a71da2e711bbab05d6665b11e399575a05c02180
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcBinds.lhs
1 %
2 % (c) The University of Glasgow 2006
3 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
4 %
5 \section[TcBinds]{TcBinds}
6
7 \begin{code}
8 module TcBinds ( tcLocalBinds, tcTopBinds, 
9                  tcHsBootSigs, tcMonoBinds, tcPolyBinds,
10                  TcPragFun, tcSpecPrag, tcPrags, mkPragFun, 
11                  TcSigInfo(..), TcSigFun, mkTcSigFun,
12                  badBootDeclErr ) where
13
14 import {-# SOURCE #-} TcMatches ( tcGRHSsPat, tcMatchesFun )
15 import {-# SOURCE #-} TcExpr  ( tcMonoExpr )
16
17 import DynFlags
18 import HsSyn
19
20 import TcRnMonad
21 import Inst
22 import TcEnv
23 import TcUnify
24 import TcSimplify
25 import TcHsType
26 import TcPat
27 import TcMType
28 import TcType
29 import Coercion
30 import VarEnv
31 import TysPrim
32 import Id
33 import Var
34 import Name
35 import NameSet
36 import NameEnv
37 import VarSet
38 import SrcLoc
39 import Bag
40 import ErrUtils
41 import Digraph
42 import Maybes
43 import Util
44 import BasicTypes
45 import Outputable
46 import FastString
47
48 import Control.Monad
49 \end{code}
50
51
52 %************************************************************************
53 %*                                                                      *
54 \subsection{Type-checking bindings}
55 %*                                                                      *
56 %************************************************************************
57
58 @tcBindsAndThen@ typechecks a @HsBinds@.  The "and then" part is because
59 it needs to know something about the {\em usage} of the things bound,
60 so that it can create specialisations of them.  So @tcBindsAndThen@
61 takes a function which, given an extended environment, E, typechecks
62 the scope of the bindings returning a typechecked thing and (most
63 important) an LIE.  It is this LIE which is then used as the basis for
64 specialising the things bound.
65
66 @tcBindsAndThen@ also takes a "combiner" which glues together the
67 bindings and the "thing" to make a new "thing".
68
69 The real work is done by @tcBindWithSigsAndThen@.
70
71 Recursive and non-recursive binds are handled in essentially the same
72 way: because of uniques there are no scoping issues left.  The only
73 difference is that non-recursive bindings can bind primitive values.
74
75 Even for non-recursive binding groups we add typings for each binder
76 to the LVE for the following reason.  When each individual binding is
77 checked the type of its LHS is unified with that of its RHS; and
78 type-checking the LHS of course requires that the binder is in scope.
79
80 At the top-level the LIE is sure to contain nothing but constant
81 dictionaries, which we resolve at the module level.
82
83 \begin{code}
84 tcTopBinds :: HsValBinds Name -> TcM (LHsBinds TcId, TcLclEnv)
85         -- Note: returning the TcLclEnv is more than we really
86         --       want.  The bit we care about is the local bindings
87         --       and the free type variables thereof
88 tcTopBinds binds
89   = do  { (ValBindsOut prs _, env) <- tcValBinds TopLevel binds getLclEnv
90         ; return (foldr (unionBags . snd) emptyBag prs, env) }
91         -- The top level bindings are flattened into a giant 
92         -- implicitly-mutually-recursive LHsBinds
93
94 tcHsBootSigs :: HsValBinds Name -> TcM [Id]
95 -- A hs-boot file has only one BindGroup, and it only has type
96 -- signatures in it.  The renamer checked all this
97 tcHsBootSigs (ValBindsOut binds sigs)
98   = do  { checkTc (null binds) badBootDeclErr
99         ; mapM (addLocM tc_boot_sig) (filter isTypeLSig sigs) }
100   where
101     tc_boot_sig (TypeSig (L _ name) ty)
102       = do { sigma_ty <- tcHsSigType (FunSigCtxt name) ty
103            ; return (mkVanillaGlobal name sigma_ty) }
104         -- Notice that we make GlobalIds, not LocalIds
105     tc_boot_sig s = pprPanic "tcHsBootSigs/tc_boot_sig" (ppr s)
106 tcHsBootSigs groups = pprPanic "tcHsBootSigs" (ppr groups)
107
108 badBootDeclErr :: Message
109 badBootDeclErr = ptext (sLit "Illegal declarations in an hs-boot file")
110
111 ------------------------
112 tcLocalBinds :: HsLocalBinds Name -> TcM thing
113              -> TcM (HsLocalBinds TcId, thing)
114
115 tcLocalBinds EmptyLocalBinds thing_inside 
116   = do  { thing <- thing_inside
117         ; return (EmptyLocalBinds, thing) }
118
119 tcLocalBinds (HsValBinds binds) thing_inside
120   = do  { (binds', thing) <- tcValBinds NotTopLevel binds thing_inside
121         ; return (HsValBinds binds', thing) }
122
123 tcLocalBinds (HsIPBinds (IPBinds ip_binds _)) thing_inside
124   = do  { (thing, lie) <- getLIE thing_inside
125         ; (avail_ips, ip_binds') <- mapAndUnzipM (wrapLocSndM tc_ip_bind) ip_binds
126
127         -- If the binding binds ?x = E, we  must now 
128         -- discharge any ?x constraints in expr_lie
129         ; dict_binds <- tcSimplifyIPs avail_ips lie
130         ; return (HsIPBinds (IPBinds ip_binds' dict_binds), thing) }
131   where
132         -- I wonder if we should do these one at at time
133         -- Consider     ?x = 4
134         --              ?y = ?x + 1
135     tc_ip_bind (IPBind ip expr) = do
136         ty <- newFlexiTyVarTy argTypeKind
137         (ip', ip_inst) <- newIPDict (IPBindOrigin ip) ip ty
138         expr' <- tcMonoExpr expr ty
139         return (ip_inst, (IPBind ip' expr'))
140
141 ------------------------
142 tcValBinds :: TopLevelFlag 
143            -> HsValBinds Name -> TcM thing
144            -> TcM (HsValBinds TcId, thing) 
145
146 tcValBinds _ (ValBindsIn binds _) _
147   = pprPanic "tcValBinds" (ppr binds)
148
149 tcValBinds top_lvl (ValBindsOut binds sigs) thing_inside
150   = do  {       -- Typecheck the signature
151         ; let { prag_fn = mkPragFun sigs
152               ; ty_sigs = filter isTypeLSig sigs
153               ; sig_fn  = mkTcSigFun ty_sigs }
154
155         ; poly_ids <- checkNoErrs (mapAndRecoverM tcTySig ty_sigs)
156                 -- No recovery from bad signatures, because the type sigs
157                 -- may bind type variables, so proceeding without them
158                 -- can lead to a cascade of errors
159                 -- ToDo: this means we fall over immediately if any type sig
160                 -- is wrong, which is over-conservative, see Trac bug #745
161
162                 -- Extend the envt right away with all 
163                 -- the Ids declared with type signatures
164         ; poly_rec <- doptM Opt_RelaxedPolyRec
165         ; (binds', thing) <- tcExtendIdEnv poly_ids $
166                              tcBindGroups poly_rec top_lvl sig_fn prag_fn 
167                                           binds thing_inside
168
169         ; return (ValBindsOut binds' sigs, thing) }
170
171 ------------------------
172 tcBindGroups :: Bool -> TopLevelFlag -> TcSigFun -> TcPragFun
173              -> [(RecFlag, LHsBinds Name)] -> TcM thing
174              -> TcM ([(RecFlag, LHsBinds TcId)], thing)
175 -- Typecheck a whole lot of value bindings,
176 -- one strongly-connected component at a time
177 -- Here a "strongly connected component" has the strightforward
178 -- meaning of a group of bindings that mention each other, 
179 -- ignoring type signatures (that part comes later)
180
181 tcBindGroups _ _ _ _ [] thing_inside
182   = do  { thing <- thing_inside
183         ; return ([], thing) }
184
185 tcBindGroups poly_rec top_lvl sig_fn prag_fn (group : groups) thing_inside
186   = do  { (group', (groups', thing))
187                 <- tc_group poly_rec top_lvl sig_fn prag_fn group $ 
188                    tcBindGroups poly_rec top_lvl sig_fn prag_fn groups thing_inside
189         ; return (group' ++ groups', thing) }
190
191 ------------------------
192 tc_group :: Bool -> TopLevelFlag -> TcSigFun -> TcPragFun
193          -> (RecFlag, LHsBinds Name) -> TcM thing
194          -> TcM ([(RecFlag, LHsBinds TcId)], thing)
195
196 -- Typecheck one strongly-connected component of the original program.
197 -- We get a list of groups back, because there may 
198 -- be specialisations etc as well
199
200 tc_group _ top_lvl sig_fn prag_fn (NonRecursive, binds) thing_inside
201         -- A single non-recursive binding
202         -- We want to keep non-recursive things non-recursive
203         -- so that we desugar unlifted bindings correctly
204  =  do  { (binds1, lie_binds, thing) <- tc_haskell98 top_lvl sig_fn prag_fn 
205                                                      NonRecursive binds thing_inside
206         ; return ( [(NonRecursive, unitBag b) | b <- bagToList binds1]
207                      ++ [(Recursive, lie_binds)]  -- TcDictBinds have scrambled dependency order
208                  , thing) }
209
210 tc_group poly_rec top_lvl sig_fn prag_fn (Recursive, binds) thing_inside
211   | not poly_rec        -- Recursive group, normal Haskell 98 route
212   = do  { (binds1, lie_binds, thing) <- tc_haskell98 top_lvl sig_fn prag_fn 
213                                                      Recursive binds thing_inside
214         ; return ([(Recursive, binds1 `unionBags` lie_binds)], thing) }
215
216   | otherwise           -- Recursive group, with -XRelaxedPolyRec
217   =     -- To maximise polymorphism (with -XRelaxedPolyRec), we do a new 
218         -- strongly-connected-component analysis, this time omitting 
219         -- any references to variables with type signatures.
220         --
221         -- Notice that the bindInsts thing covers *all* the bindings in
222         -- the original group at once; an earlier one may use a later one!
223     do  { traceTc (text "tc_group rec" <+> pprLHsBinds binds)
224         ; (binds1,lie_binds,thing) <- bindLocalInsts top_lvl $
225                             go (stronglyConnCompFromEdgedVertices (mkEdges sig_fn binds))
226         ; return ([(Recursive, binds1 `unionBags` lie_binds)], thing) }
227                 -- Rec them all together
228   where
229 --  go :: SCC (LHsBind Name) -> TcM (LHsBinds TcId, [TcId], thing)
230     go (scc:sccs) = do  { (binds1, ids1) <- tc_scc scc
231                         ; (binds2, ids2, thing) <- tcExtendIdEnv ids1 $ go sccs
232                         ; return (binds1 `unionBags` binds2, ids1 ++ ids2, thing) }
233     go []         = do  { thing <- thing_inside; return (emptyBag, [], thing) }
234
235     tc_scc (AcyclicSCC bind) = tc_sub_group NonRecursive (unitBag bind)
236     tc_scc (CyclicSCC binds) = tc_sub_group Recursive    (listToBag binds)
237
238     tc_sub_group = tcPolyBinds top_lvl sig_fn prag_fn Recursive
239
240 tc_haskell98 :: TopLevelFlag -> TcSigFun -> TcPragFun -> RecFlag
241              -> LHsBinds Name -> TcM a -> TcM (LHsBinds TcId, TcDictBinds, a)
242 tc_haskell98 top_lvl sig_fn prag_fn rec_flag binds thing_inside
243   = bindLocalInsts top_lvl $ 
244     do { (binds1, ids) <- tcPolyBinds top_lvl sig_fn prag_fn rec_flag rec_flag binds
245        ; thing <- tcExtendIdEnv ids thing_inside
246        ; return (binds1, ids, thing) }
247
248 ------------------------
249 bindLocalInsts :: TopLevelFlag
250                -> TcM (LHsBinds TcId, [TcId],      a)
251                -> TcM (LHsBinds TcId, TcDictBinds, a)
252 bindLocalInsts top_lvl thing_inside
253   | isTopLevel top_lvl
254   = do { (binds, _, thing) <- thing_inside; return (binds, emptyBag, thing) }
255         -- For the top level don't bother with all this bindInstsOfLocalFuns stuff. 
256         -- All the top level things are rec'd together anyway, so it's fine to
257         -- leave them to the tcSimplifyTop, and quite a bit faster too
258
259   | otherwise   -- Nested case
260   = do  { ((binds, ids, thing), lie) <- getLIE thing_inside
261         ; lie_binds <- bindInstsOfLocalFuns lie ids
262         ; return (binds, lie_binds, thing) }
263
264 ------------------------
265 mkEdges :: TcSigFun -> LHsBinds Name
266         -> [(LHsBind Name, BKey, [BKey])]
267
268 type BKey  = Int -- Just number off the bindings
269
270 mkEdges sig_fn binds
271   = [ (bind, key, [key | n <- nameSetToList (bind_fvs (unLoc bind)),
272                          Just key <- [lookupNameEnv key_map n], no_sig n ])
273     | (bind, key) <- keyd_binds
274     ]
275   where
276     no_sig :: Name -> Bool
277     no_sig n = isNothing (sig_fn n)
278
279     keyd_binds = bagToList binds `zip` [0::BKey ..]
280
281     key_map :: NameEnv BKey     -- Which binding it comes from
282     key_map = mkNameEnv [(bndr, key) | (L _ bind, key) <- keyd_binds
283                                      , bndr <- bindersOfHsBind bind ]
284
285 bindersOfHsBind :: HsBind Name -> [Name]
286 bindersOfHsBind (PatBind { pat_lhs = pat })  = collectPatBinders pat
287 bindersOfHsBind (FunBind { fun_id = L _ f }) = [f]
288 bindersOfHsBind (AbsBinds {})                = panic "bindersOfHsBind AbsBinds"
289 bindersOfHsBind (VarBind {})                 = panic "bindersOfHsBind VarBind"
290
291 ------------------------
292 tcPolyBinds :: TopLevelFlag -> TcSigFun -> TcPragFun
293             -> RecFlag                  -- Whether the group is really recursive
294             -> RecFlag                  -- Whether it's recursive after breaking
295                                         -- dependencies based on type signatures
296             -> LHsBinds Name
297             -> TcM (LHsBinds TcId, [TcId])
298
299 -- Typechecks a single bunch of bindings all together, 
300 -- and generalises them.  The bunch may be only part of a recursive
301 -- group, because we use type signatures to maximise polymorphism
302 --
303 -- Returns a list because the input may be a single non-recursive binding,
304 -- in which case the dependency order of the resulting bindings is
305 -- important.  
306 -- 
307 -- Knows nothing about the scope of the bindings
308
309 tcPolyBinds top_lvl sig_fn prag_fn rec_group rec_tc binds
310   = let 
311         bind_list    = bagToList binds
312         binder_names = collectHsBindBinders binds
313         loc          = getLoc (head bind_list)
314                 -- TODO: location a bit awkward, but the mbinds have been
315                 --       dependency analysed and may no longer be adjacent
316     in
317         -- SET UP THE MAIN RECOVERY; take advantage of any type sigs
318     setSrcSpan loc                              $
319     recoverM (recoveryCode binder_names sig_fn) $ do 
320
321   { traceTc (ptext (sLit "------------------------------------------------"))
322   ; traceTc (ptext (sLit "Bindings for") <+> ppr binder_names)
323
324         -- TYPECHECK THE BINDINGS
325   ; ((binds', mono_bind_infos), lie_req) 
326         <- getLIE (tcMonoBinds bind_list sig_fn rec_tc)
327   ; traceTc (text "temp" <+> (ppr binds' $$ ppr lie_req))
328
329         -- CHECK FOR UNLIFTED BINDINGS
330         -- These must be non-recursive etc, and are not generalised
331         -- They desugar to a case expression in the end
332   ; zonked_mono_tys <- zonkTcTypes (map getMonoType mono_bind_infos)
333   ; is_strict <- checkStrictBinds top_lvl rec_group binds' 
334                                   zonked_mono_tys mono_bind_infos
335   ; if is_strict then
336     do  { extendLIEs lie_req
337         ; let exports = zipWith mk_export mono_bind_infos zonked_mono_tys
338               mk_export (name, Nothing,  mono_id) mono_ty = ([], mkLocalId name mono_ty, mono_id, [])
339               mk_export (_,    Just sig, mono_id) _       = ([], sig_id sig,             mono_id, [])
340                         -- ToDo: prags for unlifted bindings
341
342         ; return ( unitBag $ L loc $ AbsBinds [] [] exports binds',
343                    [poly_id | (_, poly_id, _, _) <- exports]) } -- Guaranteed zonked
344
345     else do     -- The normal lifted case: GENERALISE
346   { dflags <- getDOpts 
347   ; (tyvars_to_gen, dicts, dict_binds)
348         <- addErrCtxt (genCtxt (bndrNames mono_bind_infos)) $
349            generalise dflags top_lvl bind_list sig_fn mono_bind_infos lie_req
350
351         -- BUILD THE POLYMORPHIC RESULT IDs
352   ; let dict_vars = map instToVar dicts -- May include equality constraints
353   ; exports <- mapM (mkExport top_lvl prag_fn tyvars_to_gen (map varType dict_vars))
354                     mono_bind_infos
355
356   ; let poly_ids = [poly_id | (_, poly_id, _, _) <- exports]
357   ; traceTc (text "binding:" <+> ppr (poly_ids `zip` map idType poly_ids))
358
359   ; let abs_bind = L loc $ AbsBinds tyvars_to_gen
360                                     dict_vars exports
361                                     (dict_binds `unionBags` binds')
362
363   ; return (unitBag abs_bind, poly_ids)       -- poly_ids are guaranteed zonked by mkExport
364   } }
365
366
367 --------------
368 mkExport :: TopLevelFlag -> TcPragFun -> [TyVar] -> [TcType]
369          -> MonoBindInfo
370          -> TcM ([TyVar], Id, Id, [LPrag])
371 -- mkExport generates exports with 
372 --      zonked type variables, 
373 --      zonked poly_ids
374 -- The former is just because no further unifications will change
375 -- the quantified type variables, so we can fix their final form
376 -- right now.
377 -- The latter is needed because the poly_ids are used to extend the
378 -- type environment; see the invariant on TcEnv.tcExtendIdEnv 
379
380 -- Pre-condition: the inferred_tvs are already zonked
381
382 mkExport top_lvl prag_fn inferred_tvs dict_tys (poly_name, mb_sig, mono_id)
383   = do  { warn_missing_sigs <- doptM Opt_WarnMissingSigs
384         ; let warn = isTopLevel top_lvl && warn_missing_sigs
385         ; (tvs, poly_id) <- mk_poly_id warn mb_sig
386                 -- poly_id has a zonked type
387
388         ; prags <- tcPrags poly_id (prag_fn poly_name)
389                 -- tcPrags requires a zonked poly_id
390
391         ; return (tvs, poly_id, mono_id, prags) }
392   where
393     poly_ty = mkForAllTys inferred_tvs (mkFunTys dict_tys (idType mono_id))
394
395     mk_poly_id warn Nothing    = do { poly_ty' <- zonkTcType poly_ty
396                                     ; missingSigWarn warn poly_name poly_ty'
397                                     ; return (inferred_tvs, mkLocalId poly_name poly_ty') }
398     mk_poly_id _    (Just sig) = do { tvs <- mapM zonk_tv (sig_tvs sig)
399                                     ; return (tvs,  sig_id sig) }
400
401     zonk_tv tv = do { ty <- zonkTcTyVar tv; return (tcGetTyVar "mkExport" ty) }
402
403 ------------------------
404 type TcPragFun = Name -> [LSig Name]
405
406 mkPragFun :: [LSig Name] -> TcPragFun
407 mkPragFun sigs = \n -> lookupNameEnv env n `orElse` []
408         where
409           prs = [(expectJust "mkPragFun" (sigName sig), sig) 
410                 | sig <- sigs, isPragLSig sig]
411           env = foldl add emptyNameEnv prs
412           add env (n,p) = extendNameEnv_Acc (:) singleton env n p
413
414 tcPrags :: Id -> [LSig Name] -> TcM [LPrag]
415 tcPrags poly_id prags = mapM (wrapLocM tc_prag) prags
416   where
417     tc_prag prag = addErrCtxt (pragSigCtxt prag) $ 
418                    tcPrag poly_id prag
419
420 pragSigCtxt :: Sig Name -> SDoc
421 pragSigCtxt prag = hang (ptext (sLit "In the pragma")) 2 (ppr prag)
422
423 tcPrag :: TcId -> Sig Name -> TcM Prag
424 -- Pre-condition: the poly_id is zonked
425 -- Reason: required by tcSubExp
426 tcPrag poly_id (SpecSig _ hs_ty inl) = tcSpecPrag poly_id hs_ty inl
427 tcPrag poly_id (SpecInstSig hs_ty)   = tcSpecPrag poly_id hs_ty defaultInlineSpec
428 tcPrag _       (InlineSig _ inl)     = return (InlinePrag inl)
429 tcPrag _       sig                   = pprPanic "tcPrag" (ppr sig)
430
431
432 tcSpecPrag :: TcId -> LHsType Name -> InlineSpec -> TcM Prag
433 tcSpecPrag poly_id hs_ty inl
434   = do  { let name = idName poly_id
435         ; spec_ty <- tcHsSigType (FunSigCtxt name) hs_ty
436         ; co_fn <- tcSubExp (SpecPragOrigin name) (idType poly_id) spec_ty
437         ; return (SpecPrag (mkHsWrap co_fn (HsVar poly_id)) spec_ty inl) }
438         -- Most of the work of specialisation is done by 
439         -- the desugarer, guided by the SpecPrag
440   
441 --------------
442 -- If typechecking the binds fails, then return with each
443 -- signature-less binder given type (forall a.a), to minimise 
444 -- subsequent error messages
445 recoveryCode :: [Name] -> (Name -> Maybe [Name])
446              -> TcM (LHsBinds TcId, [Id])
447 recoveryCode binder_names sig_fn
448   = do  { traceTc (text "tcBindsWithSigs: error recovery" <+> ppr binder_names)
449         ; poly_ids <- mapM mk_dummy binder_names
450         ; return (emptyBag, poly_ids) }
451   where
452     mk_dummy name 
453         | isJust (sig_fn name) = tcLookupId name        -- Had signature; look it up
454         | otherwise            = return (mkLocalId name forall_a_a)    -- No signature
455
456 forall_a_a :: TcType
457 forall_a_a = mkForAllTy alphaTyVar (mkTyVarTy alphaTyVar)
458
459
460 -- Check that non-overloaded unlifted bindings are
461 --      a) non-recursive,
462 --      b) not top level, 
463 --      c) not a multiple-binding group (more or less implied by (a))
464
465 checkStrictBinds :: TopLevelFlag -> RecFlag
466                  -> LHsBinds TcId -> [TcType] -> [MonoBindInfo]
467                  -> TcM Bool
468 checkStrictBinds top_lvl rec_group mbind mono_tys infos
469   | unlifted || bang_pat
470   = do  { checkTc (isNotTopLevel top_lvl)
471                   (strictBindErr "Top-level" unlifted mbind)
472         ; checkTc (isNonRec rec_group)
473                   (strictBindErr "Recursive" unlifted mbind)
474         ; checkTc (isSingletonBag mbind)
475                   (strictBindErr "Multiple" unlifted mbind) 
476         -- This should be a checkTc, not a warnTc, but as of GHC 6.11
477         -- the versions of alex and happy available have non-conforming
478         -- templates, so the GHC build fails if it's an error:
479         ; warnUnlifted <- doptM Opt_WarnLazyUnliftedBindings
480         ; warnTc (warnUnlifted && not bang_pat)
481                  (unliftedMustBeBang mbind)
482         ; mapM_ check_sig infos
483         ; return True }
484   | otherwise
485   = return False
486   where
487     unlifted = any isUnLiftedType mono_tys
488     bang_pat = anyBag (isBangHsBind . unLoc) mbind
489     check_sig (_, Just sig, _) = checkTc (null (sig_tvs sig) && null (sig_theta sig))
490                                          (badStrictSig unlifted sig)
491     check_sig _                = return ()
492
493 unliftedMustBeBang :: LHsBindsLR Var Var -> SDoc
494 unliftedMustBeBang mbind
495   = hang (text "Bindings containing unlifted types must use an outermost bang pattern:")
496          4 (pprLHsBinds mbind)
497  $$ text "*** This will be an error in GHC 6.14! Fix your code now!"
498
499 strictBindErr :: String -> Bool -> LHsBindsLR Var Var -> SDoc
500 strictBindErr flavour unlifted mbind
501   = hang (text flavour <+> msg <+> ptext (sLit "aren't allowed:")) 
502          4 (pprLHsBinds mbind)
503   where
504     msg | unlifted  = ptext (sLit "bindings for unlifted types")
505         | otherwise = ptext (sLit "bang-pattern bindings")
506
507 badStrictSig :: Bool -> TcSigInfo -> SDoc
508 badStrictSig unlifted sig
509   = hang (ptext (sLit "Illegal polymorphic signature in") <+> msg)
510          4 (ppr sig)
511   where
512     msg | unlifted  = ptext (sLit "an unlifted binding")
513         | otherwise = ptext (sLit "a bang-pattern binding")
514 \end{code}
515
516
517 %************************************************************************
518 %*                                                                      *
519 \subsection{tcMonoBind}
520 %*                                                                      *
521 %************************************************************************
522
523 @tcMonoBinds@ deals with a perhaps-recursive group of HsBinds.
524 The signatures have been dealt with already.
525
526 \begin{code}
527 tcMonoBinds :: [LHsBind Name]
528             -> TcSigFun
529             -> RecFlag  -- Whether the binding is recursive for typechecking purposes
530                         -- i.e. the binders are mentioned in their RHSs, and
531                         --      we are not resuced by a type signature
532             -> TcM (LHsBinds TcId, [MonoBindInfo])
533
534 tcMonoBinds [L b_loc (FunBind { fun_id = L nm_loc name, fun_infix = inf, 
535                                 fun_matches = matches, bind_fvs = fvs })]
536             sig_fn              -- Single function binding,
537             NonRecursive        -- binder isn't mentioned in RHS,
538   | Nothing <- sig_fn name      -- ...with no type signature
539   =     -- In this very special case we infer the type of the
540         -- right hand side first (it may have a higher-rank type)
541         -- and *then* make the monomorphic Id for the LHS
542         -- e.g.         f = \(x::forall a. a->a) -> <body>
543         --      We want to infer a higher-rank type for f
544     setSrcSpan b_loc    $
545     do  { ((co_fn, matches'), rhs_ty) <- tcInfer (tcMatchesFun name inf matches)
546
547                 -- Check for an unboxed tuple type
548                 --      f = (# True, False #)
549                 -- Zonk first just in case it's hidden inside a meta type variable
550                 -- (This shows up as a (more obscure) kind error 
551                 --  in the 'otherwise' case of tcMonoBinds.)
552         ; zonked_rhs_ty <- zonkTcType rhs_ty
553         ; checkTc (not (isUnboxedTupleType zonked_rhs_ty))
554                   (unboxedTupleErr name zonked_rhs_ty)
555
556         ; mono_name <- newLocalName name
557         ; let mono_id = mkLocalId mono_name zonked_rhs_ty
558         ; return (unitBag (L b_loc (FunBind { fun_id = L nm_loc mono_id, fun_infix = inf,
559                                               fun_matches = matches', bind_fvs = fvs,
560                                               fun_co_fn = co_fn, fun_tick = Nothing })),
561                   [(name, Nothing, mono_id)]) }
562
563 tcMonoBinds [L b_loc (FunBind { fun_id = L nm_loc name, fun_infix = inf, 
564                                 fun_matches = matches })]
565             sig_fn              -- Single function binding
566             _
567   | Just scoped_tvs <- sig_fn name      -- ...with a type signature
568   =     -- When we have a single function binding, with a type signature
569         -- we can (a) use genuine, rigid skolem constants for the type variables
570         --        (b) bring (rigid) scoped type variables into scope
571     setSrcSpan b_loc    $
572     do  { tc_sig <- tcInstSig True name
573         ; mono_name <- newLocalName name
574         ; let mono_ty = sig_tau tc_sig
575               mono_id = mkLocalId mono_name mono_ty
576               rhs_tvs = [ (name, mkTyVarTy tv)
577                         | (name, tv) <- scoped_tvs `zip` sig_tvs tc_sig ]
578                         -- See Note [More instantiated than scoped]
579                         -- Note that the scoped_tvs and the (sig_tvs sig) 
580                         -- may have different Names. That's quite ok.
581
582         ; traceTc (text "tcMoonBinds" <+> ppr scoped_tvs $$ ppr tc_sig)
583         ; (co_fn, matches') <- tcExtendTyVarEnv2 rhs_tvs $
584                                tcMatchesFun mono_name inf matches mono_ty
585              -- Note that "mono_ty" might actually be a polymorphic type,
586              -- if the original function had a signature like
587              --    forall a. Eq a => forall b. Ord b => ....
588              -- But that's ok: tcMatchesFun can deal with that
589              -- It happens, too!  See Note [Polymorphic methods] in TcClassDcl.
590
591         ; let fun_bind' = FunBind { fun_id = L nm_loc mono_id, 
592                                     fun_infix = inf, fun_matches = matches',
593                                     bind_fvs = placeHolderNames, fun_co_fn = co_fn, 
594                                     fun_tick = Nothing }
595         ; return (unitBag (L b_loc fun_bind'),
596                   [(name, Just tc_sig, mono_id)]) }
597
598 tcMonoBinds binds sig_fn _
599   = do  { tc_binds <- mapM (wrapLocM (tcLhs sig_fn)) binds
600
601         -- Bring the monomorphic Ids, into scope for the RHSs
602         ; let mono_info  = getMonoBindInfo tc_binds
603               rhs_id_env = [(name,mono_id) | (name, Nothing, mono_id) <- mono_info]
604                                 -- A monomorphic binding for each term variable that lacks 
605                                 -- a type sig.  (Ones with a sig are already in scope.)
606
607         ; binds' <- tcExtendIdEnv2 rhs_id_env $ do
608                     traceTc (text "tcMonoBinds" <+> vcat [ ppr n <+> ppr id <+> ppr (idType id) 
609                                                          | (n,id) <- rhs_id_env])
610                     mapM (wrapLocM tcRhs) tc_binds
611         ; return (listToBag binds', mono_info) }
612
613 ------------------------
614 -- tcLhs typechecks the LHS of the bindings, to construct the environment in which
615 -- we typecheck the RHSs.  Basically what we are doing is this: for each binder:
616 --      if there's a signature for it, use the instantiated signature type
617 --      otherwise invent a type variable
618 -- You see that quite directly in the FunBind case.
619 -- 
620 -- But there's a complication for pattern bindings:
621 --      data T = MkT (forall a. a->a)
622 --      MkT f = e
623 -- Here we can guess a type variable for the entire LHS (which will be refined to T)
624 -- but we want to get (f::forall a. a->a) as the RHS environment.
625 -- The simplest way to do this is to typecheck the pattern, and then look up the
626 -- bound mono-ids.  Then we want to retain the typechecked pattern to avoid re-doing
627 -- it; hence the TcMonoBind data type in which the LHS is done but the RHS isn't
628
629 data TcMonoBind         -- Half completed; LHS done, RHS not done
630   = TcFunBind  MonoBindInfo  (Located TcId) Bool (MatchGroup Name) 
631   | TcPatBind [MonoBindInfo] (LPat TcId) (GRHSs Name) TcSigmaType
632
633 type MonoBindInfo = (Name, Maybe TcSigInfo, TcId)
634         -- Type signature (if any), and
635         -- the monomorphic bound things
636
637 bndrNames :: [MonoBindInfo] -> [Name]
638 bndrNames mbi = [n | (n,_,_) <- mbi]
639
640 getMonoType :: MonoBindInfo -> TcTauType
641 getMonoType (_,_,mono_id) = idType mono_id
642
643 tcLhs :: TcSigFun -> HsBind Name -> TcM TcMonoBind
644 tcLhs sig_fn (FunBind { fun_id = L nm_loc name, fun_infix = inf, fun_matches = matches })
645   = do  { mb_sig <- tcInstSig_maybe sig_fn name
646         ; mono_name <- newLocalName name
647         ; mono_ty   <- mk_mono_ty mb_sig
648         ; let mono_id = mkLocalId mono_name mono_ty
649         ; return (TcFunBind (name, mb_sig, mono_id) (L nm_loc mono_id) inf matches) }
650   where
651     mk_mono_ty (Just sig) = return (sig_tau sig)
652     mk_mono_ty Nothing    = newFlexiTyVarTy argTypeKind
653
654 tcLhs sig_fn (PatBind { pat_lhs = pat, pat_rhs = grhss })
655   = do  { mb_sigs <- mapM (tcInstSig_maybe sig_fn) names
656         ; mono_pat_binds <- doptM Opt_MonoPatBinds
657                 -- With -XMonoPatBinds, we do no generalisation of pattern bindings
658                 -- But the signature can still be polymoprhic!
659                 --      data T = MkT (forall a. a->a)
660                 --      x :: forall a. a->a
661                 --      MkT x = <rhs>
662                 -- The function get_sig_ty decides whether the pattern-bound variables
663                 -- should have exactly the type in the type signature (-XMonoPatBinds), 
664                 -- or the instantiated version (-XMonoPatBinds)
665
666         ; let nm_sig_prs  = names `zip` mb_sigs
667               get_sig_ty | mono_pat_binds = idType . sig_id
668                          | otherwise      = sig_tau
669               tau_sig_env = mkNameEnv [ (name, get_sig_ty sig) 
670                                       | (name, Just sig) <- nm_sig_prs]
671               sig_tau_fn  = lookupNameEnv tau_sig_env
672
673               tc_pat exp_ty = tcLetPat sig_tau_fn pat exp_ty $
674                               mapM lookup_info nm_sig_prs
675
676                 -- After typechecking the pattern, look up the binder
677                 -- names, which the pattern has brought into scope.
678               lookup_info :: (Name, Maybe TcSigInfo) -> TcM MonoBindInfo
679               lookup_info (name, mb_sig) = do { mono_id <- tcLookupId name
680                                               ; return (name, mb_sig, mono_id) }
681
682         ; ((pat', infos), pat_ty) <- addErrCtxt (patMonoBindsCtxt pat grhss) $
683                                      tcInfer tc_pat
684
685         ; return (TcPatBind infos pat' grhss pat_ty) }
686   where
687     names = collectPatBinders pat
688
689
690 tcLhs _ other_bind = pprPanic "tcLhs" (ppr other_bind)
691         -- AbsBind, VarBind impossible
692
693 -------------------
694 tcRhs :: TcMonoBind -> TcM (HsBind TcId)
695 -- When we are doing pattern bindings, or multiple function bindings at a time
696 -- we *don't* bring any scoped type variables into scope
697 -- Wny not?  They are not completely rigid.
698 -- That's why we have the special case for a single FunBind in tcMonoBinds
699 tcRhs (TcFunBind (_,_,mono_id) fun' inf matches)
700   = do  { (co_fn, matches') <- tcMatchesFun (idName mono_id) inf 
701                                             matches (idType mono_id)
702         ; return (FunBind { fun_id = fun', fun_infix = inf, fun_matches = matches',
703                             bind_fvs = placeHolderNames, fun_co_fn = co_fn,
704                             fun_tick = Nothing }) }
705
706 tcRhs (TcPatBind _ pat' grhss pat_ty)
707   = do  { grhss' <- addErrCtxt (patMonoBindsCtxt pat' grhss) $
708                     tcGRHSsPat grhss pat_ty
709         ; return (PatBind { pat_lhs = pat', pat_rhs = grhss', pat_rhs_ty = pat_ty, 
710                             bind_fvs = placeHolderNames }) }
711
712
713 ---------------------
714 getMonoBindInfo :: [Located TcMonoBind] -> [MonoBindInfo]
715 getMonoBindInfo tc_binds
716   = foldr (get_info . unLoc) [] tc_binds
717   where
718     get_info (TcFunBind info _ _ _)  rest = info : rest
719     get_info (TcPatBind infos _ _ _) rest = infos ++ rest
720 \end{code}
721
722
723 %************************************************************************
724 %*                                                                      *
725                 Generalisation
726 %*                                                                      *
727 %************************************************************************
728
729 \begin{code}
730 generalise :: DynFlags -> TopLevelFlag 
731            -> [LHsBind Name] -> TcSigFun 
732            -> [MonoBindInfo] -> [Inst]
733            -> TcM ([TyVar], [Inst], TcDictBinds)
734 -- The returned [TyVar] are all ready to quantify
735
736 generalise dflags top_lvl bind_list sig_fn mono_infos lie_req
737   | isMonoGroup dflags top_lvl bind_list sigs
738   = do  { extendLIEs lie_req
739         ; return ([], [], emptyBag) }
740
741   | isRestrictedGroup dflags bind_list sig_fn   -- RESTRICTED CASE
742   =     -- Check signature contexts are empty 
743     do  { checkTc (all is_mono_sig sigs)
744                   (restrictedBindCtxtErr bndrs)
745
746         -- Now simplify with exactly that set of tyvars
747         -- We have to squash those Methods
748         ; (qtvs, binds) <- tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs 
749                                                 tau_tvs lie_req
750
751         -- Check that signature type variables are OK
752         ; final_qtvs <- checkSigsTyVars qtvs sigs
753
754         ; return (final_qtvs, [], binds) }
755
756   | null sigs   -- UNRESTRICTED CASE, NO TYPE SIGS
757   = tcSimplifyInfer doc tau_tvs lie_req
758
759   | otherwise   -- UNRESTRICTED CASE, WITH TYPE SIGS
760   = do  { sig_lie <- unifyCtxts sigs    -- sigs is non-empty; sig_lie is zonked
761         ; let   -- The "sig_avails" is the stuff available.  We get that from
762                 -- the context of the type signature, BUT ALSO the lie_avail
763                 -- so that polymorphic recursion works right (see Note [Polymorphic recursion])
764                 local_meths = [mkMethInst sig mono_id | (_, Just sig, mono_id) <- mono_infos]
765                 sig_avails = sig_lie ++ local_meths
766                 loc = sig_loc (head sigs)
767
768         -- Check that the needed dicts can be
769         -- expressed in terms of the signature ones
770         ; (qtvs, binds) <- tcSimplifyInferCheck loc tau_tvs sig_avails lie_req
771         
772         -- Check that signature type variables are OK
773         ; final_qtvs <- checkSigsTyVars qtvs sigs
774
775         ; return (final_qtvs, sig_lie, binds) }
776   where
777     bndrs   = bndrNames mono_infos
778     sigs    = [sig | (_, Just sig, _) <- mono_infos]
779     get_tvs | isTopLevel top_lvl = tyVarsOfType  -- See Note [Silly type synonym] in TcType
780             | otherwise          = exactTyVarsOfType
781     tau_tvs = foldr (unionVarSet . get_tvs . getMonoType) emptyVarSet mono_infos
782     is_mono_sig sig = null (sig_theta sig)
783     doc = ptext (sLit "type signature(s) for") <+> pprBinders bndrs
784
785     mkMethInst (TcSigInfo { sig_id = poly_id, sig_tvs = tvs, 
786                             sig_theta = theta, sig_loc = loc }) mono_id
787       = Method {tci_id = mono_id, tci_oid = poly_id, tci_tys = mkTyVarTys tvs,
788                 tci_theta = theta, tci_loc = loc}
789 \end{code}
790
791 unifyCtxts checks that all the signature contexts are the same
792 The type signatures on a mutually-recursive group of definitions
793 must all have the same context (or none).
794
795 The trick here is that all the signatures should have the same
796 context, and we want to share type variables for that context, so that
797 all the right hand sides agree a common vocabulary for their type
798 constraints
799
800 We unify them because, with polymorphic recursion, their types
801 might not otherwise be related.  This is a rather subtle issue.
802
803 \begin{code}
804 unifyCtxts :: [TcSigInfo] -> TcM [Inst]
805 -- Post-condition: the returned Insts are full zonked
806 unifyCtxts [] = panic "unifyCtxts []"
807 unifyCtxts (sig1 : sigs)        -- Argument is always non-empty
808   = do  { traceTc $ text "unifyCtxts" <+> ppr (sig1 : sigs)
809         ; mapM_ unify_ctxt sigs
810         ; theta <- zonkTcThetaType (sig_theta sig1)
811         ; newDictBndrs (sig_loc sig1) theta }
812   where
813     theta1 = sig_theta sig1
814     unify_ctxt :: TcSigInfo -> TcM ()
815     unify_ctxt sig@(TcSigInfo { sig_theta = theta })
816         = setSrcSpan (instLocSpan (sig_loc sig))        $
817           addErrCtxt (sigContextsCtxt sig1 sig)         $
818           do { cois <- unifyTheta theta1 theta
819              ; -- Check whether all coercions are identity coercions
820                -- That can happen if we have, say
821                --         f :: C [a]   => ...
822                --         g :: C (F a) => ...
823                -- where F is a type function and (F a ~ [a])
824                -- Then unification might succeed with a coercion.  But it's much
825                -- much simpler to require that such signatures have identical contexts
826                checkTc (all isIdentityCoI cois)
827                        (ptext (sLit "Mutually dependent functions have syntactically distinct contexts"))
828              }
829
830 checkSigsTyVars :: [TcTyVar] -> [TcSigInfo] -> TcM [TcTyVar]
831 checkSigsTyVars qtvs sigs 
832   = do  { gbl_tvs <- tcGetGlobalTyVars
833         ; sig_tvs_s <- mapM (check_sig gbl_tvs) sigs
834
835         ; let   -- Sigh.  Make sure that all the tyvars in the type sigs
836                 -- appear in the returned ty var list, which is what we are
837                 -- going to generalise over.  Reason: we occasionally get
838                 -- silly types like
839                 --      type T a = () -> ()
840                 --      f :: T a
841                 --      f () = ()
842                 -- Here, 'a' won't appear in qtvs, so we have to add it
843                 sig_tvs = foldl extendVarSetList emptyVarSet sig_tvs_s
844                 all_tvs = varSetElems (extendVarSetList sig_tvs qtvs)
845         ; return all_tvs }
846   where
847     check_sig gbl_tvs (TcSigInfo {sig_id = id, sig_tvs = tvs, 
848                                   sig_theta = theta, sig_tau = tau})
849       = addErrCtxt (ptext (sLit "In the type signature for") <+> quotes (ppr id))       $
850         addErrCtxtM (sigCtxt id tvs theta tau)                                          $
851         do { tvs' <- checkDistinctTyVars tvs
852            ; when (any (`elemVarSet` gbl_tvs) tvs')
853                   (bleatEscapedTvs gbl_tvs tvs tvs')
854            ; return tvs' }
855
856 checkDistinctTyVars :: [TcTyVar] -> TcM [TcTyVar]
857 -- (checkDistinctTyVars tvs) checks that the tvs from one type signature
858 -- are still all type variables, and all distinct from each other.  
859 -- It returns a zonked set of type variables.
860 -- For example, if the type sig is
861 --      f :: forall a b. a -> b -> b
862 -- we want to check that 'a' and 'b' haven't 
863 --      (a) been unified with a non-tyvar type
864 --      (b) been unified with each other (all distinct)
865
866 checkDistinctTyVars sig_tvs
867   = do  { zonked_tvs <- mapM zonkSigTyVar sig_tvs
868         ; foldlM_ check_dup emptyVarEnv (sig_tvs `zip` zonked_tvs)
869         ; return zonked_tvs }
870   where
871     check_dup :: TyVarEnv TcTyVar -> (TcTyVar, TcTyVar) -> TcM (TyVarEnv TcTyVar)
872         -- The TyVarEnv maps each zonked type variable back to its
873         -- corresponding user-written signature type variable
874     check_dup acc (sig_tv, zonked_tv)
875         = case lookupVarEnv acc zonked_tv of
876                 Just sig_tv' -> bomb_out sig_tv sig_tv'
877
878                 Nothing -> return (extendVarEnv acc zonked_tv sig_tv)
879
880     bomb_out sig_tv1 sig_tv2
881        = do { env0 <- tcInitTidyEnv
882             ; let (env1, tidy_tv1) = tidyOpenTyVar env0 sig_tv1
883                   (env2, tidy_tv2) = tidyOpenTyVar env1 sig_tv2
884                   msg = ptext (sLit "Quantified type variable") <+> quotes (ppr tidy_tv1) 
885                          <+> ptext (sLit "is unified with another quantified type variable") 
886                          <+> quotes (ppr tidy_tv2)
887             ; failWithTcM (env2, msg) }
888 \end{code}
889
890
891 @getTyVarsToGen@ decides what type variables to generalise over.
892
893 For a "restricted group" -- see the monomorphism restriction
894 for a definition -- we bind no dictionaries, and
895 remove from tyvars_to_gen any constrained type variables
896
897 *Don't* simplify dicts at this point, because we aren't going
898 to generalise over these dicts.  By the time we do simplify them
899 we may well know more.  For example (this actually came up)
900         f :: Array Int Int
901         f x = array ... xs where xs = [1,2,3,4,5]
902 We don't want to generate lots of (fromInt Int 1), (fromInt Int 2)
903 stuff.  If we simplify only at the f-binding (not the xs-binding)
904 we'll know that the literals are all Ints, and we can just produce
905 Int literals!
906
907 Find all the type variables involved in overloading, the
908 "constrained_tyvars".  These are the ones we *aren't* going to
909 generalise.  We must be careful about doing this:
910
911  (a) If we fail to generalise a tyvar which is not actually
912         constrained, then it will never, ever get bound, and lands
913         up printed out in interface files!  Notorious example:
914                 instance Eq a => Eq (Foo a b) where ..
915         Here, b is not constrained, even though it looks as if it is.
916         Another, more common, example is when there's a Method inst in
917         the LIE, whose type might very well involve non-overloaded
918         type variables.
919   [NOTE: Jan 2001: I don't understand the problem here so I'm doing 
920         the simple thing instead]
921
922  (b) On the other hand, we mustn't generalise tyvars which are constrained,
923         because we are going to pass on out the unmodified LIE, with those
924         tyvars in it.  They won't be in scope if we've generalised them.
925
926 So we are careful, and do a complete simplification just to find the
927 constrained tyvars. We don't use any of the results, except to
928 find which tyvars are constrained.
929
930 Note [Polymorphic recursion]
931 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
932 The game plan for polymorphic recursion in the code above is 
933
934         * Bind any variable for which we have a type signature
935           to an Id with a polymorphic type.  Then when type-checking 
936           the RHSs we'll make a full polymorphic call.
937
938 This fine, but if you aren't a bit careful you end up with a horrendous
939 amount of partial application and (worse) a huge space leak. For example:
940
941         f :: Eq a => [a] -> [a]
942         f xs = ...f...
943
944 If we don't take care, after typechecking we get
945
946         f = /\a -> \d::Eq a -> let f' = f a d
947                                in
948                                \ys:[a] -> ...f'...
949
950 Notice the the stupid construction of (f a d), which is of course
951 identical to the function we're executing.  In this case, the
952 polymorphic recursion isn't being used (but that's a very common case).
953 This can lead to a massive space leak, from the following top-level defn
954 (post-typechecking)
955
956         ff :: [Int] -> [Int]
957         ff = f Int dEqInt
958
959 Now (f dEqInt) evaluates to a lambda that has f' as a free variable; but
960 f' is another thunk which evaluates to the same thing... and you end
961 up with a chain of identical values all hung onto by the CAF ff.
962
963         ff = f Int dEqInt
964
965            = let f' = f Int dEqInt in \ys. ...f'...
966
967            = let f' = let f' = f Int dEqInt in \ys. ...f'...
968                       in \ys. ...f'...
969
970 Etc.
971
972 NOTE: a bit of arity anaysis would push the (f a d) inside the (\ys...),
973 which would make the space leak go away in this case
974
975 Solution: when typechecking the RHSs we always have in hand the
976 *monomorphic* Ids for each binding.  So we just need to make sure that
977 if (Method f a d) shows up in the constraints emerging from (...f...)
978 we just use the monomorphic Id.  We achieve this by adding monomorphic Ids
979 to the "givens" when simplifying constraints.  That's what the "lies_avail"
980 is doing.
981
982 Then we get
983
984         f = /\a -> \d::Eq a -> letrec
985                                  fm = \ys:[a] -> ...fm...
986                                in
987                                fm
988
989
990
991 %************************************************************************
992 %*                                                                      *
993                 Signatures
994 %*                                                                      *
995 %************************************************************************
996
997 Type signatures are tricky.  See Note [Signature skolems] in TcType
998
999 @tcSigs@ checks the signatures for validity, and returns a list of
1000 {\em freshly-instantiated} signatures.  That is, the types are already
1001 split up, and have fresh type variables installed.  All non-type-signature
1002 "RenamedSigs" are ignored.
1003
1004 The @TcSigInfo@ contains @TcTypes@ because they are unified with
1005 the variable's type, and after that checked to see whether they've
1006 been instantiated.
1007
1008 Note [Scoped tyvars]
1009 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1010 The -XScopedTypeVariables flag brings lexically-scoped type variables
1011 into scope for any explicitly forall-quantified type variables:
1012         f :: forall a. a -> a
1013         f x = e
1014 Then 'a' is in scope inside 'e'.
1015
1016 However, we do *not* support this 
1017   - For pattern bindings e.g
1018         f :: forall a. a->a
1019         (f,g) = e
1020
1021   - For multiple function bindings, unless Opt_RelaxedPolyRec is on
1022         f :: forall a. a -> a
1023         f = g
1024         g :: forall b. b -> b
1025         g = ...f...
1026     Reason: we use mutable variables for 'a' and 'b', since they may
1027     unify to each other, and that means the scoped type variable would
1028     not stand for a completely rigid variable.
1029
1030     Currently, we simply make Opt_ScopedTypeVariables imply Opt_RelaxedPolyRec
1031
1032
1033 Note [More instantiated than scoped]
1034 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1035 There may be more instantiated type variables than lexically-scoped 
1036 ones.  For example:
1037         type T a = forall b. b -> (a,b)
1038         f :: forall c. T c
1039 Here, the signature for f will have one scoped type variable, c,
1040 but two instantiated type variables, c' and b'.  
1041
1042 We assume that the scoped ones are at the *front* of sig_tvs,
1043 and remember the names from the original HsForAllTy in the TcSigFun.
1044
1045
1046 \begin{code}
1047 type TcSigFun = Name -> Maybe [Name]    -- Maps a let-binder to the list of
1048                                         -- type variables brought into scope
1049                                         -- by its type signature.
1050                                         -- Nothing => no type signature
1051
1052 mkTcSigFun :: [LSig Name] -> TcSigFun
1053 -- Search for a particular type signature
1054 -- Precondition: the sigs are all type sigs
1055 -- Precondition: no duplicates
1056 mkTcSigFun sigs = lookupNameEnv env
1057   where
1058     env = mkNameEnv (mapCatMaybes mk_pair sigs)
1059     mk_pair (L _ (TypeSig (L _ name) lhs_ty)) = Just (name, hsExplicitTvs lhs_ty)
1060     mk_pair (L _ (IdSig id))                  = Just (idName id, [])
1061     mk_pair _                                 = Nothing    
1062         -- The scoped names are the ones explicitly mentioned
1063         -- in the HsForAll.  (There may be more in sigma_ty, because
1064         -- of nested type synonyms.  See Note [More instantiated than scoped].)
1065         -- See Note [Only scoped tyvars are in the TyVarEnv]
1066
1067 ---------------
1068 data TcSigInfo
1069   = TcSigInfo {
1070         sig_id     :: TcId,             --  *Polymorphic* binder for this value...
1071
1072         sig_tvs    :: [TcTyVar],        -- Instantiated type variables
1073                                         -- See Note [Instantiate sig]
1074
1075         sig_theta  :: TcThetaType,      -- Instantiated theta
1076         sig_tau    :: TcTauType,        -- Instantiated tau
1077         sig_loc    :: InstLoc           -- The location of the signature
1078     }
1079
1080
1081 --      Note [Only scoped tyvars are in the TyVarEnv]
1082 -- We are careful to keep only the *lexically scoped* type variables in
1083 -- the type environment.  Why?  After all, the renamer has ensured
1084 -- that only legal occurrences occur, so we could put all type variables
1085 -- into the type env.
1086 --
1087 -- But we want to check that two distinct lexically scoped type variables
1088 -- do not map to the same internal type variable.  So we need to know which
1089 -- the lexically-scoped ones are... and at the moment we do that by putting
1090 -- only the lexically scoped ones into the environment.
1091
1092
1093 --      Note [Instantiate sig]
1094 -- It's vital to instantiate a type signature with fresh variables.
1095 -- For example:
1096 --      type S = forall a. a->a
1097 --      f,g :: S
1098 --      f = ...
1099 --      g = ...
1100 -- Here, we must use distinct type variables when checking f,g's right hand sides.
1101 -- (Instantiation is only necessary because of type synonyms.  Otherwise,
1102 -- it's all cool; each signature has distinct type variables from the renamer.)
1103
1104 instance Outputable TcSigInfo where
1105     ppr (TcSigInfo { sig_id = id, sig_tvs = tyvars, sig_theta = theta, sig_tau = tau})
1106         = ppr id <+> ptext (sLit "::") <+> ppr tyvars <+> ppr theta <+> ptext (sLit "=>") <+> ppr tau
1107 \end{code}
1108
1109 \begin{code}
1110 tcTySig :: LSig Name -> TcM TcId
1111 tcTySig (L span (TypeSig (L _ name) ty))
1112   = setSrcSpan span             $
1113     do  { sigma_ty <- tcHsSigType (FunSigCtxt name) ty
1114         ; return (mkLocalId name sigma_ty) }
1115 tcTySig (L _ (IdSig id))
1116   = return id
1117 tcTySig s = pprPanic "tcTySig" (ppr s)
1118
1119 -------------------
1120 tcInstSig_maybe :: TcSigFun -> Name -> TcM (Maybe TcSigInfo)
1121 -- Instantiate with *meta* type variables; 
1122 -- this signature is part of a multi-signature group
1123 tcInstSig_maybe sig_fn name 
1124   = case sig_fn name of
1125         Nothing -> return Nothing
1126         Just _scoped_tvs -> do   { tc_sig <- tcInstSig False name
1127                                  ; return (Just tc_sig) }
1128         -- NB: the _scoped_tvs may be non-empty, but we can 
1129         -- just ignore them.  See Note [Scoped tyvars].
1130
1131 tcInstSig :: Bool -> Name -> TcM TcSigInfo
1132 -- Instantiate the signature, with either skolems or meta-type variables
1133 -- depending on the use_skols boolean.  This variable is set True
1134 -- when we are typechecking a single function binding; and False for
1135 -- pattern bindings and a group of several function bindings.
1136 -- Reason: in the latter cases, the "skolems" can be unified together, 
1137 --         so they aren't properly rigid in the type-refinement sense.
1138 -- NB: unless we are doing H98, each function with a sig will be done
1139 --     separately, even if it's mutually recursive, so use_skols will be True
1140 --
1141 -- We always instantiate with fresh uniques,
1142 -- although we keep the same print-name
1143 --      
1144 --      type T = forall a. [a] -> [a]
1145 --      f :: T; 
1146 --      f = g where { g :: T; g = <rhs> }
1147 --
1148 -- We must not use the same 'a' from the defn of T at both places!!
1149
1150 tcInstSig use_skols name
1151   = do  { poly_id <- tcLookupId name    -- Cannot fail; the poly ids are put into 
1152                                         -- scope when starting the binding group
1153         ; let skol_info = SigSkol (FunSigCtxt name)
1154         ; (tvs, theta, tau) <- tcInstSigType use_skols skol_info (idType poly_id)
1155         ; loc <- getInstLoc (SigOrigin skol_info)
1156         ; return (TcSigInfo { sig_id = poly_id,
1157                               sig_tvs = tvs, sig_theta = theta, sig_tau = tau, 
1158                               sig_loc = loc }) }
1159
1160 -------------------
1161 isMonoGroup :: DynFlags -> TopLevelFlag -> [LHsBind Name]
1162             -> [TcSigInfo] ->  Bool
1163 -- No generalisation at all
1164 isMonoGroup dflags top_lvl binds sigs
1165   =  (dopt Opt_MonoPatBinds dflags && any is_pat_bind binds)
1166   || (dopt Opt_MonoLocalBinds dflags && null sigs && not (isTopLevel top_lvl))
1167   where
1168     is_pat_bind (L _ (PatBind {})) = True
1169     is_pat_bind _                  = False
1170
1171 -------------------
1172 isRestrictedGroup :: DynFlags -> [LHsBind Name] -> TcSigFun -> Bool
1173 isRestrictedGroup dflags binds sig_fn
1174   = mono_restriction && not all_unrestricted
1175   where 
1176     mono_restriction = dopt Opt_MonomorphismRestriction dflags
1177     all_unrestricted = all (unrestricted . unLoc) binds
1178     has_sig n = isJust (sig_fn n)
1179
1180     unrestricted (PatBind {})                                    = False
1181     unrestricted (VarBind { var_id = v })                        = has_sig v
1182     unrestricted (FunBind { fun_id = v, fun_matches = matches }) = unrestricted_match matches 
1183                                                                  || has_sig (unLoc v)
1184     unrestricted (AbsBinds {})
1185         = panic "isRestrictedGroup/unrestricted AbsBinds"
1186
1187     unrestricted_match (MatchGroup (L _ (Match [] _ _) : _) _) = False
1188         -- No args => like a pattern binding
1189     unrestricted_match _                                       = True
1190         -- Some args => a function binding
1191 \end{code}
1192
1193
1194 %************************************************************************
1195 %*                                                                      *
1196 \subsection[TcBinds-errors]{Error contexts and messages}
1197 %*                                                                      *
1198 %************************************************************************
1199
1200
1201 \begin{code}
1202 -- This one is called on LHS, when pat and grhss are both Name 
1203 -- and on RHS, when pat is TcId and grhss is still Name
1204 patMonoBindsCtxt :: OutputableBndr id => LPat id -> GRHSs Name -> SDoc
1205 patMonoBindsCtxt pat grhss
1206   = hang (ptext (sLit "In a pattern binding:")) 4 (pprPatBind pat grhss)
1207
1208 -----------------------------------------------
1209 sigContextsCtxt :: TcSigInfo -> TcSigInfo -> SDoc
1210 sigContextsCtxt sig1 sig2
1211   = vcat [ptext (sLit "When matching the contexts of the signatures for"), 
1212           nest 2 (vcat [ppr id1 <+> dcolon <+> ppr (idType id1),
1213                         ppr id2 <+> dcolon <+> ppr (idType id2)]),
1214           ptext (sLit "The signature contexts in a mutually recursive group should all be identical")]
1215   where
1216     id1 = sig_id sig1
1217     id2 = sig_id sig2
1218
1219
1220 -----------------------------------------------
1221 unboxedTupleErr :: Name -> Type -> SDoc
1222 unboxedTupleErr name ty
1223   = hang (ptext (sLit "Illegal binding of unboxed tuple"))
1224          4 (ppr name <+> dcolon <+> ppr ty)
1225
1226 -----------------------------------------------
1227 restrictedBindCtxtErr :: [Name] -> SDoc
1228 restrictedBindCtxtErr binder_names
1229   = hang (ptext (sLit "Illegal overloaded type signature(s)"))
1230        4 (vcat [ptext (sLit "in a binding group for") <+> pprBinders binder_names,
1231                 ptext (sLit "that falls under the monomorphism restriction")])
1232
1233 genCtxt :: [Name] -> SDoc
1234 genCtxt binder_names
1235   = ptext (sLit "When generalising the type(s) for") <+> pprBinders binder_names
1236
1237 missingSigWarn :: Bool -> Name -> Type -> TcM ()
1238 missingSigWarn False _    _  = return ()
1239 missingSigWarn True  name ty
1240   = do  { env0 <- tcInitTidyEnv
1241         ; let (env1, tidy_ty) = tidyOpenType env0 ty
1242         ; addWarnTcM (env1, mk_msg tidy_ty) }
1243   where
1244     mk_msg ty = vcat [ptext (sLit "Definition but no type signature for") <+> quotes (ppr name),
1245                       sep [ptext (sLit "Inferred type:") <+> pprHsVar name <+> dcolon <+> ppr ty]]
1246 \end{code}