[project @ 2002-03-18 15:21:59 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, TyVarDetails(VanillaTv),
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 (Linear n split_inst avail)      -- Transform Linear --> LinRhss
1123             -> get_root irreds frees avail w            `thenNF_Tc` \ (irreds', frees', root_id) ->
1124                split n (instToId split_inst) root_id w  `thenNF_Tc` \ (binds', rhss) ->
1125                go (addToFM avails w (LinRhss rhss))
1126                   (binds `AndMonoBinds` binds')
1127                   irreds' frees' (split_inst : w : ws)
1128
1129           Just (LinRhss (rhs:rhss))             -- Consume one of the Rhss
1130                 -> go new_avails new_binds irreds frees ws
1131                 where           
1132                    new_binds  = addBind binds w rhs
1133                    new_avails = addToFM avails w (LinRhss rhss)
1134
1135     get_root irreds frees (Given id _) w = returnNF_Tc (irreds, frees, id)
1136     get_root irreds frees Irred        w = cloneDict w  `thenNF_Tc` \ w' ->
1137                                            returnNF_Tc (w':irreds, frees, instToId w')
1138     get_root irreds frees IsFree       w = cloneDict w  `thenNF_Tc` \ w' ->
1139                                            returnNF_Tc (irreds, w':frees, instToId w')
1140
1141     add_given avails w 
1142         | instBindingRequired w = addToFM avails w (Given (instToId w) True)
1143         | otherwise             = addToFM avails w NoRhs
1144         -- NB: make sure that CCallable/CReturnable use NoRhs rather
1145         --      than Given, else we end up with bogus bindings.
1146
1147     add_free avails w | isMethod w = avails
1148                       | otherwise  = add_given avails w
1149         -- NB: Hack alert!  
1150         -- Do *not* replace Free by Given if it's a method.
1151         -- The following situation shows why this is bad:
1152         --      truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
1153         -- From an application (truncate f i) we get
1154         --      t1 = truncate at f
1155         --      t2 = t1 at i
1156         -- If we have also have a second occurrence of truncate, we get
1157         --      t3 = truncate at f
1158         --      t4 = t3 at i
1159         -- When simplifying with i,f free, we might still notice that
1160         --   t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
1161         --   will continue to float out!
1162         -- (split n i a) returns: n rhss
1163         --                        auxiliary bindings
1164         --                        1 or 0 insts to add to irreds
1165
1166
1167 split :: Int -> TcId -> TcId -> Inst 
1168       -> NF_TcM (TcDictBinds, [TcExpr])
1169 -- (split n split_id root_id wanted) returns
1170 --      * a list of 'n' expressions, all of which witness 'avail'
1171 --      * a bunch of auxiliary bindings to support these expressions
1172 --      * one or zero insts needed to witness the whole lot
1173 --        (maybe be zero if the initial Inst is a Given)
1174 --
1175 -- NB: 'wanted' is just a template
1176
1177 split n split_id root_id wanted
1178   = go n
1179   where
1180     ty      = linearInstType wanted
1181     pair_ty = mkTyConApp pairTyCon [ty,ty]
1182     id      = instToId wanted
1183     occ     = getOccName id
1184     loc     = getSrcLoc id
1185
1186     go 1 = returnNF_Tc (EmptyMonoBinds, [HsVar root_id])
1187
1188     go n = go ((n+1) `div` 2)           `thenNF_Tc` \ (binds1, rhss) ->
1189            expand n rhss                `thenNF_Tc` \ (binds2, rhss') ->
1190            returnNF_Tc (binds1 `AndMonoBinds` binds2, rhss')
1191
1192         -- (expand n rhss) 
1193         -- Given ((n+1)/2) rhss, make n rhss, using auxiliary bindings
1194         --  e.g.  expand 3 [rhs1, rhs2]
1195         --        = ( { x = split rhs1 },
1196         --            [fst x, snd x, rhs2] )
1197     expand n rhss
1198         | n `rem` 2 == 0 = go rhss      -- n is even
1199         | otherwise      = go (tail rhss)       `thenNF_Tc` \ (binds', rhss') ->
1200                            returnNF_Tc (binds', head rhss : rhss')
1201         where
1202           go rhss = mapAndUnzipNF_Tc do_one rhss        `thenNF_Tc` \ (binds', rhss') ->
1203                     returnNF_Tc (andMonoBindList binds', concat rhss')
1204
1205           do_one rhs = tcGetUnique                      `thenNF_Tc` \ uniq -> 
1206                        tcLookupGlobalId fstName         `thenNF_Tc` \ fst_id ->
1207                        tcLookupGlobalId sndName         `thenNF_Tc` \ snd_id ->
1208                        let 
1209                           x = mkUserLocal occ uniq pair_ty loc
1210                        in
1211                        returnNF_Tc (VarMonoBind x (mk_app split_id rhs),
1212                                     [mk_fs_app fst_id ty x, mk_fs_app snd_id ty x])
1213
1214 mk_fs_app id ty var = HsVar id `TyApp` [ty,ty] `HsApp` HsVar var
1215
1216 mk_app id rhs = HsApp (HsVar id) rhs
1217
1218 addBind binds inst rhs = binds `AndMonoBinds` VarMonoBind (instToId inst) rhs
1219 \end{code}
1220
1221
1222 %************************************************************************
1223 %*                                                                      *
1224 \subsection[reduce]{@reduce@}
1225 %*                                                                      *
1226 %************************************************************************
1227
1228 When the "what to do" predicate doesn't depend on the quantified type variables,
1229 matters are easier.  We don't need to do any zonking, unless the improvement step
1230 does something, in which case we zonk before iterating.
1231
1232 The "given" set is always empty.
1233
1234 \begin{code}
1235 simpleReduceLoop :: SDoc
1236                  -> (Inst -> WhatToDo)          -- What to do, *not* based on the quantified type variables
1237                  -> [Inst]                      -- Wanted
1238                  -> TcM ([Inst],                -- Free
1239                          TcDictBinds,
1240                          [Inst])                -- Irreducible
1241
1242 simpleReduceLoop doc try_me wanteds
1243   = mapNF_Tc zonkInst wanteds                   `thenNF_Tc` \ wanteds' ->
1244     reduceContext doc try_me [] wanteds'        `thenTc` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
1245     if no_improvement then
1246         returnTc (frees, binds, irreds)
1247     else
1248         simpleReduceLoop doc try_me (irreds ++ frees)   `thenTc` \ (frees1, binds1, irreds1) ->
1249         returnTc (frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
1250 \end{code}
1251
1252
1253
1254 \begin{code}
1255 reduceContext :: SDoc
1256               -> (Inst -> WhatToDo)
1257               -> [Inst]                 -- Given
1258               -> [Inst]                 -- Wanted
1259               -> NF_TcM (Bool,          -- True <=> improve step did no unification
1260                          [Inst],        -- Free
1261                          TcDictBinds,   -- Dictionary bindings
1262                          [Inst])        -- Irreducible
1263
1264 reduceContext doc try_me givens wanteds
1265   =
1266     traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1267              text "----------------------",
1268              doc,
1269              text "given" <+> ppr givens,
1270              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1271              text "----------------------"
1272              ]))                                        `thenNF_Tc_`
1273
1274         -- Build the Avail mapping from "givens"
1275     foldlNF_Tc addGiven emptyFM givens                  `thenNF_Tc` \ init_state ->
1276
1277         -- Do the real work
1278     reduceList (0,[]) try_me wanteds init_state         `thenNF_Tc` \ avails ->
1279
1280         -- Do improvement, using everything in avails
1281         -- In particular, avails includes all superclasses of everything
1282     tcImprove avails                                    `thenTc` \ no_improvement ->
1283
1284     extractResults avails wanteds                       `thenNF_Tc` \ (binds, irreds, frees) ->
1285
1286     traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1287              text "----------------------",
1288              doc,
1289              text "given" <+> ppr givens,
1290              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1291              text "----",
1292              text "avails" <+> pprAvails avails,
1293              text "frees" <+> ppr frees,
1294              text "no_improvement =" <+> ppr no_improvement,
1295              text "----------------------"
1296              ]))                                        `thenNF_Tc_`
1297
1298     returnTc (no_improvement, frees, binds, irreds)
1299
1300 tcImprove avails
1301  =  tcGetInstEnv                                `thenTc` \ inst_env ->
1302     let
1303         preds = [ (pred, pp_loc)
1304                 | inst <- keysFM avails,
1305                   let pp_loc = pprInstLoc (instLoc inst),
1306                   pred <- predsOfInst inst,
1307                   predHasFDs pred
1308                 ]
1309                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1310                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1311                 -- It does not have duplicates (good)
1312                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1313                 --    so that improve will see them separate
1314         eqns  = improve (classInstEnv inst_env) preds
1315      in
1316      if null eqns then
1317         returnTc True
1318      else
1319         traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))     `thenNF_Tc_`
1320         mapTc_ unify eqns       `thenTc_`
1321         returnTc False
1322   where
1323     unify ((qtvs, t1, t2), doc)
1324          = tcAddErrCtxt doc                             $
1325            tcInstTyVars VanillaTv (varSetElems qtvs)    `thenNF_Tc` \ (_, _, tenv) ->
1326            unifyTauTy (substTy tenv t1) (substTy tenv t2)
1327 \end{code}
1328
1329 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1330
1331 \begin{code}
1332 reduceList :: (Int,[Inst])              -- Stack (for err msgs)
1333                                         -- along with its depth
1334            -> (Inst -> WhatToDo)
1335            -> [Inst]
1336            -> Avails
1337            -> TcM Avails
1338 \end{code}
1339
1340 @reduce@ is passed
1341      try_me:    given an inst, this function returns
1342                   Reduce       reduce this
1343                   DontReduce   return this in "irreds"
1344                   Free         return this in "frees"
1345
1346      wanteds:   The list of insts to reduce
1347      state:     An accumulating parameter of type Avails
1348                 that contains the state of the algorithm
1349
1350   It returns a Avails.
1351
1352 The (n,stack) pair is just used for error reporting.
1353 n is always the depth of the stack.
1354 The stack is the stack of Insts being reduced: to produce X
1355 I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1356
1357 \begin{code}
1358 reduceList (n,stack) try_me wanteds state
1359   | n > opt_MaxContextReductionDepth
1360   = failWithTc (reduceDepthErr n stack)
1361
1362   | otherwise
1363   =
1364 #ifdef DEBUG
1365    (if n > 8 then
1366         pprTrace "Jeepers! ReduceContext:" (reduceDepthMsg n stack)
1367     else (\x->x))
1368 #endif
1369     go wanteds state
1370   where
1371     go []     state = returnTc state
1372     go (w:ws) state = reduce (n+1, w:stack) try_me w state      `thenTc` \ state' ->
1373                       go ws state'
1374
1375     -- Base case: we're done!
1376 reduce stack try_me wanted state
1377     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1378   | Just avail <- isAvailable state wanted
1379   = if isLinearInst wanted then
1380         addLinearAvailable state avail wanted   `thenNF_Tc` \ (state', wanteds') ->
1381         reduceList stack try_me wanteds' state'
1382     else
1383         returnTc state          -- No op for non-linear things
1384
1385   | otherwise
1386   = case try_me wanted of {
1387
1388       DontReduce want_scs -> addIrred want_scs state wanted
1389
1390     ; DontReduceUnlessConstant ->    -- It's irreducible (or at least should not be reduced)
1391                                      -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1392         try_simple (addIrred AddSCs)    -- Assume want superclasses
1393
1394     ; Free ->   -- It's free so just chuck it upstairs
1395                 -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1396         try_simple addFree
1397
1398     ; ReduceMe ->               -- It should be reduced
1399         lookupInst wanted             `thenNF_Tc` \ lookup_result ->
1400         case lookup_result of
1401             GenInst wanteds' rhs -> reduceList stack try_me wanteds' state      `thenTc` \ state' ->
1402                                     addWanted state' wanted rhs wanteds'
1403             SimpleInst rhs       -> addWanted state wanted rhs []
1404
1405             NoInstance ->    -- No such instance!
1406                              -- Add it and its superclasses
1407                              addIrred AddSCs state wanted
1408
1409     }
1410   where
1411     try_simple do_this_otherwise
1412       = lookupInst wanted         `thenNF_Tc` \ lookup_result ->
1413         case lookup_result of
1414             SimpleInst rhs -> addWanted state wanted rhs []
1415             other          -> do_this_otherwise state wanted
1416 \end{code}
1417
1418
1419 \begin{code}
1420 -------------------------
1421 isAvailable :: Avails -> Inst -> Maybe Avail
1422 isAvailable avails wanted = lookupFM avails wanted
1423         -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
1424         -- *not* by unique.  So
1425         --      d1::C Int ==  d2::C Int
1426
1427 addLinearAvailable :: Avails -> Avail -> Inst -> NF_TcM (Avails, [Inst])
1428 addLinearAvailable avails avail wanted
1429         -- avails currently maps [wanted -> avail]
1430         -- Extend avails to reflect a neeed for an extra copy of avail
1431
1432   | Just avail' <- split_avail avail
1433   = returnNF_Tc (addToFM avails wanted avail', [])
1434
1435   | otherwise
1436   = tcLookupGlobalId splitName                  `thenNF_Tc` \ split_id ->
1437     newMethodAtLoc (instLoc wanted) split_id 
1438                    [linearInstType wanted]      `thenNF_Tc` \ (split_inst,_) ->
1439     returnNF_Tc (addToFM avails wanted (Linear 2 split_inst avail), [split_inst])
1440
1441   where
1442     split_avail :: Avail -> Maybe Avail
1443         -- (Just av) if there's a modified version of avail that
1444         --           we can use to replace avail in avails
1445         -- Nothing   if there isn't, so we need to create a Linear
1446     split_avail (Linear n i a)              = Just (Linear (n+1) i a)
1447     split_avail (Given id used) | not used  = Just (Given id True)
1448                                 | otherwise = Nothing
1449     split_avail Irred                       = Nothing
1450     split_avail IsFree                      = Nothing
1451     split_avail other = pprPanic "addLinearAvailable" (ppr avail $$ ppr wanted $$ ppr avails)
1452                   
1453 -------------------------
1454 addFree :: Avails -> Inst -> NF_TcM Avails
1455         -- When an Inst is tossed upstairs as 'free' we nevertheless add it
1456         -- to avails, so that any other equal Insts will be commoned up right
1457         -- here rather than also being tossed upstairs.  This is really just
1458         -- an optimisation, and perhaps it is more trouble that it is worth,
1459         -- as the following comments show!
1460         --
1461         -- NB1: do *not* add superclasses.  If we have
1462         --      df::Floating a
1463         --      dn::Num a
1464         -- but a is not bound here, then we *don't* want to derive
1465         -- dn from df here lest we lose sharing.
1466         --
1467 addFree avails free = returnNF_Tc (addToFM avails free IsFree)
1468
1469 addWanted :: Avails -> Inst -> TcExpr -> [Inst] -> NF_TcM Avails
1470 addWanted avails wanted rhs_expr wanteds
1471 -- Do *not* add superclasses as well.  Here's an example of why not
1472 --      class Eq a => Foo a b
1473 --      instance Eq a => Foo [a] a
1474 -- If we are reducing
1475 --      (Foo [t] t)
1476 -- we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We
1477 -- must not then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1478 --      ToDo: this isn't entirely unsatisfactory, because
1479 --            we may also lose some entirely-legitimate sharing this way
1480
1481   = ASSERT( not (wanted `elemFM` avails) )
1482     returnNF_Tc (addToFM avails wanted avail)
1483   where
1484     avail | instBindingRequired wanted = Rhs rhs_expr wanteds
1485           | otherwise                  = ASSERT( null wanteds ) NoRhs
1486
1487 addGiven :: Avails -> Inst -> NF_TcM Avails
1488 addGiven state given = addAvailAndSCs state given (Given (instToId given) False)
1489
1490 addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> NF_TcM Avails
1491 addIrred NoSCs  state irred = returnNF_Tc (addToFM state irred Irred)
1492 addIrred AddSCs state irred = addAvailAndSCs state irred Irred
1493
1494 addAvailAndSCs :: Avails -> Inst -> Avail -> NF_TcM Avails
1495 addAvailAndSCs avails wanted avail
1496   = add_scs (addToFM avails wanted avail) wanted
1497
1498 add_scs :: Avails -> Inst -> NF_TcM Avails
1499         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
1500         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
1501
1502 add_scs avails dict
1503   | not (isClassDict dict)
1504   = returnNF_Tc avails
1505
1506   | otherwise   -- It is a dictionary
1507   = newDictsFromOld dict sc_theta'      `thenNF_Tc` \ sc_dicts ->
1508     foldlNF_Tc add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels)
1509   where
1510     (clas, tys) = getDictClassTys dict
1511     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
1512     sc_theta' = substTheta (mkTopTyVarSubst tyvars tys) sc_theta
1513
1514     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)     -- Add it, and its superclasses
1515       = case lookupFM avails sc_dict of
1516           Just (Given _ _) -> returnNF_Tc avails        -- See Note [SUPER] below
1517           other            -> addAvailAndSCs avails sc_dict avail
1518       where
1519         sc_sel_rhs = DictApp (TyApp (HsVar sc_sel) tys) [instToId dict]
1520         avail      = Rhs sc_sel_rhs [dict]
1521 \end{code}
1522
1523 Note [SUPER].  We have to be careful here.  If we are *given* d1:Ord a,
1524 and want to deduce (d2:C [a]) where
1525
1526         class Ord a => C a where
1527         instance Ord a => C [a] where ...
1528
1529 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] and then add the
1530 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1531 for d1:Ord a (which is given) with a superclass selection or we'll just
1532 build a loop!  Hence looking for Given.  Crudely, Given is cheaper
1533 than a selection.
1534
1535
1536 %************************************************************************
1537 %*                                                                      *
1538 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
1539 %*                                                                      *
1540 %************************************************************************
1541
1542
1543 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
1544 and ambiguous Insts.
1545
1546 We need to be careful of one case.  Suppose we have
1547
1548         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
1549
1550 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
1551 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
1552
1553 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
1554
1555
1556 \begin{code}
1557 tcSimplifyTop :: LIE -> TcM TcDictBinds
1558 tcSimplifyTop wanted_lie
1559   = simpleReduceLoop (text "tcSimplTop") reduceMe wanteds       `thenTc` \ (frees, binds, irreds) ->
1560     ASSERT( null frees )
1561
1562     let
1563                 -- All the non-std ones are definite errors
1564         (stds, non_stds) = partition isStdClassTyVarDict irreds
1565
1566                 -- Group by type variable
1567         std_groups = equivClasses cmp_by_tyvar stds
1568
1569                 -- Pick the ones which its worth trying to disambiguate
1570         (std_oks, std_bads) = partition worth_a_try std_groups
1571
1572                 -- Have a try at disambiguation
1573                 -- if the type variable isn't bound
1574                 -- up with one of the non-standard classes
1575         worth_a_try group@(d:_) = not (non_std_tyvars `intersectsVarSet` tyVarsOfInst d)
1576         non_std_tyvars          = unionVarSets (map tyVarsOfInst non_stds)
1577
1578                 -- Collect together all the bad guys
1579         bad_guys = non_stds ++ concat std_bads
1580     in
1581         -- Disambiguate the ones that look feasible
1582     mapTc disambigGroup std_oks         `thenTc` \ binds_ambig ->
1583
1584         -- And complain about the ones that don't
1585         -- This group includes both non-existent instances
1586         --      e.g. Num (IO a) and Eq (Int -> Int)
1587         -- and ambiguous dictionaries
1588         --      e.g. Num a
1589     addTopAmbigErrs bad_guys            `thenNF_Tc_`
1590
1591     returnTc (binds `andMonoBinds` andMonoBindList binds_ambig)
1592   where
1593     wanteds     = lieToList wanted_lie
1594
1595     d1 `cmp_by_tyvar` d2 = get_tv d1 `compare` get_tv d2
1596
1597 get_tv d   = case getDictClassTys d of
1598                    (clas, [ty]) -> tcGetTyVar "tcSimplify" ty
1599 get_clas d = case getDictClassTys d of
1600                    (clas, [ty]) -> clas
1601 \end{code}
1602
1603 If a dictionary constrains a type variable which is
1604         * not mentioned in the environment
1605         * and not mentioned in the type of the expression
1606 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
1607 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
1608 parameter to a function.
1609
1610 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
1611 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
1612 Specifically, if
1613         * at least one of its classes is a numeric class, and
1614         * all of its classes are numeric or standard
1615 then the type variable can be defaulted to the first type in the
1616 default-type list which is an instance of all the offending classes.
1617
1618 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
1619 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
1620 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
1621 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
1622
1623 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
1624 the same type variable.
1625
1626 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
1627 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
1628 the most common use of defaulting is code like:
1629 \begin{verbatim}
1630         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
1631 \end{verbatim}
1632 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
1633 @void@.
1634
1635 \begin{code}
1636 disambigGroup :: [Inst] -- All standard classes of form (C a)
1637               -> TcM TcDictBinds
1638
1639 disambigGroup dicts
1640   |   any isNumericClass classes        -- Guaranteed all standard classes
1641           -- see comment at the end of function for reasons as to
1642           -- why the defaulting mechanism doesn't apply to groups that
1643           -- include CCallable or CReturnable dicts.
1644    && not (any isCcallishClass classes)
1645   =     -- THE DICTS OBEY THE DEFAULTABLE CONSTRAINT
1646         -- SO, TRY DEFAULT TYPES IN ORDER
1647
1648         -- Failure here is caused by there being no type in the
1649         -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
1650         -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
1651         -- default list is Int.
1652     tcGetDefaultTys                     `thenNF_Tc` \ default_tys ->
1653     let
1654       try_default []    -- No defaults work, so fail
1655         = failTc
1656
1657       try_default (default_ty : default_tys)
1658         = tryTc_ (try_default default_tys) $    -- If default_ty fails, we try
1659                                                 -- default_tys instead
1660           tcSimplifyDefault theta               `thenTc` \ _ ->
1661           returnTc default_ty
1662         where
1663           theta = [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
1664     in
1665         -- See if any default works, and if so bind the type variable to it
1666         -- If not, add an AmbigErr
1667     recoverTc (addAmbigErrs dicts                       `thenNF_Tc_`
1668                returnTc EmptyMonoBinds) $
1669
1670     try_default default_tys                     `thenTc` \ chosen_default_ty ->
1671
1672         -- Bind the type variable and reduce the context, for real this time
1673     unifyTauTy chosen_default_ty (mkTyVarTy tyvar)      `thenTc_`
1674     simpleReduceLoop (text "disambig" <+> ppr dicts)
1675                      reduceMe dicts                     `thenTc` \ (frees, binds, ambigs) ->
1676     WARN( not (null frees && null ambigs), ppr frees $$ ppr ambigs )
1677     warnDefault dicts chosen_default_ty                 `thenTc_`
1678     returnTc binds
1679
1680   | all isCreturnableClass classes
1681   =     -- Default CCall stuff to (); we don't even both to check that () is an
1682         -- instance of CReturnable, because we know it is.
1683     unifyTauTy (mkTyVarTy tyvar) unitTy    `thenTc_`
1684     returnTc EmptyMonoBinds
1685
1686   | otherwise -- No defaults
1687   = addAmbigErrs dicts  `thenNF_Tc_`
1688     returnTc EmptyMonoBinds
1689
1690   where
1691     tyvar       = get_tv (head dicts)           -- Should be non-empty
1692     classes     = map get_clas dicts
1693 \end{code}
1694
1695 [Aside - why the defaulting mechanism is turned off when
1696  dealing with arguments and results to ccalls.
1697
1698 When typechecking _ccall_s, TcExpr ensures that the external
1699 function is only passed arguments (and in the other direction,
1700 results) of a restricted set of 'native' types. This is
1701 implemented via the help of the pseudo-type classes,
1702 @CReturnable@ (CR) and @CCallable@ (CC.)
1703
1704 The interaction between the defaulting mechanism for numeric
1705 values and CC & CR can be a bit puzzling to the user at times.
1706 For example,
1707
1708     x <- _ccall_ f
1709     if (x /= 0) then
1710        _ccall_ g x
1711      else
1712        return ()
1713
1714 What type has 'x' got here? That depends on the default list
1715 in operation, if it is equal to Haskell 98's default-default
1716 of (Integer, Double), 'x' has type Double, since Integer
1717 is not an instance of CR. If the default list is equal to
1718 Haskell 1.4's default-default of (Int, Double), 'x' has type
1719 Int.
1720
1721 To try to minimise the potential for surprises here, the
1722 defaulting mechanism is turned off in the presence of
1723 CCallable and CReturnable.
1724
1725 End of aside]
1726
1727
1728 %************************************************************************
1729 %*                                                                      *
1730 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
1731 %*                                                                      *
1732 %************************************************************************
1733
1734 Much simpler versions when there are no bindings to make!
1735
1736 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
1737 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
1738 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
1739
1740 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
1741 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
1742 instance declarations.
1743
1744 \begin{code}
1745 tcSimplifyDeriv :: [TyVar]      
1746                 -> ThetaType            -- Wanted
1747                 -> TcM ThetaType        -- Needed
1748
1749 tcSimplifyDeriv tyvars theta
1750   = tcInstTyVars VanillaTv tyvars                       `thenNF_Tc` \ (tvs, _, tenv) ->
1751         -- The main loop may do unification, and that may crash if 
1752         -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
1753         -- ToDo: what if two of them do get unified?
1754     newDicts DataDeclOrigin (substTheta tenv theta)     `thenNF_Tc` \ wanteds ->
1755     simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds               `thenTc` \ (frees, _, irreds) ->
1756     ASSERT( null frees )                        -- reduceMe never returns Free
1757
1758     doptsTc Opt_AllowUndecidableInstances               `thenNF_Tc` \ undecidable_ok ->
1759     let
1760         tv_set      = mkVarSet tvs
1761         simpl_theta = map dictPred irreds       -- reduceMe squashes all non-dicts
1762
1763         check_pred pred
1764           | isEmptyVarSet pred_tyvars   -- Things like (Eq T) should be rejected
1765           = addErrTc (noInstErr pred)
1766
1767           | not undecidable_ok && not (isTyVarClassPred pred)
1768           -- Check that the returned dictionaries are all of form (C a b)
1769           --    (where a, b are type variables).  
1770           -- We allow this if we had -fallow-undecidable-instances,
1771           -- but note that risks non-termination in the 'deriving' context-inference
1772           -- fixpoint loop.   It is useful for situations like
1773           --    data Min h a = E | M a (h a)
1774           -- which gives the instance decl
1775           --    instance (Eq a, Eq (h a)) => Eq (Min h a)
1776           = addErrTc (noInstErr pred)
1777   
1778           | not (pred_tyvars `subVarSet` tv_set) 
1779           -- Check for a bizarre corner case, when the derived instance decl should
1780           -- have form  instance C a b => D (T a) where ...
1781           -- Note that 'b' isn't a parameter of T.  This gives rise to all sorts
1782           -- of problems; in particular, it's hard to compare solutions for
1783           -- equality when finding the fixpoint.  So I just rule it out for now.
1784           = addErrTc (badDerivedPred pred)
1785   
1786           | otherwise
1787           = returnNF_Tc ()
1788           where
1789             pred_tyvars = tyVarsOfPred pred
1790
1791         rev_env = mkTopTyVarSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
1792                 -- This reverse-mapping is a Royal Pain, 
1793                 -- but the result should mention TyVars not TcTyVars
1794     in
1795    
1796     mapNF_Tc check_pred simpl_theta             `thenNF_Tc_`
1797     checkAmbiguity tvs simpl_theta tv_set       `thenTc_`
1798     returnTc (substTheta rev_env simpl_theta)
1799   where
1800     doc    = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
1801 \end{code}
1802
1803 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
1804 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
1805 whether it worked or not.
1806
1807 \begin{code}
1808 tcSimplifyDefault :: ThetaType  -- Wanted; has no type variables in it
1809                   -> TcM ()
1810
1811 tcSimplifyDefault theta
1812   = newDicts DataDeclOrigin theta               `thenNF_Tc` \ wanteds ->
1813     simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds       `thenTc` \ (frees, _, irreds) ->
1814     ASSERT( null frees )        -- try_me never returns Free
1815     mapNF_Tc (addErrTc . noInstErr) irreds      `thenNF_Tc_`
1816     if null irreds then
1817         returnTc ()
1818     else
1819         failTc
1820   where
1821     doc = ptext SLIT("default declaration")
1822 \end{code}
1823
1824
1825 %************************************************************************
1826 %*                                                                      *
1827 \section{Errors and contexts}
1828 %*                                                                      *
1829 %************************************************************************
1830
1831 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
1832 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
1833 now?
1834
1835 \begin{code}
1836 groupInsts :: [Inst] -> [[Inst]]
1837 -- Group together insts with the same origin
1838 -- We want to report them together in error messages
1839 groupInsts []           = []
1840 groupInsts (inst:insts) = (inst:friends) : groupInsts others
1841                         where
1842                                 -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
1843                                 --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
1844                                 --  and it avoids need equality on InstLocs.)
1845                           (friends, others) = partition is_friend insts
1846                           loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
1847                           is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
1848
1849
1850 addTopAmbigErrs dicts
1851   = mapNF_Tc (addTopInstanceErrs tidy_env) (groupInsts no_insts)        `thenNF_Tc_`
1852     mapNF_Tc (addTopIPErrs tidy_env)       (groupInsts bad_ips)         `thenNF_Tc_`
1853     mapNF_Tc (addAmbigErr tidy_env)        ambigs                       `thenNF_Tc_`
1854     returnNF_Tc ()
1855   where
1856     fixed_tvs = oclose (predsOfInsts tidy_dicts) emptyVarSet
1857     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
1858     (bad_ips, non_ips)     = partition is_ip tidy_dicts
1859     (no_insts, ambigs)     = partition no_inst non_ips
1860     is_ip d   = any isIPPred (predsOfInst d)
1861     no_inst d = not (isTyVarDict d) || tyVarsOfInst d `subVarSet` fixed_tvs
1862
1863 plural [x] = empty
1864 plural xs  = char 's'
1865
1866 addTopIPErrs tidy_env tidy_dicts
1867   = addInstErrTcM (instLoc (head tidy_dicts))
1868         (tidy_env,
1869          ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> plural tidy_dicts <+> pprInsts tidy_dicts)
1870
1871 -- Used for top-level irreducibles
1872 addTopInstanceErrs tidy_env tidy_dicts
1873   = addInstErrTcM (instLoc (head tidy_dicts))
1874         (tidy_env,
1875          ptext SLIT("No instance") <> plural tidy_dicts <+> 
1876                 ptext SLIT("for") <+> pprInsts tidy_dicts)
1877
1878 addAmbigErrs dicts
1879   = mapNF_Tc (addAmbigErr tidy_env) tidy_dicts
1880   where
1881     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
1882
1883 addAmbigErr tidy_env tidy_dict
1884   = addInstErrTcM (instLoc tidy_dict)
1885         (tidy_env,
1886          sep [text "Ambiguous type variable(s)" <+> pprQuotedList ambig_tvs,
1887               nest 4 (text "in the constraint" <+> quotes (pprInst tidy_dict))])
1888   where
1889     ambig_tvs = varSetElems (tyVarsOfInst tidy_dict)
1890
1891 warnDefault dicts default_ty
1892   = doptsTc Opt_WarnTypeDefaults  `thenTc` \ warn_flag ->
1893     tcAddSrcLoc (get_loc (head dicts)) (warnTc warn_flag warn_msg)
1894   where
1895         -- Tidy them first
1896     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
1897     get_loc i = case instLoc i of { (_,loc,_) -> loc }
1898     warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
1899                                 quotes (ppr default_ty),
1900                       pprInstsInFull tidy_dicts]
1901
1902 complainCheck doc givens irreds
1903   = mapNF_Tc zonkInst given_dicts_and_ips                         `thenNF_Tc` \ givens' ->
1904     mapNF_Tc (addNoInstanceErrs doc givens') (groupInsts irreds)  `thenNF_Tc_`
1905     returnNF_Tc ()
1906   where
1907     given_dicts_and_ips = filter (not . isMethod) givens
1908         -- Filter out methods, which are only added to
1909         -- the given set as an optimisation
1910
1911 addNoInstanceErrs what_doc givens dicts
1912   = getDOptsTc          `thenNF_Tc` \ dflags ->
1913     tcGetInstEnv        `thenNF_Tc` \ inst_env ->
1914     let
1915         (tidy_env1, tidy_givens) = tidyInsts givens
1916         (tidy_env2, tidy_dicts)  = tidyMoreInsts tidy_env1 dicts
1917
1918         doc = vcat [sep [herald <+> pprInsts tidy_dicts,
1919                          nest 4 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprInsts tidy_givens],
1920                     ambig_doc,
1921                     ptext SLIT("Probable fix:"),
1922                     nest 4 fix1,
1923                     nest 4 fix2]
1924
1925         herald = ptext SLIT("Could not") <+> unambig_doc <+> ptext SLIT("deduce")
1926         unambig_doc | ambig_overlap = ptext SLIT("unambiguously")
1927                     | otherwise     = empty
1928
1929                 -- The error message when we don't find a suitable instance
1930                 -- is complicated by the fact that sometimes this is because
1931                 -- there is no instance, and sometimes it's because there are
1932                 -- too many instances (overlap).  See the comments in TcEnv.lhs
1933                 -- with the InstEnv stuff.
1934
1935         ambig_doc
1936             | not ambig_overlap = empty
1937             | otherwise
1938             = vcat [ptext SLIT("The choice of (overlapping) instance declaration"),
1939                     nest 4 (ptext SLIT("depends on the instantiation of") <+>
1940                             quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInsts tidy_dicts))))]
1941
1942         fix1 = sep [ptext SLIT("Add") <+> pprInsts tidy_dicts,
1943                     ptext SLIT("to the") <+> what_doc]
1944
1945         fix2 | null instance_dicts 
1946              = empty
1947              | otherwise
1948              = ptext SLIT("Or add an instance declaration for") <+> pprInsts instance_dicts
1949
1950         instance_dicts = [d | d <- tidy_dicts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
1951                 -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
1952                 -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
1953
1954             -- Checks for the ambiguous case when we have overlapping instances
1955         ambig_overlap = any ambig_overlap1 dicts
1956         ambig_overlap1 dict 
1957                 | isClassDict dict
1958                 = case lookupInstEnv dflags inst_env clas tys of
1959                             NoMatch ambig -> ambig
1960                             other         -> False
1961                 | otherwise = False
1962                 where
1963                   (clas,tys) = getDictClassTys dict
1964     in
1965     addInstErrTcM (instLoc (head dicts)) (tidy_env2, doc)
1966
1967 -- Used for the ...Thetas variants; all top level
1968 noInstErr pred = ptext SLIT("No instance for") <+> quotes (ppr pred)
1969
1970 badDerivedPred pred
1971   = vcat [ptext SLIT("Can't derive instances where the instance context mentions"),
1972           ptext SLIT("type variables that are not data type parameters"),
1973           nest 2 (ptext SLIT("Offending constraint:") <+> ppr pred)]
1974
1975 reduceDepthErr n stack
1976   = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
1977           ptext SLIT("Use -fcontext-stack20 to increase stack size to (e.g.) 20"),
1978           nest 4 (pprInstsInFull stack)]
1979
1980 reduceDepthMsg n stack = nest 4 (pprInstsInFull stack)
1981
1982 -----------------------------------------------
1983 addCantGenErr inst
1984   = addErrTc (sep [ptext SLIT("Cannot generalise these overloadings (in a _ccall_):"),
1985                    nest 4 (ppr inst <+> pprInstLoc (instLoc inst))])
1986 \end{code}