[project @ 2003-02-14 14:19:29 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         tcSimplifyBracket,
14
15         tcSimplifyDeriv, tcSimplifyDefault,
16         bindInstsOfLocalFuns
17     ) where
18
19 #include "HsVersions.h"
20
21 import {-# SOURCE #-} TcUnify( unifyTauTy )
22 import TcEnv            -- temp
23 import HsSyn            ( MonoBinds(..), HsExpr(..), andMonoBinds, andMonoBindList )
24 import TcHsSyn          ( TcExpr, TcId,
25                           TcMonoBinds, TcDictBinds
26                         )
27
28 import TcRnMonad
29 import Inst             ( lookupInst, LookupInstResult(..),
30                           tyVarsOfInst, fdPredsOfInsts, fdPredsOfInst, newDicts,
31                           isDict, isClassDict, isLinearInst, linearInstType,
32                           isStdClassTyVarDict, isMethodFor, isMethod,
33                           instToId, tyVarsOfInsts,  cloneDict,
34                           ipNamesOfInsts, ipNamesOfInst, dictPred,
35                           instBindingRequired, instCanBeGeneralised,
36                           newDictsFromOld, tcInstClassOp,
37                           getDictClassTys, isTyVarDict,
38                           instLoc, zonkInst, tidyInsts, tidyMoreInsts,
39                           Inst, pprInsts, pprInstsInFull,
40                           isIPDict, isInheritableInst
41                         )
42 import TcEnv            ( tcGetGlobalTyVars, tcGetInstEnv, tcLookupId, findGlobals )
43 import InstEnv          ( lookupInstEnv, classInstEnv, InstLookupResult(..) )
44 import TcMType          ( zonkTcTyVarsAndFV, tcInstTyVars, checkAmbiguity )
45 import TcType           ( TcTyVar, TcTyVarSet, ThetaType, TyVarDetails(VanillaTv),
46                           mkClassPred, isOverloadedTy, mkTyConApp,
47                           mkTyVarTy, tcGetTyVar, isTyVarClassPred, mkTyVarTys,
48                           tyVarsOfPred )
49 import Id               ( idType, mkUserLocal )
50 import Var              ( TyVar )
51 import Name             ( getOccName, getSrcLoc )
52 import NameSet          ( NameSet, mkNameSet, elemNameSet )
53 import Class            ( classBigSig )
54 import FunDeps          ( oclose, grow, improve, pprEquationDoc )
55 import PrelInfo         ( isNumericClass, isCreturnableClass, isCcallishClass ) 
56 import PrelNames        ( splitName, fstName, sndName )
57
58 import Subst            ( mkTopTyVarSubst, substTheta, substTy )
59 import TysWiredIn       ( unitTy, pairTyCon )
60 import ErrUtils         ( Message )
61 import VarSet
62 import VarEnv           ( TidyEnv )
63 import FiniteMap
64 import Outputable
65 import ListSetOps       ( equivClasses )
66 import Util             ( zipEqual )
67 import List             ( partition )
68 import CmdLineOpts
69 \end{code}
70
71
72 %************************************************************************
73 %*                                                                      *
74 \subsection{NOTES}
75 %*                                                                      *
76 %************************************************************************
77
78         --------------------------------------
79                 Notes on quantification
80         --------------------------------------
81
82 Suppose we are about to do a generalisation step.
83 We have in our hand
84
85         G       the environment
86         T       the type of the RHS
87         C       the constraints from that RHS
88
89 The game is to figure out
90
91         Q       the set of type variables over which to quantify
92         Ct      the constraints we will *not* quantify over
93         Cq      the constraints we will quantify over
94
95 So we're going to infer the type
96
97         forall Q. Cq => T
98
99 and float the constraints Ct further outwards.
100
101 Here are the things that *must* be true:
102
103  (A)    Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
104  (B)    Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
105
106 (A) says we can't quantify over a variable that's free in the
107 environment.  (B) says we must quantify over all the truly free
108 variables in T, else we won't get a sufficiently general type.  We do
109 not *need* to quantify over any variable that is fixed by the free
110 vars of the environment G.
111
112         BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
113
114 Example:        class H x y | x->y where ...
115
116         fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
117                         T = c -> b
118
119         (A)  Q intersect {a} is empty
120         (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
121
122         So Q can be {c,d}, {b,c,d}
123
124 Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
125 variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
126 constraints can get into Ct instead of Cq.
127
128
129 -----------------------------------------
130 We will make use of
131
132   fv(T)         the free type vars of T
133
134   oclose(vs,C)  The result of extending the set of tyvars vs
135                 using the functional dependencies from C
136
137   grow(vs,C)    The result of extend the set of tyvars vs
138                 using all conceivable links from C.
139
140                 E.g. vs = {a}, C = {H [a] b, K (b,Int) c, Eq e}
141                 Then grow(vs,C) = {a,b,c}
142
143                 Note that grow(vs,C) `superset` grow(vs,simplify(C))
144                 That is, simplfication can only shrink the result of grow.
145
146 Notice that
147    oclose is conservative one way:      v `elem` oclose(vs,C) => v is definitely fixed by vs
148    grow is conservative the other way:  if v might be fixed by vs => v `elem` grow(vs,C)
149
150
151 -----------------------------------------
152
153 Choosing Q
154 ~~~~~~~~~~
155 Here's a good way to choose Q:
156
157         Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
158
159 That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
160 call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
161 G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
162 albeit perhaps too many.
163
164 Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
165
166         class H x y | x->y where ...
167
168         T = c->c
169         C = (H c d)
170
171   If we used fv(T) = {c} we'd get the type
172
173         forall c. H c d => c -> b
174
175   And then if the fn was called at several different c's, each of
176   which fixed d differently, we'd get a unification error, because
177   d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
178   everything that might be influenced by c.
179
180 Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
181 all the functional dependencies yet:
182
183         class H x y | x->y where ...
184         instance H x y => Eq (T x y) where ...
185
186         T = c->c
187         C = (Eq (T c d))
188
189   Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
190   apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
191
192
193 There really isn't any point in quantifying over any more than
194 grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
195 any other type variables.
196
197
198
199         --------------------------------------
200                 Notes on ambiguity
201         --------------------------------------
202
203 It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
204
205         class K x
206         class H x y | x -> y
207         instance H x y => K (x,y)
208
209 Is this type ambiguous?
210         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
211
212 Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
213 now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
214 without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
215 the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
216
217 Here's another example: is this ambiguous?
218         forall a b. Eq (T b) => a -> a
219 Not if there's an insance decl (with no context)
220         instance Eq (T b) where ...
221
222 You may say of this example that we should use the instance decl right
223 away, but you can't always do that:
224
225         class J a b where ...
226         instance J Int b where ...
227
228         f :: forall a b. J a b => a -> a
229
230 (Notice: no functional dependency in J's class decl.)
231 Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
232 It's premature to complain when meeting f's signature, or even
233 when inferring a type for f.
234
235
236
237 However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
238 show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
239 treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
240
241 So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
242
243         fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
244
245 (all tested before quantification).
246 That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
247 in the environment, or by the variables in the type.
248
249 Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
250
251         class J a b c | a b -> c
252         fv(G) = {a}
253
254 Is this ambiguous?
255         forall b c. (J a b c) => b -> b
256
257 Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
258 do we see that c is fixed.
259
260 It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
261 don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
262 the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
263 only issue a warning.
264
265
266 Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
267
268         c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
269
270 then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
271 certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
272 the nasty example?
273
274         class K x
275         class H x y | x -> y
276         instance H x y => K (x,y)
277
278 Is this type ambiguous?
279         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
280
281 Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
282 is a "bubble" that's a set of constraints
283
284         Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
285
286 Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
287 by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
288 Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
289 The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
290 (which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
291
292
293         --------------------------------------
294                 Notes on principal types
295         --------------------------------------
296
297     class C a where
298       op :: a -> a
299
300     f x = let g y = op (y::Int) in True
301
302 Here the principal type of f is (forall a. a->a)
303 but we'll produce the non-principal type
304     f :: forall a. C Int => a -> a
305
306
307         --------------------------------------
308                 Notes on implicit parameters
309         --------------------------------------
310
311 Question 1: can we "inherit" implicit parameters
312 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
313 Consider this:
314
315         f x = (x::Int) + ?y
316
317 where f is *not* a top-level binding.
318 From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
319 There are two types we might infer for f:
320
321         f :: Int -> Int
322
323 (so we get ?y from the context of f's definition), or
324
325         f :: (?y::Int) => Int -> Int
326
327 At first you might think the first was better, becuase then
328 ?y behaves like a free variable of the definition, rather than
329 having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
330 IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
331 dynamic binding means) so we'd better infer the second.
332
333 BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify 
334 over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
335
336
337 Question 2: type signatures
338 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
339 BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
340 to quantify over implicit parameters.  For example:
341
342         (?x + 1) :: Int
343
344 This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
345
346         (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
347
348 That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
349 so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
350 tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
351 and tcSimplifyCheckBind (which does not).
352
353 What about when you supply a type signature for a binding?
354 Is it legal to give the following explicit, user type 
355 signature to f, thus:
356
357         f :: Int -> Int
358         f x = (x::Int) + ?y
359
360 At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
361 that adding a type signature changes the dynamic semantics.
362 Consider this:
363
364         (let f x = (x::Int) + ?y
365          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
366
367                 returns (3+6, 3+5)
368 vs
369         (let f :: Int -> Int
370              f x = x + ?y
371          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
372
373                 returns (3+6, 3+6)
374
375 Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
376 dynamic semantics.
377
378 Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
379 semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
380 change the typing you may change the semantics.
381
382 To make things consistent in all cases where we are *checking* against
383 a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
384 rule: 
385
386         a signature does not need to quantify over implicit params.
387
388 [This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
389 which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
390 params for the reasons mentioned above.]
391
392 But that raises a new question.  Consider 
393
394         Given (signature)       ?x::Int
395         Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
396
397 Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
398 what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
399 what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
400 to float a constraint that
401         neither mentions any of the quantified type variables
402         nor any of the quantified implicit parameters
403
404 See the predicate isFreeWhenChecking.
405
406
407 Question 3: monomorphism
408 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
409 There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
410
411         z = (x::Int) + ?y
412
413 The argument above suggests that we *must* generalise
414 over the ?y parameter, to get
415         z :: (?y::Int) => Int,
416 but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
417         z :: Int.
418 Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
419
420         let z = x + ?y in z+z
421
422 you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
423 we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
424
425
426
427 Possible choices
428 ~~~~~~~~~~~~~~~~
429 (A) Always generalise over implicit parameters
430     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
431         be generalised
432
433     Consequences:
434         * Inlining remains valid
435         * No unexpected loss of sharing
436         * But simple bindings like
437                 z = ?y + 1
438           will be rejected, unless you add an explicit type signature
439           (to avoid the monomorphism restriction)
440                 z :: (?y::Int) => Int
441                 z = ?y + 1
442           This seems unacceptable
443
444 (B) Monomorphism restriction "wins"
445     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
446         be generalised
447     Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
448         that fall under the monomorphism restriction
449
450     Consequences
451         * Inlining isn't valid in general
452         * No unexpected loss of sharing
453         * Simple bindings like
454                 z = ?y + 1
455           accepted (get value of ?y from binding site)
456
457 (C) Always generalise over implicit parameters
458     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
459         be generalised, EXCEPT for implicit parameters
460     Consequences
461         * Inlining remains valid
462         * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
463         * Simple bindings like
464                 z = ?y + 1
465           accepted (get value of ?y from occurrence sites)
466
467
468 Discussion
469 ~~~~~~~~~~
470 None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
471 decide which we want to do.
472
473 It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
474
475         z = (x::Int) + ?y
476
477 would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
478 of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
479 case of function definitions, the answer is clearly the former, but
480 less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
481 if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
482 then inlining 'z' might change the semantics of the program.
483
484 Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
485 to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
486 innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
487 the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
488 use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
489 clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
490 those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
491 one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
492 restriction altogether.
493
494 BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
495
496
497
498 %************************************************************************
499 %*                                                                      *
500 \subsection{tcSimplifyInfer}
501 %*                                                                      *
502 %************************************************************************
503
504 tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
505
506     1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
507
508     2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
509        predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
510
511     3. Try improvement, using functional dependencies
512
513     4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
514        (Unification can change the result of 'grow'.)
515
516 Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
517 Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
518 after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
519 type variables than we absolutely have to.
520
521 For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
522 improvement with unification.  E.g. Suppose we have
523
524         class C x y | x->y where ...
525
526 and tcSimplify is called with:
527         (C Int a, C Int b)
528 Then improvement unifies a with b, giving
529         (C Int a, C Int a)
530
531 If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
532 again.
533
534
535 \begin{code}
536 tcSimplifyInfer
537         :: SDoc
538         -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
539         -> [Inst]               -- Wanted
540         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
541                 TcDictBinds,    -- Bindings
542                 [TcId])         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
543         -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
544 \end{code}
545
546
547 \begin{code}
548 tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted_lie
549   = inferLoop doc (varSetElems tau_tvs)
550               wanted_lie                `thenM` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
551
552         -- Check for non-generalisable insts
553     mappM_ addCantGenErr (filter (not . instCanBeGeneralised) irreds)   `thenM_`
554
555     extendLIEs frees                                                    `thenM_`
556     returnM (qtvs, binds, map instToId irreds)
557
558 inferLoop doc tau_tvs wanteds
559   =     -- Step 1
560     zonkTcTyVarsAndFV tau_tvs           `thenM` \ tau_tvs' ->
561     mappM zonkInst wanteds              `thenM` \ wanteds' ->
562     tcGetGlobalTyVars                   `thenM` \ gbl_tvs ->
563     let
564         preds = fdPredsOfInsts wanteds'
565         qtvs  = grow preds tau_tvs' `minusVarSet` oclose preds gbl_tvs
566
567         try_me inst
568           | isFreeWhenInferring qtvs inst = Free
569           | isClassDict inst              = DontReduceUnlessConstant    -- Dicts
570           | otherwise                     = ReduceMe                    -- Lits and Methods
571     in
572                 -- Step 2
573     reduceContext doc try_me [] wanteds'    `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
574
575                 -- Step 3
576     if no_improvement then
577         returnM (varSetElems qtvs, frees, binds, irreds)
578     else
579         -- If improvement did some unification, we go round again.  There
580         -- are two subtleties:
581         --   a) We start again with irreds, not wanteds
582         --      Using an instance decl might have introduced a fresh type variable
583         --      which might have been unified, so we'd get an infinite loop
584         --      if we started again with wanteds!  See example [LOOP]
585         --
586         --   b) It's also essential to re-process frees, because unification
587         --      might mean that a type variable that looked free isn't now.
588         --
589         -- Hence the (irreds ++ frees)
590
591         -- However, NOTICE that when we are done, we might have some bindings, but
592         -- the final qtvs might be empty.  See [NO TYVARS] below.
593                                 
594         inferLoop doc tau_tvs (irreds ++ frees) `thenM` \ (qtvs1, frees1, binds1, irreds1) ->
595         returnM (qtvs1, frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
596 \end{code}
597
598 Example [LOOP]
599
600         class If b t e r | b t e -> r
601         instance If T t e t
602         instance If F t e e
603         class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
604         instance Lte Z b T
605         instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
606
607 Wanted: Max Z (S x) y
608
609 Then we'll reduce using the Max instance to:
610         (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
611 and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
612 on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
613 with (Max Z (S x) y)!
614
615 [NO TYVARS]
616
617         class Y a b | a -> b where
618             y :: a -> X b
619         
620         instance Y [[a]] a where
621             y ((x:_):_) = X x
622         
623         k :: X a -> X a -> X a
624
625         g :: Num a => [X a] -> [X a]
626         g xs = h xs
627             where
628             h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
629
630 The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
631 try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
632 From this we get t1:=:t2, but also various bindings.  We can't forget
633 the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
634 polymorphic in.  
635
636 The net effect of [NO TYVARS] 
637
638 \begin{code}
639 isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst -> Bool
640 isFreeWhenInferring qtvs inst
641   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst          -- Constrains no quantified vars
642   && isInheritableInst inst             -- And no implicit parameter involved
643                                         -- (see "Notes on implicit parameters")
644
645 isFreeWhenChecking :: TyVarSet  -- Quantified tyvars
646                    -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
647                    -> Inst -> Bool
648 isFreeWhenChecking qtvs ips inst
649   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
650   && isFreeWrtIPs    ips inst
651
652 isFreeWrtTyVars qtvs inst = not (tyVarsOfInst inst `intersectsVarSet` qtvs)
653 isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
654 \end{code}
655
656
657 %************************************************************************
658 %*                                                                      *
659 \subsection{tcSimplifyCheck}
660 %*                                                                      *
661 %************************************************************************
662
663 @tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
664 we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
665
666 \begin{code}
667 tcSimplifyCheck
668          :: SDoc
669          -> [TcTyVar]           -- Quantify over these
670          -> [Inst]              -- Given
671          -> [Inst]              -- Wanted
672          -> TcM TcDictBinds     -- Bindings
673
674 -- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
675 -- class decls, instance decls etc.
676 --
677 -- NB: tcSimplifyCheck does not consult the
678 --      global type variables in the environment; so you don't
679 --      need to worry about setting them before calling tcSimplifyCheck
680 tcSimplifyCheck doc qtvs givens wanted_lie
681   = tcSimplCheck doc get_qtvs
682                  givens wanted_lie      `thenM` \ (qtvs', binds) ->
683     returnM binds
684   where
685     get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV qtvs
686
687
688 -- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
689 -- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
690 -- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
691 tcSimplifyInferCheck
692          :: SDoc
693          -> TcTyVarSet          -- fv(T)
694          -> [Inst]              -- Given
695          -> [Inst]              -- Wanted
696          -> TcM ([TcTyVar],     -- Variables over which to quantify
697                  TcDictBinds)   -- Bindings
698
699 tcSimplifyInferCheck doc tau_tvs givens wanted_lie
700   = tcSimplCheck doc get_qtvs givens wanted_lie
701   where
702         -- Figure out which type variables to quantify over
703         -- You might think it should just be the signature tyvars,
704         -- but in bizarre cases you can get extra ones
705         --      f :: forall a. Num a => a -> a
706         --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
707         --      g a b = (b,a)
708         -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
709         -- We don't want g to be monomorphic in b just because
710         -- f isn't quantified over b.
711     all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
712
713     get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV all_tvs        `thenM` \ all_tvs' ->
714                tcGetGlobalTyVars                `thenM` \ gbl_tvs ->
715                let
716                   qtvs = all_tvs' `minusVarSet` gbl_tvs
717                         -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
718                         -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
719                         -- dictionaries, we quantify over
720                in
721                returnM qtvs
722 \end{code}
723
724 Here is the workhorse function for all three wrappers.
725
726 \begin{code}
727 tcSimplCheck doc get_qtvs givens wanted_lie
728   = check_loop givens wanted_lie        `thenM` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
729
730         -- Complain about any irreducible ones
731     complainCheck doc givens irreds             `thenM_`
732
733         -- Done
734     extendLIEs frees                            `thenM_`
735     returnM (qtvs, binds)
736
737   where
738     ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts givens)
739
740     check_loop givens wanteds
741       =         -- Step 1
742         mappM zonkInst givens   `thenM` \ givens' ->
743         mappM zonkInst wanteds  `thenM` \ wanteds' ->
744         get_qtvs                        `thenM` \ qtvs' ->
745
746                     -- Step 2
747         let
748             -- When checking against a given signature we always reduce
749             -- until we find a match against something given, or can't reduce
750             try_me inst | isFreeWhenChecking qtvs' ip_set inst = Free
751                         | otherwise                            = ReduceMe
752         in
753         reduceContext doc try_me givens' wanteds'       `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
754
755                     -- Step 3
756         if no_improvement then
757             returnM (varSetElems qtvs', frees, binds, irreds)
758         else
759             check_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (qtvs', frees1, binds1, irreds1) ->
760             returnM (qtvs', frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
761 \end{code}
762
763
764 %************************************************************************
765 %*                                                                      *
766 \subsection{tcSimplifyRestricted}
767 %*                                                                      *
768 %************************************************************************
769
770 \begin{code}
771 tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
772                         -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
773         :: SDoc
774         -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
775         -> [Inst]               -- Free in the RHSs
776         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
777                 TcDictBinds)    -- Bindings
778
779 tcSimplifyRestricted doc tau_tvs wanteds
780   =     -- First squash out all methods, to find the constrained tyvars
781         -- We can't just take the free vars of wanted_lie because that'll
782         -- have methods that may incidentally mention entirely unconstrained variables
783         --      e.g. a call to  f :: Eq a => a -> b -> b
784         -- Here, b is unconstrained.  A good example would be
785         --      foo = f (3::Int)
786         -- We want to infer the polymorphic type
787         --      foo :: forall b. b -> b
788     let
789         try_me inst = ReduceMe          -- Reduce as far as we can.  Don't stop at
790                                         -- dicts; the idea is to get rid of as many type
791                                         -- variables as possible, and we don't want to stop
792                                         -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
793                                         -- immediately, with no constraint on s.
794     in
795     simpleReduceLoop doc try_me wanteds         `thenM` \ (_, _, constrained_dicts) ->
796
797         -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
798     zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)     `thenM` \ tau_tvs' ->
799     tcGetGlobalTyVars                           `thenM` \ gbl_tvs ->
800     let
801         constrained_tvs = tyVarsOfInsts constrained_dicts
802         qtvs = (tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs)
803                          `minusVarSet` constrained_tvs
804     in
805
806         -- The first step may have squashed more methods than
807         -- necessary, so try again, this time knowing the exact
808         -- set of type variables to quantify over.
809         --
810         -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
811         -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
812         -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
813         -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
814         -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
815         --
816         -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
817         -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
818         -- just to float all constraints
819     mappM zonkInst wanteds                      `thenM` \ wanteds' ->
820     let
821         try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs inst = Free
822                     | otherwise                 = ReduceMe
823     in
824     reduceContext doc try_me [] wanteds'        `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
825     ASSERT( no_improvement )
826     ASSERT( null irreds )
827         -- No need to loop because simpleReduceLoop will have
828         -- already done any improvement necessary
829
830     extendLIEs frees                            `thenM_`
831     returnM (varSetElems qtvs, binds)
832 \end{code}
833
834
835 %************************************************************************
836 %*                                                                      *
837 \subsection{tcSimplifyToDicts}
838 %*                                                                      *
839 %************************************************************************
840
841 On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
842 getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
843 as the available stuff for the RHS of the rule.
844
845 The same thing is used for specialise pragmas. Consider
846
847         f :: Num a => a -> a
848         {-# SPECIALISE f :: Int -> Int #-}
849         f = ...
850
851 The type checker generates a binding like:
852
853         f_spec = (f :: Int -> Int)
854
855 and we want to end up with
856
857         f_spec = _inline_me_ (f Int dNumInt)
858
859 But that means that we must simplify the Method for f to (f Int dNumInt)!
860 So tcSimplifyToDicts squeezes out all Methods.
861
862 IMPORTANT NOTE:  we *don't* want to do superclass commoning up.  Consider
863
864         fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
865         {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
866
867 Here, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But we *dont*
868 want to get
869
870         forall dIntegralInt.
871         fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
872
873 because the scsel will mess up matching.  Instead we want
874
875         forall dIntegralInt, dNumInt.
876         fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
877
878 Hence "DontReduce NoSCs"
879
880 \begin{code}
881 tcSimplifyToDicts :: [Inst] -> TcM (TcDictBinds)
882 tcSimplifyToDicts wanteds
883   = simpleReduceLoop doc try_me wanteds         `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
884         -- Since try_me doesn't look at types, we don't need to
885         -- do any zonking, so it's safe to call reduceContext directly
886     ASSERT( null frees )
887     extendLIEs irreds           `thenM_`
888     returnM binds
889
890   where
891     doc = text "tcSimplifyToDicts"
892
893         -- Reduce methods and lits only; stop as soon as we get a dictionary
894     try_me inst | isDict inst = DontReduce NoSCs
895                 | otherwise   = ReduceMe
896 \end{code}
897
898
899
900 tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
901 a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
902 any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
903 Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
904 Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
905 this bracket again at its usage site.
906
907 \begin{code}
908 tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
909 tcSimplifyBracket wanteds
910   = simpleReduceLoop doc try_me wanteds         `thenM_`
911     returnM ()
912
913   where
914     doc     = text "tcSimplifyBracket"
915     try_me inst = ReduceMe
916 \end{code}
917
918
919 %************************************************************************
920 %*                                                                      *
921 \subsection{Filtering at a dynamic binding}
922 %*                                                                      *
923 %************************************************************************
924
925 When we have
926         let ?x = R in B
927
928 we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
929 step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
930
931 Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
932
933         f :: (?x::Int) => Char -> Char
934         let ?x = 3 in f 'c'
935
936 then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
937 force the binding for ?x to be of type Int.
938
939 \begin{code}
940 tcSimplifyIPs :: [Inst]         -- The implicit parameters bound here
941               -> [Inst]         -- Wanted
942               -> TcM TcDictBinds
943 tcSimplifyIPs given_ips wanteds
944   = simpl_loop given_ips wanteds        `thenM` \ (frees, binds) ->
945     extendLIEs frees                    `thenM_`
946     returnM binds
947   where
948     doc      = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
949     ip_set   = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
950
951         -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
952     try_me inst | isFreeWrtIPs ip_set inst = Free
953                 | otherwise                = ReduceMe
954
955     simpl_loop givens wanteds
956       = mappM zonkInst givens           `thenM` \ givens' ->
957         mappM zonkInst wanteds          `thenM` \ wanteds' ->
958
959         reduceContext doc try_me givens' wanteds'    `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
960
961         if no_improvement then
962             ASSERT( null irreds )
963             returnM (frees, binds)
964         else
965             simpl_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (frees1, binds1) ->
966             returnM (frees1, binds `AndMonoBinds` binds1)
967 \end{code}
968
969
970 %************************************************************************
971 %*                                                                      *
972 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
973 %*                                                                      *
974 %************************************************************************
975
976 When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
977 For example, we might have...
978 \begin{verbatim}
979 let f x = x + 1     -- orig local function (overloaded)
980     f.1 = f Int     -- two instances of f
981     f.2 = f Float
982  in
983     (f.1 5, f.2 6.7)
984 \end{verbatim}
985 The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
986 where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
987 upwards towards the top-level.  If the @Insts@ were binding-ified up
988 there, they would have unresolvable references to @f@.
989
990 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
991 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
992 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
993 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
994
995 \begin{code}
996 bindInstsOfLocalFuns :: [Inst] -> [TcId] -> TcM TcMonoBinds
997
998 bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
999   | null overloaded_ids
1000         -- Common case
1001   = extendLIEs wanteds          `thenM_`
1002     returnM EmptyMonoBinds
1003
1004   | otherwise
1005   = simpleReduceLoop doc try_me wanteds         `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
1006     ASSERT( null irreds )
1007     extendLIEs frees            `thenM_`
1008     returnM binds
1009   where
1010     doc              = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
1011     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
1012     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
1013
1014     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids    -- There can occasionally be a lot of them
1015                                                 -- so it's worth building a set, so that
1016                                                 -- lookup (in isMethodFor) is faster
1017
1018     try_me inst | isMethodFor overloaded_set inst = ReduceMe
1019                 | otherwise                       = Free
1020 \end{code}
1021
1022
1023 %************************************************************************
1024 %*                                                                      *
1025 \subsection{Data types for the reduction mechanism}
1026 %*                                                                      *
1027 %************************************************************************
1028
1029 The main control over context reduction is here
1030
1031 \begin{code}
1032 data WhatToDo
1033  = ReduceMe             -- Try to reduce this
1034                         -- If there's no instance, behave exactly like
1035                         -- DontReduce: add the inst to
1036                         -- the irreductible ones, but don't
1037                         -- produce an error message of any kind.
1038                         -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
1039
1040  | DontReduce WantSCs           -- Return as irreducible
1041
1042  | DontReduceUnlessConstant     -- Return as irreducible unless it can
1043                                 -- be reduced to a constant in one step
1044
1045  | Free                   -- Return as free
1046
1047 reduceMe :: Inst -> WhatToDo
1048 reduceMe inst = ReduceMe
1049
1050 data WantSCs = NoSCs | AddSCs   -- Tells whether we should add the superclasses
1051                                 -- of a predicate when adding it to the avails
1052 \end{code}
1053
1054
1055
1056 \begin{code}
1057 type Avails = FiniteMap Inst Avail
1058
1059 data Avail
1060   = IsFree              -- Used for free Insts
1061   | Irred               -- Used for irreducible dictionaries,
1062                         -- which are going to be lambda bound
1063
1064   | Given TcId          -- Used for dictionaries for which we have a binding
1065                         -- e.g. those "given" in a signature
1066           Bool          -- True <=> actually consumed (splittable IPs only)
1067
1068   | NoRhs               -- Used for Insts like (CCallable f)
1069                         -- where no witness is required.
1070
1071   | Rhs                 -- Used when there is a RHS
1072         TcExpr          -- The RHS
1073         [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
1074
1075   | Linear              -- Splittable Insts only.
1076         Int             -- The Int is always 2 or more; indicates how
1077                         -- many copies are required
1078         Inst            -- The splitter
1079         Avail           -- Where the "master copy" is
1080
1081   | LinRhss             -- Splittable Insts only; this is used only internally
1082                         --      by extractResults, where a Linear 
1083                         --      is turned into an LinRhss
1084         [TcExpr]        -- A supply of suitable RHSs
1085
1086 pprAvails avails = vcat [sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> pprAvail avail)]
1087                         | (inst,avail) <- fmToList avails ]
1088
1089 instance Outputable Avail where
1090     ppr = pprAvail
1091
1092 pprAvail NoRhs          = text "<no rhs>"
1093 pprAvail IsFree         = text "Free"
1094 pprAvail Irred          = text "Irred"
1095 pprAvail (Given x b)    = text "Given" <+> ppr x <+> 
1096                           if b then text "(used)" else empty
1097 pprAvail (Rhs rhs bs)   = text "Rhs" <+> ppr rhs <+> braces (ppr bs)
1098 pprAvail (Linear n i a) = text "Linear" <+> ppr n <+> braces (ppr i) <+> ppr a
1099 pprAvail (LinRhss rhss) = text "LinRhss" <+> ppr rhss
1100 \end{code}
1101
1102 Extracting the bindings from a bunch of Avails.
1103 The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
1104 We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
1105 dependency analyser can sort them out later
1106
1107 The loop startes
1108 \begin{code}
1109 extractResults :: Avails
1110                -> [Inst]                -- Wanted
1111                -> TcM (TcDictBinds,     -- Bindings
1112                           [Inst],       -- Irreducible ones
1113                           [Inst])       -- Free ones
1114
1115 extractResults avails wanteds
1116   = go avails EmptyMonoBinds [] [] wanteds
1117   where
1118     go avails binds irreds frees [] 
1119       = returnM (binds, irreds, frees)
1120
1121     go avails binds irreds frees (w:ws)
1122       = case lookupFM avails w of
1123           Nothing    -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
1124                         go avails binds irreds frees ws
1125
1126           Just NoRhs  -> go avails               binds irreds     frees     ws
1127           Just IsFree -> go (add_free avails w)  binds irreds     (w:frees) ws
1128           Just Irred  -> go (add_given avails w) binds (w:irreds) frees     ws
1129
1130           Just (Given id _) -> go avails new_binds irreds frees ws
1131                             where
1132                                new_binds | id == instToId w = binds
1133                                          | otherwise        = addBind binds w (HsVar id)
1134                 -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
1135                 -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
1136
1137           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds irreds frees (ws' ++ ws)
1138                              where
1139                                 new_binds = addBind binds w rhs
1140
1141           Just (Linear n split_inst avail)      -- Transform Linear --> LinRhss
1142             -> get_root irreds frees avail w            `thenM` \ (irreds', frees', root_id) ->
1143                split n (instToId split_inst) root_id w  `thenM` \ (binds', rhss) ->
1144                go (addToFM avails w (LinRhss rhss))
1145                   (binds `AndMonoBinds` binds')
1146                   irreds' frees' (split_inst : w : ws)
1147
1148           Just (LinRhss (rhs:rhss))             -- Consume one of the Rhss
1149                 -> go new_avails new_binds irreds frees ws
1150                 where           
1151                    new_binds  = addBind binds w rhs
1152                    new_avails = addToFM avails w (LinRhss rhss)
1153
1154     get_root irreds frees (Given id _) w = returnM (irreds, frees, id)
1155     get_root irreds frees Irred        w = cloneDict w  `thenM` \ w' ->
1156                                            returnM (w':irreds, frees, instToId w')
1157     get_root irreds frees IsFree       w = cloneDict w  `thenM` \ w' ->
1158                                            returnM (irreds, w':frees, instToId w')
1159
1160     add_given avails w 
1161         | instBindingRequired w = addToFM avails w (Given (instToId w) True)
1162         | otherwise             = addToFM avails w NoRhs
1163         -- NB: make sure that CCallable/CReturnable use NoRhs rather
1164         --      than Given, else we end up with bogus bindings.
1165
1166     add_free avails w | isMethod w = avails
1167                       | otherwise  = add_given avails w
1168         -- NB: Hack alert!  
1169         -- Do *not* replace Free by Given if it's a method.
1170         -- The following situation shows why this is bad:
1171         --      truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
1172         -- From an application (truncate f i) we get
1173         --      t1 = truncate at f
1174         --      t2 = t1 at i
1175         -- If we have also have a second occurrence of truncate, we get
1176         --      t3 = truncate at f
1177         --      t4 = t3 at i
1178         -- When simplifying with i,f free, we might still notice that
1179         --   t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
1180         --   will continue to float out!
1181         -- (split n i a) returns: n rhss
1182         --                        auxiliary bindings
1183         --                        1 or 0 insts to add to irreds
1184
1185
1186 split :: Int -> TcId -> TcId -> Inst 
1187       -> TcM (TcDictBinds, [TcExpr])
1188 -- (split n split_id root_id wanted) returns
1189 --      * a list of 'n' expressions, all of which witness 'avail'
1190 --      * a bunch of auxiliary bindings to support these expressions
1191 --      * one or zero insts needed to witness the whole lot
1192 --        (maybe be zero if the initial Inst is a Given)
1193 --
1194 -- NB: 'wanted' is just a template
1195
1196 split n split_id root_id wanted
1197   = go n
1198   where
1199     ty      = linearInstType wanted
1200     pair_ty = mkTyConApp pairTyCon [ty,ty]
1201     id      = instToId wanted
1202     occ     = getOccName id
1203     loc     = getSrcLoc id
1204
1205     go 1 = returnM (EmptyMonoBinds, [HsVar root_id])
1206
1207     go n = go ((n+1) `div` 2)           `thenM` \ (binds1, rhss) ->
1208            expand n rhss                `thenM` \ (binds2, rhss') ->
1209            returnM (binds1 `AndMonoBinds` binds2, rhss')
1210
1211         -- (expand n rhss) 
1212         -- Given ((n+1)/2) rhss, make n rhss, using auxiliary bindings
1213         --  e.g.  expand 3 [rhs1, rhs2]
1214         --        = ( { x = split rhs1 },
1215         --            [fst x, snd x, rhs2] )
1216     expand n rhss
1217         | n `rem` 2 == 0 = go rhss      -- n is even
1218         | otherwise      = go (tail rhss)       `thenM` \ (binds', rhss') ->
1219                            returnM (binds', head rhss : rhss')
1220         where
1221           go rhss = mapAndUnzipM do_one rhss    `thenM` \ (binds', rhss') ->
1222                     returnM (andMonoBindList binds', concat rhss')
1223
1224           do_one rhs = newUnique                        `thenM` \ uniq -> 
1225                        tcLookupId fstName               `thenM` \ fst_id ->
1226                        tcLookupId sndName               `thenM` \ snd_id ->
1227                        let 
1228                           x = mkUserLocal occ uniq pair_ty loc
1229                        in
1230                        returnM (VarMonoBind x (mk_app split_id rhs),
1231                                     [mk_fs_app fst_id ty x, mk_fs_app snd_id ty x])
1232
1233 mk_fs_app id ty var = HsVar id `TyApp` [ty,ty] `HsApp` HsVar var
1234
1235 mk_app id rhs = HsApp (HsVar id) rhs
1236
1237 addBind binds inst rhs = binds `AndMonoBinds` VarMonoBind (instToId inst) rhs
1238 \end{code}
1239
1240
1241 %************************************************************************
1242 %*                                                                      *
1243 \subsection[reduce]{@reduce@}
1244 %*                                                                      *
1245 %************************************************************************
1246
1247 When the "what to do" predicate doesn't depend on the quantified type variables,
1248 matters are easier.  We don't need to do any zonking, unless the improvement step
1249 does something, in which case we zonk before iterating.
1250
1251 The "given" set is always empty.
1252
1253 \begin{code}
1254 simpleReduceLoop :: SDoc
1255                  -> (Inst -> WhatToDo)          -- What to do, *not* based on the quantified type variables
1256                  -> [Inst]                      -- Wanted
1257                  -> TcM ([Inst],                -- Free
1258                          TcDictBinds,
1259                          [Inst])                -- Irreducible
1260
1261 simpleReduceLoop doc try_me wanteds
1262   = mappM zonkInst wanteds                      `thenM` \ wanteds' ->
1263     reduceContext doc try_me [] wanteds'        `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
1264     if no_improvement then
1265         returnM (frees, binds, irreds)
1266     else
1267         simpleReduceLoop doc try_me (irreds ++ frees)   `thenM` \ (frees1, binds1, irreds1) ->
1268         returnM (frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
1269 \end{code}
1270
1271
1272
1273 \begin{code}
1274 reduceContext :: SDoc
1275               -> (Inst -> WhatToDo)
1276               -> [Inst]                 -- Given
1277               -> [Inst]                 -- Wanted
1278               -> TcM (Bool,             -- True <=> improve step did no unification
1279                          [Inst],        -- Free
1280                          TcDictBinds,   -- Dictionary bindings
1281                          [Inst])        -- Irreducible
1282
1283 reduceContext doc try_me givens wanteds
1284   =
1285     traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1286              text "----------------------",
1287              doc,
1288              text "given" <+> ppr givens,
1289              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1290              text "----------------------"
1291              ]))                                        `thenM_`
1292
1293         -- Build the Avail mapping from "givens"
1294     foldlM addGiven emptyFM givens                      `thenM` \ init_state ->
1295
1296         -- Do the real work
1297     reduceList (0,[]) try_me wanteds init_state         `thenM` \ avails ->
1298
1299         -- Do improvement, using everything in avails
1300         -- In particular, avails includes all superclasses of everything
1301     tcImprove avails                                    `thenM` \ no_improvement ->
1302
1303     extractResults avails wanteds                       `thenM` \ (binds, irreds, frees) ->
1304
1305     traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1306              text "----------------------",
1307              doc,
1308              text "given" <+> ppr givens,
1309              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1310              text "----",
1311              text "avails" <+> pprAvails avails,
1312              text "frees" <+> ppr frees,
1313              text "no_improvement =" <+> ppr no_improvement,
1314              text "----------------------"
1315              ]))                                        `thenM_`
1316
1317     returnM (no_improvement, frees, binds, irreds)
1318
1319 tcImprove avails
1320  =  tcGetInstEnv                                `thenM` \ inst_env ->
1321     let
1322         preds = [ (pred, pp_loc)
1323                 | inst <- keysFM avails,
1324                   let pp_loc = pprInstLoc (instLoc inst),
1325                   pred <- fdPredsOfInst inst
1326                 ]
1327                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1328                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1329                 -- It does not have duplicates (good)
1330                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1331                 --    so that improve will see them separate
1332         eqns  = improve (classInstEnv inst_env) preds
1333      in
1334      if null eqns then
1335         returnM True
1336      else
1337         traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))     `thenM_`
1338         mappM_ unify eqns       `thenM_`
1339         returnM False
1340   where
1341     unify ((qtvs, t1, t2), doc)
1342          = addErrCtxt doc                               $
1343            tcInstTyVars VanillaTv (varSetElems qtvs)    `thenM` \ (_, _, tenv) ->
1344            unifyTauTy (substTy tenv t1) (substTy tenv t2)
1345 \end{code}
1346
1347 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1348
1349 \begin{code}
1350 reduceList :: (Int,[Inst])              -- Stack (for err msgs)
1351                                         -- along with its depth
1352            -> (Inst -> WhatToDo)
1353            -> [Inst]
1354            -> Avails
1355            -> TcM Avails
1356 \end{code}
1357
1358 @reduce@ is passed
1359      try_me:    given an inst, this function returns
1360                   Reduce       reduce this
1361                   DontReduce   return this in "irreds"
1362                   Free         return this in "frees"
1363
1364      wanteds:   The list of insts to reduce
1365      state:     An accumulating parameter of type Avails
1366                 that contains the state of the algorithm
1367
1368   It returns a Avails.
1369
1370 The (n,stack) pair is just used for error reporting.
1371 n is always the depth of the stack.
1372 The stack is the stack of Insts being reduced: to produce X
1373 I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1374
1375 \begin{code}
1376 reduceList (n,stack) try_me wanteds state
1377   | n > opt_MaxContextReductionDepth
1378   = failWithTc (reduceDepthErr n stack)
1379
1380   | otherwise
1381   =
1382 #ifdef DEBUG
1383    (if n > 8 then
1384         pprTrace "Jeepers! ReduceContext:" (reduceDepthMsg n stack)
1385     else (\x->x))
1386 #endif
1387     go wanteds state
1388   where
1389     go []     state = returnM state
1390     go (w:ws) state = reduce (n+1, w:stack) try_me w state      `thenM` \ state' ->
1391                       go ws state'
1392
1393     -- Base case: we're done!
1394 reduce stack try_me wanted state
1395     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1396   | Just avail <- isAvailable state wanted
1397   = if isLinearInst wanted then
1398         addLinearAvailable state avail wanted   `thenM` \ (state', wanteds') ->
1399         reduceList stack try_me wanteds' state'
1400     else
1401         returnM state           -- No op for non-linear things
1402
1403   | otherwise
1404   = case try_me wanted of {
1405
1406       DontReduce want_scs -> addIrred want_scs state wanted
1407
1408     ; DontReduceUnlessConstant ->    -- It's irreducible (or at least should not be reduced)
1409                                      -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1410         try_simple (addIrred AddSCs)    -- Assume want superclasses
1411
1412     ; Free ->   -- It's free so just chuck it upstairs
1413                 -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1414         try_simple addFree
1415
1416     ; ReduceMe ->               -- It should be reduced
1417         lookupInst wanted             `thenM` \ lookup_result ->
1418         case lookup_result of
1419             GenInst wanteds' rhs -> reduceList stack try_me wanteds' state      `thenM` \ state' ->
1420                                     addWanted state' wanted rhs wanteds'
1421             SimpleInst rhs       -> addWanted state wanted rhs []
1422
1423             NoInstance ->    -- No such instance!
1424                              -- Add it and its superclasses
1425                              addIrred AddSCs state wanted
1426
1427     }
1428   where
1429     try_simple do_this_otherwise
1430       = lookupInst wanted         `thenM` \ lookup_result ->
1431         case lookup_result of
1432             SimpleInst rhs -> addWanted state wanted rhs []
1433             other          -> do_this_otherwise state wanted
1434 \end{code}
1435
1436
1437 \begin{code}
1438 -------------------------
1439 isAvailable :: Avails -> Inst -> Maybe Avail
1440 isAvailable avails wanted = lookupFM avails wanted
1441         -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
1442         -- *not* by unique.  So
1443         --      d1::C Int ==  d2::C Int
1444
1445 addLinearAvailable :: Avails -> Avail -> Inst -> TcM (Avails, [Inst])
1446 addLinearAvailable avails avail wanted
1447         -- avails currently maps [wanted -> avail]
1448         -- Extend avails to reflect a neeed for an extra copy of avail
1449
1450   | Just avail' <- split_avail avail
1451   = returnM (addToFM avails wanted avail', [])
1452
1453   | otherwise
1454   = tcLookupId splitName                        `thenM` \ split_id ->
1455     tcInstClassOp (instLoc wanted) split_id 
1456                   [linearInstType wanted]       `thenM` \ split_inst ->
1457     returnM (addToFM avails wanted (Linear 2 split_inst avail), [split_inst])
1458
1459   where
1460     split_avail :: Avail -> Maybe Avail
1461         -- (Just av) if there's a modified version of avail that
1462         --           we can use to replace avail in avails
1463         -- Nothing   if there isn't, so we need to create a Linear
1464     split_avail (Linear n i a)              = Just (Linear (n+1) i a)
1465     split_avail (Given id used) | not used  = Just (Given id True)
1466                                 | otherwise = Nothing
1467     split_avail Irred                       = Nothing
1468     split_avail IsFree                      = Nothing
1469     split_avail other = pprPanic "addLinearAvailable" (ppr avail $$ ppr wanted $$ ppr avails)
1470                   
1471 -------------------------
1472 addFree :: Avails -> Inst -> TcM Avails
1473         -- When an Inst is tossed upstairs as 'free' we nevertheless add it
1474         -- to avails, so that any other equal Insts will be commoned up right
1475         -- here rather than also being tossed upstairs.  This is really just
1476         -- an optimisation, and perhaps it is more trouble that it is worth,
1477         -- as the following comments show!
1478         --
1479         -- NB: do *not* add superclasses.  If we have
1480         --      df::Floating a
1481         --      dn::Num a
1482         -- but a is not bound here, then we *don't* want to derive
1483         -- dn from df here lest we lose sharing.
1484         --
1485 addFree avails free = returnM (addToFM avails free IsFree)
1486
1487 addWanted :: Avails -> Inst -> TcExpr -> [Inst] -> TcM Avails
1488 addWanted avails wanted rhs_expr wanteds
1489   = ASSERT2( not (wanted `elemFM` avails), ppr wanted $$ ppr avails )
1490     addAvailAndSCs avails wanted avail
1491   where
1492     avail | instBindingRequired wanted = Rhs rhs_expr wanteds
1493           | otherwise                  = ASSERT( null wanteds ) NoRhs
1494
1495 addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
1496 addGiven state given = addAvailAndSCs state given (Given (instToId given) False)
1497         -- No ASSERT( not (given `elemFM` avails) ) because in an instance
1498         -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
1499         -- so the assert isn't true
1500
1501 addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
1502 addIrred NoSCs  avails irred = returnM (addToFM avails irred Irred)
1503 addIrred AddSCs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemFM` avails), ppr irred $$ ppr avails )
1504                                addAvailAndSCs avails irred Irred
1505
1506 addAvailAndSCs :: Avails -> Inst -> Avail -> TcM Avails
1507 addAvailAndSCs avails inst avail
1508   | not (isClassDict inst) = returnM avails1
1509   | otherwise              = addSCs is_loop avails1 inst 
1510   where
1511     avails1 = addToFM avails inst avail
1512     is_loop inst = inst `elem` deps     -- Note: this compares by *type*, not by Unique
1513     deps         = findAllDeps avails avail
1514
1515 findAllDeps :: Avails -> Avail -> [Inst]
1516 -- Find all the Insts that this one depends on
1517 -- See Note [SUPERCLASS-LOOP]
1518 findAllDeps avails (Rhs _ kids) = kids ++ concat (map (find_all_deps_help avails) kids)
1519 findAllDeps avails other        = []
1520
1521 find_all_deps_help :: Avails -> Inst -> [Inst]
1522 find_all_deps_help avails inst
1523   = case lookupFM avails inst of
1524         Just avail -> findAllDeps avails avail
1525         Nothing    -> []
1526
1527 addSCs :: (Inst -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
1528         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
1529         -- The first param says "dont do this because the original thing
1530         --      depends on this one, so you'd build a loop"
1531         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
1532
1533 addSCs is_loop avails dict
1534   = newDictsFromOld dict sc_theta'      `thenM` \ sc_dicts ->
1535     foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels)
1536   where
1537     (clas, tys) = getDictClassTys dict
1538     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
1539     sc_theta' = substTheta (mkTopTyVarSubst tyvars tys) sc_theta
1540
1541     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)     -- Add it, and its superclasses
1542       = case lookupFM avails sc_dict of
1543           Just (Given _ _) -> returnM avails    -- Given is cheaper than
1544                                                         --   a superclass selection
1545           Just other | is_loop sc_dict -> returnM avails        -- See Note [SUPERCLASS-LOOP]
1546                      | otherwise       -> returnM avails'       -- SCs already added
1547
1548           Nothing -> addSCs is_loop avails' sc_dict
1549       where
1550         sc_sel_rhs = DictApp (TyApp (HsVar sc_sel) tys) [instToId dict]
1551         avail      = Rhs sc_sel_rhs [dict]
1552         avails'    = addToFM avails sc_dict avail
1553 \end{code}
1554
1555 Note [SUPERCLASS-LOOP]: Checking for loops
1556 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1557 We have to be careful here.  If we are *given* d1:Ord a,
1558 and want to deduce (d2:C [a]) where
1559
1560         class Ord a => C a where
1561         instance Ord a => C [a] where ...
1562
1563 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] and then add the
1564 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1565 for d1:Ord a (which is given) with a superclass selection or we'll just
1566 build a loop! 
1567
1568 Here's another example 
1569         class Eq b => Foo a b
1570         instance Eq a => Foo [a] a
1571 If we are reducing
1572         (Foo [t] t)
1573
1574 we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
1575 then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1576
1577 At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
1578 in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
1579 becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
1580 I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
1581 simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Irred
1582 first time, but reducible next time.
1583
1584 Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
1585 when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
1586
1587
1588
1589 %************************************************************************
1590 %*                                                                      *
1591 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
1592 %*                                                                      *
1593 %************************************************************************
1594
1595
1596 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
1597 and ambiguous Insts.
1598
1599 We need to be careful of one case.  Suppose we have
1600
1601         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
1602
1603 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
1604 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
1605
1606 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
1607
1608
1609 \begin{code}
1610 tcSimplifyTop :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
1611 -- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
1612 -- error message generation for the monomorphism restriction
1613 tcSimplifyTop wanteds
1614   = getLclEnv                                                   `thenM` \ lcl_env ->
1615     traceTc (text "tcSimplifyTop" <+> ppr (lclEnvElts lcl_env)) `thenM_`
1616     simpleReduceLoop (text "tcSimplTop") reduceMe wanteds       `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
1617     ASSERT( null frees )
1618
1619     let
1620                 -- All the non-std ones are definite errors
1621         (stds, non_stds) = partition isStdClassTyVarDict irreds
1622
1623                 -- Group by type variable
1624         std_groups = equivClasses cmp_by_tyvar stds
1625
1626                 -- Pick the ones which its worth trying to disambiguate
1627                 -- namely, the onese whose type variable isn't bound
1628                 -- up with one of the non-standard classes
1629         (std_oks, std_bads)     = partition worth_a_try std_groups
1630         worth_a_try group@(d:_) = not (non_std_tyvars `intersectsVarSet` tyVarsOfInst d)
1631         non_std_tyvars          = unionVarSets (map tyVarsOfInst non_stds)
1632
1633                 -- Collect together all the bad guys
1634         bad_guys               = non_stds ++ concat std_bads
1635         (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts bad_guys
1636         (bad_ips, non_ips)     = partition isIPDict tidy_dicts
1637         (no_insts, ambigs)     = partition no_inst non_ips
1638         no_inst d = not (isTyVarDict d) || tyVarsOfInst d `subVarSet` fixed_tvs
1639         fixed_tvs = oclose (fdPredsOfInsts tidy_dicts) emptyVarSet
1640     in
1641
1642         -- Report definite errors
1643     addTopInstanceErrs tidy_env no_insts        `thenM_`
1644     addTopIPErrs tidy_env bad_ips               `thenM_`
1645
1646         -- Deal with ambiguity errors, but only if
1647         -- if there has not been an error so far; errors often
1648         -- give rise to spurious ambiguous Insts
1649     ifErrsM (returnM []) (
1650         
1651         -- Complain about the ones that don't fall under
1652         -- the Haskell rules for disambiguation
1653         -- This group includes both non-existent instances
1654         --      e.g. Num (IO a) and Eq (Int -> Int)
1655         -- and ambiguous dictionaries
1656         --      e.g. Num a
1657         addTopAmbigErrs (tidy_env, ambigs)      `thenM_`
1658
1659         -- Disambiguate the ones that look feasible
1660         mappM disambigGroup std_oks
1661     )                                   `thenM` \ binds_ambig ->
1662
1663     returnM (binds `andMonoBinds` andMonoBindList binds_ambig)
1664
1665 ----------------------------------
1666 d1 `cmp_by_tyvar` d2 = get_tv d1 `compare` get_tv d2
1667
1668 get_tv d   = case getDictClassTys d of
1669                    (clas, [ty]) -> tcGetTyVar "tcSimplify" ty
1670 get_clas d = case getDictClassTys d of
1671                    (clas, [ty]) -> clas
1672 \end{code}
1673
1674 If a dictionary constrains a type variable which is
1675         * not mentioned in the environment
1676         * and not mentioned in the type of the expression
1677 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
1678 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
1679 parameter to a function.
1680
1681 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
1682 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
1683 Specifically, if
1684         * at least one of its classes is a numeric class, and
1685         * all of its classes are numeric or standard
1686 then the type variable can be defaulted to the first type in the
1687 default-type list which is an instance of all the offending classes.
1688
1689 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
1690 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
1691 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
1692 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
1693
1694 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
1695 the same type variable.
1696
1697 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
1698 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
1699 the most common use of defaulting is code like:
1700 \begin{verbatim}
1701         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
1702 \end{verbatim}
1703 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
1704 @void@.
1705
1706 \begin{code}
1707 disambigGroup :: [Inst] -- All standard classes of form (C a)
1708               -> TcM TcDictBinds
1709
1710 disambigGroup dicts
1711   |   any isNumericClass classes        -- Guaranteed all standard classes
1712           -- see comment at the end of function for reasons as to
1713           -- why the defaulting mechanism doesn't apply to groups that
1714           -- include CCallable or CReturnable dicts.
1715    && not (any isCcallishClass classes)
1716   =     -- THE DICTS OBEY THE DEFAULTABLE CONSTRAINT
1717         -- SO, TRY DEFAULT TYPES IN ORDER
1718
1719         -- Failure here is caused by there being no type in the
1720         -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
1721         -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
1722         -- default list is Int.
1723     getDefaultTys                       `thenM` \ default_tys ->
1724     let
1725       try_default []    -- No defaults work, so fail
1726         = failM
1727
1728       try_default (default_ty : default_tys)
1729         = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $ -- If default_ty fails, we try
1730                                                 -- default_tys instead
1731           tcSimplifyDefault theta               `thenM` \ _ ->
1732           returnM default_ty
1733         where
1734           theta = [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
1735     in
1736         -- See if any default works
1737     tryM (try_default default_tys)      `thenM` \ mb_ty ->
1738     case mb_ty of {
1739         Left _ ->       -- If not, add an AmbigErr
1740                   addTopAmbigErrs (tidyInsts dicts)     `thenM_`
1741                   returnM EmptyMonoBinds ;
1742
1743         Right chosen_default_ty ->
1744
1745         -- If so, bind the type variable 
1746         -- and reduce the context, for real this time
1747     unifyTauTy chosen_default_ty (mkTyVarTy tyvar)      `thenM_`
1748     simpleReduceLoop (text "disambig" <+> ppr dicts)
1749                      reduceMe dicts                     `thenM` \ (frees, binds, ambigs) ->
1750     WARN( not (null frees && null ambigs), ppr frees $$ ppr ambigs )
1751     warnDefault dicts chosen_default_ty                 `thenM_`
1752     returnM binds }
1753
1754   | all isCreturnableClass classes
1755   =     -- Default CCall stuff to (); we don't even both to check that () is an
1756         -- instance of CReturnable, because we know it is.
1757     unifyTauTy (mkTyVarTy tyvar) unitTy `thenM_`
1758     returnM EmptyMonoBinds
1759
1760   | otherwise -- No defaults
1761   = addTopAmbigErrs (tidyInsts dicts)   `thenM_`
1762     returnM EmptyMonoBinds
1763
1764   where
1765     tyvar       = get_tv (head dicts)           -- Should be non-empty
1766     classes     = map get_clas dicts
1767 \end{code}
1768
1769 [Aside - why the defaulting mechanism is turned off when
1770  dealing with arguments and results to ccalls.
1771
1772 When typechecking _ccall_s, TcExpr ensures that the external
1773 function is only passed arguments (and in the other direction,
1774 results) of a restricted set of 'native' types. This is
1775 implemented via the help of the pseudo-type classes,
1776 @CReturnable@ (CR) and @CCallable@ (CC.)
1777
1778 The interaction between the defaulting mechanism for numeric
1779 values and CC & CR can be a bit puzzling to the user at times.
1780 For example,
1781
1782     x <- _ccall_ f
1783     if (x /= 0) then
1784        _ccall_ g x
1785      else
1786        return ()
1787
1788 What type has 'x' got here? That depends on the default list
1789 in operation, if it is equal to Haskell 98's default-default
1790 of (Integer, Double), 'x' has type Double, since Integer
1791 is not an instance of CR. If the default list is equal to
1792 Haskell 1.4's default-default of (Int, Double), 'x' has type
1793 Int.
1794
1795 To try to minimise the potential for surprises here, the
1796 defaulting mechanism is turned off in the presence of
1797 CCallable and CReturnable.
1798
1799 End of aside]
1800
1801
1802 %************************************************************************
1803 %*                                                                      *
1804 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
1805 %*                                                                      *
1806 %************************************************************************
1807
1808 Much simpler versions when there are no bindings to make!
1809
1810 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
1811 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
1812 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
1813
1814 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
1815 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
1816 instance declarations.
1817
1818 \begin{code}
1819 tcSimplifyDeriv :: [TyVar]      
1820                 -> ThetaType            -- Wanted
1821                 -> TcM ThetaType        -- Needed
1822
1823 tcSimplifyDeriv tyvars theta
1824   = tcInstTyVars VanillaTv tyvars                       `thenM` \ (tvs, _, tenv) ->
1825         -- The main loop may do unification, and that may crash if 
1826         -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
1827         -- ToDo: what if two of them do get unified?
1828     newDicts DataDeclOrigin (substTheta tenv theta)     `thenM` \ wanteds ->
1829     simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds               `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
1830     ASSERT( null frees )                        -- reduceMe never returns Free
1831
1832     doptM Opt_AllowUndecidableInstances         `thenM` \ undecidable_ok ->
1833     let
1834         tv_set      = mkVarSet tvs
1835         simpl_theta = map dictPred irreds       -- reduceMe squashes all non-dicts
1836
1837         check_pred pred
1838           | isEmptyVarSet pred_tyvars   -- Things like (Eq T) should be rejected
1839           = addErrTc (noInstErr pred)
1840
1841           | not undecidable_ok && not (isTyVarClassPred pred)
1842           -- Check that the returned dictionaries are all of form (C a b)
1843           --    (where a, b are type variables).  
1844           -- We allow this if we had -fallow-undecidable-instances,
1845           -- but note that risks non-termination in the 'deriving' context-inference
1846           -- fixpoint loop.   It is useful for situations like
1847           --    data Min h a = E | M a (h a)
1848           -- which gives the instance decl
1849           --    instance (Eq a, Eq (h a)) => Eq (Min h a)
1850           = addErrTc (noInstErr pred)
1851   
1852           | not (pred_tyvars `subVarSet` tv_set) 
1853           -- Check for a bizarre corner case, when the derived instance decl should
1854           -- have form  instance C a b => D (T a) where ...
1855           -- Note that 'b' isn't a parameter of T.  This gives rise to all sorts
1856           -- of problems; in particular, it's hard to compare solutions for
1857           -- equality when finding the fixpoint.  So I just rule it out for now.
1858           = addErrTc (badDerivedPred pred)
1859   
1860           | otherwise
1861           = returnM ()
1862           where
1863             pred_tyvars = tyVarsOfPred pred
1864
1865         rev_env = mkTopTyVarSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
1866                 -- This reverse-mapping is a Royal Pain, 
1867                 -- but the result should mention TyVars not TcTyVars
1868     in
1869    
1870     mappM check_pred simpl_theta                `thenM_`
1871     checkAmbiguity tvs simpl_theta tv_set       `thenM_`
1872     returnM (substTheta rev_env simpl_theta)
1873   where
1874     doc    = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
1875 \end{code}
1876
1877 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
1878 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
1879 whether it worked or not.
1880
1881 \begin{code}
1882 tcSimplifyDefault :: ThetaType  -- Wanted; has no type variables in it
1883                   -> TcM ()
1884
1885 tcSimplifyDefault theta
1886   = newDicts DataDeclOrigin theta               `thenM` \ wanteds ->
1887     simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds       `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
1888     ASSERT( null frees )        -- try_me never returns Free
1889     mappM (addErrTc . noInstErr) irreds         `thenM_`
1890     if null irreds then
1891         returnM ()
1892     else
1893         failM
1894   where
1895     doc = ptext SLIT("default declaration")
1896 \end{code}
1897
1898
1899 %************************************************************************
1900 %*                                                                      *
1901 \section{Errors and contexts}
1902 %*                                                                      *
1903 %************************************************************************
1904
1905 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
1906 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
1907 now?
1908
1909 \begin{code}
1910 groupErrs :: ([Inst] -> TcM ()) -- Deal with one group
1911           -> [Inst]             -- The offending Insts
1912           -> TcM ()
1913 -- Group together insts with the same origin
1914 -- We want to report them together in error messages
1915
1916 groupErrs report_err [] 
1917   = returnM ()
1918 groupErrs report_err (inst:insts) 
1919   = do_one (inst:friends)               `thenM_`
1920     groupErrs report_err others
1921
1922   where
1923         -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
1924         --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
1925         --  and it avoids need equality on InstLocs.)
1926    (friends, others) = partition is_friend insts
1927    loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
1928    is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
1929    do_one insts = addInstCtxt (instLoc (head insts)) (report_err insts)
1930                 -- Add location and context information derived from the Insts
1931
1932 -- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
1933 addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
1934 addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstLoc (instLoc (head insts)))
1935
1936 plural [x] = empty
1937 plural xs  = char 's'
1938
1939
1940 addTopIPErrs tidy_env tidy_dicts
1941   = groupErrs report tidy_dicts
1942   where
1943     report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
1944     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> 
1945                                      plural tidy_dicts <+> pprInsts tidy_dicts)
1946
1947 -- Used for top-level irreducibles
1948 addTopInstanceErrs tidy_env tidy_dicts
1949   = groupErrs report tidy_dicts
1950   where
1951     report dicts = mkMonomorphismMsg tidy_env dicts     `thenM` \ (tidy_env, mono_msg) ->
1952                    addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts $$ mono_msg)
1953     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("No instance") <> plural tidy_dicts <+> 
1954                                      ptext SLIT("for") <+> pprInsts tidy_dicts)
1955                    
1956
1957 addTopAmbigErrs (tidy_env, tidy_dicts)
1958 -- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
1959   = mapM report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
1960   where
1961     tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
1962     tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
1963     cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
1964     
1965     report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
1966     report pairs@((_,tvs) : _)  -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
1967         = mkMonomorphismMsg tidy_env dicts      `thenM` \ (tidy_env, mono_msg) ->
1968           addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
1969         where
1970           dicts = map fst pairs
1971           msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
1972                        pprQuotedList tvs <+> text "in these top-level constraint" <> plural dicts,
1973                      nest 2 (pprInstsInFull dicts)]
1974
1975
1976 mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [Inst] -> TcM (TidyEnv, Message)
1977 -- There's an error with these Insts; if they have free type variables
1978 -- it's probably caused by the monomorphism restriction. 
1979 -- Try to identify the offending variable
1980 -- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
1981 mkMonomorphismMsg tidy_env insts
1982   | isEmptyVarSet inst_tvs
1983   = returnM (tidy_env, empty)
1984   | otherwise
1985   = findGlobals inst_tvs tidy_env       `thenM` \ (tidy_env, docs) ->
1986     returnM (tidy_env, mk_msg docs)
1987
1988   where
1989     inst_tvs = tyVarsOfInsts insts
1990
1991     mk_msg []   = empty         -- This happens in things like
1992                                 --      f x = show (read "foo")
1993                                 -- whre monomorphism doesn't play any role
1994     mk_msg docs = vcat [ptext SLIT("Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
1995                         nest 2 (vcat docs),
1996                         ptext SLIT("Probable fix: give these definition(s) an explicit type signature")]
1997     
1998 warnDefault dicts default_ty
1999   = doptM Opt_WarnTypeDefaults  `thenM` \ warn_flag ->
2000     addInstCtxt (instLoc (head dicts)) (warnTc warn_flag warn_msg)
2001   where
2002         -- Tidy them first
2003     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2004     warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
2005                                 quotes (ppr default_ty),
2006                       pprInstsInFull tidy_dicts]
2007
2008 complainCheck doc givens irreds
2009   = mappM zonkInst given_dicts_and_ips                  `thenM` \ givens' ->
2010     groupErrs (addNoInstanceErrs doc givens') irreds    `thenM_`
2011     returnM ()
2012   where
2013     given_dicts_and_ips = filter (not . isMethod) givens
2014         -- Filter out methods, which are only added to
2015         -- the given set as an optimisation
2016
2017 addNoInstanceErrs what_doc givens dicts
2018   = getDOpts            `thenM` \ dflags ->
2019     tcGetInstEnv        `thenM` \ inst_env ->
2020     let
2021         (tidy_env1, tidy_givens) = tidyInsts givens
2022         (tidy_env2, tidy_dicts)  = tidyMoreInsts tidy_env1 dicts
2023
2024         doc = vcat [addInstLoc dicts $
2025                     sep [herald <+> pprInsts tidy_dicts,
2026                          nest 4 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprInsts tidy_givens],
2027                     ambig_doc,
2028                     ptext SLIT("Probable fix:"),
2029                     nest 4 fix1,
2030                     nest 4 fix2]
2031
2032         herald = ptext SLIT("Could not") <+> unambig_doc <+> ptext SLIT("deduce")
2033         unambig_doc | ambig_overlap = ptext SLIT("unambiguously")
2034                     | otherwise     = empty
2035
2036                 -- The error message when we don't find a suitable instance
2037                 -- is complicated by the fact that sometimes this is because
2038                 -- there is no instance, and sometimes it's because there are
2039                 -- too many instances (overlap).  See the comments in TcEnv.lhs
2040                 -- with the InstEnv stuff.
2041
2042         ambig_doc
2043             | not ambig_overlap = empty
2044             | otherwise
2045             = vcat [ptext SLIT("The choice of (overlapping) instance declaration"),
2046                     nest 4 (ptext SLIT("depends on the instantiation of") <+>
2047                             quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInsts tidy_dicts))))]
2048
2049         fix1 = sep [ptext SLIT("Add") <+> pprInsts tidy_dicts,
2050                     ptext SLIT("to the") <+> what_doc]
2051
2052         fix2 | null instance_dicts 
2053              = empty
2054              | otherwise
2055              = ptext SLIT("Or add an instance declaration for") <+> pprInsts instance_dicts
2056
2057         instance_dicts = [d | d <- tidy_dicts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
2058                 -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
2059                 -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
2060
2061             -- Checks for the ambiguous case when we have overlapping instances
2062         ambig_overlap = any ambig_overlap1 dicts
2063         ambig_overlap1 dict 
2064                 | isClassDict dict
2065                 = case lookupInstEnv dflags inst_env clas tys of
2066                             NoMatch ambig -> ambig
2067                             other         -> False
2068                 | otherwise = False
2069                 where
2070                   (clas,tys) = getDictClassTys dict
2071     in
2072     addErrTcM (tidy_env2, doc)
2073
2074 -- Used for the ...Thetas variants; all top level
2075 noInstErr pred = ptext SLIT("No instance for") <+> quotes (ppr pred)
2076
2077 badDerivedPred pred
2078   = vcat [ptext SLIT("Can't derive instances where the instance context mentions"),
2079           ptext SLIT("type variables that are not data type parameters"),
2080           nest 2 (ptext SLIT("Offending constraint:") <+> ppr pred)]
2081
2082 reduceDepthErr n stack
2083   = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
2084           ptext SLIT("Use -fcontext-stack20 to increase stack size to (e.g.) 20"),
2085           nest 4 (pprInstsInFull stack)]
2086
2087 reduceDepthMsg n stack = nest 4 (pprInstsInFull stack)
2088
2089 -----------------------------------------------
2090 addCantGenErr inst
2091   = addErrTc (sep [ptext SLIT("Cannot generalise these overloadings (in a _ccall_):"),
2092                    nest 4 (ppr inst <+> pprInstLoc (instLoc inst))])
2093 \end{code}