[project @ 2002-12-12 13:42:46 by ross]
[haskell-directory.git] / GHC / IOBase.lhs
index 6ef6b06..54ec69f 100644 (file)
@@ -1,18 +1,24 @@
-% ------------------------------------------------------------------------------
-% $Id: IOBase.lhs,v 1.7 2002/03/14 12:09:50 simonmar Exp $
-% 
-% (c) The University of Glasgow, 1994-2001
-%
-
-% Definitions for the @IO@ monad and its friends.  Everything is exported
-% concretely; the @IO@ module itself exports abstractly.
-
 \begin{code}
 {-# OPTIONS -fno-implicit-prelude #-}
+-----------------------------------------------------------------------------
+-- |
+-- Module      :  GHC.IOBase
+-- Copyright   :  (c) The University of Glasgow 1994-2002
+-- License     :  see libraries/base/LICENSE
+-- 
+-- Maintainer  :  cvs-ghc@haskell.org
+-- Stability   :  internal
+-- Portability :  non-portable (GHC Extensions)
+--
+-- Definitions for the 'IO' monad and its friends.
+--
+-----------------------------------------------------------------------------
 
 module GHC.IOBase where
 
 import GHC.ST
+import GHC.Arr -- to derive Ix class
+import GHC.Enum -- to derive Enum class
 import GHC.STRef
 import GHC.Base
 import GHC.Num -- To get fromInteger etc, needed because of -fno-implicit-prelude
@@ -20,7 +26,10 @@ import Data.Maybe  ( Maybe(..) )
 import GHC.Show
 import GHC.List
 import GHC.Read
+
+#ifndef __HADDOCK__
 import {-# SOURCE #-} Data.Dynamic
+#endif
 
 -- ---------------------------------------------------------------------------
 -- The IO Monad
@@ -48,6 +57,19 @@ Libraries - parts of hslibs/lang.
 --SDM
 -}
 
+{-|
+A value of type @'IO' a@ is a computation which, when performed,
+does some I\/O before returning a value of type @a@.  
+
+There is really only one way to \"perform\" an I\/O action: bind it to
+@Main.main@ in your program.  When your program is run, the I\/O will
+be performed.  It isn't possible to perform I\/O from an arbitrary
+function, unless that function is itself in the 'IO' monad and called
+at some point, directly or indirectly, from @Main.main@.
+
+'IO' is a monad, so 'IO' actions can be combined using either the do-notation
+or the '>>' and '>>=' operations from the 'Monad' class.
+-}
 newtype IO a = IO (State# RealWorld -> (# State# RealWorld, a #))
 
 unIO :: IO a -> (State# RealWorld -> (# State# RealWorld, a #))
@@ -78,6 +100,12 @@ bindIO (IO m) k = IO ( \ s ->
     (# new_s, a #) -> unIO (k a) new_s
   )
 
+thenIO :: IO a -> IO b -> IO b
+thenIO (IO m) k = IO ( \ s ->
+  case m s of 
+    (# new_s, a #) -> unIO k new_s
+  )
+
 returnIO :: a -> IO a
 returnIO x = IO (\ s -> (# s, x #))
 
@@ -94,10 +122,68 @@ ioToST (IO m) = (ST m)
 -- ---------------------------------------------------------------------------
 -- Unsafe IO operations
 
+{-|
+This is the "back door" into the 'IO' monad, allowing
+'IO' computation to be performed at any time.  For
+this to be safe, the 'IO' computation should be
+free of side effects and independent of its environment.
+
+If the I\/O computation wrapped in 'unsafePerformIO'
+performs side effects, then the relative order in which those side
+effects take place (relative to the main I\/O trunk, or other calls to
+'unsafePerformIO') is indeterminate.  You have to be careful when 
+writing and compiling modules that use 'unsafePerformIO':
+
+  * Use @{\-\# NOINLINE foo \#-\}@ as a pragma on any function @foo@
+       that calls 'unsafePerformIO'.  If the call is inlined,
+       the I\/O may be performed more than once.
+
+  * Use the compiler flag @-fno-cse@ to prevent common sub-expression
+       elimination being performed on the module, which might combine
+       two side effects that were meant to be separate.  A good example
+       is using multiple global variables (like @test@ in the example below).
+
+  * Make sure that the either you switch off let-floating, or that the 
+       call to 'unsafePerformIO' cannot float outside a lambda.  For example, 
+       if you say:
+       @
+          f x = unsafePerformIO (newIORef [])
+       @
+       you may get only one reference cell shared between all calls to @f@.
+       Better would be
+       @
+          f x = unsafePerformIO (newIORef [x])
+       @
+       because now it can't float outside the lambda.
+
+It is less well known that
+'unsafePerformIO' is not type safe.  For example:
+
+>     test :: IORef [a]
+>     test = unsafePerformIO $ newIORef []
+>     
+>     main = do
+>            writeIORef test [42]
+>            bang \<- readIORef test
+>            print (bang :: [Char])
+
+This program will core dump.  This problem with polymorphic references
+is well known in the ML community, and does not arise with normal
+monadic use of references.  There is no easy way to make it impossible
+once you use 'unsafePerformIO'.  Indeed, it is
+possible to write @coerce :: a -> b@ with the
+help of 'unsafePerformIO'.  So be careful!
+-}
 {-# NOINLINE unsafePerformIO #-}
 unsafePerformIO        :: IO a -> a
 unsafePerformIO (IO m) = case m realWorld# of (# _, r #)   -> r
 
+{-|
+'unsafeInterleaveIO' allows 'IO' computation to be deferred lazily.
+When passed a value of type @IO a@, the 'IO' will only be performed
+when the value of the @a@ is demanded.  This is used to implement lazy
+file reading, see 'System.IO.hGetContents'.
+-}
 {-# NOINLINE unsafeInterleaveIO #-}
 unsafeInterleaveIO :: IO a -> IO a
 unsafeInterleaveIO (IO m)
@@ -110,6 +196,11 @@ unsafeInterleaveIO (IO m)
 -- Handle type
 
 data MVar a = MVar (MVar# RealWorld a)
+{- ^
+An 'MVar' (pronounced \"em-var\") is a synchronising variable, used
+for communication between concurrent threads.  It can be thought of
+as a a box, which may be empty or full.
+-}
 
 -- pull in Eq (Mvar a) too, to avoid GHC.Conc being an orphan-instance module
 instance Eq (MVar a) where
@@ -260,22 +351,22 @@ type FilePath = String
 -- effects. For output, items are written out from the internal
 -- buffer according to the buffer mode:
 --
--- * line-buffering  the entire output buffer is written
+-- o line-buffering  the entire output buffer is written
 --   out whenever a newline is output, the output buffer overflows, 
 --   a flush is issued, or the handle is closed.
 --
--- * block-buffering the entire output buffer is written out whenever 
+-- o block-buffering the entire output buffer is written out whenever 
 --   it overflows, a flush is issued, or the handle
 --   is closed.
 --
--- * no-buffering output is written immediately, and never stored
+-- o no-buffering output is written immediately, and never stored
 --   in the output buffer.
 --
 -- The output buffer is emptied as soon as it has been written out.
 
 -- Similarly, input occurs according to the buffer mode for handle {\em hdl}.
 
--- * line-buffering when the input buffer for the handle is not empty,
+-- o line-buffering when the input buffer for the handle is not empty,
 --   the next item is obtained from the buffer;
 --   otherwise, when the input buffer is empty,
 --   characters up to and including the next newline
@@ -283,10 +374,10 @@ type FilePath = String
 --   are available until the newline character is
 --   available.
 --
--- * block-buffering when the input buffer for the handle becomes empty,
+-- o block-buffering when the input buffer for the handle becomes empty,
 --   the next block of data is read into this buffer.
 --
--- * no-buffering the next input item is read and returned.
+-- o no-buffering the next input item is read and returned.
 
 -- For most implementations, physical files will normally be block-buffered 
 -- and terminals will normally be line-buffered. (the IO interface provides
@@ -299,14 +390,18 @@ data BufferMode
 -- ---------------------------------------------------------------------------
 -- IORefs
 
+-- |A mutable variable in the 'IO' monad
 newtype IORef a = IORef (STRef RealWorld a) deriving Eq
 
+-- |Build a new 'IORef'
 newIORef    :: a -> IO (IORef a)
 newIORef v = stToIO (newSTRef v) >>= \ var -> return (IORef var)
 
+-- |Read the value of an 'IORef'
 readIORef   :: IORef a -> IO a
 readIORef  (IORef var) = stToIO (readSTRef var)
 
+-- |Write a new value into an 'IORef'
 writeIORef  :: IORef a -> a -> IO ()
 writeIORef (IORef var) v = stToIO (writeSTRef var v)
 
@@ -372,24 +467,84 @@ showHandle p h duplex =
 -- ------------------------------------------------------------------------
 -- Exception datatype and operations
 
+-- |The type of exceptions.  Every kind of system-generated exception
+-- has a constructor in the 'Exception' type, and values of other
+-- types may be injected into 'Exception' by coercing them to
+-- 'Dynamic' (see the section on Dynamic Exceptions: "Control.Exception\#DynamicExceptions").
 data Exception
-  = IOException        IOException     -- IO exceptions
-  | ArithException     ArithException  -- Arithmetic exceptions
-  | ArrayException     ArrayException  -- Array-related exceptions
-  | ErrorCall          String          -- Calls to 'error'
-  | ExitException      ExitCode        -- Call to System.exitWith
-  | NoMethodError       String         -- A non-existent method was invoked
-  | PatternMatchFail   String          -- A pattern match / guard failure
-  | RecSelError                String          -- Selecting a non-existent field
-  | RecConError                String          -- Field missing in record construction
-  | RecUpdError                String          -- Record doesn't contain updated field
-  | AssertionFailed    String          -- Assertions
-  | DynException       Dynamic         -- Dynamic exceptions
-  | AsyncException     AsyncException  -- Externally generated errors
-  | BlockedOnDeadMVar                  -- Blocking on a dead MVar
-  | Deadlock                           -- no threads can run (raised in main thread)
+  = ArithException     ArithException
+       -- ^Exceptions raised by arithmetic
+       -- operations.  (NOTE: GHC currently does not throw
+       -- 'ArithException's except for 'DivideByZero').
+  | ArrayException     ArrayException
+       -- ^Exceptions raised by array-related
+       -- operations.  (NOTE: GHC currently does not throw
+       -- 'ArrayException's).
+  | AssertionFailed    String
+       -- ^This exception is thrown by the
+       -- 'assert' operation when the condition
+       -- fails.  The 'String' argument contains the
+       -- location of the assertion in the source program.
+  | AsyncException     AsyncException
+       -- ^Asynchronous exceptions (see section on Asynchronous Exceptions: "Control.Exception\#AsynchronousExceptions").
+  | BlockedOnDeadMVar
+       -- ^The current thread was executing a call to
+       -- 'takeMVar' that could never return, because there are no other
+       -- references to this 'MVar'.
+  | Deadlock
+       -- ^There are no runnable threads, so the program is
+       -- deadlocked.  The 'Deadlock' exception is
+       -- raised in the main thread only (see also: "Control.Concurrent").
+  | DynException       Dynamic
+       -- ^Dynamically typed exceptions (see section on Dynamic Exceptions: "Control.Exception\#DynamicExceptions").
+  | ErrorCall          String
+       -- ^The 'ErrorCall' exception is thrown by 'error'.  The 'String'
+       -- argument of 'ErrorCall' is the string passed to 'error' when it was
+       -- called.
+  | ExitException      ExitCode
+       -- ^The 'ExitException' exception is thrown by 'System.exitWith' (and
+       -- 'System.exitFailure').  The 'ExitCode' argument is the value passed 
+       -- to 'System.exitWith'.  An unhandled 'ExitException' exception in the
+       -- main thread will cause the program to be terminated with the given 
+       -- exit code.
+  | IOException        IOException
+       -- ^These are the standard IO exceptions generated by
+       -- Haskell\'s @IO@ operations.  See also "System.IO.Error".
+  | NoMethodError       String
+       -- ^An attempt was made to invoke a class method which has
+       -- no definition in this instance, and there was no default
+       -- definition given in the class declaration.  GHC issues a
+       -- warning when you compile an instance which has missing
+       -- methods.
   | NonTermination
-
+       -- ^The current thread is stuck in an infinite loop.  This
+       -- exception may or may not be thrown when the program is
+       -- non-terminating.
+  | PatternMatchFail   String
+       -- ^A pattern matching failure.  The 'String' argument should contain a
+       -- descriptive message including the function name, source file
+       -- and line number.
+  | RecConError                String
+       -- ^An attempt was made to evaluate a field of a record
+       -- for which no value was given at construction time.  The
+       -- 'String' argument gives the location of the
+       -- record construction in the source program.
+  | RecSelError                String
+       -- ^A field selection was attempted on a constructor that
+       -- doesn\'t have the requested field.  This can happen with
+       -- multi-constructor records when one or more fields are
+       -- missing from some of the constructors.  The
+       -- 'String' argument gives the location of the
+       -- record selection in the source program.
+  | RecUpdError                String
+       -- ^An attempt was made to update a field in a record,
+       -- where the record doesn\'t have the requested field.  This can
+       -- only occur with multi-constructor records, when one or more
+       -- fields are missing from some of the constructors.  The
+       -- 'String' argument gives the location of the
+       -- record update in the source program.
+
+-- |The type of arithmetic exceptions
 data ArithException
   = Overflow
   | Underflow
@@ -398,15 +553,38 @@ data ArithException
   | Denormal
   deriving (Eq, Ord)
 
+
+-- |Asynchronous exceptions
 data AsyncException
   = StackOverflow
+       -- ^The current thread\'s stack exceeded its limit.
+       -- Since an exception has been raised, the thread\'s stack
+       -- will certainly be below its limit again, but the
+       -- programmer should take remedial action
+       -- immediately.
   | HeapOverflow
+       -- ^The program\'s heap is reaching its limit, and
+       -- the program should take action to reduce the amount of
+       -- live data it has. Notes:
+       --
+       --      * It is undefined which thread receives this exception.
+       --
+       --      * GHC currently does not throw 'HeapOverflow' exceptions.
   | ThreadKilled
+       -- ^This exception is raised by another thread
+       -- calling 'killThread', or by the system
+       -- if it needs to terminate the thread for some
+       -- reason.
   deriving (Eq, Ord)
 
+-- | Exceptions generated by array operations
 data ArrayException
-  = IndexOutOfBounds   String          -- out-of-range array access
-  | UndefinedElement   String          -- evaluating an undefined element
+  = IndexOutOfBounds   String
+       -- ^An attempt was made to index an array outside
+       -- its declared bounds.
+  | UndefinedElement   String
+       -- ^An attempt was made to evaluate an element of an
+       -- array that had not been initialized.
   deriving (Eq, Ord)
 
 stackOverflow, heapOverflow :: Exception -- for the RTS
@@ -470,6 +648,7 @@ instance Eq Exception where
   BlockedOnDeadMVar   == BlockedOnDeadMVar   = True
   NonTermination      == NonTermination      = True
   Deadlock            == Deadlock            = True
+  _                   == _                   = False
 
 -- -----------------------------------------------------------------------------
 -- The ExitCode type
@@ -490,25 +669,46 @@ data ExitCode = ExitSuccess | ExitFailure Int
 -- --------------------------------------------------------------------------
 -- Primitive throw
 
+-- | Throw an exception.  Exceptions may be thrown from purely
+-- functional code, but may only be caught within the 'IO' monad.
 throw :: Exception -> a
 throw exception = raise# exception
 
-ioError         :: Exception -> IO a 
-ioError err    =  IO $ \s -> throw err s
+-- | A variant of 'throw' that can be used within the 'IO' monad.
+--
+-- Although 'throwIO' has a type that is an instance of the type of 'throw', the
+-- two functions are subtly different:
+--
+-- > throw e   `seq` return ()  ===> throw e
+-- > throwIO e `seq` return ()  ===> return ()
+--
+-- The first example will cause the exception @e@ to be raised,
+-- whereas the second one won\'t.  In fact, 'throwIO' will only cause
+-- an exception to be raised when it is used within the 'IO' monad.
+-- The 'throwIO' variant should be used in preference to 'throw' to
+-- raise an exception within the 'IO' monad because it guarantees
+-- ordering with respect to other 'IO' operations, whereas 'throw'
+-- does not.
+throwIO         :: Exception -> IO a 
+throwIO err    =  IO $ \s -> throw err s
 
 ioException    :: IOException -> IO a
 ioException err =  IO $ \s -> throw (IOException err) s
 
+ioError         :: IOError -> IO a 
+ioError                =  ioException
+
 -- ---------------------------------------------------------------------------
 -- IOError type
 
--- A value @IOError@ encode errors occurred in the @IO@ monad.
--- An @IOError@ records a more specific error type, a descriptive
+-- | The Haskell 98 type for exceptions in the @IO@ monad.
+-- In Haskell 98, this is an opaque type.
+type IOError = IOException
+
+-- |Exceptions that occur in the @IO@ monad.
+-- An @IOException@ records a more specific error type, a descriptive
 -- string and maybe the handle that was used when the error was
 -- flagged.
-
-type IOError = Exception
-
 data IOException
  = IOError {
      ioe_handle   :: Maybe Handle,   -- the handle used by the action flagging 
@@ -579,7 +779,7 @@ instance Show IOErrorType where
       DynIOError{}      -> "unknown IO error"
 
 userError       :: String  -> IOError
-userError str  =  IOException (IOError Nothing UserError "" str Nothing)
+userError str  =  IOError Nothing UserError "" str Nothing
 
 -- ---------------------------------------------------------------------------
 -- Showing IOErrors
@@ -599,4 +799,10 @@ instance Show IOException where
       (case fn of
         Nothing -> id
         Just name -> showString "\nFile: " . showString name)
+
+-- -----------------------------------------------------------------------------
+-- IOMode type
+
+data IOMode      =  ReadMode | WriteMode | AppendMode | ReadWriteMode
+                    deriving (Eq, Ord, Ix, Enum, Read, Show)
 \end{code}