[project @ 2002-02-15 09:32:47 by simonpj]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcSimplify.lhs
1 %
2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
3 %
4 \section[TcSimplify]{TcSimplify}
5
6
7
8 \begin{code}
9 module TcSimplify (
10         tcSimplifyInfer, tcSimplifyInferCheck,
11         tcSimplifyCheck, tcSimplifyRestricted,
12         tcSimplifyToDicts, tcSimplifyIPs, tcSimplifyTop,
13
14         tcSimplifyDeriv, tcSimplifyDefault,
15         bindInstsOfLocalFuns
16     ) where
17
18 #include "HsVersions.h"
19
20 import {-# SOURCE #-} TcUnify( unifyTauTy )
21
22 import HsSyn            ( MonoBinds(..), HsExpr(..), andMonoBinds, andMonoBindList )
23 import TcHsSyn          ( TcExpr, TcId,
24                           TcMonoBinds, TcDictBinds
25                         )
26
27 import TcMonad
28 import Inst             ( lookupInst, LookupInstResult(..),
29                           tyVarsOfInst, predsOfInsts, predsOfInst, newDicts,
30                           isDict, isClassDict, isLinearInst, linearInstType,
31                           isStdClassTyVarDict, isMethodFor, isMethod,
32                           instToId, tyVarsOfInsts,  cloneDict,
33                           ipNamesOfInsts, ipNamesOfInst, dictPred,
34                           instBindingRequired, instCanBeGeneralised,
35                           newDictsFromOld, newMethodAtLoc,
36                           getDictClassTys, isTyVarDict,
37                           instLoc, pprInst, zonkInst, tidyInsts, tidyMoreInsts,
38                           Inst, LIE, pprInsts, pprInstsInFull,
39                           mkLIE, lieToList
40                         )
41 import TcEnv            ( tcGetGlobalTyVars, tcGetInstEnv, tcLookupGlobalId )
42 import InstEnv          ( lookupInstEnv, classInstEnv, InstLookupResult(..) )
43 import TcMType          ( zonkTcTyVarsAndFV, tcInstTyVars, checkAmbiguity )
44 import TcType           ( TcTyVar, TcTyVarSet, ThetaType, 
45                           mkClassPred, isOverloadedTy, mkTyConApp,
46                           mkTyVarTy, tcGetTyVar, isTyVarClassPred, mkTyVarTys,
47                           tyVarsOfPred, isIPPred, isInheritablePred, predHasFDs )
48 import Id               ( idType, mkUserLocal )
49 import Var              ( TyVar )
50 import Name             ( getOccName, getSrcLoc )
51 import NameSet          ( NameSet, mkNameSet, elemNameSet )
52 import Class            ( classBigSig )
53 import FunDeps          ( oclose, grow, improve, pprEquationDoc )
54 import PrelInfo         ( isNumericClass, isCreturnableClass, isCcallishClass, 
55                           splitName, fstName, sndName )
56
57 import Subst            ( mkTopTyVarSubst, substTheta, substTy )
58 import TysWiredIn       ( unitTy, pairTyCon )
59 import VarSet
60 import FiniteMap
61 import Outputable
62 import ListSetOps       ( equivClasses )
63 import Util             ( zipEqual )
64 import List             ( partition )
65 import CmdLineOpts
66 \end{code}
67
68
69 %************************************************************************
70 %*                                                                      *
71 \subsection{NOTES}
72 %*                                                                      *
73 %************************************************************************
74
75         --------------------------------------
76                 Notes on quantification
77         --------------------------------------
78
79 Suppose we are about to do a generalisation step.
80 We have in our hand
81
82         G       the environment
83         T       the type of the RHS
84         C       the constraints from that RHS
85
86 The game is to figure out
87
88         Q       the set of type variables over which to quantify
89         Ct      the constraints we will *not* quantify over
90         Cq      the constraints we will quantify over
91
92 So we're going to infer the type
93
94         forall Q. Cq => T
95
96 and float the constraints Ct further outwards.
97
98 Here are the things that *must* be true:
99
100  (A)    Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
101  (B)    Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
102
103 (A) says we can't quantify over a variable that's free in the
104 environment.  (B) says we must quantify over all the truly free
105 variables in T, else we won't get a sufficiently general type.  We do
106 not *need* to quantify over any variable that is fixed by the free
107 vars of the environment G.
108
109         BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
110
111 Example:        class H x y | x->y where ...
112
113         fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
114                         T = c -> b
115
116         (A)  Q intersect {a} is empty
117         (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
118
119         So Q can be {c,d}, {b,c,d}
120
121 Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
122 variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
123 constraints can get into Ct instead of Cq.
124
125
126 -----------------------------------------
127 We will make use of
128
129   fv(T)         the free type vars of T
130
131   oclose(vs,C)  The result of extending the set of tyvars vs
132                 using the functional dependencies from C
133
134   grow(vs,C)    The result of extend the set of tyvars vs
135                 using all conceivable links from C.
136
137                 E.g. vs = {a}, C = {H [a] b, K (b,Int) c, Eq e}
138                 Then grow(vs,C) = {a,b,c}
139
140                 Note that grow(vs,C) `superset` grow(vs,simplify(C))
141                 That is, simplfication can only shrink the result of grow.
142
143 Notice that
144    oclose is conservative one way:      v `elem` oclose(vs,C) => v is definitely fixed by vs
145    grow is conservative the other way:  if v might be fixed by vs => v `elem` grow(vs,C)
146
147
148 -----------------------------------------
149
150 Choosing Q
151 ~~~~~~~~~~
152 Here's a good way to choose Q:
153
154         Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
155
156 That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
157 call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
158 G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
159 albeit perhaps too many.
160
161 Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
162
163         class H x y | x->y where ...
164
165         T = c->c
166         C = (H c d)
167
168   If we used fv(T) = {c} we'd get the type
169
170         forall c. H c d => c -> b
171
172   And then if the fn was called at several different c's, each of
173   which fixed d differently, we'd get a unification error, because
174   d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
175   everything that might be influenced by c.
176
177 Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
178 all the functional dependencies yet:
179
180         class H x y | x->y where ...
181         instance H x y => Eq (T x y) where ...
182
183         T = c->c
184         C = (Eq (T c d))
185
186   Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
187   apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
188
189
190 There really isn't any point in quantifying over any more than
191 grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
192 any other type variables.
193
194
195
196         --------------------------------------
197                 Notes on ambiguity
198         --------------------------------------
199
200 It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
201
202         class K x
203         class H x y | x -> y
204         instance H x y => K (x,y)
205
206 Is this type ambiguous?
207         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
208
209 Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
210 now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
211 without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
212 the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
213
214 Here's another example: is this ambiguous?
215         forall a b. Eq (T b) => a -> a
216 Not if there's an insance decl (with no context)
217         instance Eq (T b) where ...
218
219 You may say of this example that we should use the instance decl right
220 away, but you can't always do that:
221
222         class J a b where ...
223         instance J Int b where ...
224
225         f :: forall a b. J a b => a -> a
226
227 (Notice: no functional dependency in J's class decl.)
228 Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
229 It's premature to complain when meeting f's signature, or even
230 when inferring a type for f.
231
232
233
234 However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
235 show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
236 treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
237
238 So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
239
240         fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
241
242 (all tested before quantification).
243 That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
244 in the environment, or by the variables in the type.
245
246 Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
247
248         class J a b c | a b -> c
249         fv(G) = {a}
250
251 Is this ambiguous?
252         forall b c. (J a b c) => b -> b
253
254 Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
255 do we see that c is fixed.
256
257 It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
258 don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
259 the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
260 only issue a warning.
261
262
263 Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
264
265         c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
266
267 then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
268 certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
269 the nasty example?
270
271         class K x
272         class H x y | x -> y
273         instance H x y => K (x,y)
274
275 Is this type ambiguous?
276         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
277
278 Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
279 is a "bubble" that's a set of constraints
280
281         Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
282
283 Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
284 by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
285 Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
286 The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
287 (which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
288
289
290         --------------------------------------
291                 Notes on principal types
292         --------------------------------------
293
294     class C a where
295       op :: a -> a
296
297     f x = let g y = op (y::Int) in True
298
299 Here the principal type of f is (forall a. a->a)
300 but we'll produce the non-principal type
301     f :: forall a. C Int => a -> a
302
303
304         --------------------------------------
305                 Notes on implicit parameters
306         --------------------------------------
307
308 Question 1: can we "inherit" implicit parameters
309 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
310 Consider this:
311
312         f x = (x::Int) + ?y
313
314 where f is *not* a top-level binding.
315 From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
316 There are two types we might infer for f:
317
318         f :: Int -> Int
319
320 (so we get ?y from the context of f's definition), or
321
322         f :: (?y::Int) => Int -> Int
323
324 At first you might think the first was better, becuase then
325 ?y behaves like a free variable of the definition, rather than
326 having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
327 IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
328 dynamic binding means) so we'd better infer the second.
329
330 BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify 
331 over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
332
333
334 Question 2: type signatures
335 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
336 BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
337 to quantify over implicit parameters.  For example:
338
339         (?x + 1) :: Int
340
341 This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
342
343         (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
344
345 That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
346 so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
347 tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
348 and tcSimplifyCheckBind (which does not).
349
350 What about when you supply a type signature for a binding?
351 Is it legal to give the following explicit, user type 
352 signature to f, thus:
353
354         f :: Int -> Int
355         f x = (x::Int) + ?y
356
357 At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
358 that adding a type signature changes the dynamic semantics.
359 Consider this:
360
361         (let f x = (x::Int) + ?y
362          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
363
364                 returns (3+6, 3+5)
365 vs
366         (let f :: Int -> Int
367              f x = x + ?y
368          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
369
370                 returns (3+6, 3+6)
371
372 Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
373 dynamic semantics.
374
375 Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
376 semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
377 change the typing you may change the semantics.
378
379 To make things consistent in all cases where we are *checking* against
380 a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
381 rule: 
382
383         a signature does not need to quantify over implicit params.
384
385 [This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
386 which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
387 params for the reasons mentioned above.]
388
389 But that raises a new question.  Consider 
390
391         Given (signature)       ?x::Int
392         Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
393
394 Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
395 what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
396 what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
397 to float a constraint that
398         neither mentions any of the quantified type variables
399         nor any of the quantified implicit parameters
400
401 See the predicate isFreeWhenChecking.
402
403
404 Question 3: monomorphism
405 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
406 There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
407
408         z = (x::Int) + ?y
409
410 The argument above suggests that we *must* generalise
411 over the ?y parameter, to get
412         z :: (?y::Int) => Int,
413 but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
414         z :: Int.
415 Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
416
417         let z = x + ?y in z+z
418
419 you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
420 we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
421
422
423
424 Possible choices
425 ~~~~~~~~~~~~~~~~
426 (A) Always generalise over implicit parameters
427     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
428         be generalised
429
430     Consequences:
431         * Inlining remains valid
432         * No unexpected loss of sharing
433         * But simple bindings like
434                 z = ?y + 1
435           will be rejected, unless you add an explicit type signature
436           (to avoid the monomorphism restriction)
437                 z :: (?y::Int) => Int
438                 z = ?y + 1
439           This seems unacceptable
440
441 (B) Monomorphism restriction "wins"
442     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
443         be generalised
444     Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
445         that fall under the monomorphism restriction
446
447     Consequences
448         * Inlining isn't valid in general
449         * No unexpected loss of sharing
450         * Simple bindings like
451                 z = ?y + 1
452           accepted (get value of ?y from binding site)
453
454 (C) Always generalise over implicit parameters
455     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
456         be generalised, EXCEPT for implicit parameters
457     Consequences
458         * Inlining remains valid
459         * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
460         * Simple bindings like
461                 z = ?y + 1
462           accepted (get value of ?y from occurrence sites)
463
464
465 Discussion
466 ~~~~~~~~~~
467 None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
468 decide which we want to do.
469
470 It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
471
472         z = (x::Int) + ?y
473
474 would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
475 of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
476 case of function definitions, the answer is clearly the former, but
477 less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
478 if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
479 then inlining 'z' might change the semantics of the program.
480
481 Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
482 to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
483 innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
484 the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
485 use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
486 clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
487 those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
488 one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
489 restriction altogether.
490
491 BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
492
493
494
495 %************************************************************************
496 %*                                                                      *
497 \subsection{tcSimplifyInfer}
498 %*                                                                      *
499 %************************************************************************
500
501 tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
502
503     1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
504
505     2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
506        predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
507
508     3. Try improvement, using functional dependencies
509
510     4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
511        (Unification can change the result of 'grow'.)
512
513 Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
514 Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
515 after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
516 type variables than we absolutely have to.
517
518 For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
519 improvement with unification.  E.g. Suppose we have
520
521         class C x y | x->y where ...
522
523 and tcSimplify is called with:
524         (C Int a, C Int b)
525 Then improvement unifies a with b, giving
526         (C Int a, C Int a)
527
528 If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
529 again.
530
531
532 \begin{code}
533 tcSimplifyInfer
534         :: SDoc
535         -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
536         -> LIE                  -- Wanted
537         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
538                 LIE,            -- Free
539                 TcDictBinds,    -- Bindings
540                 [TcId])         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
541 \end{code}
542
543
544 \begin{code}
545 tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted_lie
546   = inferLoop doc (varSetElems tau_tvs)
547               (lieToList wanted_lie)    `thenTc` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
548
549         -- Check for non-generalisable insts
550     mapTc_ addCantGenErr (filter (not . instCanBeGeneralised) irreds)   `thenTc_`
551
552     returnTc (qtvs, mkLIE frees, binds, map instToId irreds)
553
554 inferLoop doc tau_tvs wanteds
555   =     -- Step 1
556     zonkTcTyVarsAndFV tau_tvs           `thenNF_Tc` \ tau_tvs' ->
557     mapNF_Tc zonkInst wanteds           `thenNF_Tc` \ wanteds' ->
558     tcGetGlobalTyVars                   `thenNF_Tc` \ gbl_tvs ->
559     let
560         preds = predsOfInsts wanteds'
561         qtvs  = grow preds tau_tvs' `minusVarSet` oclose preds gbl_tvs
562
563         try_me inst
564           | isFreeWhenInferring qtvs inst = Free
565           | isClassDict inst              = DontReduceUnlessConstant    -- Dicts
566           | otherwise                     = ReduceMe                    -- Lits and Methods
567     in
568                 -- Step 2
569     reduceContext doc try_me [] wanteds'    `thenTc` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
570
571                 -- Step 3
572     if no_improvement then
573         returnTc (varSetElems qtvs, frees, binds, irreds)
574     else
575         -- If improvement did some unification, we go round again.  There
576         -- are two subtleties:
577         --   a) We start again with irreds, not wanteds
578         --      Using an instance decl might have introduced a fresh type variable
579         --      which might have been unified, so we'd get an infinite loop
580         --      if we started again with wanteds!  See example [LOOP]
581         --
582         --   b) It's also essential to re-process frees, because unification
583         --      might mean that a type variable that looked free isn't now.
584         --
585         -- Hence the (irreds ++ frees)
586
587         -- However, NOTICE that when we are done, we might have some bindings, but
588         -- the final qtvs might be empty.  See [NO TYVARS] below.
589                                 
590         inferLoop doc tau_tvs (irreds ++ frees) `thenTc` \ (qtvs1, frees1, binds1, irreds1) ->
591         returnTc (qtvs1, frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
592 \end{code}
593
594 Example [LOOP]
595
596         class If b t e r | b t e -> r
597         instance If T t e t
598         instance If F t e e
599         class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
600         instance Lte Z b T
601         instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
602
603 Wanted: Max Z (S x) y
604
605 Then we'll reduce using the Max instance to:
606         (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
607 and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
608 on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
609 with (Max Z (S x) y)!
610
611 [NO TYVARS]
612
613         class Y a b | a -> b where
614             y :: a -> X b
615         
616         instance Y [[a]] a where
617             y ((x:_):_) = X x
618         
619         k :: X a -> X a -> X a
620
621         g :: Num a => [X a] -> [X a]
622         g xs = h xs
623             where
624             h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
625
626 The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
627 try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
628 From this we get t1:=:t2, but also various bindings.  We can't forget
629 the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
630 polymorphic in.  
631
632 The net effect of [NO TYVARS] 
633
634 \begin{code}
635 isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst -> Bool
636 isFreeWhenInferring qtvs inst
637   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst                  -- Constrains no quantified vars
638   && all isInheritablePred (predsOfInst inst)   -- And no implicit parameter involved
639                                                 -- (see "Notes on implicit parameters")
640
641 isFreeWhenChecking :: TyVarSet  -- Quantified tyvars
642                    -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
643                    -> Inst -> Bool
644 isFreeWhenChecking qtvs ips inst
645   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
646   && isFreeWrtIPs    ips inst
647
648 isFreeWrtTyVars qtvs inst = not (tyVarsOfInst inst `intersectsVarSet` qtvs)
649 isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
650 \end{code}
651
652
653 %************************************************************************
654 %*                                                                      *
655 \subsection{tcSimplifyCheck}
656 %*                                                                      *
657 %************************************************************************
658
659 @tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
660 we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
661
662 \begin{code}
663 tcSimplifyCheck
664          :: SDoc
665          -> [TcTyVar]           -- Quantify over these
666          -> [Inst]              -- Given
667          -> LIE                 -- Wanted
668          -> TcM (LIE,           -- Free
669                  TcDictBinds)   -- Bindings
670
671 -- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
672 -- class decls, instance decls etc.
673 --
674 -- NB: we psss isFree (not isFreeAndInheritable) to tcSimplCheck
675 -- It's important that we can float out non-inheritable predicates
676 -- Example:             (?x :: Int) is ok!
677 --
678 -- NB: tcSimplifyCheck does not consult the
679 --      global type variables in the environment; so you don't
680 --      need to worry about setting them before calling tcSimplifyCheck
681 tcSimplifyCheck doc qtvs givens wanted_lie
682   = tcSimplCheck doc get_qtvs
683                  givens wanted_lie      `thenTc` \ (qtvs', frees, binds) ->
684     returnTc (frees, binds)
685   where
686     get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV qtvs
687
688
689 -- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
690 -- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
691 -- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
692 tcSimplifyInferCheck
693          :: SDoc
694          -> TcTyVarSet          -- fv(T)
695          -> [Inst]              -- Given
696          -> LIE                 -- Wanted
697          -> TcM ([TcTyVar],     -- Variables over which to quantify
698                  LIE,           -- Free
699                  TcDictBinds)   -- Bindings
700
701 tcSimplifyInferCheck doc tau_tvs givens wanted_lie
702   = tcSimplCheck doc get_qtvs givens wanted_lie
703   where
704         -- Figure out which type variables to quantify over
705         -- You might think it should just be the signature tyvars,
706         -- but in bizarre cases you can get extra ones
707         --      f :: forall a. Num a => a -> a
708         --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
709         --      g a b = (b,a)
710         -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
711         -- We don't want g to be monomorphic in b just because
712         -- f isn't quantified over b.
713     all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
714
715     get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV all_tvs        `thenNF_Tc` \ all_tvs' ->
716                tcGetGlobalTyVars                `thenNF_Tc` \ gbl_tvs ->
717                let
718                   qtvs = all_tvs' `minusVarSet` gbl_tvs
719                         -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
720                         -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
721                         -- dictionaries, we quantify over
722                in
723                returnNF_Tc qtvs
724 \end{code}
725
726 Here is the workhorse function for all three wrappers.
727
728 \begin{code}
729 tcSimplCheck doc get_qtvs givens wanted_lie
730   = check_loop givens (lieToList wanted_lie)    `thenTc` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
731
732         -- Complain about any irreducible ones
733     complainCheck doc givens irreds             `thenNF_Tc_`
734
735         -- Done
736     returnTc (qtvs, mkLIE frees, binds)
737
738   where
739     ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts givens)
740
741     check_loop givens wanteds
742       =         -- Step 1
743         mapNF_Tc zonkInst givens        `thenNF_Tc` \ givens' ->
744         mapNF_Tc zonkInst wanteds       `thenNF_Tc` \ wanteds' ->
745         get_qtvs                        `thenNF_Tc` \ qtvs' ->
746
747                     -- Step 2
748         let
749             -- When checking against a given signature we always reduce
750             -- until we find a match against something given, or can't reduce
751             try_me inst | isFreeWhenChecking qtvs' ip_set inst = Free
752                         | otherwise                            = ReduceMe
753         in
754         reduceContext doc try_me givens' wanteds'       `thenTc` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
755
756                     -- Step 3
757         if no_improvement then
758             returnTc (varSetElems qtvs', frees, binds, irreds)
759         else
760             check_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenTc` \ (qtvs', frees1, binds1, irreds1) ->
761             returnTc (qtvs', frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
762 \end{code}
763
764
765 %************************************************************************
766 %*                                                                      *
767 \subsection{tcSimplifyRestricted}
768 %*                                                                      *
769 %************************************************************************
770
771 \begin{code}
772 tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
773                         -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
774         :: SDoc
775         -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
776         -> LIE                  -- Free in the RHSs
777         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
778                 LIE,            -- Free
779                 TcDictBinds)    -- Bindings
780
781 tcSimplifyRestricted doc tau_tvs wanted_lie
782   =     -- First squash out all methods, to find the constrained tyvars
783         -- We can't just take the free vars of wanted_lie because that'll
784         -- have methods that may incidentally mention entirely unconstrained variables
785         --      e.g. a call to  f :: Eq a => a -> b -> b
786         -- Here, b is unconstrained.  A good example would be
787         --      foo = f (3::Int)
788         -- We want to infer the polymorphic type
789         --      foo :: forall b. b -> b
790     let
791         wanteds = lieToList wanted_lie
792         try_me inst = ReduceMe          -- Reduce as far as we can.  Don't stop at
793                                         -- dicts; the idea is to get rid of as many type
794                                         -- variables as possible, and we don't want to stop
795                                         -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
796                                         -- immediately, with no constraint on s.
797     in
798     simpleReduceLoop doc try_me wanteds         `thenTc` \ (_, _, constrained_dicts) ->
799
800         -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
801     zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)     `thenNF_Tc` \ tau_tvs' ->
802     tcGetGlobalTyVars                           `thenNF_Tc` \ gbl_tvs ->
803     let
804         constrained_tvs = tyVarsOfInsts constrained_dicts
805         qtvs = (tau_tvs' `minusVarSet` oclose (predsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs)
806                          `minusVarSet` constrained_tvs
807     in
808
809         -- The first step may have squashed more methods than
810         -- necessary, so try again, this time knowing the exact
811         -- set of type variables to quantify over.
812         --
813         -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
814         -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
815         -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
816         -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
817         -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
818         --
819         -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
820         -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
821         -- just to float all constraints
822     mapNF_Tc zonkInst (lieToList wanted_lie)    `thenNF_Tc` \ wanteds' ->
823     let
824         try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs inst = Free
825                     | otherwise                 = ReduceMe
826     in
827     reduceContext doc try_me [] wanteds'        `thenTc` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
828     ASSERT( no_improvement )
829     ASSERT( null irreds )
830         -- No need to loop because simpleReduceLoop will have
831         -- already done any improvement necessary
832
833     returnTc (varSetElems qtvs, mkLIE frees, binds)
834 \end{code}
835
836
837 %************************************************************************
838 %*                                                                      *
839 \subsection{tcSimplifyToDicts}
840 %*                                                                      *
841 %************************************************************************
842
843 On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
844 getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
845 as the available stuff for the RHS of the rule.
846
847 The same thing is used for specialise pragmas. Consider
848
849         f :: Num a => a -> a
850         {-# SPECIALISE f :: Int -> Int #-}
851         f = ...
852
853 The type checker generates a binding like:
854
855         f_spec = (f :: Int -> Int)
856
857 and we want to end up with
858
859         f_spec = _inline_me_ (f Int dNumInt)
860
861 But that means that we must simplify the Method for f to (f Int dNumInt)!
862 So tcSimplifyToDicts squeezes out all Methods.
863
864 IMPORTANT NOTE:  we *don't* want to do superclass commoning up.  Consider
865
866         fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
867         {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
868
869 Here, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But we *dont*
870 want to get
871
872         forall dIntegralInt.
873         fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
874
875 because the scsel will mess up matching.  Instead we want
876
877         forall dIntegralInt, dNumInt.
878         fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
879
880 Hence "DontReduce NoSCs"
881
882 \begin{code}
883 tcSimplifyToDicts :: LIE -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
884 tcSimplifyToDicts wanted_lie
885   = simpleReduceLoop doc try_me wanteds         `thenTc` \ (frees, binds, irreds) ->
886         -- Since try_me doesn't look at types, we don't need to
887         -- do any zonking, so it's safe to call reduceContext directly
888     ASSERT( null frees )
889     returnTc (irreds, binds)
890
891   where
892     doc = text "tcSimplifyToDicts"
893     wanteds = lieToList wanted_lie
894
895         -- Reduce methods and lits only; stop as soon as we get a dictionary
896     try_me inst | isDict inst = DontReduce NoSCs
897                 | otherwise   = ReduceMe
898 \end{code}
899
900
901 %************************************************************************
902 %*                                                                      *
903 \subsection{Filtering at a dynamic binding}
904 %*                                                                      *
905 %************************************************************************
906
907 When we have
908         let ?x = R in B
909
910 we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
911 step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
912
913 Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
914
915         f :: (?x::Int) => Char -> Char
916         let ?x = 3 in f 'c'
917
918 then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
919 force the binding for ?x to be of type Int.
920
921 \begin{code}
922 tcSimplifyIPs :: [Inst]         -- The implicit parameters bound here
923               -> LIE
924               -> TcM (LIE, TcDictBinds)
925 tcSimplifyIPs given_ips wanted_lie
926   = simpl_loop given_ips wanteds        `thenTc` \ (frees, binds) ->
927     returnTc (mkLIE frees, binds)
928   where
929     doc      = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
930     wanteds  = lieToList wanted_lie
931     ip_set   = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
932
933         -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
934     try_me inst | isFreeWrtIPs ip_set inst = Free
935                 | otherwise                = ReduceMe
936
937     simpl_loop givens wanteds
938       = mapNF_Tc zonkInst givens                `thenNF_Tc` \ givens' ->
939         mapNF_Tc zonkInst wanteds               `thenNF_Tc` \ wanteds' ->
940
941         reduceContext doc try_me givens' wanteds'    `thenTc` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
942
943         if no_improvement then
944             ASSERT( null irreds )
945             returnTc (frees, binds)
946         else
947             simpl_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenTc` \ (frees1, binds1) ->
948             returnTc (frees1, binds `AndMonoBinds` binds1)
949 \end{code}
950
951
952 %************************************************************************
953 %*                                                                      *
954 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
955 %*                                                                      *
956 %************************************************************************
957
958 When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
959 For example, we might have...
960 \begin{verbatim}
961 let f x = x + 1     -- orig local function (overloaded)
962     f.1 = f Int     -- two instances of f
963     f.2 = f Float
964  in
965     (f.1 5, f.2 6.7)
966 \end{verbatim}
967 The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
968 where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
969 upwards towards the top-level.  If the @Insts@ were binding-ified up
970 there, they would have unresolvable references to @f@.
971
972 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
973 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
974 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
975 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
976
977 \begin{code}
978 bindInstsOfLocalFuns :: LIE -> [TcId] -> TcM (LIE, TcMonoBinds)
979
980 bindInstsOfLocalFuns init_lie local_ids
981   | null overloaded_ids
982         -- Common case
983   = returnTc (init_lie, EmptyMonoBinds)
984
985   | otherwise
986   = simpleReduceLoop doc try_me wanteds         `thenTc` \ (frees, binds, irreds) ->
987     ASSERT( null irreds )
988     returnTc (mkLIE frees, binds)
989   where
990     doc              = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
991     wanteds          = lieToList init_lie
992     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
993     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
994
995     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids    -- There can occasionally be a lot of them
996                                                 -- so it's worth building a set, so that
997                                                 -- lookup (in isMethodFor) is faster
998
999     try_me inst | isMethodFor overloaded_set inst = ReduceMe
1000                 | otherwise                       = Free
1001 \end{code}
1002
1003
1004 %************************************************************************
1005 %*                                                                      *
1006 \subsection{Data types for the reduction mechanism}
1007 %*                                                                      *
1008 %************************************************************************
1009
1010 The main control over context reduction is here
1011
1012 \begin{code}
1013 data WhatToDo
1014  = ReduceMe             -- Try to reduce this
1015                         -- If there's no instance, behave exactly like
1016                         -- DontReduce: add the inst to
1017                         -- the irreductible ones, but don't
1018                         -- produce an error message of any kind.
1019                         -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
1020
1021  | DontReduce WantSCs           -- Return as irreducible
1022
1023  | DontReduceUnlessConstant     -- Return as irreducible unless it can
1024                                 -- be reduced to a constant in one step
1025
1026  | Free                   -- Return as free
1027
1028 reduceMe :: Inst -> WhatToDo
1029 reduceMe inst = ReduceMe
1030
1031 data WantSCs = NoSCs | AddSCs   -- Tells whether we should add the superclasses
1032                                 -- of a predicate when adding it to the avails
1033 \end{code}
1034
1035
1036
1037 \begin{code}
1038 type Avails = FiniteMap Inst Avail
1039
1040 data Avail
1041   = IsFree              -- Used for free Insts
1042   | Irred               -- Used for irreducible dictionaries,
1043                         -- which are going to be lambda bound
1044
1045   | Given TcId          -- Used for dictionaries for which we have a binding
1046                         -- e.g. those "given" in a signature
1047           Bool          -- True <=> actually consumed (splittable IPs only)
1048
1049   | NoRhs               -- Used for Insts like (CCallable f)
1050                         -- where no witness is required.
1051
1052   | Rhs                 -- Used when there is a RHS
1053         TcExpr          -- The RHS
1054         [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
1055
1056   | Linear              -- Splittable Insts only.
1057         Int             -- The Int is always 2 or more; indicates how
1058                         -- many copies are required
1059         Inst            -- The splitter
1060         Avail           -- Where the "master copy" is
1061
1062   | LinRhss             -- Splittable Insts only; this is used only internally
1063                         --      by extractResults, where a Linear 
1064                         --      is turned into an LinRhss
1065         [TcExpr]        -- A supply of suitable RHSs
1066
1067 pprAvails avails = vcat [sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> pprAvail avail)]
1068                         | (inst,avail) <- fmToList avails ]
1069
1070 instance Outputable Avail where
1071     ppr = pprAvail
1072
1073 pprAvail NoRhs          = text "<no rhs>"
1074 pprAvail IsFree         = text "Free"
1075 pprAvail Irred          = text "Irred"
1076 pprAvail (Given x b)    = text "Given" <+> ppr x <+> 
1077                           if b then text "(used)" else empty
1078 pprAvail (Rhs rhs bs)   = text "Rhs" <+> ppr rhs <+> braces (ppr bs)
1079 pprAvail (Linear n i a) = text "Linear" <+> ppr n <+> braces (ppr i) <+> ppr a
1080 pprAvail (LinRhss rhss) = text "LinRhss" <+> ppr rhss
1081 \end{code}
1082
1083 Extracting the bindings from a bunch of Avails.
1084 The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
1085 We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
1086 dependency analyser can sort them out later
1087
1088 The loop startes
1089 \begin{code}
1090 extractResults :: Avails
1091                -> [Inst]                -- Wanted
1092                -> NF_TcM (TcDictBinds,  -- Bindings
1093                           [Inst],       -- Irreducible ones
1094                           [Inst])       -- Free ones
1095
1096 extractResults avails wanteds
1097   = go avails EmptyMonoBinds [] [] wanteds
1098   where
1099     go avails binds irreds frees [] 
1100       = returnNF_Tc (binds, irreds, frees)
1101
1102     go avails binds irreds frees (w:ws)
1103       = case lookupFM avails w of
1104           Nothing    -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
1105                         go avails binds irreds frees ws
1106
1107           Just NoRhs  -> go avails               binds irreds     frees     ws
1108           Just IsFree -> go (add_free avails w)  binds irreds     (w:frees) ws
1109           Just Irred  -> go (add_given avails w) binds (w:irreds) frees     ws
1110
1111           Just (Given id _) -> go avails new_binds irreds frees ws
1112                             where
1113                                new_binds | id == instToId w = binds
1114                                          | otherwise        = addBind binds w (HsVar id)
1115                 -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
1116                 -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
1117
1118           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds irreds frees (ws' ++ ws)
1119                              where
1120                                 new_binds = addBind binds w rhs
1121
1122           Just (LinRhss (rhs:rhss))     -- Consume one of the Rhss
1123                 -> go new_avails new_binds irreds frees ws
1124                 where           
1125                    new_binds  = addBind binds w rhs
1126                    new_avails = addToFM avails w (LinRhss rhss)
1127
1128           Just (Linear n split_inst avail)
1129             -> split n (instToId split_inst) avail w    `thenNF_Tc` \ (binds', (rhs:rhss), irreds') ->
1130                go (addToFM avails w (LinRhss rhss))
1131                   (binds `AndMonoBinds` addBind binds' w rhs)
1132                   (irreds' ++ irreds) frees (split_inst:ws)
1133
1134
1135     add_given avails w 
1136         | instBindingRequired w = addToFM avails w (Given (instToId w) True)
1137         | otherwise             = addToFM avails w NoRhs
1138         -- NB: make sure that CCallable/CReturnable use NoRhs rather
1139         --      than Given, else we end up with bogus bindings.
1140
1141     add_free avails w | isMethod w = avails
1142                       | otherwise  = add_given avails w
1143         -- NB: Hack alert!  
1144         -- Do *not* replace Free by Given if it's a method.
1145         -- The following situation shows why this is bad:
1146         --      truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
1147         -- From an application (truncate f i) we get
1148         --      t1 = truncate at f
1149         --      t2 = t1 at i
1150         -- If we have also have a second occurrence of truncate, we get
1151         --      t3 = truncate at f
1152         --      t4 = t3 at i
1153         -- When simplifying with i,f free, we might still notice that
1154         --   t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
1155         --   will continue to float out!
1156         -- (split n i a) returns: n rhss
1157         --                        auxiliary bindings
1158         --                        1 or 0 insts to add to irreds
1159
1160
1161 split :: Int -> TcId -> Avail -> Inst 
1162       -> NF_TcM (TcDictBinds, [TcExpr], [Inst])
1163 -- (split n split_id avail wanted) returns
1164 --      * a list of 'n' expressions, all of which witness 'avail'
1165 --      * a bunch of auxiliary bindings to support these expressions
1166 --      * one or zero insts needed to witness the whole lot
1167 --        (maybe be zero if the initial Inst is a Given)
1168 split n split_id avail wanted
1169   = go n
1170   where
1171     ty  = linearInstType wanted
1172     pair_ty = mkTyConApp pairTyCon [ty,ty]
1173     id  = instToId wanted
1174     occ = getOccName id
1175     loc = getSrcLoc id
1176
1177     go 1 = case avail of
1178              Given id _ -> returnNF_Tc (EmptyMonoBinds, [HsVar id], [])
1179              Irred      -> cloneDict wanted             `thenNF_Tc` \ w' ->
1180                            returnNF_Tc (EmptyMonoBinds, [HsVar (instToId w')], [w'])
1181
1182     go n = go ((n+1) `div` 2)           `thenNF_Tc` \ (binds1, rhss, irred) ->
1183            expand n rhss                `thenNF_Tc` \ (binds2, rhss') ->
1184            returnNF_Tc (binds1 `AndMonoBinds` binds2, rhss', irred)
1185
1186         -- (expand n rhss) 
1187         -- Given ((n+1)/2) rhss, make n rhss, using auxiliary bindings
1188         --  e.g.  expand 3 [rhs1, rhs2]
1189         --        = ( { x = split rhs1 },
1190         --            [fst x, snd x, rhs2] )
1191     expand n rhss
1192         | n `rem` 2 == 0 = go rhss      -- n is even
1193         | otherwise      = go (tail rhss)       `thenNF_Tc` \ (binds', rhss') ->
1194                            returnNF_Tc (binds', head rhss : rhss')
1195         where
1196           go rhss = mapAndUnzipNF_Tc do_one rhss        `thenNF_Tc` \ (binds', rhss') ->
1197                     returnNF_Tc (andMonoBindList binds', concat rhss')
1198
1199           do_one rhs = tcGetUnique                      `thenNF_Tc` \ uniq -> 
1200                        tcLookupGlobalId fstName         `thenNF_Tc` \ fst_id ->
1201                        tcLookupGlobalId sndName         `thenNF_Tc` \ snd_id ->
1202                        let 
1203                           x = mkUserLocal occ uniq pair_ty loc
1204                        in
1205                        returnNF_Tc (VarMonoBind x (mk_app split_id rhs),
1206                                     [mk_fs_app fst_id ty x, mk_fs_app snd_id ty x])
1207
1208 mk_fs_app id ty var = HsVar id `TyApp` [ty,ty] `HsApp` HsVar var
1209
1210 mk_app id rhs = HsApp (HsVar id) rhs
1211
1212 addBind binds inst rhs = binds `AndMonoBinds` VarMonoBind (instToId inst) rhs
1213 \end{code}
1214
1215
1216 %************************************************************************
1217 %*                                                                      *
1218 \subsection[reduce]{@reduce@}
1219 %*                                                                      *
1220 %************************************************************************
1221
1222 When the "what to do" predicate doesn't depend on the quantified type variables,
1223 matters are easier.  We don't need to do any zonking, unless the improvement step
1224 does something, in which case we zonk before iterating.
1225
1226 The "given" set is always empty.
1227
1228 \begin{code}
1229 simpleReduceLoop :: SDoc
1230                  -> (Inst -> WhatToDo)          -- What to do, *not* based on the quantified type variables
1231                  -> [Inst]                      -- Wanted
1232                  -> TcM ([Inst],                -- Free
1233                          TcDictBinds,
1234                          [Inst])                -- Irreducible
1235
1236 simpleReduceLoop doc try_me wanteds
1237   = mapNF_Tc zonkInst wanteds                   `thenNF_Tc` \ wanteds' ->
1238     reduceContext doc try_me [] wanteds'        `thenTc` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
1239     if no_improvement then
1240         returnTc (frees, binds, irreds)
1241     else
1242         simpleReduceLoop doc try_me (irreds ++ frees)   `thenTc` \ (frees1, binds1, irreds1) ->
1243         returnTc (frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
1244 \end{code}
1245
1246
1247
1248 \begin{code}
1249 reduceContext :: SDoc
1250               -> (Inst -> WhatToDo)
1251               -> [Inst]                 -- Given
1252               -> [Inst]                 -- Wanted
1253               -> NF_TcM (Bool,          -- True <=> improve step did no unification
1254                          [Inst],        -- Free
1255                          TcDictBinds,   -- Dictionary bindings
1256                          [Inst])        -- Irreducible
1257
1258 reduceContext doc try_me givens wanteds
1259   =
1260     traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1261              text "----------------------",
1262              doc,
1263              text "given" <+> ppr givens,
1264              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1265              text "----------------------"
1266              ]))                                        `thenNF_Tc_`
1267
1268         -- Build the Avail mapping from "givens"
1269     foldlNF_Tc addGiven emptyFM givens                  `thenNF_Tc` \ init_state ->
1270
1271         -- Do the real work
1272     reduceList (0,[]) try_me wanteds init_state         `thenNF_Tc` \ avails ->
1273
1274         -- Do improvement, using everything in avails
1275         -- In particular, avails includes all superclasses of everything
1276     tcImprove avails                                    `thenTc` \ no_improvement ->
1277
1278     extractResults avails wanteds                       `thenNF_Tc` \ (binds, irreds, frees) ->
1279
1280     traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1281              text "----------------------",
1282              doc,
1283              text "given" <+> ppr givens,
1284              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1285              text "----",
1286              text "avails" <+> pprAvails avails,
1287              text "frees" <+> ppr frees,
1288              text "no_improvement =" <+> ppr no_improvement,
1289              text "----------------------"
1290              ]))                                        `thenNF_Tc_`
1291
1292     returnTc (no_improvement, frees, binds, irreds)
1293
1294 tcImprove avails
1295  =  tcGetInstEnv                                `thenTc` \ inst_env ->
1296     let
1297         preds = [ (pred, pp_loc)
1298                 | inst <- keysFM avails,
1299                   let pp_loc = pprInstLoc (instLoc inst),
1300                   pred <- predsOfInst inst,
1301                   predHasFDs pred
1302                 ]
1303                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1304                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1305                 -- It does not have duplicates (good)
1306                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1307                 --    so that improve will see them separate
1308         eqns  = improve (classInstEnv inst_env) preds
1309      in
1310      if null eqns then
1311         returnTc True
1312      else
1313         traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))     `thenNF_Tc_`
1314         mapTc_ unify eqns       `thenTc_`
1315         returnTc False
1316   where
1317     unify ((qtvs, t1, t2), doc)
1318          = tcAddErrCtxt doc                     $
1319            tcInstTyVars (varSetElems qtvs)      `thenNF_Tc` \ (_, _, tenv) ->
1320            unifyTauTy (substTy tenv t1) (substTy tenv t2)
1321 \end{code}
1322
1323 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1324
1325 \begin{code}
1326 reduceList :: (Int,[Inst])              -- Stack (for err msgs)
1327                                         -- along with its depth
1328            -> (Inst -> WhatToDo)
1329            -> [Inst]
1330            -> Avails
1331            -> TcM Avails
1332 \end{code}
1333
1334 @reduce@ is passed
1335      try_me:    given an inst, this function returns
1336                   Reduce       reduce this
1337                   DontReduce   return this in "irreds"
1338                   Free         return this in "frees"
1339
1340      wanteds:   The list of insts to reduce
1341      state:     An accumulating parameter of type Avails
1342                 that contains the state of the algorithm
1343
1344   It returns a Avails.
1345
1346 The (n,stack) pair is just used for error reporting.
1347 n is always the depth of the stack.
1348 The stack is the stack of Insts being reduced: to produce X
1349 I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1350
1351 \begin{code}
1352 reduceList (n,stack) try_me wanteds state
1353   | n > opt_MaxContextReductionDepth
1354   = failWithTc (reduceDepthErr n stack)
1355
1356   | otherwise
1357   =
1358 #ifdef DEBUG
1359    (if n > 8 then
1360         pprTrace "Jeepers! ReduceContext:" (reduceDepthMsg n stack)
1361     else (\x->x))
1362 #endif
1363     go wanteds state
1364   where
1365     go []     state = returnTc state
1366     go (w:ws) state = reduce (n+1, w:stack) try_me w state      `thenTc` \ state' ->
1367                       go ws state'
1368
1369     -- Base case: we're done!
1370 reduce stack try_me wanted state
1371     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1372   | Just avail <- isAvailable state wanted
1373   = if isLinearInst wanted then
1374         addLinearAvailable state avail wanted   `thenNF_Tc` \ (state', wanteds') ->
1375         reduceList stack try_me wanteds' state'
1376     else
1377         returnTc state          -- No op for non-linear things
1378
1379   | otherwise
1380   = case try_me wanted of {
1381
1382       DontReduce want_scs -> addIrred want_scs state wanted
1383
1384     ; DontReduceUnlessConstant ->    -- It's irreducible (or at least should not be reduced)
1385                                      -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1386         try_simple (addIrred AddSCs)    -- Assume want superclasses
1387
1388     ; Free ->   -- It's free so just chuck it upstairs
1389                 -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1390         try_simple addFree
1391
1392     ; ReduceMe ->               -- It should be reduced
1393         lookupInst wanted             `thenNF_Tc` \ lookup_result ->
1394         case lookup_result of
1395             GenInst wanteds' rhs -> reduceList stack try_me wanteds' state      `thenTc` \ state' ->
1396                                     addWanted state' wanted rhs wanteds'
1397             SimpleInst rhs       -> addWanted state wanted rhs []
1398
1399             NoInstance ->    -- No such instance!
1400                              -- Add it and its superclasses
1401                              addIrred AddSCs state wanted
1402
1403     }
1404   where
1405     try_simple do_this_otherwise
1406       = lookupInst wanted         `thenNF_Tc` \ lookup_result ->
1407         case lookup_result of
1408             SimpleInst rhs -> addWanted state wanted rhs []
1409             other          -> do_this_otherwise state wanted
1410 \end{code}
1411
1412
1413 \begin{code}
1414 -------------------------
1415 isAvailable :: Avails -> Inst -> Maybe Avail
1416 isAvailable avails wanted = lookupFM avails wanted
1417         -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
1418         -- *not* by unique.  So
1419         --      d1::C Int ==  d2::C Int
1420
1421 addLinearAvailable :: Avails -> Avail -> Inst -> NF_TcM (Avails, [Inst])
1422 addLinearAvailable avails avail wanted
1423   | need_split avail
1424   = tcLookupGlobalId splitName                  `thenNF_Tc` \ split_id ->
1425     newMethodAtLoc (instLoc wanted) split_id 
1426                    [linearInstType wanted]      `thenNF_Tc` \ (split_inst,_) ->
1427     returnNF_Tc (addToFM avails wanted (Linear 2 split_inst avail), [split_inst])
1428
1429   | otherwise
1430   = returnNF_Tc (addToFM avails wanted avail', [])
1431   where
1432     avail' = case avail of
1433                 Given id _   -> Given id True
1434                 Linear n i a -> Linear (n+1) i a 
1435
1436     need_split Irred          = True
1437     need_split (Given _ used) = used
1438     need_split (Linear _ _ _) = False
1439
1440 -------------------------
1441 addFree :: Avails -> Inst -> NF_TcM Avails
1442         -- When an Inst is tossed upstairs as 'free' we nevertheless add it
1443         -- to avails, so that any other equal Insts will be commoned up right
1444         -- here rather than also being tossed upstairs.  This is really just
1445         -- an optimisation, and perhaps it is more trouble that it is worth,
1446         -- as the following comments show!
1447         --
1448         -- NB1: do *not* add superclasses.  If we have
1449         --      df::Floating a
1450         --      dn::Num a
1451         -- but a is not bound here, then we *don't* want to derive
1452         -- dn from df here lest we lose sharing.
1453         --
1454 addFree avails free = returnNF_Tc (addToFM avails free IsFree)
1455
1456 addWanted :: Avails -> Inst -> TcExpr -> [Inst] -> NF_TcM Avails
1457 addWanted avails wanted rhs_expr wanteds
1458 -- Do *not* add superclasses as well.  Here's an example of why not
1459 --      class Eq a => Foo a b
1460 --      instance Eq a => Foo [a] a
1461 -- If we are reducing
1462 --      (Foo [t] t)
1463 -- we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We
1464 -- must not then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1465 --      ToDo: this isn't entirely unsatisfactory, because
1466 --            we may also lose some entirely-legitimate sharing this way
1467
1468   = ASSERT( not (wanted `elemFM` avails) )
1469     returnNF_Tc (addToFM avails wanted avail)
1470   where
1471     avail | instBindingRequired wanted = Rhs rhs_expr wanteds
1472           | otherwise                  = ASSERT( null wanteds ) NoRhs
1473
1474 addGiven :: Avails -> Inst -> NF_TcM Avails
1475 addGiven state given = addAvailAndSCs state given (Given (instToId given) False)
1476
1477 addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> NF_TcM Avails
1478 addIrred NoSCs  state irred = returnNF_Tc (addToFM state irred Irred)
1479 addIrred AddSCs state irred = addAvailAndSCs state irred Irred
1480
1481 addAvailAndSCs :: Avails -> Inst -> Avail -> NF_TcM Avails
1482 addAvailAndSCs avails wanted avail
1483   = add_scs (addToFM avails wanted avail) wanted
1484
1485 add_scs :: Avails -> Inst -> NF_TcM Avails
1486         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
1487         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
1488
1489 add_scs avails dict
1490   | not (isClassDict dict)
1491   = returnNF_Tc avails
1492
1493   | otherwise   -- It is a dictionary
1494   = newDictsFromOld dict sc_theta'      `thenNF_Tc` \ sc_dicts ->
1495     foldlNF_Tc add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels)
1496   where
1497     (clas, tys) = getDictClassTys dict
1498     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
1499     sc_theta' = substTheta (mkTopTyVarSubst tyvars tys) sc_theta
1500
1501     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)     -- Add it, and its superclasses
1502       = case lookupFM avails sc_dict of
1503           Just (Given _ _) -> returnNF_Tc avails        -- See Note [SUPER] below
1504           other            -> addAvailAndSCs avails sc_dict avail
1505       where
1506         sc_sel_rhs = DictApp (TyApp (HsVar sc_sel) tys) [instToId dict]
1507         avail      = Rhs sc_sel_rhs [dict]
1508 \end{code}
1509
1510 Note [SUPER].  We have to be careful here.  If we are *given* d1:Ord a,
1511 and want to deduce (d2:C [a]) where
1512
1513         class Ord a => C a where
1514         instance Ord a => C [a] where ...
1515
1516 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] and then add the
1517 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1518 for d1:Ord a (which is given) with a superclass selection or we'll just
1519 build a loop!  Hence looking for Given.  Crudely, Given is cheaper
1520 than a selection.
1521
1522
1523 %************************************************************************
1524 %*                                                                      *
1525 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
1526 %*                                                                      *
1527 %************************************************************************
1528
1529
1530 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
1531 and ambiguous Insts.
1532
1533 We need to be careful of one case.  Suppose we have
1534
1535         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
1536
1537 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
1538 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
1539
1540 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
1541
1542
1543 \begin{code}
1544 tcSimplifyTop :: LIE -> TcM TcDictBinds
1545 tcSimplifyTop wanted_lie
1546   = simpleReduceLoop (text "tcSimplTop") reduceMe wanteds       `thenTc` \ (frees, binds, irreds) ->
1547     ASSERT( null frees )
1548
1549     let
1550                 -- All the non-std ones are definite errors
1551         (stds, non_stds) = partition isStdClassTyVarDict irreds
1552
1553                 -- Group by type variable
1554         std_groups = equivClasses cmp_by_tyvar stds
1555
1556                 -- Pick the ones which its worth trying to disambiguate
1557         (std_oks, std_bads) = partition worth_a_try std_groups
1558
1559                 -- Have a try at disambiguation
1560                 -- if the type variable isn't bound
1561                 -- up with one of the non-standard classes
1562         worth_a_try group@(d:_) = not (non_std_tyvars `intersectsVarSet` tyVarsOfInst d)
1563         non_std_tyvars          = unionVarSets (map tyVarsOfInst non_stds)
1564
1565                 -- Collect together all the bad guys
1566         bad_guys = non_stds ++ concat std_bads
1567     in
1568         -- Disambiguate the ones that look feasible
1569     mapTc disambigGroup std_oks         `thenTc` \ binds_ambig ->
1570
1571         -- And complain about the ones that don't
1572         -- This group includes both non-existent instances
1573         --      e.g. Num (IO a) and Eq (Int -> Int)
1574         -- and ambiguous dictionaries
1575         --      e.g. Num a
1576     addTopAmbigErrs bad_guys            `thenNF_Tc_`
1577
1578     returnTc (binds `andMonoBinds` andMonoBindList binds_ambig)
1579   where
1580     wanteds     = lieToList wanted_lie
1581
1582     d1 `cmp_by_tyvar` d2 = get_tv d1 `compare` get_tv d2
1583
1584 get_tv d   = case getDictClassTys d of
1585                    (clas, [ty]) -> tcGetTyVar "tcSimplify" ty
1586 get_clas d = case getDictClassTys d of
1587                    (clas, [ty]) -> clas
1588 \end{code}
1589
1590 If a dictionary constrains a type variable which is
1591         * not mentioned in the environment
1592         * and not mentioned in the type of the expression
1593 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
1594 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
1595 parameter to a function.
1596
1597 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
1598 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
1599 Specifically, if
1600         * at least one of its classes is a numeric class, and
1601         * all of its classes are numeric or standard
1602 then the type variable can be defaulted to the first type in the
1603 default-type list which is an instance of all the offending classes.
1604
1605 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
1606 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
1607 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
1608 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
1609
1610 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
1611 the same type variable.
1612
1613 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
1614 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
1615 the most common use of defaulting is code like:
1616 \begin{verbatim}
1617         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
1618 \end{verbatim}
1619 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
1620 @void@.
1621
1622 \begin{code}
1623 disambigGroup :: [Inst] -- All standard classes of form (C a)
1624               -> TcM TcDictBinds
1625
1626 disambigGroup dicts
1627   |   any isNumericClass classes        -- Guaranteed all standard classes
1628           -- see comment at the end of function for reasons as to
1629           -- why the defaulting mechanism doesn't apply to groups that
1630           -- include CCallable or CReturnable dicts.
1631    && not (any isCcallishClass classes)
1632   =     -- THE DICTS OBEY THE DEFAULTABLE CONSTRAINT
1633         -- SO, TRY DEFAULT TYPES IN ORDER
1634
1635         -- Failure here is caused by there being no type in the
1636         -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
1637         -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
1638         -- default list is Int.
1639     tcGetDefaultTys                     `thenNF_Tc` \ default_tys ->
1640     let
1641       try_default []    -- No defaults work, so fail
1642         = failTc
1643
1644       try_default (default_ty : default_tys)
1645         = tryTc_ (try_default default_tys) $    -- If default_ty fails, we try
1646                                                 -- default_tys instead
1647           tcSimplifyDefault theta               `thenTc` \ _ ->
1648           returnTc default_ty
1649         where
1650           theta = [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
1651     in
1652         -- See if any default works, and if so bind the type variable to it
1653         -- If not, add an AmbigErr
1654     recoverTc (addAmbigErrs dicts                       `thenNF_Tc_`
1655                returnTc EmptyMonoBinds) $
1656
1657     try_default default_tys                     `thenTc` \ chosen_default_ty ->
1658
1659         -- Bind the type variable and reduce the context, for real this time
1660     unifyTauTy chosen_default_ty (mkTyVarTy tyvar)      `thenTc_`
1661     simpleReduceLoop (text "disambig" <+> ppr dicts)
1662                      reduceMe dicts                     `thenTc` \ (frees, binds, ambigs) ->
1663     WARN( not (null frees && null ambigs), ppr frees $$ ppr ambigs )
1664     warnDefault dicts chosen_default_ty                 `thenTc_`
1665     returnTc binds
1666
1667   | all isCreturnableClass classes
1668   =     -- Default CCall stuff to (); we don't even both to check that () is an
1669         -- instance of CReturnable, because we know it is.
1670     unifyTauTy (mkTyVarTy tyvar) unitTy    `thenTc_`
1671     returnTc EmptyMonoBinds
1672
1673   | otherwise -- No defaults
1674   = addAmbigErrs dicts  `thenNF_Tc_`
1675     returnTc EmptyMonoBinds
1676
1677   where
1678     tyvar       = get_tv (head dicts)           -- Should be non-empty
1679     classes     = map get_clas dicts
1680 \end{code}
1681
1682 [Aside - why the defaulting mechanism is turned off when
1683  dealing with arguments and results to ccalls.
1684
1685 When typechecking _ccall_s, TcExpr ensures that the external
1686 function is only passed arguments (and in the other direction,
1687 results) of a restricted set of 'native' types. This is
1688 implemented via the help of the pseudo-type classes,
1689 @CReturnable@ (CR) and @CCallable@ (CC.)
1690
1691 The interaction between the defaulting mechanism for numeric
1692 values and CC & CR can be a bit puzzling to the user at times.
1693 For example,
1694
1695     x <- _ccall_ f
1696     if (x /= 0) then
1697        _ccall_ g x
1698      else
1699        return ()
1700
1701 What type has 'x' got here? That depends on the default list
1702 in operation, if it is equal to Haskell 98's default-default
1703 of (Integer, Double), 'x' has type Double, since Integer
1704 is not an instance of CR. If the default list is equal to
1705 Haskell 1.4's default-default of (Int, Double), 'x' has type
1706 Int.
1707
1708 To try to minimise the potential for surprises here, the
1709 defaulting mechanism is turned off in the presence of
1710 CCallable and CReturnable.
1711
1712 End of aside]
1713
1714
1715 %************************************************************************
1716 %*                                                                      *
1717 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
1718 %*                                                                      *
1719 %************************************************************************
1720
1721 Much simpler versions when there are no bindings to make!
1722
1723 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
1724 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
1725 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
1726
1727 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
1728 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
1729 instance declarations.
1730
1731 \begin{code}
1732 tcSimplifyDeriv :: [TyVar]      
1733                 -> ThetaType            -- Wanted
1734                 -> TcM ThetaType        -- Needed
1735
1736 tcSimplifyDeriv tyvars theta
1737   = tcInstTyVars tyvars                                 `thenNF_Tc` \ (tvs, _, tenv) ->
1738         -- The main loop may do unification, and that may crash if 
1739         -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
1740         -- ToDo: what if two of them do get unified?
1741     newDicts DataDeclOrigin (substTheta tenv theta)     `thenNF_Tc` \ wanteds ->
1742     simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds               `thenTc` \ (frees, _, irreds) ->
1743     ASSERT( null frees )                        -- reduceMe never returns Free
1744
1745     doptsTc Opt_AllowUndecidableInstances               `thenNF_Tc` \ undecidable_ok ->
1746     let
1747         tv_set      = mkVarSet tvs
1748         simpl_theta = map dictPred irreds       -- reduceMe squashes all non-dicts
1749
1750         check_pred pred
1751           | isEmptyVarSet pred_tyvars   -- Things like (Eq T) should be rejected
1752           = addErrTc (noInstErr pred)
1753
1754           | not undecidable_ok && not (isTyVarClassPred pred)
1755           -- Check that the returned dictionaries are all of form (C a b)
1756           --    (where a, b are type variables).  
1757           -- We allow this if we had -fallow-undecidable-instances,
1758           -- but note that risks non-termination in the 'deriving' context-inference
1759           -- fixpoint loop.   It is useful for situations like
1760           --    data Min h a = E | M a (h a)
1761           -- which gives the instance decl
1762           --    instance (Eq a, Eq (h a)) => Eq (Min h a)
1763           = addErrTc (noInstErr pred)
1764   
1765           | not (pred_tyvars `subVarSet` tv_set) 
1766           -- Check for a bizarre corner case, when the derived instance decl should
1767           -- have form  instance C a b => D (T a) where ...
1768           -- Note that 'b' isn't a parameter of T.  This gives rise to all sorts
1769           -- of problems; in particular, it's hard to compare solutions for
1770           -- equality when finding the fixpoint.  So I just rule it out for now.
1771           = addErrTc (badDerivedPred pred)
1772   
1773           | otherwise
1774           = returnNF_Tc ()
1775           where
1776             pred_tyvars = tyVarsOfPred pred
1777
1778         rev_env = mkTopTyVarSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
1779                 -- This reverse-mapping is a Royal Pain, 
1780                 -- but the result should mention TyVars not TcTyVars
1781     in
1782    
1783     mapNF_Tc check_pred simpl_theta             `thenNF_Tc_`
1784     checkAmbiguity tvs simpl_theta tv_set       `thenTc_`
1785     returnTc (substTheta rev_env simpl_theta)
1786   where
1787     doc    = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
1788 \end{code}
1789
1790 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
1791 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
1792 whether it worked or not.
1793
1794 \begin{code}
1795 tcSimplifyDefault :: ThetaType  -- Wanted; has no type variables in it
1796                   -> TcM ()
1797
1798 tcSimplifyDefault theta
1799   = newDicts DataDeclOrigin theta               `thenNF_Tc` \ wanteds ->
1800     simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds       `thenTc` \ (frees, _, irreds) ->
1801     ASSERT( null frees )        -- try_me never returns Free
1802     mapNF_Tc (addErrTc . noInstErr) irreds      `thenNF_Tc_`
1803     if null irreds then
1804         returnTc ()
1805     else
1806         failTc
1807   where
1808     doc = ptext SLIT("default declaration")
1809 \end{code}
1810
1811
1812 %************************************************************************
1813 %*                                                                      *
1814 \section{Errors and contexts}
1815 %*                                                                      *
1816 %************************************************************************
1817
1818 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
1819 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
1820 now?
1821
1822 \begin{code}
1823 groupInsts :: [Inst] -> [[Inst]]
1824 -- Group together insts with the same origin
1825 -- We want to report them together in error messages
1826 groupInsts []           = []
1827 groupInsts (inst:insts) = (inst:friends) : groupInsts others
1828                         where
1829                                 -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
1830                                 --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
1831                                 --  and it avoids need equality on InstLocs.)
1832                           (friends, others) = partition is_friend insts
1833                           loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
1834                           is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
1835
1836
1837 addTopAmbigErrs dicts
1838   = mapNF_Tc (addTopInstanceErrs tidy_env) (groupInsts no_insts)        `thenNF_Tc_`
1839     mapNF_Tc (addTopIPErrs tidy_env)       (groupInsts bad_ips)         `thenNF_Tc_`
1840     mapNF_Tc (addAmbigErr tidy_env)        ambigs                       `thenNF_Tc_`
1841     returnNF_Tc ()
1842   where
1843     fixed_tvs = oclose (predsOfInsts tidy_dicts) emptyVarSet
1844     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
1845     (bad_ips, non_ips)     = partition is_ip tidy_dicts
1846     (no_insts, ambigs)     = partition no_inst non_ips
1847     is_ip d   = any isIPPred (predsOfInst d)
1848     no_inst d = not (isTyVarDict d) || tyVarsOfInst d `subVarSet` fixed_tvs
1849
1850 plural [x] = empty
1851 plural xs  = char 's'
1852
1853 addTopIPErrs tidy_env tidy_dicts
1854   = addInstErrTcM (instLoc (head tidy_dicts))
1855         (tidy_env,
1856          ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> plural tidy_dicts <+> pprInsts tidy_dicts)
1857
1858 -- Used for top-level irreducibles
1859 addTopInstanceErrs tidy_env tidy_dicts
1860   = addInstErrTcM (instLoc (head tidy_dicts))
1861         (tidy_env,
1862          ptext SLIT("No instance") <> plural tidy_dicts <+> 
1863                 ptext SLIT("for") <+> pprInsts tidy_dicts)
1864
1865 addAmbigErrs dicts
1866   = mapNF_Tc (addAmbigErr tidy_env) tidy_dicts
1867   where
1868     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
1869
1870 addAmbigErr tidy_env tidy_dict
1871   = addInstErrTcM (instLoc tidy_dict)
1872         (tidy_env,
1873          sep [text "Ambiguous type variable(s)" <+> pprQuotedList ambig_tvs,
1874               nest 4 (text "in the constraint" <+> quotes (pprInst tidy_dict))])
1875   where
1876     ambig_tvs = varSetElems (tyVarsOfInst tidy_dict)
1877
1878 warnDefault dicts default_ty
1879   = doptsTc Opt_WarnTypeDefaults  `thenTc` \ warn_flag ->
1880     tcAddSrcLoc (get_loc (head dicts)) (warnTc warn_flag warn_msg)
1881   where
1882         -- Tidy them first
1883     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
1884     get_loc i = case instLoc i of { (_,loc,_) -> loc }
1885     warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
1886                                 quotes (ppr default_ty),
1887                       pprInstsInFull tidy_dicts]
1888
1889 complainCheck doc givens irreds
1890   = mapNF_Tc zonkInst given_dicts_and_ips                         `thenNF_Tc` \ givens' ->
1891     mapNF_Tc (addNoInstanceErrs doc givens') (groupInsts irreds)  `thenNF_Tc_`
1892     returnNF_Tc ()
1893   where
1894     given_dicts_and_ips = filter (not . isMethod) givens
1895         -- Filter out methods, which are only added to
1896         -- the given set as an optimisation
1897
1898 addNoInstanceErrs what_doc givens dicts
1899   = getDOptsTc          `thenNF_Tc` \ dflags ->
1900     tcGetInstEnv        `thenNF_Tc` \ inst_env ->
1901     let
1902         (tidy_env1, tidy_givens) = tidyInsts givens
1903         (tidy_env2, tidy_dicts)  = tidyMoreInsts tidy_env1 dicts
1904
1905         doc = vcat [sep [herald <+> pprInsts tidy_dicts,
1906                          nest 4 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprInsts tidy_givens],
1907                     ambig_doc,
1908                     ptext SLIT("Probable fix:"),
1909                     nest 4 fix1,
1910                     nest 4 fix2]
1911
1912         herald = ptext SLIT("Could not") <+> unambig_doc <+> ptext SLIT("deduce")
1913         unambig_doc | ambig_overlap = ptext SLIT("unambiguously")
1914                     | otherwise     = empty
1915
1916                 -- The error message when we don't find a suitable instance
1917                 -- is complicated by the fact that sometimes this is because
1918                 -- there is no instance, and sometimes it's because there are
1919                 -- too many instances (overlap).  See the comments in TcEnv.lhs
1920                 -- with the InstEnv stuff.
1921
1922         ambig_doc
1923             | not ambig_overlap = empty
1924             | otherwise
1925             = vcat [ptext SLIT("The choice of (overlapping) instance declaration"),
1926                     nest 4 (ptext SLIT("depends on the instantiation of") <+>
1927                             quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInsts tidy_dicts))))]
1928
1929         fix1 = sep [ptext SLIT("Add") <+> pprInsts tidy_dicts,
1930                     ptext SLIT("to the") <+> what_doc]
1931
1932         fix2 | null instance_dicts 
1933              = empty
1934              | otherwise
1935              = ptext SLIT("Or add an instance declaration for") <+> pprInsts instance_dicts
1936
1937         instance_dicts = [d | d <- tidy_dicts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
1938                 -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
1939                 -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
1940
1941             -- Checks for the ambiguous case when we have overlapping instances
1942         ambig_overlap = any ambig_overlap1 dicts
1943         ambig_overlap1 dict 
1944                 | isClassDict dict
1945                 = case lookupInstEnv dflags inst_env clas tys of
1946                             NoMatch ambig -> ambig
1947                             other         -> False
1948                 | otherwise = False
1949                 where
1950                   (clas,tys) = getDictClassTys dict
1951     in
1952     addInstErrTcM (instLoc (head dicts)) (tidy_env2, doc)
1953
1954 -- Used for the ...Thetas variants; all top level
1955 noInstErr pred = ptext SLIT("No instance for") <+> quotes (ppr pred)
1956
1957 badDerivedPred pred
1958   = vcat [ptext SLIT("Can't derive instances where the instance context mentions"),
1959           ptext SLIT("type variables that are not data type parameters"),
1960           nest 2 (ptext SLIT("Offending constraint:") <+> ppr pred)]
1961
1962 reduceDepthErr n stack
1963   = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
1964           ptext SLIT("Use -fcontext-stack20 to increase stack size to (e.g.) 20"),
1965           nest 4 (pprInstsInFull stack)]
1966
1967 reduceDepthMsg n stack = nest 4 (pprInstsInFull stack)
1968
1969 -----------------------------------------------
1970 addCantGenErr inst
1971   = addErrTc (sep [ptext SLIT("Cannot generalise these overloadings (in a _ccall_):"),
1972                    nest 4 (ppr inst <+> pprInstLoc (instLoc inst))])
1973 \end{code}