[project @ 2003-07-09 11:08:03 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, 
13         tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive,
14         tcSimplifyBracket,
15
16         tcSimplifyDeriv, tcSimplifyDefault,
17         bindInstsOfLocalFuns
18     ) where
19
20 #include "HsVersions.h"
21
22 import {-# SOURCE #-} TcUnify( unifyTauTy )
23 import TcEnv            -- temp
24 import HsSyn            ( MonoBinds(..), HsExpr(..), andMonoBinds, andMonoBindList )
25 import TcHsSyn          ( TcExpr, TcId,
26                           TcMonoBinds, TcDictBinds
27                         )
28
29 import TcRnMonad
30 import Inst             ( lookupInst, LookupInstResult(..),
31                           tyVarsOfInst, fdPredsOfInsts, fdPredsOfInst, newDicts,
32                           isDict, isClassDict, isLinearInst, linearInstType,
33                           isStdClassTyVarDict, isMethodFor, isMethod,
34                           instToId, tyVarsOfInsts,  cloneDict,
35                           ipNamesOfInsts, ipNamesOfInst, dictPred,
36                           instBindingRequired, instCanBeGeneralised,
37                           newDictsFromOld, tcInstClassOp,
38                           getDictClassTys, isTyVarDict,
39                           instLoc, zonkInst, tidyInsts, tidyMoreInsts,
40                           Inst, pprInsts, pprInstsInFull,
41                           isIPDict, isInheritableInst
42                         )
43 import TcEnv            ( tcGetGlobalTyVars, tcGetInstEnv, tcLookupId, findGlobals )
44 import InstEnv          ( lookupInstEnv, classInstEnv, InstLookupResult(..) )
45 import TcMType          ( zonkTcTyVarsAndFV, tcInstTyVars, checkAmbiguity )
46 import TcType           ( TcTyVar, TcTyVarSet, ThetaType, TyVarDetails(VanillaTv),
47                           mkClassPred, isOverloadedTy, mkTyConApp,
48                           mkTyVarTy, tcGetTyVar, isTyVarClassPred, mkTyVarTys,
49                           tyVarsOfPred )
50 import Id               ( idType, mkUserLocal )
51 import Var              ( TyVar )
52 import Name             ( getOccName, getSrcLoc )
53 import NameSet          ( NameSet, mkNameSet, elemNameSet )
54 import Class            ( classBigSig, classKey )
55 import FunDeps          ( oclose, grow, improve, pprEquationDoc )
56 import PrelInfo         ( isNumericClass, isCreturnableClass, isCcallishClass ) 
57 import PrelNames        ( splitName, fstName, sndName, showClassKey, eqClassKey, ordClassKey)
58 import HscTypes         ( GhciMode(Interactive) )
59
60 import Subst            ( mkTopTyVarSubst, substTheta, substTy )
61 import TysWiredIn       ( unitTy, pairTyCon )
62 import ErrUtils         ( Message )
63 import VarSet
64 import VarEnv           ( TidyEnv )
65 import FiniteMap
66 import Outputable
67 import ListSetOps       ( equivClasses )
68 import Unique           ( hasKey )
69 import Util             ( zipEqual, isSingleton )
70 import List             ( partition )
71 import CmdLineOpts
72 \end{code}
73
74
75 %************************************************************************
76 %*                                                                      *
77 \subsection{NOTES}
78 %*                                                                      *
79 %************************************************************************
80
81         --------------------------------------
82                 Notes on quantification
83         --------------------------------------
84
85 Suppose we are about to do a generalisation step.
86 We have in our hand
87
88         G       the environment
89         T       the type of the RHS
90         C       the constraints from that RHS
91
92 The game is to figure out
93
94         Q       the set of type variables over which to quantify
95         Ct      the constraints we will *not* quantify over
96         Cq      the constraints we will quantify over
97
98 So we're going to infer the type
99
100         forall Q. Cq => T
101
102 and float the constraints Ct further outwards.
103
104 Here are the things that *must* be true:
105
106  (A)    Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
107  (B)    Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
108
109 (A) says we can't quantify over a variable that's free in the
110 environment.  (B) says we must quantify over all the truly free
111 variables in T, else we won't get a sufficiently general type.  We do
112 not *need* to quantify over any variable that is fixed by the free
113 vars of the environment G.
114
115         BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
116
117 Example:        class H x y | x->y where ...
118
119         fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
120                         T = c -> b
121
122         (A)  Q intersect {a} is empty
123         (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
124
125         So Q can be {c,d}, {b,c,d}
126
127 Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
128 variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
129 constraints can get into Ct instead of Cq.
130
131
132 -----------------------------------------
133 We will make use of
134
135   fv(T)         the free type vars of T
136
137   oclose(vs,C)  The result of extending the set of tyvars vs
138                 using the functional dependencies from C
139
140   grow(vs,C)    The result of extend the set of tyvars vs
141                 using all conceivable links from C.
142
143                 E.g. vs = {a}, C = {H [a] b, K (b,Int) c, Eq e}
144                 Then grow(vs,C) = {a,b,c}
145
146                 Note that grow(vs,C) `superset` grow(vs,simplify(C))
147                 That is, simplfication can only shrink the result of grow.
148
149 Notice that
150    oclose is conservative one way:      v `elem` oclose(vs,C) => v is definitely fixed by vs
151    grow is conservative the other way:  if v might be fixed by vs => v `elem` grow(vs,C)
152
153
154 -----------------------------------------
155
156 Choosing Q
157 ~~~~~~~~~~
158 Here's a good way to choose Q:
159
160         Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
161
162 That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
163 call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
164 G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
165 albeit perhaps too many.
166
167 Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
168
169         class H x y | x->y where ...
170
171         T = c->c
172         C = (H c d)
173
174   If we used fv(T) = {c} we'd get the type
175
176         forall c. H c d => c -> b
177
178   And then if the fn was called at several different c's, each of
179   which fixed d differently, we'd get a unification error, because
180   d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
181   everything that might be influenced by c.
182
183 Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
184 all the functional dependencies yet:
185
186         class H x y | x->y where ...
187         instance H x y => Eq (T x y) where ...
188
189         T = c->c
190         C = (Eq (T c d))
191
192   Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
193   apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
194
195
196 There really isn't any point in quantifying over any more than
197 grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
198 any other type variables.
199
200
201
202         --------------------------------------
203                 Notes on ambiguity
204         --------------------------------------
205
206 It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
207
208         class K x
209         class H x y | x -> y
210         instance H x y => K (x,y)
211
212 Is this type ambiguous?
213         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
214
215 Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
216 now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
217 without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
218 the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
219
220 Here's another example: is this ambiguous?
221         forall a b. Eq (T b) => a -> a
222 Not if there's an insance decl (with no context)
223         instance Eq (T b) where ...
224
225 You may say of this example that we should use the instance decl right
226 away, but you can't always do that:
227
228         class J a b where ...
229         instance J Int b where ...
230
231         f :: forall a b. J a b => a -> a
232
233 (Notice: no functional dependency in J's class decl.)
234 Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
235 It's premature to complain when meeting f's signature, or even
236 when inferring a type for f.
237
238
239
240 However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
241 show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
242 treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
243
244 So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
245
246         fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
247
248 (all tested before quantification).
249 That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
250 in the environment, or by the variables in the type.
251
252 Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
253
254         class J a b c | a b -> c
255         fv(G) = {a}
256
257 Is this ambiguous?
258         forall b c. (J a b c) => b -> b
259
260 Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
261 do we see that c is fixed.
262
263 It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
264 don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
265 the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
266 only issue a warning.
267
268
269 Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
270
271         c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
272
273 then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
274 certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
275 the nasty example?
276
277         class K x
278         class H x y | x -> y
279         instance H x y => K (x,y)
280
281 Is this type ambiguous?
282         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
283
284 Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
285 is a "bubble" that's a set of constraints
286
287         Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
288
289 Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
290 by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
291 Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
292 The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
293 (which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
294
295
296         --------------------------------------
297                 Notes on principal types
298         --------------------------------------
299
300     class C a where
301       op :: a -> a
302
303     f x = let g y = op (y::Int) in True
304
305 Here the principal type of f is (forall a. a->a)
306 but we'll produce the non-principal type
307     f :: forall a. C Int => a -> a
308
309
310         --------------------------------------
311                 Notes on implicit parameters
312         --------------------------------------
313
314 Question 1: can we "inherit" implicit parameters
315 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
316 Consider this:
317
318         f x = (x::Int) + ?y
319
320 where f is *not* a top-level binding.
321 From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
322 There are two types we might infer for f:
323
324         f :: Int -> Int
325
326 (so we get ?y from the context of f's definition), or
327
328         f :: (?y::Int) => Int -> Int
329
330 At first you might think the first was better, becuase then
331 ?y behaves like a free variable of the definition, rather than
332 having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
333 IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
334 dynamic binding means) so we'd better infer the second.
335
336 BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify 
337 over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
338
339
340 Question 2: type signatures
341 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
342 BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
343 to quantify over implicit parameters.  For example:
344
345         (?x + 1) :: Int
346
347 This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
348
349         (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
350
351 That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
352 so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
353 tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
354 and tcSimplifyCheckBind (which does not).
355
356 What about when you supply a type signature for a binding?
357 Is it legal to give the following explicit, user type 
358 signature to f, thus:
359
360         f :: Int -> Int
361         f x = (x::Int) + ?y
362
363 At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
364 that adding a type signature changes the dynamic semantics.
365 Consider this:
366
367         (let f x = (x::Int) + ?y
368          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
369
370                 returns (3+6, 3+5)
371 vs
372         (let f :: Int -> Int
373              f x = x + ?y
374          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
375
376                 returns (3+6, 3+6)
377
378 Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
379 dynamic semantics.
380
381 Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
382 semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
383 change the typing you may change the semantics.
384
385 To make things consistent in all cases where we are *checking* against
386 a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
387 rule: 
388
389         a signature does not need to quantify over implicit params.
390
391 [This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
392 which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
393 params for the reasons mentioned above.]
394
395 But that raises a new question.  Consider 
396
397         Given (signature)       ?x::Int
398         Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
399
400 Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
401 what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
402 what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
403 to float a constraint that
404         neither mentions any of the quantified type variables
405         nor any of the quantified implicit parameters
406
407 See the predicate isFreeWhenChecking.
408
409
410 Question 3: monomorphism
411 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
412 There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
413
414         z = (x::Int) + ?y
415
416 The argument above suggests that we *must* generalise
417 over the ?y parameter, to get
418         z :: (?y::Int) => Int,
419 but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
420         z :: Int.
421 Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
422
423         let z = x + ?y in z+z
424
425 you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
426 we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
427
428
429
430 Possible choices
431 ~~~~~~~~~~~~~~~~
432 (A) Always generalise over implicit parameters
433     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
434         be generalised
435
436     Consequences:
437         * Inlining remains valid
438         * No unexpected loss of sharing
439         * But simple bindings like
440                 z = ?y + 1
441           will be rejected, unless you add an explicit type signature
442           (to avoid the monomorphism restriction)
443                 z :: (?y::Int) => Int
444                 z = ?y + 1
445           This seems unacceptable
446
447 (B) Monomorphism restriction "wins"
448     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
449         be generalised
450     Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
451         that fall under the monomorphism restriction
452
453     Consequences
454         * Inlining isn't valid in general
455         * No unexpected loss of sharing
456         * Simple bindings like
457                 z = ?y + 1
458           accepted (get value of ?y from binding site)
459
460 (C) Always generalise over implicit parameters
461     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
462         be generalised, EXCEPT for implicit parameters
463     Consequences
464         * Inlining remains valid
465         * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
466         * Simple bindings like
467                 z = ?y + 1
468           accepted (get value of ?y from occurrence sites)
469
470
471 Discussion
472 ~~~~~~~~~~
473 None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
474 decide which we want to do.
475
476 It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
477
478         z = (x::Int) + ?y
479
480 would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
481 of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
482 case of function definitions, the answer is clearly the former, but
483 less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
484 if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
485 then inlining 'z' might change the semantics of the program.
486
487 Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
488 to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
489 innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
490 the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
491 use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
492 clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
493 those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
494 one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
495 restriction altogether.
496
497 BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
498
499
500
501 %************************************************************************
502 %*                                                                      *
503 \subsection{tcSimplifyInfer}
504 %*                                                                      *
505 %************************************************************************
506
507 tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
508
509     1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
510
511     2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
512        predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
513
514     3. Try improvement, using functional dependencies
515
516     4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
517        (Unification can change the result of 'grow'.)
518
519 Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
520 Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
521 after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
522 type variables than we absolutely have to.
523
524 For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
525 improvement with unification.  E.g. Suppose we have
526
527         class C x y | x->y where ...
528
529 and tcSimplify is called with:
530         (C Int a, C Int b)
531 Then improvement unifies a with b, giving
532         (C Int a, C Int a)
533
534 If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
535 again.
536
537
538 \begin{code}
539 tcSimplifyInfer
540         :: SDoc
541         -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
542         -> [Inst]               -- Wanted
543         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
544                 TcDictBinds,    -- Bindings
545                 [TcId])         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
546         -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
547 \end{code}
548
549
550 \begin{code}
551 tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted_lie
552   = inferLoop doc (varSetElems tau_tvs)
553               wanted_lie                `thenM` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
554
555         -- Check for non-generalisable insts
556     mappM_ addCantGenErr (filter (not . instCanBeGeneralised) irreds)   `thenM_`
557
558     extendLIEs frees                                                    `thenM_`
559     returnM (qtvs, binds, map instToId irreds)
560
561 inferLoop doc tau_tvs wanteds
562   =     -- Step 1
563     zonkTcTyVarsAndFV tau_tvs           `thenM` \ tau_tvs' ->
564     mappM zonkInst wanteds              `thenM` \ wanteds' ->
565     tcGetGlobalTyVars                   `thenM` \ gbl_tvs ->
566     let
567         preds = fdPredsOfInsts wanteds'
568         qtvs  = grow preds tau_tvs' `minusVarSet` oclose preds gbl_tvs
569
570         try_me inst
571           | isFreeWhenInferring qtvs inst = Free
572           | isClassDict inst              = DontReduceUnlessConstant    -- Dicts
573           | otherwise                     = ReduceMe                    -- Lits and Methods
574     in
575     traceTc (text "infloop" <+> vcat [ppr tau_tvs', ppr wanteds', ppr preds, ppr (grow preds tau_tvs'), ppr qtvs])      `thenM_`
576                 -- Step 2
577     reduceContext doc try_me [] wanteds'    `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
578
579                 -- Step 3
580     if no_improvement then
581         returnM (varSetElems qtvs, frees, binds, irreds)
582     else
583         -- If improvement did some unification, we go round again.  There
584         -- are two subtleties:
585         --   a) We start again with irreds, not wanteds
586         --      Using an instance decl might have introduced a fresh type variable
587         --      which might have been unified, so we'd get an infinite loop
588         --      if we started again with wanteds!  See example [LOOP]
589         --
590         --   b) It's also essential to re-process frees, because unification
591         --      might mean that a type variable that looked free isn't now.
592         --
593         -- Hence the (irreds ++ frees)
594
595         -- However, NOTICE that when we are done, we might have some bindings, but
596         -- the final qtvs might be empty.  See [NO TYVARS] below.
597                                 
598         inferLoop doc tau_tvs (irreds ++ frees) `thenM` \ (qtvs1, frees1, binds1, irreds1) ->
599         returnM (qtvs1, frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
600 \end{code}
601
602 Example [LOOP]
603
604         class If b t e r | b t e -> r
605         instance If T t e t
606         instance If F t e e
607         class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
608         instance Lte Z b T
609         instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
610
611 Wanted: Max Z (S x) y
612
613 Then we'll reduce using the Max instance to:
614         (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
615 and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
616 on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
617 with (Max Z (S x) y)!
618
619 [NO TYVARS]
620
621         class Y a b | a -> b where
622             y :: a -> X b
623         
624         instance Y [[a]] a where
625             y ((x:_):_) = X x
626         
627         k :: X a -> X a -> X a
628
629         g :: Num a => [X a] -> [X a]
630         g xs = h xs
631             where
632             h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
633
634 The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
635 try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
636 From this we get t1:=:t2, but also various bindings.  We can't forget
637 the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
638 polymorphic in.  
639
640 The net effect of [NO TYVARS] 
641
642 \begin{code}
643 isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst -> Bool
644 isFreeWhenInferring qtvs inst
645   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst          -- Constrains no quantified vars
646   && isInheritableInst inst             -- And no implicit parameter involved
647                                         -- (see "Notes on implicit parameters")
648
649 isFreeWhenChecking :: TyVarSet  -- Quantified tyvars
650                    -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
651                    -> Inst -> Bool
652 isFreeWhenChecking qtvs ips inst
653   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
654   && isFreeWrtIPs    ips inst
655
656 isFreeWrtTyVars qtvs inst = not (tyVarsOfInst inst `intersectsVarSet` qtvs)
657 isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
658 \end{code}
659
660
661 %************************************************************************
662 %*                                                                      *
663 \subsection{tcSimplifyCheck}
664 %*                                                                      *
665 %************************************************************************
666
667 @tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
668 we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
669
670 \begin{code}
671 tcSimplifyCheck
672          :: SDoc
673          -> [TcTyVar]           -- Quantify over these
674          -> [Inst]              -- Given
675          -> [Inst]              -- Wanted
676          -> TcM TcDictBinds     -- Bindings
677
678 -- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
679 -- class decls, instance decls etc.
680 --
681 -- NB: tcSimplifyCheck does not consult the
682 --      global type variables in the environment; so you don't
683 --      need to worry about setting them before calling tcSimplifyCheck
684 tcSimplifyCheck doc qtvs givens wanted_lie
685   = tcSimplCheck doc get_qtvs
686                  givens wanted_lie      `thenM` \ (qtvs', binds) ->
687     returnM binds
688   where
689     get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV qtvs
690
691
692 -- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
693 -- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
694 -- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
695 tcSimplifyInferCheck
696          :: SDoc
697          -> TcTyVarSet          -- fv(T)
698          -> [Inst]              -- Given
699          -> [Inst]              -- Wanted
700          -> TcM ([TcTyVar],     -- Variables over which to quantify
701                  TcDictBinds)   -- Bindings
702
703 tcSimplifyInferCheck doc tau_tvs givens wanted_lie
704   = tcSimplCheck doc get_qtvs givens wanted_lie
705   where
706         -- Figure out which type variables to quantify over
707         -- You might think it should just be the signature tyvars,
708         -- but in bizarre cases you can get extra ones
709         --      f :: forall a. Num a => a -> a
710         --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
711         --      g a b = (b,a)
712         -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
713         -- We don't want g to be monomorphic in b just because
714         -- f isn't quantified over b.
715     all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
716
717     get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV all_tvs        `thenM` \ all_tvs' ->
718                tcGetGlobalTyVars                `thenM` \ gbl_tvs ->
719                let
720                   qtvs = all_tvs' `minusVarSet` gbl_tvs
721                         -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
722                         -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
723                         -- dictionaries, we quantify over
724                in
725                returnM qtvs
726 \end{code}
727
728 Here is the workhorse function for all three wrappers.
729
730 \begin{code}
731 tcSimplCheck doc get_qtvs givens wanted_lie
732   = check_loop givens wanted_lie        `thenM` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
733
734         -- Complain about any irreducible ones
735     complainCheck doc givens irreds             `thenM_`
736
737         -- Done
738     extendLIEs frees                            `thenM_`
739     returnM (qtvs, binds)
740
741   where
742     ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts givens)
743
744     check_loop givens wanteds
745       =         -- Step 1
746         mappM zonkInst givens   `thenM` \ givens' ->
747         mappM zonkInst wanteds  `thenM` \ wanteds' ->
748         get_qtvs                `thenM` \ qtvs' ->
749
750                     -- Step 2
751         let
752             -- When checking against a given signature we always reduce
753             -- until we find a match against something given, or can't reduce
754             try_me inst | isFreeWhenChecking qtvs' ip_set inst = Free
755                         | otherwise                            = ReduceMe
756         in
757         reduceContext doc try_me givens' wanteds'       `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
758
759                     -- Step 3
760         if no_improvement then
761             returnM (varSetElems qtvs', frees, binds, irreds)
762         else
763             check_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (qtvs', frees1, binds1, irreds1) ->
764             returnM (qtvs', frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
765 \end{code}
766
767
768 %************************************************************************
769 %*                                                                      *
770 \subsection{tcSimplifyRestricted}
771 %*                                                                      *
772 %************************************************************************
773
774 \begin{code}
775 tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
776                         -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
777         :: SDoc
778         -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
779         -> [Inst]               -- Free in the RHSs
780         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
781                 TcDictBinds)    -- Bindings
782
783 tcSimplifyRestricted doc tau_tvs wanteds
784   =     -- First squash out all methods, to find the constrained tyvars
785         -- We can't just take the free vars of wanted_lie because that'll
786         -- have methods that may incidentally mention entirely unconstrained variables
787         --      e.g. a call to  f :: Eq a => a -> b -> b
788         -- Here, b is unconstrained.  A good example would be
789         --      foo = f (3::Int)
790         -- We want to infer the polymorphic type
791         --      foo :: forall b. b -> b
792
793         -- 'reduceMe': Reduce as far as we can.  Don't stop at
794         -- dicts; the idea is to get rid of as many type
795         -- variables as possible, and we don't want to stop
796         -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
797         -- immediately, with no constraint on s.
798     simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds       `thenM` \ (foo_frees, foo_binds, constrained_dicts) ->
799
800         -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
801     zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)     `thenM` \ tau_tvs' ->
802     tcGetGlobalTyVars                           `thenM` \ gbl_tvs ->
803     let
804         constrained_tvs = tyVarsOfInsts constrained_dicts
805         qtvs = (tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs)
806                          `minusVarSet` constrained_tvs
807     in
808     traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
809                 pprInsts wanteds, pprInsts foo_frees, pprInsts constrained_dicts,
810                 ppr foo_binds,
811                 ppr constrained_tvs, ppr tau_tvs', ppr qtvs ])  `thenM_`
812
813         -- The first step may have squashed more methods than
814         -- necessary, so try again, this time knowing the exact
815         -- set of type variables to quantify over.
816         --
817         -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
818         -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
819         -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
820         -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
821         -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
822         --
823         -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
824         -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
825         -- just to float all constraints
826     restrict_loop doc qtvs wanteds
827         -- We still need a loop because improvement can take place
828         -- E.g. if we have (C (T a)) and the instance decl
829         --      instance D Int b => C (T a) where ...
830         -- and there's a functional dependency for D.   Then we may improve
831         -- the tyep variable 'b'.
832
833 restrict_loop doc qtvs wanteds
834   = mappM zonkInst wanteds                      `thenM` \ wanteds' ->
835     zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems qtvs)        `thenM` \ qtvs' ->
836     let
837         try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs' inst = Free
838                     | otherwise                  = ReduceMe
839     in
840     reduceContext doc try_me [] wanteds'        `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
841     if no_improvement then
842         ASSERT( null irreds )
843         extendLIEs frees                        `thenM_`
844         returnM (varSetElems qtvs', binds)
845     else
846         restrict_loop doc qtvs' (irreds ++ frees)       `thenM` \ (qtvs1, binds1) ->
847         returnM (qtvs1, binds `AndMonoBinds` binds1)
848 \end{code}
849
850
851 %************************************************************************
852 %*                                                                      *
853 \subsection{tcSimplifyToDicts}
854 %*                                                                      *
855 %************************************************************************
856
857 On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
858 getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
859 as the available stuff for the RHS of the rule.
860
861 The same thing is used for specialise pragmas. Consider
862
863         f :: Num a => a -> a
864         {-# SPECIALISE f :: Int -> Int #-}
865         f = ...
866
867 The type checker generates a binding like:
868
869         f_spec = (f :: Int -> Int)
870
871 and we want to end up with
872
873         f_spec = _inline_me_ (f Int dNumInt)
874
875 But that means that we must simplify the Method for f to (f Int dNumInt)!
876 So tcSimplifyToDicts squeezes out all Methods.
877
878 IMPORTANT NOTE:  we *don't* want to do superclass commoning up.  Consider
879
880         fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
881         {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
882
883 Here, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But we *dont*
884 want to get
885
886         forall dIntegralInt.
887         fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
888
889 because the scsel will mess up matching.  Instead we want
890
891         forall dIntegralInt, dNumInt.
892         fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
893
894 Hence "DontReduce NoSCs"
895
896 \begin{code}
897 tcSimplifyToDicts :: [Inst] -> TcM (TcDictBinds)
898 tcSimplifyToDicts wanteds
899   = simpleReduceLoop doc try_me wanteds         `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
900         -- Since try_me doesn't look at types, we don't need to
901         -- do any zonking, so it's safe to call reduceContext directly
902     ASSERT( null frees )
903     extendLIEs irreds           `thenM_`
904     returnM binds
905
906   where
907     doc = text "tcSimplifyToDicts"
908
909         -- Reduce methods and lits only; stop as soon as we get a dictionary
910     try_me inst | isDict inst = DontReduce NoSCs
911                 | otherwise   = ReduceMe
912 \end{code}
913
914
915
916 tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
917 a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
918 any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
919 Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
920 Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
921 this bracket again at its usage site.
922
923 \begin{code}
924 tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
925 tcSimplifyBracket wanteds
926   = simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds       `thenM_`
927     returnM ()
928   where
929     doc = text "tcSimplifyBracket"
930 \end{code}
931
932
933 %************************************************************************
934 %*                                                                      *
935 \subsection{Filtering at a dynamic binding}
936 %*                                                                      *
937 %************************************************************************
938
939 When we have
940         let ?x = R in B
941
942 we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
943 step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
944
945 Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
946
947         f :: (?x::Int) => Char -> Char
948         let ?x = 3 in f 'c'
949
950 then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
951 force the binding for ?x to be of type Int.
952
953 \begin{code}
954 tcSimplifyIPs :: [Inst]         -- The implicit parameters bound here
955               -> [Inst]         -- Wanted
956               -> TcM TcDictBinds
957 tcSimplifyIPs given_ips wanteds
958   = simpl_loop given_ips wanteds        `thenM` \ (frees, binds) ->
959     extendLIEs frees                    `thenM_`
960     returnM binds
961   where
962     doc      = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
963     ip_set   = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
964
965         -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
966     try_me inst | isFreeWrtIPs ip_set inst = Free
967                 | otherwise                = ReduceMe
968
969     simpl_loop givens wanteds
970       = mappM zonkInst givens           `thenM` \ givens' ->
971         mappM zonkInst wanteds          `thenM` \ wanteds' ->
972
973         reduceContext doc try_me givens' wanteds'    `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
974
975         if no_improvement then
976             ASSERT( null irreds )
977             returnM (frees, binds)
978         else
979             simpl_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (frees1, binds1) ->
980             returnM (frees1, binds `AndMonoBinds` binds1)
981 \end{code}
982
983
984 %************************************************************************
985 %*                                                                      *
986 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
987 %*                                                                      *
988 %************************************************************************
989
990 When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
991 For example, we might have...
992 \begin{verbatim}
993 let f x = x + 1     -- orig local function (overloaded)
994     f.1 = f Int     -- two instances of f
995     f.2 = f Float
996  in
997     (f.1 5, f.2 6.7)
998 \end{verbatim}
999 The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
1000 where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
1001 upwards towards the top-level.  If the @Insts@ were binding-ified up
1002 there, they would have unresolvable references to @f@.
1003
1004 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
1005 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
1006 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
1007 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
1008
1009 \begin{code}
1010 bindInstsOfLocalFuns :: [Inst] -> [TcId] -> TcM TcMonoBinds
1011
1012 bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
1013   | null overloaded_ids
1014         -- Common case
1015   = extendLIEs wanteds          `thenM_`
1016     returnM EmptyMonoBinds
1017
1018   | otherwise
1019   = simpleReduceLoop doc try_me wanteds         `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
1020     ASSERT( null irreds )
1021     extendLIEs frees            `thenM_`
1022     returnM binds
1023   where
1024     doc              = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
1025     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
1026     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
1027
1028     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids    -- There can occasionally be a lot of them
1029                                                 -- so it's worth building a set, so that
1030                                                 -- lookup (in isMethodFor) is faster
1031
1032     try_me inst | isMethodFor overloaded_set inst = ReduceMe
1033                 | otherwise                       = Free
1034 \end{code}
1035
1036
1037 %************************************************************************
1038 %*                                                                      *
1039 \subsection{Data types for the reduction mechanism}
1040 %*                                                                      *
1041 %************************************************************************
1042
1043 The main control over context reduction is here
1044
1045 \begin{code}
1046 data WhatToDo
1047  = ReduceMe             -- Try to reduce this
1048                         -- If there's no instance, behave exactly like
1049                         -- DontReduce: add the inst to
1050                         -- the irreductible ones, but don't
1051                         -- produce an error message of any kind.
1052                         -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
1053
1054  | DontReduce WantSCs           -- Return as irreducible
1055
1056  | DontReduceUnlessConstant     -- Return as irreducible unless it can
1057                                 -- be reduced to a constant in one step
1058
1059  | Free                   -- Return as free
1060
1061 reduceMe :: Inst -> WhatToDo
1062 reduceMe inst = ReduceMe
1063
1064 data WantSCs = NoSCs | AddSCs   -- Tells whether we should add the superclasses
1065                                 -- of a predicate when adding it to the avails
1066 \end{code}
1067
1068
1069
1070 \begin{code}
1071 type Avails = FiniteMap Inst Avail
1072
1073 data Avail
1074   = IsFree              -- Used for free Insts
1075   | Irred               -- Used for irreducible dictionaries,
1076                         -- which are going to be lambda bound
1077
1078   | Given TcId          -- Used for dictionaries for which we have a binding
1079                         -- e.g. those "given" in a signature
1080           Bool          -- True <=> actually consumed (splittable IPs only)
1081
1082   | NoRhs               -- Used for Insts like (CCallable f)
1083                         -- where no witness is required.
1084
1085   | Rhs                 -- Used when there is a RHS
1086         TcExpr          -- The RHS
1087         [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
1088
1089   | Linear              -- Splittable Insts only.
1090         Int             -- The Int is always 2 or more; indicates how
1091                         -- many copies are required
1092         Inst            -- The splitter
1093         Avail           -- Where the "master copy" is
1094
1095   | LinRhss             -- Splittable Insts only; this is used only internally
1096                         --      by extractResults, where a Linear 
1097                         --      is turned into an LinRhss
1098         [TcExpr]        -- A supply of suitable RHSs
1099
1100 pprAvails avails = vcat [sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> pprAvail avail)]
1101                         | (inst,avail) <- fmToList avails ]
1102
1103 instance Outputable Avail where
1104     ppr = pprAvail
1105
1106 pprAvail NoRhs          = text "<no rhs>"
1107 pprAvail IsFree         = text "Free"
1108 pprAvail Irred          = text "Irred"
1109 pprAvail (Given x b)    = text "Given" <+> ppr x <+> 
1110                           if b then text "(used)" else empty
1111 pprAvail (Rhs rhs bs)   = text "Rhs" <+> ppr rhs <+> braces (ppr bs)
1112 pprAvail (Linear n i a) = text "Linear" <+> ppr n <+> braces (ppr i) <+> ppr a
1113 pprAvail (LinRhss rhss) = text "LinRhss" <+> ppr rhss
1114 \end{code}
1115
1116 Extracting the bindings from a bunch of Avails.
1117 The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
1118 We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
1119 dependency analyser can sort them out later
1120
1121 The loop startes
1122 \begin{code}
1123 extractResults :: Avails
1124                -> [Inst]                -- Wanted
1125                -> TcM (TcDictBinds,     -- Bindings
1126                           [Inst],       -- Irreducible ones
1127                           [Inst])       -- Free ones
1128
1129 extractResults avails wanteds
1130   = go avails EmptyMonoBinds [] [] wanteds
1131   where
1132     go avails binds irreds frees [] 
1133       = returnM (binds, irreds, frees)
1134
1135     go avails binds irreds frees (w:ws)
1136       = case lookupFM avails w of
1137           Nothing    -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
1138                         go avails binds irreds frees ws
1139
1140           Just NoRhs  -> go avails               binds irreds     frees     ws
1141           Just IsFree -> go (add_free avails w)  binds irreds     (w:frees) ws
1142           Just Irred  -> go (add_given avails w) binds (w:irreds) frees     ws
1143
1144           Just (Given id _) -> go avails new_binds irreds frees ws
1145                             where
1146                                new_binds | id == instToId w = binds
1147                                          | otherwise        = addBind binds w (HsVar id)
1148                 -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
1149                 -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
1150
1151           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds irreds frees (ws' ++ ws)
1152                              where
1153                                 new_binds = addBind binds w rhs
1154
1155           Just (Linear n split_inst avail)      -- Transform Linear --> LinRhss
1156             -> get_root irreds frees avail w            `thenM` \ (irreds', frees', root_id) ->
1157                split n (instToId split_inst) root_id w  `thenM` \ (binds', rhss) ->
1158                go (addToFM avails w (LinRhss rhss))
1159                   (binds `AndMonoBinds` binds')
1160                   irreds' frees' (split_inst : w : ws)
1161
1162           Just (LinRhss (rhs:rhss))             -- Consume one of the Rhss
1163                 -> go new_avails new_binds irreds frees ws
1164                 where           
1165                    new_binds  = addBind binds w rhs
1166                    new_avails = addToFM avails w (LinRhss rhss)
1167
1168     get_root irreds frees (Given id _) w = returnM (irreds, frees, id)
1169     get_root irreds frees Irred        w = cloneDict w  `thenM` \ w' ->
1170                                            returnM (w':irreds, frees, instToId w')
1171     get_root irreds frees IsFree       w = cloneDict w  `thenM` \ w' ->
1172                                            returnM (irreds, w':frees, instToId w')
1173
1174     add_given avails w 
1175         | instBindingRequired w = addToFM avails w (Given (instToId w) True)
1176         | otherwise             = addToFM avails w NoRhs
1177         -- NB: make sure that CCallable/CReturnable use NoRhs rather
1178         --      than Given, else we end up with bogus bindings.
1179
1180     add_free avails w | isMethod w = avails
1181                       | otherwise  = add_given avails w
1182         -- NB: Hack alert!  
1183         -- Do *not* replace Free by Given if it's a method.
1184         -- The following situation shows why this is bad:
1185         --      truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
1186         -- From an application (truncate f i) we get
1187         --      t1 = truncate at f
1188         --      t2 = t1 at i
1189         -- If we have also have a second occurrence of truncate, we get
1190         --      t3 = truncate at f
1191         --      t4 = t3 at i
1192         -- When simplifying with i,f free, we might still notice that
1193         --   t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
1194         --   will continue to float out!
1195         -- (split n i a) returns: n rhss
1196         --                        auxiliary bindings
1197         --                        1 or 0 insts to add to irreds
1198
1199
1200 split :: Int -> TcId -> TcId -> Inst 
1201       -> TcM (TcDictBinds, [TcExpr])
1202 -- (split n split_id root_id wanted) returns
1203 --      * a list of 'n' expressions, all of which witness 'avail'
1204 --      * a bunch of auxiliary bindings to support these expressions
1205 --      * one or zero insts needed to witness the whole lot
1206 --        (maybe be zero if the initial Inst is a Given)
1207 --
1208 -- NB: 'wanted' is just a template
1209
1210 split n split_id root_id wanted
1211   = go n
1212   where
1213     ty      = linearInstType wanted
1214     pair_ty = mkTyConApp pairTyCon [ty,ty]
1215     id      = instToId wanted
1216     occ     = getOccName id
1217     loc     = getSrcLoc id
1218
1219     go 1 = returnM (EmptyMonoBinds, [HsVar root_id])
1220
1221     go n = go ((n+1) `div` 2)           `thenM` \ (binds1, rhss) ->
1222            expand n rhss                `thenM` \ (binds2, rhss') ->
1223            returnM (binds1 `AndMonoBinds` binds2, rhss')
1224
1225         -- (expand n rhss) 
1226         -- Given ((n+1)/2) rhss, make n rhss, using auxiliary bindings
1227         --  e.g.  expand 3 [rhs1, rhs2]
1228         --        = ( { x = split rhs1 },
1229         --            [fst x, snd x, rhs2] )
1230     expand n rhss
1231         | n `rem` 2 == 0 = go rhss      -- n is even
1232         | otherwise      = go (tail rhss)       `thenM` \ (binds', rhss') ->
1233                            returnM (binds', head rhss : rhss')
1234         where
1235           go rhss = mapAndUnzipM do_one rhss    `thenM` \ (binds', rhss') ->
1236                     returnM (andMonoBindList binds', concat rhss')
1237
1238           do_one rhs = newUnique                        `thenM` \ uniq -> 
1239                        tcLookupId fstName               `thenM` \ fst_id ->
1240                        tcLookupId sndName               `thenM` \ snd_id ->
1241                        let 
1242                           x = mkUserLocal occ uniq pair_ty loc
1243                        in
1244                        returnM (VarMonoBind x (mk_app split_id rhs),
1245                                     [mk_fs_app fst_id ty x, mk_fs_app snd_id ty x])
1246
1247 mk_fs_app id ty var = HsVar id `TyApp` [ty,ty] `HsApp` HsVar var
1248
1249 mk_app id rhs = HsApp (HsVar id) rhs
1250
1251 addBind binds inst rhs = binds `AndMonoBinds` VarMonoBind (instToId inst) rhs
1252 \end{code}
1253
1254
1255 %************************************************************************
1256 %*                                                                      *
1257 \subsection[reduce]{@reduce@}
1258 %*                                                                      *
1259 %************************************************************************
1260
1261 When the "what to do" predicate doesn't depend on the quantified type variables,
1262 matters are easier.  We don't need to do any zonking, unless the improvement step
1263 does something, in which case we zonk before iterating.
1264
1265 The "given" set is always empty.
1266
1267 \begin{code}
1268 simpleReduceLoop :: SDoc
1269                  -> (Inst -> WhatToDo)          -- What to do, *not* based on the quantified type variables
1270                  -> [Inst]                      -- Wanted
1271                  -> TcM ([Inst],                -- Free
1272                          TcDictBinds,
1273                          [Inst])                -- Irreducible
1274
1275 simpleReduceLoop doc try_me wanteds
1276   = mappM zonkInst wanteds                      `thenM` \ wanteds' ->
1277     reduceContext doc try_me [] wanteds'        `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
1278     if no_improvement then
1279         returnM (frees, binds, irreds)
1280     else
1281         simpleReduceLoop doc try_me (irreds ++ frees)   `thenM` \ (frees1, binds1, irreds1) ->
1282         returnM (frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
1283 \end{code}
1284
1285
1286
1287 \begin{code}
1288 reduceContext :: SDoc
1289               -> (Inst -> WhatToDo)
1290               -> [Inst]                 -- Given
1291               -> [Inst]                 -- Wanted
1292               -> TcM (Bool,             -- True <=> improve step did no unification
1293                          [Inst],        -- Free
1294                          TcDictBinds,   -- Dictionary bindings
1295                          [Inst])        -- Irreducible
1296
1297 reduceContext doc try_me givens wanteds
1298   =
1299     traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1300              text "----------------------",
1301              doc,
1302              text "given" <+> ppr givens,
1303              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1304              text "----------------------"
1305              ]))                                        `thenM_`
1306
1307         -- Build the Avail mapping from "givens"
1308     foldlM addGiven emptyFM givens                      `thenM` \ init_state ->
1309
1310         -- Do the real work
1311     reduceList (0,[]) try_me wanteds init_state         `thenM` \ avails ->
1312
1313         -- Do improvement, using everything in avails
1314         -- In particular, avails includes all superclasses of everything
1315     tcImprove avails                                    `thenM` \ no_improvement ->
1316
1317     extractResults avails wanteds                       `thenM` \ (binds, irreds, frees) ->
1318
1319     traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1320              text "----------------------",
1321              doc,
1322              text "given" <+> ppr givens,
1323              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1324              text "----",
1325              text "avails" <+> pprAvails avails,
1326              text "frees" <+> ppr frees,
1327              text "no_improvement =" <+> ppr no_improvement,
1328              text "----------------------"
1329              ]))                                        `thenM_`
1330
1331     returnM (no_improvement, frees, binds, irreds)
1332
1333 tcImprove avails
1334  =  tcGetInstEnv                                `thenM` \ inst_env ->
1335     let
1336         preds = [ (pred, pp_loc)
1337                 | inst <- keysFM avails,
1338                   let pp_loc = pprInstLoc (instLoc inst),
1339                   pred <- fdPredsOfInst inst
1340                 ]
1341                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1342                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1343                 -- It does not have duplicates (good)
1344                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1345                 --    so that improve will see them separate
1346         eqns  = improve (classInstEnv inst_env) preds
1347      in
1348      if null eqns then
1349         returnM True
1350      else
1351         traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))     `thenM_`
1352         mappM_ unify eqns       `thenM_`
1353         returnM False
1354   where
1355     unify ((qtvs, t1, t2), doc)
1356          = addErrCtxt doc                               $
1357            tcInstTyVars VanillaTv (varSetElems qtvs)    `thenM` \ (_, _, tenv) ->
1358            unifyTauTy (substTy tenv t1) (substTy tenv t2)
1359 \end{code}
1360
1361 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1362
1363 \begin{code}
1364 reduceList :: (Int,[Inst])              -- Stack (for err msgs)
1365                                         -- along with its depth
1366            -> (Inst -> WhatToDo)
1367            -> [Inst]
1368            -> Avails
1369            -> TcM Avails
1370 \end{code}
1371
1372 @reduce@ is passed
1373      try_me:    given an inst, this function returns
1374                   Reduce       reduce this
1375                   DontReduce   return this in "irreds"
1376                   Free         return this in "frees"
1377
1378      wanteds:   The list of insts to reduce
1379      state:     An accumulating parameter of type Avails
1380                 that contains the state of the algorithm
1381
1382   It returns a Avails.
1383
1384 The (n,stack) pair is just used for error reporting.
1385 n is always the depth of the stack.
1386 The stack is the stack of Insts being reduced: to produce X
1387 I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1388
1389 \begin{code}
1390 reduceList (n,stack) try_me wanteds state
1391   | n > opt_MaxContextReductionDepth
1392   = failWithTc (reduceDepthErr n stack)
1393
1394   | otherwise
1395   =
1396 #ifdef DEBUG
1397    (if n > 8 then
1398         pprTrace "Jeepers! ReduceContext:" (reduceDepthMsg n stack)
1399     else (\x->x))
1400 #endif
1401     go wanteds state
1402   where
1403     go []     state = returnM state
1404     go (w:ws) state = reduce (n+1, w:stack) try_me w state      `thenM` \ state' ->
1405                       go ws state'
1406
1407     -- Base case: we're done!
1408 reduce stack try_me wanted state
1409     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1410   | Just avail <- isAvailable state wanted
1411   = if isLinearInst wanted then
1412         addLinearAvailable state avail wanted   `thenM` \ (state', wanteds') ->
1413         reduceList stack try_me wanteds' state'
1414     else
1415         returnM state           -- No op for non-linear things
1416
1417   | otherwise
1418   = case try_me wanted of {
1419
1420       DontReduce want_scs -> addIrred want_scs state wanted
1421
1422     ; DontReduceUnlessConstant ->    -- It's irreducible (or at least should not be reduced)
1423                                      -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1424         try_simple (addIrred AddSCs)    -- Assume want superclasses
1425
1426     ; Free ->   -- It's free so just chuck it upstairs
1427                 -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1428         try_simple addFree
1429
1430     ; ReduceMe ->               -- It should be reduced
1431         lookupInst wanted             `thenM` \ lookup_result ->
1432         case lookup_result of
1433             GenInst wanteds' rhs -> reduceList stack try_me wanteds' state      `thenM` \ state' ->
1434                                     addWanted state' wanted rhs wanteds'
1435             SimpleInst rhs       -> addWanted state wanted rhs []
1436
1437             NoInstance ->    -- No such instance!
1438                              -- Add it and its superclasses
1439                              addIrred AddSCs state wanted
1440
1441     }
1442   where
1443     try_simple do_this_otherwise
1444       = lookupInst wanted         `thenM` \ lookup_result ->
1445         case lookup_result of
1446             SimpleInst rhs -> addWanted state wanted rhs []
1447             other          -> do_this_otherwise state wanted
1448 \end{code}
1449
1450
1451 \begin{code}
1452 -------------------------
1453 isAvailable :: Avails -> Inst -> Maybe Avail
1454 isAvailable avails wanted = lookupFM avails wanted
1455         -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
1456         -- *not* by unique.  So
1457         --      d1::C Int ==  d2::C Int
1458
1459 addLinearAvailable :: Avails -> Avail -> Inst -> TcM (Avails, [Inst])
1460 addLinearAvailable avails avail wanted
1461         -- avails currently maps [wanted -> avail]
1462         -- Extend avails to reflect a neeed for an extra copy of avail
1463
1464   | Just avail' <- split_avail avail
1465   = returnM (addToFM avails wanted avail', [])
1466
1467   | otherwise
1468   = tcLookupId splitName                        `thenM` \ split_id ->
1469     tcInstClassOp (instLoc wanted) split_id 
1470                   [linearInstType wanted]       `thenM` \ split_inst ->
1471     returnM (addToFM avails wanted (Linear 2 split_inst avail), [split_inst])
1472
1473   where
1474     split_avail :: Avail -> Maybe Avail
1475         -- (Just av) if there's a modified version of avail that
1476         --           we can use to replace avail in avails
1477         -- Nothing   if there isn't, so we need to create a Linear
1478     split_avail (Linear n i a)              = Just (Linear (n+1) i a)
1479     split_avail (Given id used) | not used  = Just (Given id True)
1480                                 | otherwise = Nothing
1481     split_avail Irred                       = Nothing
1482     split_avail IsFree                      = Nothing
1483     split_avail other = pprPanic "addLinearAvailable" (ppr avail $$ ppr wanted $$ ppr avails)
1484                   
1485 -------------------------
1486 addFree :: Avails -> Inst -> TcM Avails
1487         -- When an Inst is tossed upstairs as 'free' we nevertheless add it
1488         -- to avails, so that any other equal Insts will be commoned up right
1489         -- here rather than also being tossed upstairs.  This is really just
1490         -- an optimisation, and perhaps it is more trouble that it is worth,
1491         -- as the following comments show!
1492         --
1493         -- NB: do *not* add superclasses.  If we have
1494         --      df::Floating a
1495         --      dn::Num a
1496         -- but a is not bound here, then we *don't* want to derive
1497         -- dn from df here lest we lose sharing.
1498         --
1499 addFree avails free = returnM (addToFM avails free IsFree)
1500
1501 addWanted :: Avails -> Inst -> TcExpr -> [Inst] -> TcM Avails
1502 addWanted avails wanted rhs_expr wanteds
1503   = ASSERT2( not (wanted `elemFM` avails), ppr wanted $$ ppr avails )
1504     addAvailAndSCs avails wanted avail
1505   where
1506     avail | instBindingRequired wanted = Rhs rhs_expr wanteds
1507           | otherwise                  = ASSERT( null wanteds ) NoRhs
1508
1509 addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
1510 addGiven state given = addAvailAndSCs state given (Given (instToId given) False)
1511         -- No ASSERT( not (given `elemFM` avails) ) because in an instance
1512         -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
1513         -- so the assert isn't true
1514
1515 addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
1516 addIrred NoSCs  avails irred = returnM (addToFM avails irred Irred)
1517 addIrred AddSCs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemFM` avails), ppr irred $$ ppr avails )
1518                                addAvailAndSCs avails irred Irred
1519
1520 addAvailAndSCs :: Avails -> Inst -> Avail -> TcM Avails
1521 addAvailAndSCs avails inst avail
1522   | not (isClassDict inst) = returnM avails1
1523   | otherwise              = addSCs is_loop avails1 inst 
1524   where
1525     avails1 = addToFM avails inst avail
1526     is_loop inst = inst `elem` deps     -- Note: this compares by *type*, not by Unique
1527     deps         = findAllDeps avails avail
1528
1529 findAllDeps :: Avails -> Avail -> [Inst]
1530 -- Find all the Insts that this one depends on
1531 -- See Note [SUPERCLASS-LOOP]
1532 findAllDeps avails (Rhs _ kids) = kids ++ concat (map (find_all_deps_help avails) kids)
1533 findAllDeps avails other        = []
1534
1535 find_all_deps_help :: Avails -> Inst -> [Inst]
1536 find_all_deps_help avails inst
1537   = case lookupFM avails inst of
1538         Just avail -> findAllDeps avails avail
1539         Nothing    -> []
1540
1541 addSCs :: (Inst -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
1542         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
1543         -- The first param says "dont do this because the original thing
1544         --      depends on this one, so you'd build a loop"
1545         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
1546
1547 addSCs is_loop avails dict
1548   = newDictsFromOld dict sc_theta'      `thenM` \ sc_dicts ->
1549     foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels)
1550   where
1551     (clas, tys) = getDictClassTys dict
1552     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
1553     sc_theta' = substTheta (mkTopTyVarSubst tyvars tys) sc_theta
1554
1555     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)     -- Add it, and its superclasses
1556       = case lookupFM avails sc_dict of
1557           Just (Given _ _) -> returnM avails    -- Given is cheaper than
1558                                                         --   a superclass selection
1559           Just other | is_loop sc_dict -> returnM avails        -- See Note [SUPERCLASS-LOOP]
1560                      | otherwise       -> returnM avails'       -- SCs already added
1561
1562           Nothing -> addSCs is_loop avails' sc_dict
1563       where
1564         sc_sel_rhs = DictApp (TyApp (HsVar sc_sel) tys) [instToId dict]
1565         avail      = Rhs sc_sel_rhs [dict]
1566         avails'    = addToFM avails sc_dict avail
1567 \end{code}
1568
1569 Note [SUPERCLASS-LOOP]: Checking for loops
1570 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1571 We have to be careful here.  If we are *given* d1:Ord a,
1572 and want to deduce (d2:C [a]) where
1573
1574         class Ord a => C a where
1575         instance Ord a => C [a] where ...
1576
1577 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] and then add the
1578 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1579 for d1:Ord a (which is given) with a superclass selection or we'll just
1580 build a loop! 
1581
1582 Here's another example 
1583         class Eq b => Foo a b
1584         instance Eq a => Foo [a] a
1585 If we are reducing
1586         (Foo [t] t)
1587
1588 we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
1589 then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1590
1591 At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
1592 in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
1593 becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
1594 I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
1595 simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Irred
1596 first time, but reducible next time.
1597
1598 Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
1599 when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
1600
1601
1602
1603 %************************************************************************
1604 %*                                                                      *
1605 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
1606 %*                                                                      *
1607 %************************************************************************
1608
1609
1610 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
1611 and ambiguous Insts.
1612
1613 We need to be careful of one case.  Suppose we have
1614
1615         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
1616
1617 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
1618 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
1619
1620 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
1621
1622
1623 \begin{code}
1624 tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
1625 tcSimplifyTop         wanteds = tc_simplify_top False {- Not interactive loop -} wanteds
1626 tcSimplifyInteractive wanteds = tc_simplify_top True  {- Interactive loop -}     wanteds
1627
1628
1629 -- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
1630 -- error message generation for the monomorphism restriction
1631 tc_simplify_top is_interactive wanteds
1632   = getLclEnv                                                   `thenM` \ lcl_env ->
1633     traceTc (text "tcSimplifyTop" <+> ppr (lclEnvElts lcl_env)) `thenM_`
1634     simpleReduceLoop (text "tcSimplTop") reduceMe wanteds       `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
1635     ASSERT( null frees )
1636
1637     let
1638                 -- All the non-std ones are definite errors
1639         (stds, non_stds) = partition isStdClassTyVarDict irreds
1640
1641                 -- Group by type variable
1642         std_groups = equivClasses cmp_by_tyvar stds
1643
1644                 -- Pick the ones which its worth trying to disambiguate
1645                 -- namely, the onese whose type variable isn't bound
1646                 -- up with one of the non-standard classes
1647         (std_oks, std_bads)     = partition worth_a_try std_groups
1648         worth_a_try group@(d:_) = not (non_std_tyvars `intersectsVarSet` tyVarsOfInst d)
1649         non_std_tyvars          = unionVarSets (map tyVarsOfInst non_stds)
1650
1651                 -- Collect together all the bad guys
1652         bad_guys               = non_stds ++ concat std_bads
1653         (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts bad_guys
1654         (bad_ips, non_ips)     = partition isIPDict tidy_dicts
1655         (no_insts, ambigs)     = partition no_inst non_ips
1656         no_inst d              = not (isTyVarDict d) 
1657         -- Previously, there was a more elaborate no_inst definition:
1658         --      no_inst d = not (isTyVarDict d) || tyVarsOfInst d `subVarSet` fixed_tvs
1659         --      fixed_tvs = oclose (fdPredsOfInsts tidy_dicts) emptyVarSet
1660         -- But that seems over-elaborate to me; it only bites for class decls with
1661         -- fundeps like this:           class C a b | -> b where ...
1662     in
1663
1664         -- Report definite errors
1665     addTopInstanceErrs tidy_env no_insts        `thenM_`
1666     addTopIPErrs tidy_env bad_ips               `thenM_`
1667
1668         -- Deal with ambiguity errors, but only if
1669         -- if there has not been an error so far; errors often
1670         -- give rise to spurious ambiguous Insts
1671     ifErrsM (returnM []) (
1672         
1673         -- Complain about the ones that don't fall under
1674         -- the Haskell rules for disambiguation
1675         -- This group includes both non-existent instances
1676         --      e.g. Num (IO a) and Eq (Int -> Int)
1677         -- and ambiguous dictionaries
1678         --      e.g. Num a
1679         addTopAmbigErrs (tidy_env, ambigs)      `thenM_`
1680
1681         -- Disambiguate the ones that look feasible
1682         mappM (disambigGroup is_interactive) std_oks
1683     )                                   `thenM` \ binds_ambig ->
1684
1685     returnM (binds `andMonoBinds` andMonoBindList binds_ambig)
1686
1687 ----------------------------------
1688 d1 `cmp_by_tyvar` d2 = get_tv d1 `compare` get_tv d2
1689
1690 get_tv d   = case getDictClassTys d of
1691                    (clas, [ty]) -> tcGetTyVar "tcSimplify" ty
1692 get_clas d = case getDictClassTys d of
1693                    (clas, [ty]) -> clas
1694 \end{code}
1695
1696 If a dictionary constrains a type variable which is
1697         * not mentioned in the environment
1698         * and not mentioned in the type of the expression
1699 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
1700 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
1701 parameter to a function.
1702
1703 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
1704 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
1705 Specifically, if
1706         * at least one of its classes is a numeric class, and
1707         * all of its classes are numeric or standard
1708 then the type variable can be defaulted to the first type in the
1709 default-type list which is an instance of all the offending classes.
1710
1711 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
1712 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
1713 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
1714 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
1715
1716 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
1717 the same type variable.
1718
1719 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
1720 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
1721 the most common use of defaulting is code like:
1722 \begin{verbatim}
1723         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
1724 \end{verbatim}
1725 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
1726 @void@.
1727
1728 \begin{code}
1729 disambigGroup :: Bool   -- True <=> simplifying at top-level interactive loop
1730               -> [Inst] -- All standard classes of form (C a)
1731               -> TcM TcDictBinds
1732
1733 disambigGroup is_interactive dicts
1734   |   any std_default_class classes     -- Guaranteed all standard classes
1735           -- See comment at the end of function for reasons as to
1736           -- why the defaulting mechanism doesn't apply to groups that
1737           -- include CCallable or CReturnable dicts.
1738    && not (any isCcallishClass classes)
1739   =     -- THE DICTS OBEY THE DEFAULTABLE CONSTRAINT
1740         -- SO, TRY DEFAULT TYPES IN ORDER
1741
1742         -- Failure here is caused by there being no type in the
1743         -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
1744         -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
1745         -- default list is Int.
1746     getDefaultTys                       `thenM` \ default_tys ->
1747     let
1748       try_default []    -- No defaults work, so fail
1749         = failM
1750
1751       try_default (default_ty : default_tys)
1752         = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $ -- If default_ty fails, we try
1753                                                 -- default_tys instead
1754           tcSimplifyDefault theta               `thenM` \ _ ->
1755           returnM default_ty
1756         where
1757           theta = [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
1758     in
1759         -- See if any default works
1760     tryM (try_default default_tys)      `thenM` \ mb_ty ->
1761     case mb_ty of
1762         Left  _                 -> bomb_out
1763         Right chosen_default_ty -> choose_default chosen_default_ty
1764
1765   | all isCreturnableClass classes      -- Default CCall stuff to ()
1766   = choose_default unitTy
1767
1768   | otherwise                           -- No defaults
1769   = bomb_out
1770
1771   where
1772     tyvar   = get_tv (head dicts)       -- Should be non-empty
1773     classes = map get_clas dicts
1774
1775     std_default_class cls
1776       =  isNumericClass cls
1777       || (is_interactive && 
1778           classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
1779                 -- In interactive mode, we default Show a to Show ()
1780                 -- to avoid graututious errors on "show []"
1781
1782     choose_default default_ty   -- Commit to tyvar = default_ty
1783       = -- Bind the type variable 
1784         unifyTauTy default_ty (mkTyVarTy tyvar) `thenM_`
1785         -- and reduce the context, for real this time
1786         simpleReduceLoop (text "disambig" <+> ppr dicts)
1787                      reduceMe dicts                     `thenM` \ (frees, binds, ambigs) ->
1788         WARN( not (null frees && null ambigs), ppr frees $$ ppr ambigs )
1789         warnDefault dicts default_ty                    `thenM_`
1790         returnM binds
1791
1792     bomb_out = addTopAmbigErrs (tidyInsts dicts)        `thenM_`
1793                returnM EmptyMonoBinds
1794 \end{code}
1795
1796 [Aside - why the defaulting mechanism is turned off when
1797  dealing with arguments and results to ccalls.
1798
1799 When typechecking _ccall_s, TcExpr ensures that the external
1800 function is only passed arguments (and in the other direction,
1801 results) of a restricted set of 'native' types. This is
1802 implemented via the help of the pseudo-type classes,
1803 @CReturnable@ (CR) and @CCallable@ (CC.)
1804
1805 The interaction between the defaulting mechanism for numeric
1806 values and CC & CR can be a bit puzzling to the user at times.
1807 For example,
1808
1809     x <- _ccall_ f
1810     if (x /= 0) then
1811        _ccall_ g x
1812      else
1813        return ()
1814
1815 What type has 'x' got here? That depends on the default list
1816 in operation, if it is equal to Haskell 98's default-default
1817 of (Integer, Double), 'x' has type Double, since Integer
1818 is not an instance of CR. If the default list is equal to
1819 Haskell 1.4's default-default of (Int, Double), 'x' has type
1820 Int.
1821
1822 To try to minimise the potential for surprises here, the
1823 defaulting mechanism is turned off in the presence of
1824 CCallable and CReturnable.
1825
1826 End of aside]
1827
1828
1829 %************************************************************************
1830 %*                                                                      *
1831 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
1832 %*                                                                      *
1833 %************************************************************************
1834
1835 Much simpler versions when there are no bindings to make!
1836
1837 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
1838 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
1839 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
1840
1841 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
1842 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
1843 instance declarations.
1844
1845 \begin{code}
1846 tcSimplifyDeriv :: [TyVar]      
1847                 -> ThetaType            -- Wanted
1848                 -> TcM ThetaType        -- Needed
1849
1850 tcSimplifyDeriv tyvars theta
1851   = tcInstTyVars VanillaTv tyvars                       `thenM` \ (tvs, _, tenv) ->
1852         -- The main loop may do unification, and that may crash if 
1853         -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
1854         -- ToDo: what if two of them do get unified?
1855     newDicts DataDeclOrigin (substTheta tenv theta)     `thenM` \ wanteds ->
1856     simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds               `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
1857     ASSERT( null frees )                        -- reduceMe never returns Free
1858
1859     doptM Opt_AllowUndecidableInstances         `thenM` \ undecidable_ok ->
1860     let
1861         tv_set      = mkVarSet tvs
1862         simpl_theta = map dictPred irreds       -- reduceMe squashes all non-dicts
1863
1864         check_pred pred
1865           | isEmptyVarSet pred_tyvars   -- Things like (Eq T) should be rejected
1866           = addErrTc (noInstErr pred)
1867
1868           | not undecidable_ok && not (isTyVarClassPred pred)
1869           -- Check that the returned dictionaries are all of form (C a b)
1870           --    (where a, b are type variables).  
1871           -- We allow this if we had -fallow-undecidable-instances,
1872           -- but note that risks non-termination in the 'deriving' context-inference
1873           -- fixpoint loop.   It is useful for situations like
1874           --    data Min h a = E | M a (h a)
1875           -- which gives the instance decl
1876           --    instance (Eq a, Eq (h a)) => Eq (Min h a)
1877           = addErrTc (noInstErr pred)
1878   
1879           | not (pred_tyvars `subVarSet` tv_set) 
1880           -- Check for a bizarre corner case, when the derived instance decl should
1881           -- have form  instance C a b => D (T a) where ...
1882           -- Note that 'b' isn't a parameter of T.  This gives rise to all sorts
1883           -- of problems; in particular, it's hard to compare solutions for
1884           -- equality when finding the fixpoint.  So I just rule it out for now.
1885           = addErrTc (badDerivedPred pred)
1886   
1887           | otherwise
1888           = returnM ()
1889           where
1890             pred_tyvars = tyVarsOfPred pred
1891
1892         rev_env = mkTopTyVarSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
1893                 -- This reverse-mapping is a Royal Pain, 
1894                 -- but the result should mention TyVars not TcTyVars
1895     in
1896    
1897     mappM check_pred simpl_theta                `thenM_`
1898     checkAmbiguity tvs simpl_theta tv_set       `thenM_`
1899     returnM (substTheta rev_env simpl_theta)
1900   where
1901     doc    = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
1902 \end{code}
1903
1904 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
1905 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
1906 whether it worked or not.
1907
1908 \begin{code}
1909 tcSimplifyDefault :: ThetaType  -- Wanted; has no type variables in it
1910                   -> TcM ()
1911
1912 tcSimplifyDefault theta
1913   = newDicts DataDeclOrigin theta               `thenM` \ wanteds ->
1914     simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds       `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
1915     ASSERT( null frees )        -- try_me never returns Free
1916     mappM (addErrTc . noInstErr) irreds         `thenM_`
1917     if null irreds then
1918         returnM ()
1919     else
1920         failM
1921   where
1922     doc = ptext SLIT("default declaration")
1923 \end{code}
1924
1925
1926 %************************************************************************
1927 %*                                                                      *
1928 \section{Errors and contexts}
1929 %*                                                                      *
1930 %************************************************************************
1931
1932 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
1933 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
1934 now?
1935
1936 \begin{code}
1937 groupErrs :: ([Inst] -> TcM ()) -- Deal with one group
1938           -> [Inst]             -- The offending Insts
1939           -> TcM ()
1940 -- Group together insts with the same origin
1941 -- We want to report them together in error messages
1942
1943 groupErrs report_err [] 
1944   = returnM ()
1945 groupErrs report_err (inst:insts) 
1946   = do_one (inst:friends)               `thenM_`
1947     groupErrs report_err others
1948
1949   where
1950         -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
1951         --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
1952         --  and it avoids need equality on InstLocs.)
1953    (friends, others) = partition is_friend insts
1954    loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
1955    is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
1956    do_one insts = addInstCtxt (instLoc (head insts)) (report_err insts)
1957                 -- Add location and context information derived from the Insts
1958
1959 -- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
1960 addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
1961 addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstLoc (instLoc (head insts)))
1962
1963 plural [x] = empty
1964 plural xs  = char 's'
1965
1966
1967 addTopIPErrs tidy_env tidy_dicts
1968   = groupErrs report tidy_dicts
1969   where
1970     report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
1971     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> 
1972                                      plural tidy_dicts <+> pprInsts tidy_dicts)
1973
1974 -- Used for top-level irreducibles
1975 addTopInstanceErrs tidy_env tidy_dicts
1976   = groupErrs report tidy_dicts
1977   where
1978     report dicts = mkMonomorphismMsg tidy_env dicts     `thenM` \ (tidy_env, mono_msg) ->
1979                    addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts $$ mono_msg)
1980     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("No instance") <> plural tidy_dicts <+> 
1981                                      ptext SLIT("for") <+> pprInsts tidy_dicts)
1982                    
1983
1984 addTopAmbigErrs (tidy_env, tidy_dicts)
1985 -- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
1986   = mapM report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
1987   where
1988     tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
1989     tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
1990     cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
1991     
1992     report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
1993     report pairs@((_,tvs) : _)  -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
1994         = mkMonomorphismMsg tidy_env dicts      `thenM` \ (tidy_env, mono_msg) ->
1995           addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
1996         where
1997           dicts = map fst pairs
1998           msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
1999                              pprQuotedList tvs <+> in_msg,
2000                      nest 2 (pprInstsInFull dicts)]
2001           in_msg | isSingleton dicts = text "in the top-level constraint:"
2002                  | otherwise         = text "in these top-level constraints:"
2003
2004
2005 mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [Inst] -> TcM (TidyEnv, Message)
2006 -- There's an error with these Insts; if they have free type variables
2007 -- it's probably caused by the monomorphism restriction. 
2008 -- Try to identify the offending variable
2009 -- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
2010 mkMonomorphismMsg tidy_env insts
2011   | isEmptyVarSet inst_tvs
2012   = returnM (tidy_env, empty)
2013   | otherwise
2014   = findGlobals inst_tvs tidy_env       `thenM` \ (tidy_env, docs) ->
2015     returnM (tidy_env, mk_msg docs)
2016
2017   where
2018     inst_tvs = tyVarsOfInsts insts
2019
2020     mk_msg []   = empty         -- This happens in things like
2021                                 --      f x = show (read "foo")
2022                                 -- whre monomorphism doesn't play any role
2023     mk_msg docs = vcat [ptext SLIT("Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
2024                         nest 2 (vcat docs),
2025                         ptext SLIT("Probable fix: give these definition(s) an explicit type signature")]
2026     
2027 warnDefault dicts default_ty
2028   = doptM Opt_WarnTypeDefaults  `thenM` \ warn_flag ->
2029     addInstCtxt (instLoc (head dicts)) (warnTc warn_flag warn_msg)
2030   where
2031         -- Tidy them first
2032     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2033     warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
2034                                 quotes (ppr default_ty),
2035                       pprInstsInFull tidy_dicts]
2036
2037 complainCheck doc givens irreds
2038   = mappM zonkInst given_dicts_and_ips                  `thenM` \ givens' ->
2039     groupErrs (addNoInstanceErrs doc givens') irreds    `thenM_`
2040     returnM ()
2041   where
2042     given_dicts_and_ips = filter (not . isMethod) givens
2043         -- Filter out methods, which are only added to
2044         -- the given set as an optimisation
2045
2046 addNoInstanceErrs what_doc givens dicts
2047   = getDOpts            `thenM` \ dflags ->
2048     tcGetInstEnv        `thenM` \ inst_env ->
2049     let
2050         (tidy_env1, tidy_givens) = tidyInsts givens
2051         (tidy_env2, tidy_dicts)  = tidyMoreInsts tidy_env1 dicts
2052
2053         doc = vcat [addInstLoc dicts $
2054                     sep [herald <+> pprInsts tidy_dicts,
2055                          nest 4 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprInsts tidy_givens],
2056                     ambig_doc,
2057                     ptext SLIT("Probable fix:"),
2058                     nest 4 fix1,
2059                     nest 4 fix2]
2060
2061         herald = ptext SLIT("Could not") <+> unambig_doc <+> ptext SLIT("deduce")
2062         unambig_doc | ambig_overlap = ptext SLIT("unambiguously")
2063                     | otherwise     = empty
2064
2065                 -- The error message when we don't find a suitable instance
2066                 -- is complicated by the fact that sometimes this is because
2067                 -- there is no instance, and sometimes it's because there are
2068                 -- too many instances (overlap).  See the comments in TcEnv.lhs
2069                 -- with the InstEnv stuff.
2070
2071         ambig_doc
2072             | not ambig_overlap = empty
2073             | otherwise
2074             = vcat [ptext SLIT("The choice of (overlapping) instance declaration"),
2075                     nest 4 (ptext SLIT("depends on the instantiation of") <+>
2076                             quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInsts tidy_dicts))))]
2077
2078         fix1 = sep [ptext SLIT("Add") <+> pprInsts tidy_dicts,
2079                     ptext SLIT("to the") <+> what_doc]
2080
2081         fix2 | null instance_dicts 
2082              = empty
2083              | otherwise
2084              = ptext SLIT("Or add an instance declaration for") <+> pprInsts instance_dicts
2085
2086         instance_dicts = [d | d <- tidy_dicts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
2087                 -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
2088                 -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
2089
2090             -- Checks for the ambiguous case when we have overlapping instances
2091         ambig_overlap = any ambig_overlap1 dicts
2092         ambig_overlap1 dict 
2093                 | isClassDict dict
2094                 = case lookupInstEnv dflags inst_env clas tys of
2095                             NoMatch ambig -> ambig
2096                             other         -> False
2097                 | otherwise = False
2098                 where
2099                   (clas,tys) = getDictClassTys dict
2100     in
2101     addErrTcM (tidy_env2, doc)
2102
2103 -- Used for the ...Thetas variants; all top level
2104 noInstErr pred = ptext SLIT("No instance for") <+> quotes (ppr pred)
2105
2106 badDerivedPred pred
2107   = vcat [ptext SLIT("Can't derive instances where the instance context mentions"),
2108           ptext SLIT("type variables that are not data type parameters"),
2109           nest 2 (ptext SLIT("Offending constraint:") <+> ppr pred)]
2110
2111 reduceDepthErr n stack
2112   = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
2113           ptext SLIT("Use -fcontext-stack20 to increase stack size to (e.g.) 20"),
2114           nest 4 (pprInstsInFull stack)]
2115
2116 reduceDepthMsg n stack = nest 4 (pprInstsInFull stack)
2117
2118 -----------------------------------------------
2119 addCantGenErr inst
2120   = addErrTc (sep [ptext SLIT("Cannot generalise these overloadings (in a _ccall_):"),
2121                    nest 4 (ppr inst <+> pprInstLoc (instLoc inst))])
2122 \end{code}