[project @ 2001-02-15 17:33:53 by simonmar]
[ghc-hetmet.git] / ghc / docs / users_guide / glasgow_exts.sgml
index 2eaf540..bedbc08 100644 (file)
@@ -114,6 +114,20 @@ Details in <XRef LinkEnd="rewrite-rules">.
 </Para>
 </ListItem>
 </VarListEntry>
+
+<VarListEntry>
+<Term>Generic classes:</Term>
+<ListItem>
+<Para>
+Generic class declarations allow you to define a class
+whose methods say how to work over an arbitrary data type.
+Then it's really easy to make any new type into an instance of
+the class.  This generalises the rather ad-hoc "deriving" feature
+of Haskell 98.
+Details in <XRef LinkEnd="generic-classes">.
+</Para>
+</ListItem>
+</VarListEntry>
 </VariableList>
 </Para>
 
@@ -125,6 +139,144 @@ program), you may wish to check if there are libraries that provide a
 <xref linkend="book-hslibs">.
 </Para>
 
+  <sect1 id="options-language">
+    <title>Language options</title>
+
+    <indexterm><primary>language</primary><secondary>option</secondary>
+    </indexterm>
+    <indexterm><primary>options</primary><secondary>language</secondary>
+    </indexterm>
+    <indexterm><primary>extensions</primary><secondary>options controlling</secondary>
+    </indexterm>
+
+    <para> These flags control what variation of the language are
+    permitted.  Leaving out all of them gives you standard Haskell
+    98.</Para>
+
+    <variablelist>
+
+      <varlistentry>
+       <term><option>-fglasgow-exts</option>:</term>
+       <indexterm><primary><option>-fglasgow-exts</option></primary></indexterm>
+       <listitem>
+         <para>This simultaneously enables all of the extensions to
+          Haskell 98 described in <xref
+          linkend="ghc-language-features">, except where otherwise
+          noted. </para>
+       </listitem>
+      </varlistentry>
+
+      <varlistentry>
+       <term><option>-fno-monomorphism-restriction</option>:</term>
+       <indexterm><primary><option>-fno-monomorphism-restriction</option></primary></indexterm>
+       <listitem>
+         <para> Switch off the Haskell 98 monomorphism restriction.
+          Independent of the <Option>-fglasgow-exts</Option>
+          flag. </para>
+       </listitem>
+      </varlistentry>
+
+      <varlistentry>
+       <term><option>-fallow-overlapping-instances</option></term>
+       <term><option>-fallow-undecidable-instances</option></term>
+       <term><option>-fcontext-stack</option></term>
+       <indexterm><primary><option>-fallow-overlapping-instances</option></primary></indexterm>
+       <indexterm><primary><option>-fallow-undecidable-instances</option></primary></indexterm>
+       <indexterm><primary><option>-fcontext-stack</option></primary></indexterm>
+       <listitem>
+         <para> See <XRef LinkEnd="instance-decls">.  Only relevant
+          if you also use <option>-fglasgow-exts</option>.</para>
+       </listitem>
+      </varlistentry>
+
+      <varlistentry>
+       <term><option>-fignore-asserts</option>:</term>
+       <indexterm><primary><option>-fignore-asserts</option></primary></indexterm>
+       <listitem>
+         <para>See <XRef LinkEnd="sec-assertions">.  Only relevant if
+          you also use <option>-fglasgow-exts</option>.</Para>
+       </listitem>
+      </varlistentry>
+
+      <varlistentry>
+       <term><option>-finline-phase</option></term>
+       <indexterm><primary><option>-finline-phase</option></primary></indexterm>
+       <listitem>
+         <para>See <XRef LinkEnd="rewrite-rules">.  Only relevant if
+          you also use <Option>-fglasgow-exts</Option>.</para>
+       </listitem>
+      </varlistentry>
+
+      <varlistentry>
+       <term><option>-fgenerics</option></term>
+       <indexterm><primary><option>-fgenerics</option></primary></indexterm>
+       <listitem>
+         <para>See <XRef LinkEnd="generic-classes">.  Independent of
+          <Option>-fglasgow-exts</Option>.</para>
+       </listitem>
+      </varlistentry>
+
+       <varlistentry>
+         <term><option>-fno-implicit-prelude</option></term>
+         <listitem>
+           <para><indexterm><primary>-fno-implicit-prelude
+            option</primary></indexterm> GHC normally imports
+            <filename>Prelude.hi</filename> files for you.  If you'd
+            rather it didn't, then give it a
+            <option>-fno-implicit-prelude</option> option.  The idea
+            is that you can then import a Prelude of your own.  (But
+            don't call it <literal>Prelude</literal>; the Haskell
+            module namespace is flat, and you must not conflict with
+            any Prelude module.)</para>
+
+           <para>Even though you have not imported the Prelude, all
+            the built-in syntax still refers to the built-in Haskell
+            Prelude types and values, as specified by the Haskell
+            Report.  For example, the type <literal>[Int]</literal>
+            still means <literal>Prelude.[] Int</literal>; tuples
+            continue to refer to the standard Prelude tuples; the
+            translation for list comprehensions continues to use
+            <literal>Prelude.map</literal> etc.</para>
+
+           <para> With one group of exceptions!  You may want to
+            define your own numeric class hierarchy.  It completely
+            defeats that purpose if the literal "1" means
+            "<literal>Prelude.fromInteger 1</literal>", which is what
+            the Haskell Report specifies.  So the
+            <option>-fno-implicit-prelude</option> flag causes the
+            following pieces of built-in syntax to refer to whatever
+            is in scope, not the Prelude versions:</para>
+
+           <itemizedlist>
+             <listitem>
+               <para>Integer and fractional literals mean
+                "<literal>fromInteger 1</literal>" and
+                "<literal>fromRational 3.2</literal>", not the
+                Prelude-qualified versions; both in expressions and in
+                patterns.</para>
+             </listitem>
+
+             <listitem>
+               <para>Negation (e.g. "<literal>- (f x)</literal>")
+               means "<literal>negate (f x)</literal>" (not
+               <literal>Prelude.negate</literal>).</para>
+             </listitem>
+
+             <listitem>
+               <para>In an n+k pattern, the standard Prelude
+                <literal>Ord</literal> class is used for comparison,
+                but the necessary subtraction uses whatever
+                "<literal>(-)</literal>" is in scope (not
+                "<literal>Prelude.(-)</literal>").</para>
+             </listitem>
+           </itemizedlist>
+
+         </listitem>
+       </varlistentry>
+
+    </variablelist>
+  </sect1>
+
 <Sect1 id="primitives">
 <Title>Unboxed types and primitive operations
 </Title>
@@ -309,8 +461,8 @@ Note: we may relax some of these restrictions in the future.
 </Para>
 
 <Para>
-The <Literal>IO</Literal> and <Literal>ST</Literal> monads use unboxed tuples to avoid unnecessary
-allocation during sequences of operations.
+The <Literal>IO</Literal> and <Literal>ST</Literal> monads use unboxed
+tuples to avoid unnecessary allocation during sequences of operations.
 </Para>
 
 </Sect2>
@@ -318,16 +470,14 @@ allocation during sequences of operations.
 <Sect2>
 <Title>Character and numeric types</Title>
 
-<Para>
 <IndexTerm><Primary>character types, primitive</Primary></IndexTerm>
 <IndexTerm><Primary>numeric types, primitive</Primary></IndexTerm>
 <IndexTerm><Primary>integer types, primitive</Primary></IndexTerm>
 <IndexTerm><Primary>floating point types, primitive</Primary></IndexTerm>
+<Para>
 There are the following obvious primitive types:
 </Para>
 
-<Para>
-
 <ProgramListing>
 type Char#
 type Int#
@@ -347,7 +497,6 @@ type Word64#
 <IndexTerm><Primary><literal>Double&num;</literal></Primary></IndexTerm>
 <IndexTerm><Primary><literal>Int64&num;</literal></Primary></IndexTerm>
 <IndexTerm><Primary><literal>Word64&num;</literal></Primary></IndexTerm>
-</Para>
 
 <Para>
 If you really want to know their exact equivalents in C, see
@@ -364,8 +513,8 @@ Literals for these types may be written as follows:
 1#              an Int#
 1.2#            a Float#
 1.34##          a Double#
-'a'#            a Char#; for weird characters, use '\o&#60;octal&#62;'#
-"a"#            an Addr# (a `char *')
+'a'#            a Char#; for weird characters, use e.g. '\o&#60;octal&#62;'#
+"a"#            an Addr# (a `char *'); only characters '\0'..'\255' allowed
 </ProgramListing>
 
 <IndexTerm><Primary>literals, primitive</Primary></IndexTerm>
@@ -1883,7 +2032,7 @@ class like this:
 
 </Sect2>
 
-<Sect2>
+<Sect2 id="instance-decls">
 <Title>Instance declarations</Title>
 
 <Para>
@@ -2923,7 +3072,7 @@ use of <Function>assert</Function> in the user's source:
 
 <ProgramListing>
 kelvinToC :: Double -> Double
-kelvinToC k = assert (k &amp;gt;= 0.0) (k+273.15)
+kelvinToC k = assert (k &gt;= 0.0) (k+273.15)
 </ProgramListing>
 
 </Para>
@@ -3755,7 +3904,7 @@ to arbitrary expressions.  For example, this is <Emphasis>not</Emphasis> OK:
 "wrong2"   forall f.      f True = True
 </ProgramListing>
 
-In <Literal>"wrong1"</Literal>, the LHS is not an application; in <Literal>"wrong1"</Literal>, the LHS has a pattern variable
+In <Literal>"wrong1"</Literal>, the LHS is not an application; in <Literal>"wrong2"</Literal>, the LHS has a pattern variable
 in the head.
 </Para>
 </ListItem>
@@ -4220,6 +4369,256 @@ program even if fusion doesn't happen.  More rules in <Filename>PrelList.lhs</Fi
 
 </Sect1>
 
+<Sect1 id="generic-classes">
+<Title>Generic classes</Title>
+
+<Para>
+The ideas behind this extension are described in detail in "Derivable type classes",
+Ralf Hinze and Simon Peyton Jones, Haskell Workshop, Montreal Sept 2000, pp94-105.
+An example will give the idea:
+</Para>
+
+<ProgramListing>
+  import Generics
+
+  class Bin a where
+    toBin   :: a -> [Int]
+    fromBin :: [Int] -> (a, [Int])
+  
+    toBin {| Unit |}    Unit     = []
+    toBin {| a :+: b |} (Inl x)   = 0 : toBin x
+    toBin {| a :+: b |} (Inr y)   = 1 : toBin y
+    toBin {| a :*: b |} (x :*: y) = toBin x ++ toBin y
+  
+    fromBin {| Unit |}    bs      = (Unit, bs)
+    fromBin {| a :+: b |} (0:bs)  = (Inl x, bs')    where (x,bs') = fromBin bs
+    fromBin {| a :+: b |} (1:bs)  = (Inr y, bs')    where (y,bs') = fromBin bs
+    fromBin {| a :*: b |} bs     = (x :*: y, bs'') where (x,bs' ) = fromBin bs
+                                                         (y,bs'') = fromBin bs'
+</ProgramListing>
+<Para>
+This class declaration explains how <Literal>toBin</Literal> and <Literal>fromBin</Literal>
+work for arbitrary data types.  They do so by giving cases for unit, product, and sum,
+which are defined thus in the library module <Literal>Generics</Literal>:
+</Para>
+<ProgramListing>
+  data Unit    = Unit
+  data a :+: b = Inl a | Inr b
+  data a :*: b = a :*: b
+</ProgramListing>
+<Para>
+Now you can make a data type into an instance of Bin like this:
+<ProgramListing>
+  instance (Bin a, Bin b) => Bin (a,b)
+  instance Bin a => Bin [a]
+</ProgramListing>
+That is, just leave off the "where" clasuse.  Of course, you can put in the
+where clause and over-ride whichever methods you please.
+</Para>
+
+    <Sect2>
+      <Title> Using generics </Title>
+      <Para>To use generics you need to</para>
+      <ItemizedList>
+       <ListItem>
+         <Para>Use the <Option>-fgenerics</Option> flag.</Para>
+       </ListItem>
+       <ListItem>
+         <Para>Import the module <Literal>Generics</Literal> from the
+          <Literal>lang</Literal> package.  This import brings into
+          scope the data types <Literal>Unit</Literal>,
+          <Literal>:*:</Literal>, and <Literal>:+:</Literal>.  (You
+          don't need this import if you don't mention these types
+          explicitly; for example, if you are simply giving instance
+          declarations.)</Para>
+       </ListItem>
+      </ItemizedList>
+    </Sect2>
+
+<Sect2> <Title> Changes wrt the paper </Title>
+<Para>
+Note that the type constructors <Literal>:+:</Literal> and <Literal>:*:</Literal> 
+can be written infix (indeed, you can now use
+any operator starting in a colon as an infix type constructor).  Also note that
+the type constructors are not exactly as in the paper (Unit instead of 1, etc).
+Finally, note that the syntax of the type patterns in the class declaration
+uses "<Literal>{|</Literal>" and "<Literal>{|</Literal>" brackets; curly braces
+alone would ambiguous when they appear on right hand sides (an extension we 
+anticipate wanting).
+</Para>
+</Sect2>
+
+<Sect2> <Title>Terminology and restrictions</Title>
+<Para>
+Terminology.  A "generic default method" in a class declaration
+is one that is defined using type patterns as above.
+A "polymorphic default method" is a default method defined as in Haskell 98.
+A "generic class declaration" is a class declaration with at least one
+generic default method.
+</Para>
+
+<Para>
+Restrictions:
+<ItemizedList>
+<ListItem>
+<Para>
+Alas, we do not yet implement the stuff about constructor names and 
+field labels.
+</Para>
+</ListItem>
+
+<ListItem>
+<Para>
+A generic class can have only one parameter; you can't have a generic
+multi-parameter class.
+</Para>
+</ListItem>
+
+<ListItem>
+<Para>
+A default method must be defined entirely using type patterns, or entirely
+without.  So this is illegal:
+<ProgramListing>
+  class Foo a where
+    op :: a -> (a, Bool)
+    op {| Unit |} Unit = (Unit, True)
+    op x               = (x,    False)
+</ProgramListing>
+However it is perfectly OK for some methods of a generic class to have 
+generic default methods and others to have polymorphic default methods.
+</Para>
+</ListItem>
+
+<ListItem>
+<Para>
+The type variable(s) in the type pattern for a generic method declaration
+scope over the right hand side.  So this is legal (note the use of the type variable ``p'' in a type signature on the right hand side:
+<ProgramListing>
+  class Foo a where
+    op :: a -> Bool
+    op {| p :*: q |} (x :*: y) = op (x :: p)
+    ...
+</ProgramListing>
+</Para>
+</ListItem>
+
+<ListItem>
+<Para>
+The type patterns in a generic default method must take one of the forms:
+<ProgramListing>
+       a :+: b
+       a :*: b
+       Unit
+</ProgramListing>
+where "a" and "b" are type variables.  Furthermore, all the type patterns for
+a single type constructor (<Literal>:*:</Literal>, say) must be identical; they
+must use the same type variables.  So this is illegal:
+<ProgramListing>
+  class Foo a where
+    op :: a -> Bool
+    op {| a :+: b |} (Inl x) = True
+    op {| p :+: q |} (Inr y) = False
+</ProgramListing>
+The type patterns must be identical, even in equations for different methods of the class.
+So this too is illegal:
+<ProgramListing>
+  class Foo a where
+    op1 :: a -> Bool
+    op {| a :*: b |} (Inl x) = True
+
+    op2 :: a -> Bool
+    op {| p :*: q |} (Inr y) = False
+</ProgramListing>
+(The reason for this restriction is that we gather all the equations for a particular type consructor
+into a single generic instance declaration.)
+</Para>
+</ListItem>
+
+<ListItem>
+<Para>
+A generic method declaration must give a case for each of the three type constructors.
+</Para>
+</ListItem>
+
+<ListItem>
+<Para>
+The type for a generic method can be built only from:
+  <ItemizedList>
+  <ListItem> <Para> Function arrows </Para> </ListItem>
+  <ListItem> <Para> Type variables </Para> </ListItem>
+  <ListItem> <Para> Tuples </Para> </ListItem>
+  <ListItem> <Para> Arbitrary types not involving type variables </Para> </ListItem>
+  </ItemizedList>
+Here are some example type signatures for generic methods:
+<ProgramListing>
+    op1 :: a -> Bool
+    op2 :: Bool -> (a,Bool)
+    op3 :: [Int] -> a -> a
+    op4 :: [a] -> Bool
+</ProgramListing>
+Here, op1, op2, op3 are OK, but op4 is rejected, because it has a type variable
+inside a list.  
+</Para>
+<Para>
+This restriction is an implementation restriction: we just havn't got around to
+implementing the necessary bidirectional maps over arbitrary type constructors.
+It would be relatively easy to add specific type constructors, such as Maybe and list,
+to the ones that are allowed.</para>
+</ListItem>
+
+<ListItem>
+<Para>
+In an instance declaration for a generic class, the idea is that the compiler
+will fill in the methods for you, based on the generic templates.  However it can only
+do so if
+  <ItemizedList>
+  <ListItem>
+  <Para>
+  The instance type is simple (a type constructor applied to type variables, as in Haskell 98).
+  </Para>
+  </ListItem>
+  <ListItem>
+  <Para>
+  No constructor of the instance type has unboxed fields.
+  </Para>
+  </ListItem>
+  </ItemizedList>
+(Of course, these things can only arise if you are already using GHC extensions.)
+However, you can still give an instance declarations for types which break these rules,
+provided you give explicit code to override any generic default methods.
+</Para>
+</ListItem>
+
+</ItemizedList>
+</Para>
+
+<Para>
+The option <Option>-ddump-deriv</Option> dumps incomprehensible stuff giving details of 
+what the compiler does with generic declarations.
+</Para>
+
+</Sect2>
+
+<Sect2> <Title> Another example </Title>
+<Para>
+Just to finish with, here's another example I rather like:
+<ProgramListing>
+  class Tag a where
+    nCons :: a -> Int
+    nCons {| Unit |}    _ = 1
+    nCons {| a :*: b |} _ = 1
+    nCons {| a :+: b |} _ = nCons (bot::a) + nCons (bot::b)
+  
+    tag :: a -> Int
+    tag {| Unit |}    _       = 1
+    tag {| a :*: b |} _       = 1   
+    tag {| a :+: b |} (Inl x) = tag x
+    tag {| a :+: b |} (Inr y) = nCons (bot::a) + tag y
+</ProgramListing>
+</Para>
+</Sect2>
+</Sect1>
+
 <!-- Emacs stuff:
      ;;; Local Variables: ***
      ;;; mode: sgml ***