[project @ 2000-11-03 17:10:57 by simonpj]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcUnify.lhs
1 %
2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
3 %
4 \section[Unify]{Unifier}
5
6 The unifier is now squarely in the typechecker monad (because of the
7 updatable substitution).
8
9 \begin{code}
10 module TcUnify ( unifyTauTy, unifyTauTyList, unifyTauTyLists, 
11                  unifyFunTy, unifyListTy, unifyTupleTy,
12                  unifyKind, unifyKinds, unifyOpenTypeKind
13  ) where
14
15 #include "HsVersions.h"
16
17 -- friends: 
18 import TcMonad
19 import TypeRep  ( Type(..), PredType(..) )  -- friend
20 import Type     ( unboxedTypeKind, boxedTypeKind, openTypeKind, 
21                   typeCon, openKindCon, hasMoreBoxityInfo, 
22                   tyVarsOfType, typeKind,
23                   mkFunTy, splitFunTy_maybe, splitTyConApp_maybe,
24                   isNotUsgTy, splitAppTy_maybe, mkTyConApp, 
25                   tidyOpenType, tidyOpenTypes, tidyTyVar
26                 )
27 import TyCon    ( TyCon, isTupleTyCon, tupleTyConBoxity, tyConArity )
28 import Var      ( tyVarKind, varName, isSigTyVar )
29 import VarSet   ( varSetElems )
30 import TcType   ( TcType, TcTauType, TcTyVar, TcKind, newBoxityVar,
31                   newTyVarTy, newTyVarTys, tcGetTyVar, tcPutTyVar, zonkTcType
32                 )
33 import Name     ( isSystemName )
34
35 -- others:
36 import BasicTypes ( Arity, Boxity, isBoxed )
37 import TysWiredIn ( listTyCon, mkListTy, mkTupleTy )
38 import Outputable
39 \end{code}
40
41
42 %************************************************************************
43 %*                                                                      *
44 \subsection{The Kind variants}
45 %*                                                                      *
46 %************************************************************************
47
48 \begin{code}
49 unifyKind :: TcKind                 -- Expected
50           -> TcKind                 -- Actual
51           -> TcM ()
52 unifyKind k1 k2 
53   = tcAddErrCtxtM (unifyCtxt "kind" k1 k2) $
54     uTys k1 k1 k2 k2
55
56 unifyKinds :: [TcKind] -> [TcKind] -> TcM ()
57 unifyKinds []       []       = returnTc ()
58 unifyKinds (k1:ks1) (k2:ks2) = unifyKind k1 k2  `thenTc_`
59                                unifyKinds ks1 ks2
60 unifyKinds _ _ = panic "unifyKinds: length mis-match"
61 \end{code}
62
63 \begin{code}
64 unifyOpenTypeKind :: TcKind -> TcM ()   
65 -- Ensures that the argument kind is of the form (Type bx)
66 -- for some boxity bx
67
68 unifyOpenTypeKind ty@(TyVarTy tyvar)
69   = tcGetTyVar tyvar    `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
70     case maybe_ty of
71         Just ty' -> unifyOpenTypeKind ty'
72         other    -> unify_open_kind_help ty
73
74 unifyOpenTypeKind ty
75   = case splitTyConApp_maybe ty of
76         Just (tycon, [_]) | tycon == typeCon -> returnTc ()
77         other                                -> unify_open_kind_help ty
78
79 unify_open_kind_help ty -- Revert to ordinary unification
80   = newBoxityVar        `thenNF_Tc` \ boxity ->
81     unifyKind ty (mkTyConApp typeCon [boxity])
82 \end{code}
83
84
85 %************************************************************************
86 %*                                                                      *
87 \subsection[Unify-exported]{Exported unification functions}
88 %*                                                                      *
89 %************************************************************************
90
91 The exported functions are all defined as versions of some
92 non-exported generic functions.
93
94 Unify two @TauType@s.  Dead straightforward.
95
96 \begin{code}
97 unifyTauTy :: TcTauType -> TcTauType -> TcM ()
98 unifyTauTy ty1 ty2      -- ty1 expected, ty2 inferred
99   = tcAddErrCtxtM (unifyCtxt "type" ty1 ty2) $
100     uTys ty1 ty1 ty2 ty2
101 \end{code}
102
103 @unifyTauTyList@ unifies corresponding elements of two lists of
104 @TauType@s.  It uses @uTys@ to do the real work.  The lists should be
105 of equal length.  We charge down the list explicitly so that we can
106 complain if their lengths differ.
107
108 \begin{code}
109 unifyTauTyLists :: [TcTauType] -> [TcTauType] ->  TcM ()
110 unifyTauTyLists []           []         = returnTc ()
111 unifyTauTyLists (ty1:tys1) (ty2:tys2) = uTys ty1 ty1 ty2 ty2   `thenTc_`
112                                         unifyTauTyLists tys1 tys2
113 unifyTauTyLists ty1s ty2s = panic "Unify.unifyTauTyLists: mismatched type lists!"
114 \end{code}
115
116 @unifyTauTyList@ takes a single list of @TauType@s and unifies them
117 all together.  It is used, for example, when typechecking explicit
118 lists, when all the elts should be of the same type.
119
120 \begin{code}
121 unifyTauTyList :: [TcTauType] -> TcM ()
122 unifyTauTyList []                = returnTc ()
123 unifyTauTyList [ty]              = returnTc ()
124 unifyTauTyList (ty1:tys@(ty2:_)) = unifyTauTy ty1 ty2   `thenTc_`
125                                    unifyTauTyList tys
126 \end{code}
127
128 %************************************************************************
129 %*                                                                      *
130 \subsection[Unify-uTys]{@uTys@: getting down to business}
131 %*                                                                      *
132 %************************************************************************
133
134 @uTys@ is the heart of the unifier.  Each arg happens twice, because
135 we want to report errors in terms of synomyms if poss.  The first of
136 the pair is used in error messages only; it is always the same as the
137 second, except that if the first is a synonym then the second may be a
138 de-synonym'd version.  This way we get better error messages.
139
140 We call the first one \tr{ps_ty1}, \tr{ps_ty2} for ``possible synomym''.
141
142 \begin{code}
143 uTys :: TcTauType -> TcTauType  -- Error reporting ty1 and real ty1
144                                 -- ty1 is the *expected* type
145
146      -> TcTauType -> TcTauType  -- Error reporting ty2 and real ty2
147                                 -- ty2 is the *actual* type
148      -> TcM ()
149
150         -- Always expand synonyms (see notes at end)
151         -- (this also throws away FTVs and usage annots)
152 uTys ps_ty1 (NoteTy _ ty1) ps_ty2 ty2 = uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 ty2
153 uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 (NoteTy _ ty2) = uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 ty2
154
155         -- Variables; go for uVar
156 uTys ps_ty1 (TyVarTy tyvar1) ps_ty2 ty2 = uVar False tyvar1 ps_ty2 ty2
157 uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 (TyVarTy tyvar2) = uVar True  tyvar2 ps_ty1 ty1
158                                         -- "True" means args swapped
159
160         -- Predicates
161 uTys _ (PredTy (IParam n1 t1)) _ (PredTy (IParam n2 t2))
162   | n1 == n2 = uTys t1 t1 t2 t2
163 uTys _ (PredTy (Class c1 tys1)) _ (PredTy (Class c2 tys2))
164   | c1 == c2 = unifyTauTyLists tys1 tys2
165
166         -- Functions; just check the two parts
167 uTys _ (FunTy fun1 arg1) _ (FunTy fun2 arg2)
168   = uTys fun1 fun1 fun2 fun2    `thenTc_`    uTys arg1 arg1 arg2 arg2
169
170         -- Type constructors must match
171 uTys ps_ty1 (TyConApp con1 tys1) ps_ty2 (TyConApp con2 tys2)
172   | con1 == con2 && length tys1 == length tys2
173   = unifyTauTyLists tys1 tys2
174
175   | con1 == openKindCon
176         -- When we are doing kind checking, we might match a kind '?' 
177         -- against a kind '*' or '#'.  Notably, CCallable :: ? -> *, and
178         -- (CCallable Int) and (CCallable Int#) are both OK
179   = unifyOpenTypeKind ps_ty2
180
181         -- Applications need a bit of care!
182         -- They can match FunTy and TyConApp, so use splitAppTy_maybe
183         -- NB: we've already dealt with type variables and Notes,
184         -- so if one type is an App the other one jolly well better be too
185 uTys ps_ty1 (AppTy s1 t1) ps_ty2 ty2
186   = case splitAppTy_maybe ty2 of
187         Just (s2,t2) -> uTys s1 s1 s2 s2        `thenTc_`    uTys t1 t1 t2 t2
188         Nothing      -> unifyMisMatch ps_ty1 ps_ty2
189
190         -- Now the same, but the other way round
191         -- Don't swap the types, because the error messages get worse
192 uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 (AppTy s2 t2)
193   = case splitAppTy_maybe ty1 of
194         Just (s1,t1) -> uTys s1 s1 s2 s2        `thenTc_`    uTys t1 t1 t2 t2
195         Nothing      -> unifyMisMatch ps_ty1 ps_ty2
196
197         -- Not expecting for-alls in unification
198         -- ... but the error message from the unifyMisMatch more informative
199         -- than a panic message!
200
201         -- Anything else fails
202 uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 ty2  = unifyMisMatch ps_ty1 ps_ty2
203 \end{code}
204
205 Notes on synonyms
206 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
207 If you are tempted to make a short cut on synonyms, as in this
208 pseudocode...
209
210 \begin{verbatim}
211 uTys (SynTy con1 args1 ty1) (SynTy con2 args2 ty2)
212   = if (con1 == con2) then
213         -- Good news!  Same synonym constructors, so we can shortcut
214         -- by unifying their arguments and ignoring their expansions.
215         unifyTauTypeLists args1 args2
216     else
217         -- Never mind.  Just expand them and try again
218         uTys ty1 ty2
219 \end{verbatim}
220
221 then THINK AGAIN.  Here is the whole story, as detected and reported
222 by Chris Okasaki \tr{<Chris_Okasaki@loch.mess.cs.cmu.edu>}:
223 \begin{quotation}
224 Here's a test program that should detect the problem:
225
226 \begin{verbatim}
227         type Bogus a = Int
228         x = (1 :: Bogus Char) :: Bogus Bool
229 \end{verbatim}
230
231 The problem with [the attempted shortcut code] is that
232 \begin{verbatim}
233         con1 == con2
234 \end{verbatim}
235 is not a sufficient condition to be able to use the shortcut!
236 You also need to know that the type synonym actually USES all
237 its arguments.  For example, consider the following type synonym
238 which does not use all its arguments.
239 \begin{verbatim}
240         type Bogus a = Int
241 \end{verbatim}
242
243 If you ever tried unifying, say, \tr{Bogus Char} with \tr{Bogus Bool},
244 the unifier would blithely try to unify \tr{Char} with \tr{Bool} and
245 would fail, even though the expanded forms (both \tr{Int}) should
246 match.
247
248 Similarly, unifying \tr{Bogus Char} with \tr{Bogus t} would
249 unnecessarily bind \tr{t} to \tr{Char}.
250
251 ... You could explicitly test for the problem synonyms and mark them
252 somehow as needing expansion, perhaps also issuing a warning to the
253 user.
254 \end{quotation}
255
256
257 %************************************************************************
258 %*                                                                      *
259 \subsection[Unify-uVar]{@uVar@: unifying with a type variable}
260 %*                                                                      *
261 %************************************************************************
262
263 @uVar@ is called when at least one of the types being unified is a
264 variable.  It does {\em not} assume that the variable is a fixed point
265 of the substitution; rather, notice that @uVar@ (defined below) nips
266 back into @uTys@ if it turns out that the variable is already bound.
267
268 \begin{code}
269 uVar :: Bool            -- False => tyvar is the "expected"
270                         -- True  => ty    is the "expected" thing
271      -> TcTyVar
272      -> TcTauType -> TcTauType  -- printing and real versions
273      -> TcM ()
274
275 uVar swapped tv1 ps_ty2 ty2
276   = tcGetTyVar tv1      `thenNF_Tc` \ maybe_ty1 ->
277     case maybe_ty1 of
278         Just ty1 | swapped   -> uTys ps_ty2 ty2 ty1 ty1 -- Swap back
279                  | otherwise -> uTys ty1 ty1 ps_ty2 ty2 -- Same order
280         other       -> uUnboundVar swapped tv1 maybe_ty1 ps_ty2 ty2
281
282         -- Expand synonyms; ignore FTVs; ignore usage annots
283 uUnboundVar swapped tv1 maybe_ty1 ps_ty2 (NoteTy _ ty2)
284   = uUnboundVar swapped tv1 maybe_ty1 ps_ty2 ty2
285
286
287         -- The both-type-variable case
288 uUnboundVar swapped tv1 maybe_ty1 ps_ty2 ty2@(TyVarTy tv2)
289
290         -- Same type variable => no-op
291   | tv1 == tv2
292   = returnTc ()
293
294         -- Distinct type variables
295         -- ASSERT maybe_ty1 /= Just
296   | otherwise
297   = tcGetTyVar tv2      `thenNF_Tc` \ maybe_ty2 ->
298     case maybe_ty2 of
299         Just ty2' -> uUnboundVar swapped tv1 maybe_ty1 ty2' ty2'
300
301         Nothing | update_tv2
302
303                 -> WARN( not (k1 `hasMoreBoxityInfo` k2), (ppr tv1 <+> ppr k1) $$ (ppr tv2 <+> ppr k2) )
304                    tcPutTyVar tv2 (TyVarTy tv1)         `thenNF_Tc_`
305                    returnTc ()
306                 |  otherwise
307
308                 -> WARN( not (k2 `hasMoreBoxityInfo` k1), (ppr tv2 <+> ppr k2) $$ (ppr tv1 <+> ppr k1) )
309                    (ASSERT( isNotUsgTy ps_ty2 )
310                     tcPutTyVar tv1 ps_ty2               `thenNF_Tc_`
311                     returnTc ())
312   where
313     k1 = tyVarKind tv1
314     k2 = tyVarKind tv2
315     update_tv2 = (k2 == openTypeKind) || (k1 /= openTypeKind && nicer_to_update_tv2)
316                         -- Try to get rid of open type variables as soon as poss
317
318     nicer_to_update_tv2 =  isSigTyVar tv1 
319                                 -- Don't unify a signature type variable if poss
320                         || isSystemName (varName tv2)
321                                 -- Try to update sys-y type variables in preference to sig-y ones
322
323         -- Second one isn't a type variable
324 uUnboundVar swapped tv1 maybe_ty1 ps_ty2 non_var_ty2
325   = checkKinds swapped tv1 non_var_ty2                  `thenTc_`
326     occur_check non_var_ty2                             `thenTc_`
327     ASSERT( isNotUsgTy ps_ty2 )
328     checkTcM (not (isSigTyVar tv1))
329              (failWithTcM (unifyWithSigErr tv1 ps_ty2)) `thenTc_`
330
331     warnTc (not (typeKind non_var_ty2 `hasMoreBoxityInfo` tyVarKind tv1))
332            ((ppr tv1 <+> ppr (tyVarKind tv1)) $$ 
333              (ppr non_var_ty2 <+> ppr (typeKind non_var_ty2)))          `thenNF_Tc_` 
334
335     tcPutTyVar tv1 non_var_ty2                          `thenNF_Tc_`
336         -- This used to say "ps_ty2" instead of "non_var_ty2"
337
338         -- But that led to an infinite loop in the type checker!
339         -- Consider 
340         --      type A a = ()
341         --
342         --      f :: (A a -> a -> ()) -> ()
343         --      f = \ _ -> ()
344         --
345         --      x :: ()
346         --      x = f (\ x p -> p x)
347         --
348         -- Here, we try to match "t" with "A t", and succeed
349         -- because the unifier looks through synonyms.  The occurs
350         -- check doesn't kick in because we are "really" binding "t" to "()",
351         -- but we *actually* bind "t" to "A t" if we store ps_ty2.
352         -- That leads the typechecker into an infinite loop later.
353
354     returnTc ()
355   where
356     occur_check ty = mapTc occur_check_tv (varSetElems (tyVarsOfType ty))       `thenTc_`
357                      returnTc ()
358
359     occur_check_tv tv2
360        | tv1 == tv2             -- Same tyvar; fail
361        = zonkTcType ps_ty2      `thenNF_Tc` \ zonked_ty2 ->
362          failWithTcM (unifyOccurCheck tv1 zonked_ty2)
363
364        | otherwise              -- A different tyvar
365        = tcGetTyVar tv2 `thenNF_Tc` \ maybe_ty2 ->
366          case maybe_ty2 of
367                 Just ty2' -> occur_check ty2'
368                 other     -> returnTc ()
369
370 checkKinds swapped tv1 ty2
371 -- We're about to unify a type variable tv1 with a non-tyvar-type ty2.
372 -- We need to check that we don't unify a boxed type variable with an
373 -- unboxed type: e.g.  (id 3#) is illegal
374   | tk1 == boxedTypeKind && tk2 == unboxedTypeKind
375   = tcAddErrCtxtM (unifyKindCtxt swapped tv1 ty2)       $
376     unifyMisMatch k1 k2
377   | otherwise
378   = returnTc ()
379   where
380     (k1,k2) | swapped   = (tk2,tk1)
381             | otherwise = (tk1,tk2)
382     tk1 = tyVarKind tv1
383     tk2 = typeKind ty2
384 \end{code}
385
386
387 %************************************************************************
388 %*                                                                      *
389 \subsection[Unify-fun]{@unifyFunTy@}
390 %*                                                                      *
391 %************************************************************************
392
393 @unifyFunTy@ is used to avoid the fruitless creation of type variables.
394
395 \begin{code}
396 unifyFunTy :: TcType                            -- Fail if ty isn't a function type
397            -> TcM (TcType, TcType)      -- otherwise return arg and result types
398
399 unifyFunTy ty@(TyVarTy tyvar)
400   = tcGetTyVar tyvar    `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
401     case maybe_ty of
402         Just ty' -> unifyFunTy ty'
403         other       -> unify_fun_ty_help ty
404
405 unifyFunTy ty
406   = case splitFunTy_maybe ty of
407         Just arg_and_res -> returnTc arg_and_res
408         Nothing          -> unify_fun_ty_help ty
409
410 unify_fun_ty_help ty    -- Special cases failed, so revert to ordinary unification
411   = newTyVarTy openTypeKind     `thenNF_Tc` \ arg ->
412     newTyVarTy openTypeKind     `thenNF_Tc` \ res ->
413     unifyTauTy ty (mkFunTy arg res)     `thenTc_`
414     returnTc (arg,res)
415 \end{code}
416
417 \begin{code}
418 unifyListTy :: TcType              -- expected list type
419             -> TcM TcType      -- list element type
420
421 unifyListTy ty@(TyVarTy tyvar)
422   = tcGetTyVar tyvar    `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
423     case maybe_ty of
424         Just ty' -> unifyListTy ty'
425         other       -> unify_list_ty_help ty
426
427 unifyListTy ty
428   = case splitTyConApp_maybe ty of
429         Just (tycon, [arg_ty]) | tycon == listTyCon -> returnTc arg_ty
430         other                                       -> unify_list_ty_help ty
431
432 unify_list_ty_help ty   -- Revert to ordinary unification
433   = newTyVarTy boxedTypeKind            `thenNF_Tc` \ elt_ty ->
434     unifyTauTy ty (mkListTy elt_ty)     `thenTc_`
435     returnTc elt_ty
436 \end{code}
437
438 \begin{code}
439 unifyTupleTy :: Boxity -> Arity -> TcType -> TcM [TcType]
440 unifyTupleTy boxity arity ty@(TyVarTy tyvar)
441   = tcGetTyVar tyvar    `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
442     case maybe_ty of
443         Just ty' -> unifyTupleTy boxity arity ty'
444         other    -> unify_tuple_ty_help boxity arity ty
445
446 unifyTupleTy boxity arity ty
447   = case splitTyConApp_maybe ty of
448         Just (tycon, arg_tys)
449                 |  isTupleTyCon tycon 
450                 && tyConArity tycon == arity
451                 && tupleTyConBoxity tycon == boxity
452                 -> returnTc arg_tys
453         other -> unify_tuple_ty_help boxity arity ty
454
455 unify_tuple_ty_help boxity arity ty
456   = newTyVarTys arity kind                              `thenNF_Tc` \ arg_tys ->
457     unifyTauTy ty (mkTupleTy boxity arity arg_tys)      `thenTc_`
458     returnTc arg_tys
459   where
460     kind | isBoxed boxity = boxedTypeKind
461          | otherwise      = openTypeKind
462 \end{code}
463
464
465 %************************************************************************
466 %*                                                                      *
467 \subsection[Unify-context]{Errors and contexts}
468 %*                                                                      *
469 %************************************************************************
470
471 Errors
472 ~~~~~~
473
474 \begin{code}
475 unifyCtxt s ty1 ty2 tidy_env    -- ty1 expected, ty2 inferred
476   = zonkTcType ty1      `thenNF_Tc` \ ty1' ->
477     zonkTcType ty2      `thenNF_Tc` \ ty2' ->
478     returnNF_Tc (err ty1' ty2')
479   where
480     err ty1 ty2 = (env1, 
481                    nest 4 
482                         (vcat [
483                            text "Expected" <+> text s <> colon <+> ppr tidy_ty1,
484                            text "Inferred" <+> text s <> colon <+> ppr tidy_ty2
485                         ]))
486                   where
487                     (env1, [tidy_ty1,tidy_ty2]) = tidyOpenTypes tidy_env [ty1,ty2]
488
489 unifyKindCtxt swapped tv1 ty2 tidy_env  -- not swapped => tv1 expected, ty2 inferred
490         -- tv1 is zonked already
491   = zonkTcType ty2      `thenNF_Tc` \ ty2' ->
492     returnNF_Tc (err ty2')
493   where
494     err ty2 = (env2, ptext SLIT("When matching types") <+> 
495                      sep [quotes pp_expected, ptext SLIT("and"), quotes pp_actual])
496             where
497               (pp_expected, pp_actual) | swapped   = (pp2, pp1)
498                                        | otherwise = (pp1, pp2)
499               (env1, tv1') = tidyTyVar tidy_env tv1
500               (env2, ty2') = tidyOpenType  env1 ty2
501               pp1 = ppr tv1'
502               pp2 = ppr ty2'
503
504 unifyMisMatch ty1 ty2
505   = zonkTcType ty1      `thenNF_Tc` \ ty1' ->
506     zonkTcType ty2      `thenNF_Tc` \ ty2' ->
507     let
508         (env, [tidy_ty1, tidy_ty2]) = tidyOpenTypes emptyTidyEnv [ty1',ty2']
509         msg = hang (ptext SLIT("Couldn't match"))
510                    4 (sep [quotes (ppr tidy_ty1), 
511                            ptext SLIT("against"), 
512                            quotes (ppr tidy_ty2)])
513     in
514     failWithTcM (env, msg)
515
516 unifyWithSigErr tyvar ty
517   = (env2, hang (ptext SLIT("Cannot unify the type-signature variable") <+> quotes (ppr tidy_tyvar))
518               4 (ptext SLIT("with the type") <+> quotes (ppr tidy_ty)))
519   where
520     (env1, tidy_tyvar) = tidyTyVar emptyTidyEnv tyvar
521     (env2, tidy_ty)    = tidyOpenType  env1     ty
522
523 unifyOccurCheck tyvar ty
524   = (env2, hang (ptext SLIT("Occurs check: cannot construct the infinite type:"))
525               4 (sep [ppr tidy_tyvar, char '=', ppr tidy_ty]))
526   where
527     (env1, tidy_tyvar) = tidyTyVar emptyTidyEnv tyvar
528     (env2, tidy_ty)    = tidyOpenType  env1     ty
529 \end{code}
530