[project @ 2001-08-20 07:54:33 by simonpj]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcSimplify.lhs
1 %
2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
3 %
4 \section[TcSimplify]{TcSimplify}
5
6
7
8 \begin{code}
9 module TcSimplify (
10         tcSimplifyInfer, tcSimplifyInferCheck,
11         tcSimplifyCheck, tcSimplifyRestricted,
12         tcSimplifyToDicts, tcSimplifyIPs, tcSimplifyTop,
13
14         tcSimplifyThetas, tcSimplifyCheckThetas,
15         bindInstsOfLocalFuns
16     ) where
17
18 #include "HsVersions.h"
19
20 import HsSyn            ( MonoBinds(..), HsExpr(..), andMonoBinds, andMonoBindList )
21 import TcHsSyn          ( TcExpr, TcId,
22                           TcMonoBinds, TcDictBinds
23                         )
24
25 import TcMonad
26 import Inst             ( lookupInst, lookupSimpleInst, LookupInstResult(..),
27                           tyVarsOfInst, predsOfInsts, predsOfInst,
28                           isDict, isClassDict, instName,
29                           isStdClassTyVarDict, isMethodFor,
30                           instToId, tyVarsOfInsts,
31                           instBindingRequired, instCanBeGeneralised,
32                           newDictsFromOld, instMentionsIPs,
33                           getDictClassTys, isTyVarDict,
34                           instLoc, pprInst, zonkInst, tidyInsts, tidyMoreInsts,
35                           Inst, LIE, pprInsts, pprInstsInFull,
36                           mkLIE, lieToList
37                         )
38 import TcEnv            ( tcGetGlobalTyVars, tcGetInstEnv )
39 import InstEnv          ( lookupInstEnv, classInstEnv, InstLookupResult(..) )
40
41 import TcMType          ( zonkTcTyVarsAndFV, tcInstTyVars, unifyTauTy )
42 import TcType           ( ThetaType, PredType, mkClassPred, isOverloadedTy,
43                           mkTyVarTy, tcGetTyVar, isTyVarClassPred,
44                           tyVarsOfPred, getClassPredTys_maybe, isClassPred, isIPPred,
45                           inheritablePred, predHasFDs )
46 import Id               ( idType )
47 import NameSet          ( mkNameSet )
48 import Class            ( classBigSig )
49 import FunDeps          ( oclose, grow, improve )
50 import PrelInfo         ( isNumericClass, isCreturnableClass, isCcallishClass )
51
52 import Subst            ( mkTopTyVarSubst, substTheta, substTy )
53 import TysWiredIn       ( unitTy )
54 import VarSet
55 import FiniteMap
56 import Outputable
57 import ListSetOps       ( equivClasses )
58 import Util             ( zipEqual )
59 import List             ( partition )
60 import CmdLineOpts
61 \end{code}
62
63
64 %************************************************************************
65 %*                                                                      *
66 \subsection{NOTES}
67 %*                                                                      *
68 %************************************************************************
69
70         --------------------------------------
71                 Notes on quantification
72         --------------------------------------
73
74 Suppose we are about to do a generalisation step.
75 We have in our hand
76
77         G       the environment
78         T       the type of the RHS
79         C       the constraints from that RHS
80
81 The game is to figure out
82
83         Q       the set of type variables over which to quantify
84         Ct      the constraints we will *not* quantify over
85         Cq      the constraints we will quantify over
86
87 So we're going to infer the type
88
89         forall Q. Cq => T
90
91 and float the constraints Ct further outwards.
92
93 Here are the things that *must* be true:
94
95  (A)    Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
96  (B)    Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
97
98 (A) says we can't quantify over a variable that's free in the
99 environment.  (B) says we must quantify over all the truly free
100 variables in T, else we won't get a sufficiently general type.  We do
101 not *need* to quantify over any variable that is fixed by the free
102 vars of the environment G.
103
104         BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
105
106 Example:        class H x y | x->y where ...
107
108         fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
109                         T = c -> b
110
111         (A)  Q intersect {a} is empty
112         (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
113
114         So Q can be {c,d}, {b,c,d}
115
116 Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
117 variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
118 constraints can get into Ct instead of Cq.
119
120
121 -----------------------------------------
122 We will make use of
123
124   fv(T)         the free type vars of T
125
126   oclose(vs,C)  The result of extending the set of tyvars vs
127                 using the functional dependencies from C
128
129   grow(vs,C)    The result of extend the set of tyvars vs
130                 using all conceivable links from C.
131
132                 E.g. vs = {a}, C = {H [a] b, K (b,Int) c, Eq e}
133                 Then grow(vs,C) = {a,b,c}
134
135                 Note that grow(vs,C) `superset` grow(vs,simplify(C))
136                 That is, simplfication can only shrink the result of grow.
137
138 Notice that
139    oclose is conservative one way:      v `elem` oclose(vs,C) => v is definitely fixed by vs
140    grow is conservative the other way:  if v might be fixed by vs => v `elem` grow(vs,C)
141
142
143 -----------------------------------------
144
145 Choosing Q
146 ~~~~~~~~~~
147 Here's a good way to choose Q:
148
149         Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
150
151 That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
152 call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
153 G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
154 albeit perhaps too many.
155
156 Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
157
158         class H x y | x->y where ...
159
160         T = c->c
161         C = (H c d)
162
163   If we used fv(T) = {c} we'd get the type
164
165         forall c. H c d => c -> b
166
167   And then if the fn was called at several different c's, each of
168   which fixed d differently, we'd get a unification error, because
169   d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
170   everything that might be influenced by c.
171
172 Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
173 all the functional dependencies yet:
174
175         class H x y | x->y where ...
176         instance H x y => Eq (T x y) where ...
177
178         T = c->c
179         C = (Eq (T c d))
180
181   Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
182   apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
183
184
185 There really isn't any point in quantifying over any more than
186 grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
187 any other type variables.
188
189
190
191         --------------------------------------
192                 Notes on ambiguity
193         --------------------------------------
194
195 It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
196
197         class K x
198         class H x y | x -> y
199         instance H x y => K (x,y)
200
201 Is this type ambiguous?
202         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
203
204 Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
205 now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
206 without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
207 the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
208
209 Here's another example: is this ambiguous?
210         forall a b. Eq (T b) => a -> a
211 Not if there's an insance decl (with no context)
212         instance Eq (T b) where ...
213
214 You may say of this example that we should use the instance decl right
215 away, but you can't always do that:
216
217         class J a b where ...
218         instance J Int b where ...
219
220         f :: forall a b. J a b => a -> a
221
222 (Notice: no functional dependency in J's class decl.)
223 Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
224 It's premature to complain when meeting f's signature, or even
225 when inferring a type for f.
226
227
228
229 However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
230 show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
231 treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
232
233 So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
234
235         fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
236
237 (all tested before quantification).
238 That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
239 in the environment, or by the variables in the type.
240
241 Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
242
243         class J a b c | a b -> c
244         fv(G) = {a}
245
246 Is this ambiguous?
247         forall b c. (J a b c) => b -> b
248
249 Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
250 do we see that c is fixed.
251
252 It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
253 don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
254 the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
255 only issue a warning.
256
257
258 Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
259
260         c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
261
262 then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
263 certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
264 the nasty example?
265
266         class K x
267         class H x y | x -> y
268         instance H x y => K (x,y)
269
270 Is this type ambiguous?
271         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
272
273 Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
274 is a "bubble" that's a set of constraints
275
276         Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
277
278 Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
279 by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
280 Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
281 The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
282 (which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
283
284
285         --------------------------------------
286                 Notes on principal types
287         --------------------------------------
288
289     class C a where
290       op :: a -> a
291
292     f x = let g y = op (y::Int) in True
293
294 Here the principal type of f is (forall a. a->a)
295 but we'll produce the non-principal type
296     f :: forall a. C Int => a -> a
297
298
299         --------------------------------------
300                 Notes on implicit parameters
301         --------------------------------------
302
303 Question 1: can we "inherit" implicit parameters
304 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
305 Consider this:
306
307         f x = (x::Int) + ?y
308
309 where f is *not* a top-level binding.
310 From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
311 There are two types we might infer for f:
312
313         f :: Int -> Int
314
315 (so we get ?y from the context of f's definition), or
316
317         f :: (?y::Int) => Int -> Int
318
319 At first you might think the first was better, becuase then
320 ?y behaves like a free variable of the definition, rather than
321 having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
322 IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
323 dynamic binding means) so we'd better infer the second.
324
325 BOTTOM LINE: you *must* quantify over implicit parameters. See
326 isFreeAndInheritable.
327
328 BUT WATCH OUT: for *expressions*, this isn't right.  Consider:
329
330         (?x + 1) :: Int
331
332 This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
333
334         (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
335
336 That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
337 so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
338 tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
339 and tcSimplifyCheckBind (which does not).
340
341
342 Question 2: type signatures
343 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
344 OK, so is it legal to give an explicit, user type signature to f, thus:
345
346         f :: Int -> Int
347         f x = (x::Int) + ?y
348
349 At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
350 that adding a type signature changes the dynamic semantics.
351 Consider this:
352
353         (let f x = (x::Int) + ?y
354          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
355
356                 returns (3+6, 3+5)
357 vs
358         (let f :: Int -> Int
359              f x = x + ?y
360          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
361
362                 returns (3+6, 3+6)
363
364 Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
365 dynamic semantics.
366
367 Conclusion: the above type signature is illegal.  You'll get a message
368 of the form "could not deduce (?y::Int) from ()".
369
370
371 Question 3: monomorphism
372 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
373 There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
374
375         z = (x::Int) + ?y
376
377 The argument above suggests that we *must* generalise
378 over the ?y parameter, to get
379         z :: (?y::Int) => Int,
380 but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
381         z :: Int.
382 Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
383
384         let z = x + ?y in z+z
385
386 you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
387 we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
388
389
390
391 Possible choices
392 ~~~~~~~~~~~~~~~~
393 (A) Always generalise over implicit parameters
394     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
395         be generalised
396
397     Consequences:
398         * Inlining remains valid
399         * No unexpected loss of sharing
400         * But simple bindings like
401                 z = ?y + 1
402           will be rejected, unless you add an explicit type signature
403           (to avoid the monomorphism restriction)
404                 z :: (?y::Int) => Int
405                 z = ?y + 1
406           This seems unacceptable
407
408 (B) Monomorphism restriction "wins"
409     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
410         be generalised
411     Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
412         that fall under the monomorphism restriction
413
414     Consequences
415         * Inlining isn't valid in general
416         * No unexpected loss of sharing
417         * Simple bindings like
418                 z = ?y + 1
419           accepted (get value of ?y from binding site)
420
421 (C) Always generalise over implicit parameters
422     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
423         be generalised, EXCEPT for implicit parameters
424     Consequences
425         * Inlining remains valid
426         * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
427         * Simple bindings like
428                 z = ?y + 1
429           accepted (get value of ?y from occurrence sites)
430
431
432 Discussion
433 ~~~~~~~~~~
434 None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
435 decide which we want to do.
436
437 It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
438
439         z = (x::Int) + ?y
440
441 would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
442 of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
443 case of function definitions, the answer is clearly the former, but
444 less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
445 if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
446 then inlining 'z' might change the semantics of the program.
447
448 Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
449 to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
450 innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
451 the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
452 use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
453 clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
454 those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
455 one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
456 restriction altogether.
457
458 BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
459
460
461
462 %************************************************************************
463 %*                                                                      *
464 \subsection{tcSimplifyInfer}
465 %*                                                                      *
466 %************************************************************************
467
468 tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
469
470     1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
471
472     2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
473        predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
474
475     3. Try improvement, using functional dependencies
476
477     4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
478        (Unification can change the result of 'grow'.)
479
480 Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
481 Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
482 after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
483 type variables than we absolutely have to.
484
485 For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
486 improvement with unification.  E.g. Suppose we have
487
488         class C x y | x->y where ...
489
490 and tcSimplify is called with:
491         (C Int a, C Int b)
492 Then improvement unifies a with b, giving
493         (C Int a, C Int a)
494
495 If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
496 again.
497
498
499 \begin{code}
500 tcSimplifyInfer
501         :: SDoc
502         -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
503         -> LIE                  -- Wanted
504         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
505                 LIE,            -- Free
506                 TcDictBinds,    -- Bindings
507                 [TcId])         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
508 \end{code}
509
510
511 \begin{code}
512 tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted_lie
513   = inferLoop doc (varSetElems tau_tvs)
514               (lieToList wanted_lie)    `thenTc` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
515
516         -- Check for non-generalisable insts
517     mapTc_ addCantGenErr (filter (not . instCanBeGeneralised) irreds)   `thenTc_`
518
519     returnTc (qtvs, mkLIE frees, binds, map instToId irreds)
520
521 inferLoop doc tau_tvs wanteds
522   =     -- Step 1
523     zonkTcTyVarsAndFV tau_tvs           `thenNF_Tc` \ tau_tvs' ->
524     mapNF_Tc zonkInst wanteds           `thenNF_Tc` \ wanteds' ->
525     tcGetGlobalTyVars                   `thenNF_Tc` \ gbl_tvs ->
526     let
527         preds = predsOfInsts wanteds'
528         qtvs  = grow preds tau_tvs' `minusVarSet` oclose preds gbl_tvs
529
530         try_me inst
531           | isFreeAndInheritable qtvs inst = Free
532           | isClassDict inst               = DontReduceUnlessConstant   -- Dicts
533           | otherwise                      = ReduceMe                   -- Lits and Methods
534     in
535                 -- Step 2
536     reduceContext doc try_me [] wanteds'    `thenTc` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
537
538                 -- Step 3
539     if no_improvement then
540         returnTc (varSetElems qtvs, frees, binds, irreds)
541     else
542         -- If improvement did some unification, we go round again.  There
543         -- are two subtleties:
544         --   a) We start again with irreds, not wanteds
545         --      Using an instance decl might have introduced a fresh type variable
546         --      which might have been unified, so we'd get an infinite loop
547         --      if we started again with wanteds!  See example [LOOP]
548         --
549         --   b) It's also essential to re-process frees, because unification
550         --      might mean that a type variable that looked free isn't now.
551         --
552         -- Hence the (irreds ++ frees)
553
554         inferLoop doc tau_tvs (irreds ++ frees) `thenTc` \ (qtvs1, frees1, binds1, irreds1) ->
555         returnTc (qtvs1, frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
556 \end{code}
557
558 Example [LOOP]
559
560         class If b t e r | b t e -> r
561         instance If T t e t
562         instance If F t e e
563         class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
564         instance Lte Z b T
565         instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
566
567 Wanted: Max Z (S x) y
568
569 Then we'll reduce using the Max instance to:
570         (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
571 and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
572 on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
573 with (Max Z (S x) y)!
574
575 \begin{code}
576 isFreeAndInheritable qtvs inst
577   =  isFree qtvs inst                                   -- Constrains no quantified vars
578   && all inheritablePred (predsOfInst inst)             -- And no implicit parameter involved
579                                                         -- (see "Notes on implicit parameters")
580
581 isFree qtvs inst
582   = not (tyVarsOfInst inst `intersectsVarSet` qtvs)
583 \end{code}
584
585
586 %************************************************************************
587 %*                                                                      *
588 \subsection{tcSimplifyCheck}
589 %*                                                                      *
590 %************************************************************************
591
592 @tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
593 we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
594
595 \begin{code}
596 tcSimplifyCheck
597          :: SDoc
598          -> [TcTyVar]           -- Quantify over these
599          -> [Inst]              -- Given
600          -> LIE                 -- Wanted
601          -> TcM (LIE,           -- Free
602                  TcDictBinds)   -- Bindings
603
604 -- tcSimplifyCheck is used when checking exprssion type signatures,
605 -- class decls, instance decls etc.
606 -- Note that we psss isFree (not isFreeAndInheritable) to tcSimplCheck
607 -- It's important that we can float out non-inheritable predicates
608 -- Example:             (?x :: Int) is ok!
609 tcSimplifyCheck doc qtvs givens wanted_lie
610   = tcSimplCheck doc isFree get_qtvs
611                  givens wanted_lie      `thenTc` \ (qtvs', frees, binds) ->
612     returnTc (frees, binds)
613   where
614     get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV qtvs
615
616
617 -- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
618 -- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
619 -- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
620 tcSimplifyInferCheck
621          :: SDoc
622          -> TcTyVarSet          -- fv(T)
623          -> [Inst]              -- Given
624          -> LIE                 -- Wanted
625          -> TcM ([TcTyVar],     -- Variables over which to quantify
626                  LIE,           -- Free
627                  TcDictBinds)   -- Bindings
628
629 tcSimplifyInferCheck doc tau_tvs givens wanted_lie
630   = tcSimplCheck doc isFreeAndInheritable get_qtvs givens wanted_lie
631   where
632         -- Figure out which type variables to quantify over
633         -- You might think it should just be the signature tyvars,
634         -- but in bizarre cases you can get extra ones
635         --      f :: forall a. Num a => a -> a
636         --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
637         --      g a b = (b,a)
638         -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
639         -- We don't want g to be monomorphic in b just because
640         -- f isn't quantified over b.
641     all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
642
643     get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV all_tvs        `thenNF_Tc` \ all_tvs' ->
644                tcGetGlobalTyVars                `thenNF_Tc` \ gbl_tvs ->
645                let
646                   qtvs = all_tvs' `minusVarSet` gbl_tvs
647                         -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
648                         -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
649                         -- dictionaries, we quantify over
650                in
651                returnNF_Tc qtvs
652 \end{code}
653
654 Here is the workhorse function for all three wrappers.
655
656 \begin{code}
657 tcSimplCheck doc is_free get_qtvs givens wanted_lie
658   = check_loop givens (lieToList wanted_lie)    `thenTc` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
659
660         -- Complain about any irreducible ones
661     complainCheck doc givens irreds             `thenNF_Tc_`
662
663         -- Done
664     returnTc (qtvs, mkLIE frees, binds)
665
666   where
667     check_loop givens wanteds
668       =         -- Step 1
669         mapNF_Tc zonkInst givens        `thenNF_Tc` \ givens' ->
670         mapNF_Tc zonkInst wanteds       `thenNF_Tc` \ wanteds' ->
671         get_qtvs                        `thenNF_Tc` \ qtvs' ->
672
673                     -- Step 2
674         let
675             -- When checking against a given signature we always reduce
676             -- until we find a match against something given, or can't reduce
677             try_me inst | is_free qtvs' inst = Free
678                         | otherwise          = ReduceMe
679         in
680         reduceContext doc try_me givens' wanteds'       `thenTc` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
681
682                     -- Step 3
683         if no_improvement then
684             returnTc (varSetElems qtvs', frees, binds, irreds)
685         else
686             check_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenTc` \ (qtvs', frees1, binds1, irreds1) ->
687             returnTc (qtvs', frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
688 \end{code}
689
690
691 %************************************************************************
692 %*                                                                      *
693 \subsection{tcSimplifyRestricted}
694 %*                                                                      *
695 %************************************************************************
696
697 \begin{code}
698 tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
699                         -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
700         :: SDoc
701         -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
702         -> LIE                  -- Free in the RHSs
703         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
704                 LIE,            -- Free
705                 TcDictBinds)    -- Bindings
706
707 tcSimplifyRestricted doc tau_tvs wanted_lie
708   =     -- First squash out all methods, to find the constrained tyvars
709         -- We can't just take the free vars of wanted_lie because that'll
710         -- have methods that may incidentally mention entirely unconstrained variables
711         --      e.g. a call to  f :: Eq a => a -> b -> b
712         -- Here, b is unconstrained.  A good example would be
713         --      foo = f (3::Int)
714         -- We want to infer the polymorphic type
715         --      foo :: forall b. b -> b
716     let
717         wanteds = lieToList wanted_lie
718         try_me inst = ReduceMe          -- Reduce as far as we can.  Don't stop at
719                                         -- dicts; the idea is to get rid of as many type
720                                         -- variables as possible, and we don't want to stop
721                                         -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
722                                         -- immediately, with no constraint on s.
723     in
724     simpleReduceLoop doc try_me wanteds         `thenTc` \ (_, _, constrained_dicts) ->
725
726         -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
727     zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)     `thenNF_Tc` \ tau_tvs' ->
728     tcGetGlobalTyVars                           `thenNF_Tc` \ gbl_tvs ->
729     let
730         constrained_tvs = tyVarsOfInsts constrained_dicts
731         qtvs = (tau_tvs' `minusVarSet` oclose (predsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs)
732                          `minusVarSet` constrained_tvs
733     in
734
735         -- The first step may have squashed more methods than
736         -- necessary, so try again, this time knowing the exact
737         -- set of type variables to quantify over.
738         --
739         -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
740         -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
741         -- to normal inference (using isFreeAndInheritable) in which we quantify over
742         -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
743         -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
744     mapNF_Tc zonkInst (lieToList wanted_lie)    `thenNF_Tc` \ wanteds' ->
745     let
746         try_me inst | isFree qtvs inst = Free
747                     | otherwise        = ReduceMe
748     in
749     reduceContext doc try_me [] wanteds'        `thenTc` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
750     ASSERT( no_improvement )
751     ASSERT( null irreds )
752         -- No need to loop because simpleReduceLoop will have
753         -- already done any improvement necessary
754
755     returnTc (varSetElems qtvs, mkLIE frees, binds)
756 \end{code}
757
758
759 %************************************************************************
760 %*                                                                      *
761 \subsection{tcSimplifyToDicts}
762 %*                                                                      *
763 %************************************************************************
764
765 On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
766 getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
767 as the available stuff for the RHS of the rule.
768
769 The same thing is used for specialise pragmas. Consider
770
771         f :: Num a => a -> a
772         {-# SPECIALISE f :: Int -> Int #-}
773         f = ...
774
775 The type checker generates a binding like:
776
777         f_spec = (f :: Int -> Int)
778
779 and we want to end up with
780
781         f_spec = _inline_me_ (f Int dNumInt)
782
783 But that means that we must simplify the Method for f to (f Int dNumInt)!
784 So tcSimplifyToDicts squeezes out all Methods.
785
786 IMPORTANT NOTE:  we *don't* want to do superclass commoning up.  Consider
787
788         fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
789         {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
790
791 Here, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But we *dont*
792 want to get
793
794         forall dIntegralInt.
795         fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
796
797 because the scsel will mess up matching.  Instead we want
798
799         forall dIntegralInt, dNumInt.
800         fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
801
802 Hence "DontReduce NoSCs"
803
804 \begin{code}
805 tcSimplifyToDicts :: LIE -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
806 tcSimplifyToDicts wanted_lie
807   = simpleReduceLoop doc try_me wanteds         `thenTc` \ (frees, binds, irreds) ->
808         -- Since try_me doesn't look at types, we don't need to
809         -- do any zonking, so it's safe to call reduceContext directly
810     ASSERT( null frees )
811     returnTc (irreds, binds)
812
813   where
814     doc = text "tcSimplifyToDicts"
815     wanteds = lieToList wanted_lie
816
817         -- Reduce methods and lits only; stop as soon as we get a dictionary
818     try_me inst | isDict inst = DontReduce NoSCs
819                 | otherwise   = ReduceMe
820 \end{code}
821
822
823 %************************************************************************
824 %*                                                                      *
825 \subsection{Filtering at a dynamic binding}
826 %*                                                                      *
827 %************************************************************************
828
829 When we have
830         let ?x = R in B
831
832 we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
833 step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
834
835 Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
836
837         f :: (?x::Int) => Char -> Char
838         let ?x = 3 in f 'c'
839
840 then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
841 force the binding for ?x to be of type Int.
842
843 \begin{code}
844 tcSimplifyIPs :: [Inst]         -- The implicit parameters bound here
845               -> LIE
846               -> TcM (LIE, TcDictBinds)
847 tcSimplifyIPs given_ips wanted_lie
848   = simpl_loop given_ips wanteds        `thenTc` \ (frees, binds) ->
849     returnTc (mkLIE frees, binds)
850   where
851     doc      = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr ip_names
852     wanteds  = lieToList wanted_lie
853     ip_names = map instName given_ips
854     ip_set   = mkNameSet ip_names
855
856         -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
857     try_me inst | inst `instMentionsIPs` ip_set = ReduceMe
858                 | otherwise                     = Free
859
860     simpl_loop givens wanteds
861       = mapNF_Tc zonkInst givens                `thenNF_Tc` \ givens' ->
862         mapNF_Tc zonkInst wanteds               `thenNF_Tc` \ wanteds' ->
863
864         reduceContext doc try_me givens' wanteds'    `thenTc` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
865
866         if no_improvement then
867             ASSERT( null irreds )
868             returnTc (frees, binds)
869         else
870             simpl_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenTc` \ (frees1, binds1) ->
871             returnTc (frees1, binds `AndMonoBinds` binds1)
872 \end{code}
873
874
875 %************************************************************************
876 %*                                                                      *
877 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
878 %*                                                                      *
879 %************************************************************************
880
881 When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
882 For example, we might have...
883 \begin{verbatim}
884 let f x = x + 1     -- orig local function (overloaded)
885     f.1 = f Int     -- two instances of f
886     f.2 = f Float
887  in
888     (f.1 5, f.2 6.7)
889 \end{verbatim}
890 The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
891 where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
892 upwards towards the top-level.  If the @Insts@ were binding-ified up
893 there, they would have unresolvable references to @f@.
894
895 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
896 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
897 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
898 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
899
900 \begin{code}
901 bindInstsOfLocalFuns :: LIE -> [TcId] -> TcM (LIE, TcMonoBinds)
902
903 bindInstsOfLocalFuns init_lie local_ids
904   | null overloaded_ids
905         -- Common case
906   = returnTc (init_lie, EmptyMonoBinds)
907
908   | otherwise
909   = simpleReduceLoop doc try_me wanteds         `thenTc` \ (frees, binds, irreds) ->
910     ASSERT( null irreds )
911     returnTc (mkLIE frees, binds)
912   where
913     doc              = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
914     wanteds          = lieToList init_lie
915     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
916     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
917
918     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids    -- There can occasionally be a lot of them
919                                                 -- so it's worth building a set, so that
920                                                 -- lookup (in isMethodFor) is faster
921
922     try_me inst | isMethodFor overloaded_set inst = ReduceMe
923                 | otherwise                       = Free
924 \end{code}
925
926
927 %************************************************************************
928 %*                                                                      *
929 \subsection{Data types for the reduction mechanism}
930 %*                                                                      *
931 %************************************************************************
932
933 The main control over context reduction is here
934
935 \begin{code}
936 data WhatToDo
937  = ReduceMe             -- Try to reduce this
938                         -- If there's no instance, behave exactly like
939                         -- DontReduce: add the inst to
940                         -- the irreductible ones, but don't
941                         -- produce an error message of any kind.
942                         -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
943
944  | DontReduce WantSCs           -- Return as irreducible
945
946  | DontReduceUnlessConstant     -- Return as irreducible unless it can
947                                 -- be reduced to a constant in one step
948
949  | Free                   -- Return as free
950
951 data WantSCs = NoSCs | AddSCs   -- Tells whether we should add the superclasses
952                                 -- of a predicate when adding it to the avails
953 \end{code}
954
955
956
957 \begin{code}
958 type RedState = (Avails,        -- What's available
959                  [Inst])        -- Insts for which try_me returned Free
960
961 type Avails = FiniteMap Inst Avail
962
963 data Avail
964   = Irred               -- Used for irreducible dictionaries,
965                         -- which are going to be lambda bound
966
967   | BoundTo TcId        -- Used for dictionaries for which we have a binding
968                         -- e.g. those "given" in a signature
969
970   | NoRhs               -- Used for Insts like (CCallable f)
971                         -- where no witness is required.
972
973   | Rhs                 -- Used when there is a RHS
974         TcExpr          -- The RHS
975         [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
976
977 pprAvails avails = vcat [ppr inst <+> equals <+> pprAvail avail
978                         | (inst,avail) <- fmToList avails ]
979
980 instance Outputable Avail where
981     ppr = pprAvail
982
983 pprAvail NoRhs        = text "<no rhs>"
984 pprAvail Irred        = text "Irred"
985 pprAvail (BoundTo x)  = text "Bound to" <+> ppr x
986 pprAvail (Rhs rhs bs) = ppr rhs <+> braces (ppr bs)
987 \end{code}
988
989 Extracting the bindings from a bunch of Avails.
990 The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
991 We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
992 dependency analyser can sort them out later
993
994 The loop startes
995 \begin{code}
996 bindsAndIrreds :: Avails
997                -> [Inst]                -- Wanted
998                -> (TcDictBinds,         -- Bindings
999                    [Inst])              -- Irreducible ones
1000
1001 bindsAndIrreds avails wanteds
1002   = go avails EmptyMonoBinds [] wanteds
1003   where
1004     go avails binds irreds [] = (binds, irreds)
1005
1006     go avails binds irreds (w:ws)
1007       = case lookupFM avails w of
1008           Nothing    -> -- Free guys come out here
1009                         -- (If we didn't do addFree we could use this as the
1010                         --  criterion for free-ness, and pick up the free ones here too)
1011                         go avails binds irreds ws
1012
1013           Just NoRhs -> go avails binds irreds ws
1014
1015           Just Irred -> go (addToFM avails w (BoundTo (instToId w))) binds (w:irreds) ws
1016
1017           Just (BoundTo id) -> go avails new_binds irreds ws
1018                             where
1019                                 -- For implicit parameters, all occurrences share the same
1020                                 -- Id, so there is no need for synonym bindings
1021                                new_binds | new_id == id = binds
1022                                          | otherwise    = addBind binds new_id (HsVar id)
1023                                new_id   = instToId w
1024
1025           Just (Rhs rhs ws') -> go avails' (addBind binds id rhs) irreds (ws' ++ ws)
1026                              where
1027                                 id       = instToId w
1028                                 avails'  = addToFM avails w (BoundTo id)
1029
1030 addBind binds id rhs = binds `AndMonoBinds` VarMonoBind id rhs
1031 \end{code}
1032
1033
1034 %************************************************************************
1035 %*                                                                      *
1036 \subsection[reduce]{@reduce@}
1037 %*                                                                      *
1038 %************************************************************************
1039
1040 When the "what to do" predicate doesn't depend on the quantified type variables,
1041 matters are easier.  We don't need to do any zonking, unless the improvement step
1042 does something, in which case we zonk before iterating.
1043
1044 The "given" set is always empty.
1045
1046 \begin{code}
1047 simpleReduceLoop :: SDoc
1048                  -> (Inst -> WhatToDo)          -- What to do, *not* based on the quantified type variables
1049                  -> [Inst]                      -- Wanted
1050                  -> TcM ([Inst],                -- Free
1051                          TcDictBinds,
1052                          [Inst])                -- Irreducible
1053
1054 simpleReduceLoop doc try_me wanteds
1055   = mapNF_Tc zonkInst wanteds                   `thenNF_Tc` \ wanteds' ->
1056     reduceContext doc try_me [] wanteds'        `thenTc` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
1057     if no_improvement then
1058         returnTc (frees, binds, irreds)
1059     else
1060         simpleReduceLoop doc try_me (irreds ++ frees)   `thenTc` \ (frees1, binds1, irreds1) ->
1061         returnTc (frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
1062 \end{code}
1063
1064
1065
1066 \begin{code}
1067 reduceContext :: SDoc
1068               -> (Inst -> WhatToDo)
1069               -> [Inst]                 -- Given
1070               -> [Inst]                 -- Wanted
1071               -> NF_TcM (Bool,          -- True <=> improve step did no unification
1072                          [Inst],        -- Free
1073                          TcDictBinds,   -- Dictionary bindings
1074                          [Inst])        -- Irreducible
1075
1076 reduceContext doc try_me givens wanteds
1077   =
1078     traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1079              text "----------------------",
1080              doc,
1081              text "given" <+> ppr givens,
1082              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1083              text "----------------------"
1084              ]))                                        `thenNF_Tc_`
1085
1086         -- Build the Avail mapping from "givens"
1087     foldlNF_Tc addGiven (emptyFM, []) givens            `thenNF_Tc` \ init_state ->
1088
1089         -- Do the real work
1090     reduceList (0,[]) try_me wanteds init_state         `thenNF_Tc` \ state@(avails, frees) ->
1091
1092         -- Do improvement, using everything in avails
1093         -- In particular, avails includes all superclasses of everything
1094     tcImprove avails                                    `thenTc` \ no_improvement ->
1095
1096     traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1097              text "----------------------",
1098              doc,
1099              text "given" <+> ppr givens,
1100              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1101              text "----",
1102              text "avails" <+> pprAvails avails,
1103              text "frees" <+> ppr frees,
1104              text "no_improvement =" <+> ppr no_improvement,
1105              text "----------------------"
1106              ]))                                        `thenNF_Tc_`
1107      let
1108         (binds, irreds) = bindsAndIrreds avails wanteds
1109      in
1110      returnTc (no_improvement, frees, binds, irreds)
1111
1112 tcImprove avails
1113  =  tcGetInstEnv                                `thenTc` \ inst_env ->
1114     let
1115         preds = [ (pred, pp_loc)
1116                 | inst <- keysFM avails,
1117                   let pp_loc = pprInstLoc (instLoc inst),
1118                   pred <- predsOfInst inst,
1119                   predHasFDs pred
1120                 ]
1121                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1122                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1123                 -- It does not have duplicates (good)
1124                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1125                 --    so that improve will see them separate
1126         eqns  = improve (classInstEnv inst_env) preds
1127      in
1128      if null eqns then
1129         returnTc True
1130      else
1131         traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map ppr_eqn eqns))    `thenNF_Tc_`
1132         mapTc_ unify eqns       `thenTc_`
1133         returnTc False
1134   where
1135     unify ((qtvs, t1, t2), doc)
1136          = tcAddErrCtxt doc                     $
1137            tcInstTyVars (varSetElems qtvs)      `thenNF_Tc` \ (_, _, tenv) ->
1138            unifyTauTy (substTy tenv t1) (substTy tenv t2)
1139     ppr_eqn ((qtvs, t1, t2), doc)
1140         = vcat [ptext SLIT("forall") <+> braces (pprWithCommas ppr (varSetElems qtvs))
1141                                      <+> ppr t1 <+> ptext SLIT(":=:") <+> ppr t2,
1142                 nest 2 doc]
1143 \end{code}
1144
1145 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1146
1147 \begin{code}
1148 reduceList :: (Int,[Inst])              -- Stack (for err msgs)
1149                                         -- along with its depth
1150            -> (Inst -> WhatToDo)
1151            -> [Inst]
1152            -> RedState
1153            -> TcM RedState
1154 \end{code}
1155
1156 @reduce@ is passed
1157      try_me:    given an inst, this function returns
1158                   Reduce       reduce this
1159                   DontReduce   return this in "irreds"
1160                   Free         return this in "frees"
1161
1162      wanteds:   The list of insts to reduce
1163      state:     An accumulating parameter of type RedState
1164                 that contains the state of the algorithm
1165
1166   It returns a RedState.
1167
1168 The (n,stack) pair is just used for error reporting.
1169 n is always the depth of the stack.
1170 The stack is the stack of Insts being reduced: to produce X
1171 I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1172
1173 \begin{code}
1174 reduceList (n,stack) try_me wanteds state
1175   | n > opt_MaxContextReductionDepth
1176   = failWithTc (reduceDepthErr n stack)
1177
1178   | otherwise
1179   =
1180 #ifdef DEBUG
1181    (if n > 8 then
1182         pprTrace "Jeepers! ReduceContext:" (reduceDepthMsg n stack)
1183     else (\x->x))
1184 #endif
1185     go wanteds state
1186   where
1187     go []     state = returnTc state
1188     go (w:ws) state = reduce (n+1, w:stack) try_me w state      `thenTc` \ state' ->
1189                       go ws state'
1190
1191     -- Base case: we're done!
1192 reduce stack try_me wanted state
1193     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1194   | isAvailable state wanted
1195   = returnTc state
1196
1197   | otherwise
1198   = case try_me wanted of {
1199
1200       DontReduce want_scs -> addIrred want_scs state wanted
1201
1202     ; DontReduceUnlessConstant ->    -- It's irreducible (or at least should not be reduced)
1203                                      -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1204         try_simple (addIrred AddSCs)    -- Assume want superclasses
1205
1206     ; Free ->   -- It's free so just chuck it upstairs
1207                 -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1208         try_simple addFree
1209
1210     ; ReduceMe ->               -- It should be reduced
1211         lookupInst wanted             `thenNF_Tc` \ lookup_result ->
1212         case lookup_result of
1213             GenInst wanteds' rhs -> reduceList stack try_me wanteds' state      `thenTc` \ state' ->
1214                                     addWanted state' wanted rhs wanteds'
1215             SimpleInst rhs       -> addWanted state wanted rhs []
1216
1217             NoInstance ->    -- No such instance!
1218                              -- Add it and its superclasses
1219                              addIrred AddSCs state wanted
1220
1221     }
1222   where
1223     try_simple do_this_otherwise
1224       = lookupInst wanted         `thenNF_Tc` \ lookup_result ->
1225         case lookup_result of
1226             SimpleInst rhs -> addWanted state wanted rhs []
1227             other          -> do_this_otherwise state wanted
1228 \end{code}
1229
1230
1231 \begin{code}
1232 isAvailable :: RedState -> Inst -> Bool
1233 isAvailable (avails, _) wanted = wanted `elemFM` avails
1234         -- NB: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
1235         -- *not* by unique.  So
1236         --      d1::C Int ==  d2::C Int
1237
1238 -------------------------
1239 addFree :: RedState -> Inst -> NF_TcM RedState
1240         -- When an Inst is tossed upstairs as 'free' we nevertheless add it
1241         -- to avails, so that any other equal Insts will be commoned up right
1242         -- here rather than also being tossed upstairs.  This is really just
1243         -- an optimisation, and perhaps it is more trouble that it is worth,
1244         -- as the following comments show!
1245         --
1246         -- NB1: do *not* add superclasses.  If we have
1247         --      df::Floating a
1248         --      dn::Num a
1249         -- but a is not bound here, then we *don't* want to derive
1250         -- dn from df here lest we lose sharing.
1251         --
1252         -- NB2: do *not* add the Inst to avails at all if it's a method.
1253         -- The following situation shows why this is bad:
1254         --      truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
1255         -- From an application (truncate f i) we get
1256         --      t1 = truncate at f
1257         --      t2 = t1 at i
1258         -- If we have also have a second occurrence of truncate, we get
1259         --      t3 = truncate at f
1260         --      t4 = t3 at i
1261         -- When simplifying with i,f free, we might still notice that
1262         --   t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
1263         --   will continue to float out!
1264         -- Solution: never put methods in avail till they are captured
1265         -- in which case addFree isn't used
1266         --
1267         -- NB3: make sure that CCallable/CReturnable use NoRhs rather
1268         --      than BoundTo, else we end up with bogus bindings.
1269         --      c.f. instBindingRequired in addWanted
1270 addFree (avails, frees) free
1271   | isDict free = returnNF_Tc (addToFM avails free avail, free:frees)
1272   | otherwise   = returnNF_Tc (avails,                    free:frees)
1273   where
1274     avail | instBindingRequired free = BoundTo (instToId free)
1275           | otherwise                = NoRhs
1276
1277 addWanted :: RedState -> Inst -> TcExpr -> [Inst] -> NF_TcM RedState
1278 addWanted state@(avails, frees) wanted rhs_expr wanteds
1279 -- Do *not* add superclasses as well.  Here's an example of why not
1280 --      class Eq a => Foo a b
1281 --      instance Eq a => Foo [a] a
1282 -- If we are reducing
1283 --      (Foo [t] t)
1284 -- we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We
1285 -- must not then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1286 --      ToDo: this isn't entirely unsatisfactory, because
1287 --            we may also lose some entirely-legitimate sharing this way
1288
1289   = ASSERT( not (isAvailable state wanted) )
1290     returnNF_Tc (addToFM avails wanted avail, frees)
1291   where
1292     avail | instBindingRequired wanted = Rhs rhs_expr wanteds
1293           | otherwise                  = ASSERT( null wanteds ) NoRhs
1294
1295 addGiven :: RedState -> Inst -> NF_TcM RedState
1296 addGiven state given = addAvailAndSCs state given (BoundTo (instToId given))
1297
1298 addIrred :: WantSCs -> RedState -> Inst -> NF_TcM RedState
1299 addIrred NoSCs  (avails,frees) irred = returnNF_Tc (addToFM avails irred Irred, frees)
1300 addIrred AddSCs state          irred = addAvailAndSCs state irred Irred
1301
1302 addAvailAndSCs :: RedState -> Inst -> Avail -> NF_TcM RedState
1303 addAvailAndSCs (avails, frees) wanted avail
1304   = add_avail_and_scs avails wanted avail       `thenNF_Tc` \ avails' ->
1305     returnNF_Tc (avails', frees)
1306
1307 ---------------------
1308 add_avail_and_scs :: Avails -> Inst -> Avail -> NF_TcM Avails
1309 add_avail_and_scs avails wanted avail
1310   = add_scs (addToFM avails wanted avail) wanted
1311
1312 add_scs :: Avails -> Inst -> NF_TcM Avails
1313         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
1314         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
1315
1316 add_scs avails dict
1317   | not (isClassDict dict)
1318   = returnNF_Tc avails
1319
1320   | otherwise   -- It is a dictionary
1321   = newDictsFromOld dict sc_theta'      `thenNF_Tc` \ sc_dicts ->
1322     foldlNF_Tc add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels)
1323   where
1324     (clas, tys) = getDictClassTys dict
1325     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
1326     sc_theta' = substTheta (mkTopTyVarSubst tyvars tys) sc_theta
1327
1328     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)     -- Add it, and its superclasses
1329       = case lookupFM avails sc_dict of
1330           Just (BoundTo _) -> returnNF_Tc avails        -- See Note [SUPER] below
1331           other            -> add_avail_and_scs avails sc_dict avail
1332       where
1333         sc_sel_rhs = DictApp (TyApp (HsVar sc_sel) tys) [instToId dict]
1334         avail      = Rhs sc_sel_rhs [dict]
1335 \end{code}
1336
1337 Note [SUPER].  We have to be careful here.  If we are *given* d1:Ord a,
1338 and want to deduce (d2:C [a]) where
1339
1340         class Ord a => C a where
1341         instance Ord a => C [a] where ...
1342
1343 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] and then add the
1344 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1345 for d1:Ord a (which is given) with a superclass selection or we'll just
1346 build a loop!  Hence looking for BoundTo.  Crudely, BoundTo is cheaper
1347 than a selection.
1348
1349
1350 %************************************************************************
1351 %*                                                                      *
1352 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
1353 %*                                                                      *
1354 %************************************************************************
1355
1356
1357 If a dictionary constrains a type variable which is
1358         * not mentioned in the environment
1359         * and not mentioned in the type of the expression
1360 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
1361 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
1362 parameter to a function.
1363
1364 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
1365 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
1366 Specifically, if
1367         * at least one of its classes is a numeric class, and
1368         * all of its classes are numeric or standard
1369 then the type variable can be defaulted to the first type in the
1370 default-type list which is an instance of all the offending classes.
1371
1372 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
1373 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
1374 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
1375 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
1376
1377 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
1378 and ambiguous Insts.
1379
1380 We need to be careful of one case.  Suppose we have
1381
1382         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
1383
1384 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
1385 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
1386
1387 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
1388
1389
1390 \begin{code}
1391 tcSimplifyTop :: LIE -> TcM TcDictBinds
1392 tcSimplifyTop wanted_lie
1393   = simpleReduceLoop (text "tcSimplTop") try_me wanteds `thenTc` \ (frees, binds, irreds) ->
1394     ASSERT( null frees )
1395
1396     let
1397                 -- All the non-std ones are definite errors
1398         (stds, non_stds) = partition isStdClassTyVarDict irreds
1399
1400                 -- Group by type variable
1401         std_groups = equivClasses cmp_by_tyvar stds
1402
1403                 -- Pick the ones which its worth trying to disambiguate
1404         (std_oks, std_bads) = partition worth_a_try std_groups
1405
1406                 -- Have a try at disambiguation
1407                 -- if the type variable isn't bound
1408                 -- up with one of the non-standard classes
1409         worth_a_try group@(d:_) = not (non_std_tyvars `intersectsVarSet` tyVarsOfInst d)
1410         non_std_tyvars          = unionVarSets (map tyVarsOfInst non_stds)
1411
1412                 -- Collect together all the bad guys
1413         bad_guys = non_stds ++ concat std_bads
1414     in
1415         -- Disambiguate the ones that look feasible
1416     mapTc disambigGroup std_oks         `thenTc` \ binds_ambig ->
1417
1418         -- And complain about the ones that don't
1419         -- This group includes both non-existent instances
1420         --      e.g. Num (IO a) and Eq (Int -> Int)
1421         -- and ambiguous dictionaries
1422         --      e.g. Num a
1423     addTopAmbigErrs bad_guys            `thenNF_Tc_`
1424
1425     returnTc (binds `andMonoBinds` andMonoBindList binds_ambig)
1426   where
1427     wanteds     = lieToList wanted_lie
1428     try_me inst = ReduceMe
1429
1430     d1 `cmp_by_tyvar` d2 = get_tv d1 `compare` get_tv d2
1431
1432 get_tv d   = case getDictClassTys d of
1433                    (clas, [ty]) -> tcGetTyVar "tcSimplify" ty
1434 get_clas d = case getDictClassTys d of
1435                    (clas, [ty]) -> clas
1436 \end{code}
1437
1438 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
1439 the same type variable.
1440
1441 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
1442 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
1443 the most common use of defaulting is code like:
1444 \begin{verbatim}
1445         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
1446 \end{verbatim}
1447 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
1448 @void@.
1449
1450 \begin{code}
1451 disambigGroup :: [Inst] -- All standard classes of form (C a)
1452               -> TcM TcDictBinds
1453
1454 disambigGroup dicts
1455   |   any isNumericClass classes        -- Guaranteed all standard classes
1456           -- see comment at the end of function for reasons as to
1457           -- why the defaulting mechanism doesn't apply to groups that
1458           -- include CCallable or CReturnable dicts.
1459    && not (any isCcallishClass classes)
1460   =     -- THE DICTS OBEY THE DEFAULTABLE CONSTRAINT
1461         -- SO, TRY DEFAULT TYPES IN ORDER
1462
1463         -- Failure here is caused by there being no type in the
1464         -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
1465         -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
1466         -- default list is Int.
1467     tcGetDefaultTys                     `thenNF_Tc` \ default_tys ->
1468     let
1469       try_default []    -- No defaults work, so fail
1470         = failTc
1471
1472       try_default (default_ty : default_tys)
1473         = tryTc_ (try_default default_tys) $    -- If default_ty fails, we try
1474                                                 -- default_tys instead
1475           tcSimplifyCheckThetas [] theta        `thenTc` \ _ ->
1476           returnTc default_ty
1477         where
1478           theta = [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
1479     in
1480         -- See if any default works, and if so bind the type variable to it
1481         -- If not, add an AmbigErr
1482     recoverTc (addAmbigErrs dicts                       `thenNF_Tc_`
1483                returnTc EmptyMonoBinds) $
1484
1485     try_default default_tys                     `thenTc` \ chosen_default_ty ->
1486
1487         -- Bind the type variable and reduce the context, for real this time
1488     unifyTauTy chosen_default_ty (mkTyVarTy tyvar)      `thenTc_`
1489     simpleReduceLoop (text "disambig" <+> ppr dicts)
1490                      try_me dicts                       `thenTc` \ (frees, binds, ambigs) ->
1491     WARN( not (null frees && null ambigs), ppr frees $$ ppr ambigs )
1492     warnDefault dicts chosen_default_ty                 `thenTc_`
1493     returnTc binds
1494
1495   | all isCreturnableClass classes
1496   =     -- Default CCall stuff to (); we don't even both to check that () is an
1497         -- instance of CReturnable, because we know it is.
1498     unifyTauTy (mkTyVarTy tyvar) unitTy    `thenTc_`
1499     returnTc EmptyMonoBinds
1500
1501   | otherwise -- No defaults
1502   = addAmbigErrs dicts  `thenNF_Tc_`
1503     returnTc EmptyMonoBinds
1504
1505   where
1506     try_me inst = ReduceMe                      -- This reduce should not fail
1507     tyvar       = get_tv (head dicts)           -- Should be non-empty
1508     classes     = map get_clas dicts
1509 \end{code}
1510
1511 [Aside - why the defaulting mechanism is turned off when
1512  dealing with arguments and results to ccalls.
1513
1514 When typechecking _ccall_s, TcExpr ensures that the external
1515 function is only passed arguments (and in the other direction,
1516 results) of a restricted set of 'native' types. This is
1517 implemented via the help of the pseudo-type classes,
1518 @CReturnable@ (CR) and @CCallable@ (CC.)
1519
1520 The interaction between the defaulting mechanism for numeric
1521 values and CC & CR can be a bit puzzling to the user at times.
1522 For example,
1523
1524     x <- _ccall_ f
1525     if (x /= 0) then
1526        _ccall_ g x
1527      else
1528        return ()
1529
1530 What type has 'x' got here? That depends on the default list
1531 in operation, if it is equal to Haskell 98's default-default
1532 of (Integer, Double), 'x' has type Double, since Integer
1533 is not an instance of CR. If the default list is equal to
1534 Haskell 1.4's default-default of (Int, Double), 'x' has type
1535 Int.
1536
1537 To try to minimise the potential for surprises here, the
1538 defaulting mechanism is turned off in the presence of
1539 CCallable and CReturnable.
1540
1541 End of aside]
1542
1543
1544 %************************************************************************
1545 %*                                                                      *
1546 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
1547 %*                                                                      *
1548 %************************************************************************
1549
1550 Much simpler versions when there are no bindings to make!
1551
1552 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
1553 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
1554 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
1555
1556 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
1557 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
1558 instance declarations.
1559
1560 \begin{code}
1561 tcSimplifyThetas :: ThetaType           -- Wanted
1562                  -> TcM ThetaType               -- Needed
1563
1564 tcSimplifyThetas wanteds
1565   = doptsTc Opt_GlasgowExts             `thenNF_Tc` \ glaExts ->
1566     reduceSimple [] wanteds             `thenNF_Tc` \ irreds ->
1567     let
1568         -- For multi-param Haskell, check that the returned dictionaries
1569         -- don't have any of the form (C Int Bool) for which
1570         -- we expect an instance here
1571         -- For Haskell 98, check that all the constraints are of the form C a,
1572         -- where a is a type variable
1573         bad_guys | glaExts   = [pred | pred <- irreds,
1574                                        isEmptyVarSet (tyVarsOfPred pred)]
1575                  | otherwise = [pred | pred <- irreds,
1576                                        not (isTyVarClassPred pred)]
1577     in
1578     if null bad_guys then
1579         returnTc irreds
1580     else
1581        mapNF_Tc addNoInstErr bad_guys           `thenNF_Tc_`
1582        failTc
1583 \end{code}
1584
1585 @tcSimplifyCheckThetas@ just checks class-type constraints, essentially;
1586 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
1587 whether it worked or not.
1588
1589 \begin{code}
1590 tcSimplifyCheckThetas :: ThetaType      -- Given
1591                       -> ThetaType      -- Wanted
1592                       -> TcM ()
1593
1594 tcSimplifyCheckThetas givens wanteds
1595   = reduceSimple givens wanteds    `thenNF_Tc`  \ irreds ->
1596     if null irreds then
1597        returnTc ()
1598     else
1599        mapNF_Tc addNoInstErr irreds             `thenNF_Tc_`
1600        failTc
1601 \end{code}
1602
1603
1604 \begin{code}
1605 type AvailsSimple = FiniteMap PredType Bool
1606                     -- True  => irreducible
1607                     -- False => given, or can be derived from a given or from an irreducible
1608
1609 reduceSimple :: ThetaType                       -- Given
1610              -> ThetaType                       -- Wanted
1611              -> NF_TcM ThetaType                -- Irreducible
1612
1613 reduceSimple givens wanteds
1614   = reduce_simple (0,[]) givens_fm wanteds      `thenNF_Tc` \ givens_fm' ->
1615     returnNF_Tc [pred | (pred,True) <- fmToList givens_fm']
1616   where
1617     givens_fm     = foldl addNonIrred emptyFM givens
1618
1619 reduce_simple :: (Int,ThetaType)                -- Stack
1620               -> AvailsSimple
1621               -> ThetaType
1622               -> NF_TcM AvailsSimple
1623
1624 reduce_simple (n,stack) avails wanteds
1625   = go avails wanteds
1626   where
1627     go avails []     = returnNF_Tc avails
1628     go avails (w:ws) = reduce_simple_help (n+1,w:stack) avails w        `thenNF_Tc` \ avails' ->
1629                        go avails' ws
1630
1631 reduce_simple_help stack givens wanted
1632   | wanted `elemFM` givens
1633   = returnNF_Tc givens
1634
1635   | Just (clas, tys) <- getClassPredTys_maybe wanted
1636   = lookupSimpleInst clas tys   `thenNF_Tc` \ maybe_theta ->
1637     case maybe_theta of
1638       Nothing ->    returnNF_Tc (addSimpleIrred givens wanted)
1639       Just theta -> reduce_simple stack (addNonIrred givens wanted) theta
1640
1641   | otherwise
1642   = returnNF_Tc (addSimpleIrred givens wanted)
1643
1644 addSimpleIrred :: AvailsSimple -> PredType -> AvailsSimple
1645 addSimpleIrred givens pred
1646   = addSCs (addToFM givens pred True) pred
1647
1648 addNonIrred :: AvailsSimple -> PredType -> AvailsSimple
1649 addNonIrred givens pred
1650   = addSCs (addToFM givens pred False) pred
1651
1652 addSCs givens pred
1653   | not (isClassPred pred) = givens
1654   | otherwise              = foldl add givens sc_theta
1655  where
1656    Just (clas,tys) = getClassPredTys_maybe pred
1657    (tyvars, sc_theta_tmpl, _, _) = classBigSig clas
1658    sc_theta = substTheta (mkTopTyVarSubst tyvars tys) sc_theta_tmpl
1659
1660    add givens ct
1661      = case lookupFM givens ct of
1662        Nothing    -> -- Add it and its superclasses
1663                      addSCs (addToFM givens ct False) ct
1664
1665        Just True  -> -- Set its flag to False; superclasses already done
1666                      addToFM givens ct False
1667
1668        Just False -> -- Already done
1669                      givens
1670
1671 \end{code}
1672
1673
1674 %************************************************************************
1675 %*                                                                      *
1676 \section{Errors and contexts}
1677 %*                                                                      *
1678 %************************************************************************
1679
1680 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
1681 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
1682 now?
1683
1684 \begin{code}
1685 groupInsts :: [Inst] -> [[Inst]]
1686 -- Group together insts with the same origin
1687 -- We want to report them together in error messages
1688 groupInsts []           = []
1689 groupInsts (inst:insts) = (inst:friends) : groupInsts others
1690                         where
1691                                 -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
1692                                 --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
1693                                 --  and it avoids need equality on InstLocs.)
1694                           (friends, others) = partition is_friend insts
1695                           loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
1696                           is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
1697
1698
1699 addTopAmbigErrs dicts
1700   = mapNF_Tc (addTopInstanceErrs tidy_env) (groupInsts no_insts)        `thenNF_Tc_`
1701     mapNF_Tc (addTopIPErrs tidy_env)       (groupInsts bad_ips)         `thenNF_Tc_`
1702     mapNF_Tc (addAmbigErr tidy_env)        ambigs                       `thenNF_Tc_`
1703     returnNF_Tc ()
1704   where
1705     fixed_tvs = oclose (predsOfInsts tidy_dicts) emptyVarSet
1706     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
1707     (bad_ips, non_ips)     = partition is_ip tidy_dicts
1708     (no_insts, ambigs)     = partition no_inst non_ips
1709     is_ip d   = any isIPPred (predsOfInst d)
1710     no_inst d = not (isTyVarDict d) || tyVarsOfInst d `subVarSet` fixed_tvs
1711
1712 plural [x] = empty
1713 plural xs  = char 's'
1714
1715 addTopIPErrs tidy_env tidy_dicts
1716   = addInstErrTcM (instLoc (head tidy_dicts))
1717         (tidy_env,
1718          ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> plural tidy_dicts <+> pprInsts tidy_dicts)
1719
1720 -- Used for top-level irreducibles
1721 addTopInstanceErrs tidy_env tidy_dicts
1722   = addInstErrTcM (instLoc (head tidy_dicts))
1723         (tidy_env,
1724          ptext SLIT("No instance") <> plural tidy_dicts <+> 
1725                 ptext SLIT("for") <+> pprInsts tidy_dicts)
1726
1727 addAmbigErrs dicts
1728   = mapNF_Tc (addAmbigErr tidy_env) tidy_dicts
1729   where
1730     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
1731
1732 addAmbigErr tidy_env tidy_dict
1733   = addInstErrTcM (instLoc tidy_dict)
1734         (tidy_env,
1735          sep [text "Ambiguous type variable(s)" <+> pprQuotedList ambig_tvs,
1736               nest 4 (text "in the constraint" <+> quotes (pprInst tidy_dict))])
1737   where
1738     ambig_tvs = varSetElems (tyVarsOfInst tidy_dict)
1739
1740 warnDefault dicts default_ty
1741   = doptsTc Opt_WarnTypeDefaults  `thenTc` \ warn_flag ->
1742     tcAddSrcLoc (get_loc (head dicts)) (warnTc warn_flag warn_msg)
1743   where
1744         -- Tidy them first
1745     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
1746     get_loc i = case instLoc i of { (_,loc,_) -> loc }
1747     warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
1748                                 quotes (ppr default_ty),
1749                       pprInstsInFull tidy_dicts]
1750
1751 complainCheck doc givens irreds
1752   = mapNF_Tc zonkInst given_dicts                                 `thenNF_Tc` \ givens' ->
1753     mapNF_Tc (addNoInstanceErrs doc givens') (groupInsts irreds)  `thenNF_Tc_`
1754     returnNF_Tc ()
1755   where
1756     given_dicts = filter isDict givens
1757         -- Filter out methods, which are only added to
1758         -- the given set as an optimisation
1759
1760 addNoInstanceErrs what_doc givens dicts
1761   = tcGetInstEnv        `thenNF_Tc` \ inst_env ->
1762     let
1763         (tidy_env1, tidy_givens) = tidyInsts givens
1764         (tidy_env2, tidy_dicts)  = tidyMoreInsts tidy_env1 dicts
1765
1766         doc = vcat [sep [herald <+> pprInsts tidy_dicts,
1767                          nest 4 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprInsts tidy_givens],
1768                     ambig_doc,
1769                     ptext SLIT("Probable fix:"),
1770                     nest 4 fix1,
1771                     nest 4 fix2]
1772
1773         herald = ptext SLIT("Could not") <+> unambig_doc <+> ptext SLIT("deduce")
1774         unambig_doc | ambig_overlap = ptext SLIT("unambiguously")
1775                     | otherwise     = empty
1776
1777                 -- The error message when we don't find a suitable instance
1778                 -- is complicated by the fact that sometimes this is because
1779                 -- there is no instance, and sometimes it's because there are
1780                 -- too many instances (overlap).  See the comments in TcEnv.lhs
1781                 -- with the InstEnv stuff.
1782
1783         ambig_doc
1784             | not ambig_overlap = empty
1785             | otherwise
1786             = vcat [ptext SLIT("The choice of (overlapping) instance declaration"),
1787                     nest 4 (ptext SLIT("depends on the instantiation of") <+>
1788                             quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInsts tidy_dicts))))]
1789
1790         fix1 = sep [ptext SLIT("Add") <+> pprInsts tidy_dicts,
1791                     ptext SLIT("to the") <+> what_doc]
1792
1793         fix2 | null instance_dicts 
1794              = empty
1795              | otherwise
1796              = ptext SLIT("Or add an instance declaration for") <+> pprInsts instance_dicts
1797
1798         instance_dicts = [d | d <- tidy_dicts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
1799                 -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
1800                 -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
1801
1802             -- Checks for the ambiguous case when we have overlapping instances
1803         ambig_overlap = any ambig_overlap1 dicts
1804         ambig_overlap1 dict 
1805                 | isClassDict dict
1806                 = case lookupInstEnv inst_env clas tys of
1807                             NoMatch ambig -> ambig
1808                             other         -> False
1809                 | otherwise = False
1810                 where
1811                   (clas,tys) = getDictClassTys dict
1812     in
1813     addInstErrTcM (instLoc (head dicts)) (tidy_env2, doc)
1814
1815 -- Used for the ...Thetas variants; all top level
1816 addNoInstErr pred
1817   = addErrTc (ptext SLIT("No instance for") <+> quotes (ppr pred))
1818
1819 reduceDepthErr n stack
1820   = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
1821           ptext SLIT("Use -fcontext-stack20 to increase stack size to (e.g.) 20"),
1822           nest 4 (pprInstsInFull stack)]
1823
1824 reduceDepthMsg n stack = nest 4 (pprInstsInFull stack)
1825
1826 -----------------------------------------------
1827 addCantGenErr inst
1828   = addErrTc (sep [ptext SLIT("Cannot generalise these overloadings (in a _ccall_):"),
1829                    nest 4 (ppr inst <+> pprInstLoc (instLoc inst))])
1830 \end{code}