less often (really just for deriving @Ix@), we use a
759 @_tag2con_<tycon>@ function.  See the examples.
760
761 \item
762 We use the renamer!!!  Reason: we're supposed to be
763 producing @LHsBinds Name@ for the methods, but that means
764 producing correctly-uniquified code on the fly.  This is entirely
765 possible (the @TcM@ monad has a @UniqueSupply@), but it is painful.
766 So, instead, we produce @MonoBinds RdrName@ then heave 'em through
767 the renamer.  What a great hack!
768 \end{itemize}
769
770 \begin{code}
771 -- Generate the InstInfo for the required instance,
772 -- plus any auxiliary bindings required
773 genInst :: DFunId -> TcM (InstInfo, LHsBinds RdrName)
774 genInst dfun
775   = getFixityEnv                `thenM` \ fix_env -> 
776     let
777         (tyvars,_,clas,[ty])    = tcSplitDFunTy (idType dfun)
778         clas_nm                 = className clas
779         tycon                   = tcTyConAppTyCon ty 
780         (meth_binds, aux_binds) = genDerivBinds clas fix_env tycon
781     in
782         -- Bring the right type variables into 
783         -- scope, and rename the method binds
784     bindLocalNames (map varName tyvars)         $
785     rnMethodBinds clas_nm [] meth_binds         `thenM` \ (rn_meth_binds, _fvs) ->
786
787         -- Build the InstInfo
788     returnM (InstInfo { iDFunId = dfun, iBinds = VanillaInst rn_meth_binds [] }, 
789              aux_binds)
790
791 genDerivBinds clas fix_env tycon
792   | className clas `elem` typeableClassNames
793   = (gen_Typeable_binds tycon, emptyBag)
794
795   | otherwise
796   = case assocMaybe gen_list (getUnique clas) of
797         Just gen_fn -> gen_fn fix_env tycon
798         Nothing     -> pprPanic "genDerivBinds: bad derived class" (ppr clas)
799   where
800     gen_list :: [(Unique, FixityEnv -> TyCon -> (LHsBinds RdrName, LHsBinds RdrName))]
801     gen_list = [(eqClassKey,      no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Eq_binds))
802                ,(ordClassKey,     no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Ord_binds))
803                ,(enumClassKey,    no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Enum_binds))
804                ,(boundedClassKey, no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Bounded_binds))
805                ,(ixClassKey,      no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Ix_binds))
806                ,(typeableClassKey,no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Typeable_binds))
807                ,(showClassKey,    no_aux_binds gen_Show_binds)
808                ,(readClassKey,    no_aux_binds gen_Read_binds)
809                ,(dataClassKey,    gen_Data_binds)
810                ]
811
812       -- no_aux_binds is used for generators that don't 
813       -- need to produce any auxiliary bindings
814     no_aux_binds f fix_env tc = (f fix_env tc, emptyBag)
815     ignore_fix_env f fix_env tc = f tc
816 \end{code}
817
818
819 %************************************************************************
820 %*                                                                      *
821 \subsection[TcDeriv-taggery-Names]{What con2tag/tag2con functions are available?}
822 %*                                                                      *
823 %************************************************************************
824
825
826 data Foo ... = ...
827
828 con2tag_Foo :: Foo ... -> Int#
829 tag2con_Foo :: Int -> Foo ...   -- easier if Int, not Int#
830 maxtag_Foo  :: Int              -- ditto (NB: not unlifted)
831
832
833 We have a @con2tag@ function for a tycon if:
834 \begin{itemize}
835 \item
836 We're deriving @Eq@ and the tycon has nullary data constructors.
837
838 \item
839 Or: we're deriving @Ord@ (unless single-constructor), @Enum@, @Ix@
840 (enum type only????)
841 \end{itemize}
842
843 We have a @tag2con@ function for a tycon if:
844 \begin{itemize}
845 \item
846 We're deriving @Enum@, or @Ix@ (enum type only???)
847 \end{itemize}
848
849 If we have a @tag2con@ function, we also generate a @maxtag@ constant.
850
851 \begin{code}
852 genTaggeryBinds :: [DFunId] -> TcM (LHsBinds RdrName)
853 genTaggeryBinds dfuns
854   = do  { names_so_far <- foldlM do_con2tag []           tycons_of_interest
855         ; nm_alist_etc <- foldlM do_tag2con names_so_far tycons_of_interest
856         ; return (listToBag (map gen_tag_n_con_monobind nm_alist_etc)) }
857   where
858     all_CTs = map simpleDFunClassTyCon dfuns
859     all_tycons              = map snd all_CTs
860     (tycons_of_interest, _) = removeDups compare all_tycons
861     
862     do_con2tag acc_Names tycon
863       | isDataTyCon tycon &&
864         ((we_are_deriving eqClassKey tycon
865             && any isNullaryDataCon (tyConDataCons tycon))
866          || (we_are_deriving ordClassKey  tycon
867             && not (isProductTyCon tycon))
868          || (we_are_deriving enumClassKey tycon)
869          || (we_are_deriving ixClassKey   tycon))
870         
871       = returnM ((con2tag_RDR tycon, tycon, GenCon2Tag)
872                    : acc_Names)
873       | otherwise
874       = returnM acc_Names
875
876     do_tag2con acc_Names tycon
877       | isDataTyCon tycon &&
878          (we_are_deriving enumClassKey tycon ||
879           we_are_deriving ixClassKey   tycon
880           && isEnumerationTyCon tycon)
881       = returnM ( (tag2con_RDR tycon, tycon, GenTag2Con)
882                  : (maxtag_RDR  tycon, tycon, GenMaxTag)
883                  : acc_Names)
884       | otherwise
885       = returnM acc_Names
886
887     we_are_deriving clas_key tycon
888       = is_in_eqns clas_key tycon all_CTs
889       where
890         is_in_eqns clas_key tycon [] = False
891         is_in_eqns clas_key tycon ((c,t):cts)
892           =  (clas_key == classKey c && tycon == t)
893           || is_in_eqns clas_key tycon cts
894 \end{code}
895
896 \begin{code}
897 derivingThingErr clas tys tycon tyvars why
898   = sep [hsep [ptext SLIT("Can't make a derived instance of"), quotes (ppr pred)],
899          parens why]
900   where
901     pred = mkClassPred clas (tys ++ [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars)])
902
903 malformedPredErr tycon pred = ptext SLIT("Illegal deriving item") <+> ppr pred
904
905 derivCtxt :: Maybe Class -> TyCon -> SDoc
906 derivCtxt maybe_cls tycon
907   = ptext SLIT("When deriving") <+> cls <+> ptext SLIT("for type") <+> quotes (ppr tycon)
908   where
909     cls = case maybe_cls of
910             Nothing -> ptext SLIT("instances")
911             Just c  -> ptext SLIT("the") <+> quotes (ppr c) <+> ptext SLIT("instance")
912 \end{code}
913