11ff67229845c05632984bb4ad8ac5e3aa519bee
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcDeriv.lhs
1 %
2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
3 %
4 \section[TcDeriv]{Deriving}
5
6 Handles @deriving@ clauses on @data@ declarations.
7
8 \begin{code}
9 module TcDeriv ( tcDeriving ) where
10
11 #include "HsVersions.h"
12
13 import HsSyn
14 import DynFlags ( DynFlag(..) )
15
16 import Generics         ( mkTyConGenericBinds )
17 import TcRnMonad
18 import TcMType          ( checkValidInstance )
19 import TcEnv            ( newDFunName, pprInstInfoDetails, 
20                           InstInfo(..), InstBindings(..), simpleInstInfoClsTy,
21                           tcLookupClass, tcLookupTyCon, tcLookupLocatedTyCon, tcExtendTyVarEnv
22                         )
23 import TcGenDeriv       -- Deriv stuff
24 import InstEnv          ( Instance, OverlapFlag, mkLocalInstance, instanceHead, extendInstEnvList )
25 import Inst             ( getOverlapFlag )
26 import TcHsType         ( tcHsDeriv )
27 import TcSimplify       ( tcSimplifyDeriv )
28
29 import RnBinds          ( rnMethodBinds, rnTopBinds )
30 import RnEnv            ( bindLocalNames )
31 import HscTypes         ( FixityEnv )
32
33 import Class            ( className, classArity, classKey, classTyVars, classSCTheta, Class )
34 import Type             ( zipOpenTvSubst, substTheta, pprThetaArrow, pprClassPred, mkTyVarTy )
35 import ErrUtils         ( dumpIfSet_dyn )
36 import MkId             ( mkDictFunId )
37 import DataCon          ( isNullarySrcDataCon, isVanillaDataCon, dataConInstOrigArgTys )
38 import Maybes           ( catMaybes )
39 import RdrName          ( RdrName )
40 import Name             ( Name, getSrcLoc )
41 import NameSet          ( duDefs )
42 import Type             ( splitKindFunTys )
43 import TyCon            ( tyConTyVars, tyConDataCons, tyConArity, tyConHasGenerics,
44                           tyConStupidTheta, isProductTyCon, isDataTyCon, isNewTyCon, newTyConRhs,
45                           isEnumerationTyCon, isRecursiveTyCon, TyCon
46                         )
47 import TcType           ( TcType, ThetaType, mkTyVarTys, mkTyConApp, tcTyConAppTyCon,
48                           isUnLiftedType, mkClassPred, tyVarsOfType, tyVarsOfTypes,
49                           isSubArgTypeKind, tcEqTypes, tcSplitAppTys, mkAppTys )
50 import Var              ( TyVar, tyVarKind, varName )
51 import VarSet           ( mkVarSet, disjointVarSet )
52 import PrelNames
53 import SrcLoc           ( srcLocSpan, Located(..), unLoc )
54 import Util             ( zipWithEqual, sortLe, notNull )
55 import ListSetOps       ( removeDups,  assocMaybe )
56 import Outputable
57 import Bag
58 \end{code}
59
60 %************************************************************************
61 %*                                                                      *
62 \subsection[TcDeriv-intro]{Introduction to how we do deriving}
63 %*                                                                      *
64 %************************************************************************
65
66 Consider
67
68         data T a b = C1 (Foo a) (Bar b)
69                    | C2 Int (T b a)
70                    | C3 (T a a)
71                    deriving (Eq)
72
73 [NOTE: See end of these comments for what to do with 
74         data (C a, D b) => T a b = ...
75 ]
76
77 We want to come up with an instance declaration of the form
78
79         instance (Ping a, Pong b, ...) => Eq (T a b) where
80                 x == y = ...
81
82 It is pretty easy, albeit tedious, to fill in the code "...".  The
83 trick is to figure out what the context for the instance decl is,
84 namely @Ping@, @Pong@ and friends.
85
86 Let's call the context reqd for the T instance of class C at types
87 (a,b, ...)  C (T a b).  Thus:
88
89         Eq (T a b) = (Ping a, Pong b, ...)
90
91 Now we can get a (recursive) equation from the @data@ decl:
92
93         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
94                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
95                    u Eq (T a a)                 -- From C3
96
97 Foo and Bar may have explicit instances for @Eq@, in which case we can
98 just substitute for them.  Alternatively, either or both may have
99 their @Eq@ instances given by @deriving@ clauses, in which case they
100 form part of the system of equations.
101
102 Now all we need do is simplify and solve the equations, iterating to
103 find the least fixpoint.  Notice that the order of the arguments can
104 switch around, as here in the recursive calls to T.
105
106 Let's suppose Eq (Foo a) = Eq a, and Eq (Bar b) = Ping b.
107
108 We start with:
109
110         Eq (T a b) = {}         -- The empty set
111
112 Next iteration:
113         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
114                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
115                    u Eq (T a a)                 -- From C3
116
117         After simplification:
118                    = Eq a u Ping b u {} u {} u {}
119                    = Eq a u Ping b
120
121 Next iteration:
122
123         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
124                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
125                    u Eq (T a a)                 -- From C3
126
127         After simplification:
128                    = Eq a u Ping b
129                    u (Eq b u Ping a)
130                    u (Eq a u Ping a)
131
132                    = Eq a u Ping b u Eq b u Ping a
133
134 The next iteration gives the same result, so this is the fixpoint.  We
135 need to make a canonical form of the RHS to ensure convergence.  We do
136 this by simplifying the RHS to a form in which
137
138         - the classes constrain only tyvars
139         - the list is sorted by tyvar (major key) and then class (minor key)
140         - no duplicates, of course
141
142 So, here are the synonyms for the ``equation'' structures:
143
144 \begin{code}
145 type DerivEqn = (Name, Class, TyCon, [TyVar], DerivRhs)
146                 -- The Name is the name for the DFun we'll build
147                 -- The tyvars bind all the variables in the RHS
148
149 pprDerivEqn (n,c,tc,tvs,rhs)
150   = parens (hsep [ppr n, ppr c, ppr tc, ppr tvs] <+> equals <+> ppr rhs)
151
152 type DerivRhs  = ThetaType
153 type DerivSoln = DerivRhs
154 \end{code}
155
156
157 [Data decl contexts] A note about contexts on data decls
158 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
159 Consider
160
161         data (RealFloat a) => Complex a = !a :+ !a deriving( Read )
162
163 We will need an instance decl like:
164
165         instance (Read a, RealFloat a) => Read (Complex a) where
166           ...
167
168 The RealFloat in the context is because the read method for Complex is bound
169 to construct a Complex, and doing that requires that the argument type is
170 in RealFloat. 
171
172 But this ain't true for Show, Eq, Ord, etc, since they don't construct
173 a Complex; they only take them apart.
174
175 Our approach: identify the offending classes, and add the data type
176 context to the instance decl.  The "offending classes" are
177
178         Read, Enum?
179
180 FURTHER NOTE ADDED March 2002.  In fact, Haskell98 now requires that
181 pattern matching against a constructor from a data type with a context
182 gives rise to the constraints for that context -- or at least the thinned
183 version.  So now all classes are "offending".
184
185 [Newtype deriving]
186 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
187 Consider this:
188     class C a b
189     instance C [a] Char
190     newtype T = T Char deriving( C [a] )
191
192 Notice the free 'a' in the deriving.  We have to fill this out to 
193     newtype T = T Char deriving( forall a. C [a] )
194
195 And then translate it to:
196     instance C [a] Char => C [a] T where ...
197     
198         
199
200
201 %************************************************************************
202 %*                                                                      *
203 \subsection[TcDeriv-driver]{Top-level function for \tr{derivings}}
204 %*                                                                      *
205 %************************************************************************
206
207 \begin{code}
208 tcDeriving  :: [LTyClDecl Name] -- All type constructors
209             -> [LDerivDecl Name] -- All stand-alone deriving declarations
210             -> TcM ([InstInfo],         -- The generated "instance decls"
211                     HsValBinds Name)    -- Extra generated top-level bindings
212
213 tcDeriving tycl_decls deriv_decls
214   = recoverM (returnM ([], emptyValBindsOut)) $
215     do  {       -- Fish the "deriving"-related information out of the TcEnv
216                 -- and make the necessary "equations".
217           overlap_flag <- getOverlapFlag
218         ; (ordinary_eqns, newtype_inst_info) 
219             <- makeDerivEqns overlap_flag tycl_decls deriv_decls
220
221         ; (ordinary_inst_info, deriv_binds) 
222                 <- extendLocalInstEnv (map iSpec newtype_inst_info)  $
223                    deriveOrdinaryStuff overlap_flag ordinary_eqns
224                 -- Add the newtype-derived instances to the inst env
225                 -- before tacking the "ordinary" ones
226
227         ; let inst_info = newtype_inst_info ++ ordinary_inst_info
228
229         -- If we are compiling a hs-boot file, 
230         -- don't generate any derived bindings
231         ; is_boot <- tcIsHsBoot
232         ; if is_boot then
233                 return (inst_info, emptyValBindsOut)
234           else do
235         {
236
237         -- Generate the generic to/from functions from each type declaration
238         ; gen_binds <- mkGenericBinds tycl_decls
239
240         -- Rename these extra bindings, discarding warnings about unused bindings etc
241         -- Set -fglasgow exts so that we can have type signatures in patterns,
242         -- which is used in the generic binds
243         ; rn_binds
244                 <- discardWarnings $ setOptM Opt_GlasgowExts $ do
245                         { (rn_deriv, _dus1) <- rnTopBinds (ValBindsIn deriv_binds [])
246                         ; (rn_gen, dus_gen) <- rnTopBinds (ValBindsIn gen_binds   [])
247                         ; keepAliveSetTc (duDefs dus_gen)       -- Mark these guys to
248                                                                 -- be kept alive
249                         ; return (rn_deriv `plusHsValBinds` rn_gen) }
250
251
252         ; dflags <- getDOpts
253         ; ioToTcRn (dumpIfSet_dyn dflags Opt_D_dump_deriv "Derived instances" 
254                    (ddump_deriving inst_info rn_binds))
255
256         ; returnM (inst_info, rn_binds)
257         }}
258   where
259     ddump_deriving :: [InstInfo] -> HsValBinds Name -> SDoc
260     ddump_deriving inst_infos extra_binds
261       = vcat (map pprInstInfoDetails inst_infos) $$ ppr extra_binds
262
263 -----------------------------------------
264 deriveOrdinaryStuff overlap_flag []     -- Short cut
265   = returnM ([], emptyLHsBinds)
266
267 deriveOrdinaryStuff overlap_flag eqns
268   = do  {       -- Take the equation list and solve it, to deliver a list of
269                 -- solutions, a.k.a. the contexts for the instance decls
270                 -- required for the corresponding equations.
271           inst_specs <- solveDerivEqns overlap_flag eqns
272
273         -- Generate the InstInfo for each dfun, 
274         -- plus any auxiliary bindings it needs
275         ; (inst_infos, aux_binds_s) <- mapAndUnzipM genInst inst_specs
276
277         -- Generate any extra not-one-inst-decl-specific binds, 
278         -- notably "con2tag" and/or "tag2con" functions.  
279         ; extra_binds <- genTaggeryBinds inst_infos
280
281         -- Done
282         ; returnM (inst_infos, unionManyBags (extra_binds : aux_binds_s))
283    }
284
285 -----------------------------------------
286 mkGenericBinds tycl_decls
287   = do  { tcs <- mapM tcLookupTyCon 
288                         [ tc_name | 
289                           L _ (TyData { tcdLName = L _ tc_name }) <- tycl_decls]
290                 -- We are only interested in the data type declarations
291         ; return (unionManyBags [ mkTyConGenericBinds tc | 
292                                   tc <- tcs, tyConHasGenerics tc ]) }
293                 -- And then only in the ones whose 'has-generics' flag is on
294 \end{code}
295
296
297 %************************************************************************
298 %*                                                                      *
299 \subsection[TcDeriv-eqns]{Forming the equations}
300 %*                                                                      *
301 %************************************************************************
302
303 @makeDerivEqns@ fishes around to find the info about needed derived
304 instances.  Complicating factors:
305 \begin{itemize}
306 \item
307 We can only derive @Enum@ if the data type is an enumeration
308 type (all nullary data constructors).
309
310 \item
311 We can only derive @Ix@ if the data type is an enumeration {\em
312 or} has just one data constructor (e.g., tuples).
313 \end{itemize}
314
315 [See Appendix~E in the Haskell~1.2 report.] This code here deals w/
316 all those.
317
318 Note [Newtype deriving superclasses]
319 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
320 The 'tys' here come from the partial application in the deriving
321 clause. The last arg is the new instance type.
322
323 We must pass the superclasses; the newtype might be an instance
324 of them in a different way than the representation type
325 E.g.            newtype Foo a = Foo a deriving( Show, Num, Eq )
326 Then the Show instance is not done via isomorphism; it shows
327         Foo 3 as "Foo 3"
328 The Num instance is derived via isomorphism, but the Show superclass
329 dictionary must the Show instance for Foo, *not* the Show dictionary
330 gotten from the Num dictionary. So we must build a whole new dictionary
331 not just use the Num one.  The instance we want is something like:
332      instance (Num a, Show (Foo a), Eq (Foo a)) => Num (Foo a) where
333         (+) = ((+)@a)
334         ...etc...
335 There may be a coercion needed which we get from the tycon for the newtype
336 when the dict is constructed in TcInstDcls.tcInstDecl2
337
338
339 \begin{code}
340 makeDerivEqns :: OverlapFlag
341               -> [LTyClDecl Name] 
342               -> [LDerivDecl Name] 
343               -> TcM ([DerivEqn],       -- Ordinary derivings
344                       [InstInfo])       -- Special newtype derivings
345
346 makeDerivEqns overlap_flag tycl_decls deriv_decls
347   = do derive_these_top_level <- mapM top_level_deriv deriv_decls >>= return . catMaybes
348        (maybe_ordinaries, maybe_newtypes) 
349            <- mapAndUnzipM mk_eqn (derive_these ++ derive_these_top_level)
350        return (catMaybes maybe_ordinaries, catMaybes maybe_newtypes)
351   where
352     ------------------------------------------------------------------
353     derive_these :: [(NewOrData, Name, LHsType Name)]
354         -- Find the (nd, TyCon, Pred) pairs that must be `derived'
355     derive_these = [ (nd, tycon, pred) 
356                    | L _ (TyData { tcdND = nd, tcdLName = L _ tycon, 
357                                   tcdDerivs = Just preds }) <- tycl_decls,
358                      pred <- preds ]
359
360     top_level_deriv :: LDerivDecl Name -> TcM (Maybe (NewOrData, Name, LHsType Name))
361     top_level_deriv d@(L l (DerivDecl inst ty_name)) = recoverM (returnM Nothing) $ setSrcSpan l $ 
362         do tycon <- tcLookupLocatedTyCon ty_name
363            let new_or_data = if isNewTyCon tycon then NewType else DataType
364            traceTc (text "Stand-alone deriving:" <+> ppr (new_or_data, unLoc ty_name, inst))
365            return $ Just (new_or_data, unLoc ty_name, inst)
366
367     ------------------------------------------------------------------
368     -- takes (whether newtype or data, name of data type, partially applied type class)
369     mk_eqn :: (NewOrData, Name, LHsType Name) -> TcM (Maybe DerivEqn, Maybe InstInfo)
370         -- We swizzle the tyvars and datacons out of the tycon
371         -- to make the rest of the equation
372         --
373         -- The "deriv_ty" is a LHsType to take account of the fact that for newtype derivign
374         -- we allow deriving (forall a. C [a]).
375
376     mk_eqn (new_or_data, tycon_name, hs_deriv_ty)
377       = tcLookupTyCon tycon_name                `thenM` \ tycon ->
378         setSrcSpan (srcLocSpan (getSrcLoc tycon))               $
379         addErrCtxt (derivCtxt tycon)            $
380         tcExtendTyVarEnv (tyConTyVars tycon)    $       -- Deriving preds may (now) mention
381                                                         -- the type variables for the type constructor
382         tcHsDeriv hs_deriv_ty                   `thenM` \ (deriv_tvs, clas, tys) ->
383         doptM Opt_GlasgowExts                   `thenM` \ gla_exts ->
384         mk_eqn_help gla_exts new_or_data tycon deriv_tvs clas tys
385
386     ------------------------------------------------------------------
387     -- data/newtype T a = ... deriving( C t1 t2 )
388     --   leads to a call to mk_eqn_help with
389     --          tycon = T, deriv_tvs = ftv(t1,t2), clas = C, tys = [t1,t2]
390
391     mk_eqn_help gla_exts DataType tycon deriv_tvs clas tys
392       | Just err <- checkSideConditions gla_exts tycon deriv_tvs clas tys
393       = bale_out (derivingThingErr clas tys tycon (tyConTyVars tycon) err)
394       | otherwise 
395       = do { eqn <- mkDataTypeEqn tycon clas
396            ; returnM (Just eqn, Nothing) }
397
398     mk_eqn_help gla_exts NewType tycon deriv_tvs clas tys
399       | can_derive_via_isomorphism && (gla_exts || std_class_via_iso clas)
400       = do { traceTc (text "newtype deriving:" <+> ppr tycon <+> ppr rep_tys)
401            ;    -- Go ahead and use the isomorphism
402              dfun_name <- new_dfun_name clas tycon
403            ; return (Nothing, Just (InstInfo { iSpec  = mk_inst_spec dfun_name,
404                                                iBinds = NewTypeDerived ntd_info })) }
405       | std_class gla_exts clas
406       = mk_eqn_help gla_exts DataType tycon deriv_tvs clas tys  -- Go via bale-out route
407
408       | otherwise                               -- Non-standard instance
409       = bale_out (if gla_exts then      
410                         cant_derive_err -- Too hard
411                   else
412                         non_std_err)    -- Just complain about being a non-std instance
413       where
414         -- Here is the plan for newtype derivings.  We see
415         --        newtype T a1...an = MkT (t ak+1...an) deriving (.., C s1 .. sm, ...)
416         -- where t is a type,
417         --       ak+1...an is a suffix of a1..an
418         --       ak+1...an do not occur free in t, nor in the s1..sm
419         --       (C s1 ... sm) is a  *partial applications* of class C 
420         --                      with the last parameter missing
421         --       (T a1 .. ak) matches the kind of C's last argument
422         --              (and hence so does t)
423         --
424         -- We generate the instance
425         --       instance forall ({a1..ak} u fvs(s1..sm)).
426         --                C s1 .. sm t => C s1 .. sm (T a1...ak)
427         -- where T a1...ap is the partial application of 
428         --       the LHS of the correct kind and p >= k
429         --
430         --      NB: the variables below are:
431         --              tc_tvs = [a1, ..., an]
432         --              tyvars_to_keep = [a1, ..., ak]
433         --              rep_ty = t ak .. an
434         --              deriv_tvs = fvs(s1..sm) \ tc_tvs
435         --              tys = [s1, ..., sm]
436         --              rep_fn' = t
437         --
438         -- Running example: newtype T s a = MkT (ST s a) deriving( Monad )
439         -- We generate the instance
440         --      instance Monad (ST s) => Monad (T s) where 
441
442         clas_tyvars = classTyVars clas
443         kind = tyVarKind (last clas_tyvars)
444                 -- Kind of the thing we want to instance
445                 --   e.g. argument kind of Monad, *->*
446
447         (arg_kinds, _) = splitKindFunTys kind
448         n_args_to_drop = length arg_kinds       
449                 -- Want to drop 1 arg from (T s a) and (ST s a)
450                 -- to get       instance Monad (ST s) => Monad (T s)
451
452         -- Note [newtype representation]
453         -- Need newTyConRhs *not* newTyConRep to get the representation 
454         -- type, because the latter looks through all intermediate newtypes
455         -- For example
456         --      newtype B = MkB Int
457         --      newtype A = MkA B deriving( Num )
458         -- We want the Num instance of B, *not* the Num instance of Int,
459         -- when making the Num instance of A!
460         (tc_tvs, rep_ty)      = newTyConRhs tycon
461         (rep_fn, rep_ty_args) = tcSplitAppTys rep_ty
462
463         n_tyvars_to_keep = tyConArity tycon  - n_args_to_drop
464         tyvars_to_drop   = drop n_tyvars_to_keep tc_tvs
465         tyvars_to_keep   = take n_tyvars_to_keep tc_tvs
466
467         n_args_to_keep = length rep_ty_args - n_args_to_drop
468         args_to_drop   = drop n_args_to_keep rep_ty_args
469         args_to_keep   = take n_args_to_keep rep_ty_args
470
471         rep_fn'  = mkAppTys rep_fn args_to_keep
472         rep_tys  = tys ++ [rep_fn']
473         rep_pred = mkClassPred clas rep_tys
474                 -- rep_pred is the representation dictionary, from where
475                 -- we are gong to get all the methods for the newtype dictionary
476
477         -- Next we figure out what superclass dictionaries to use
478         -- See Note [Newtype deriving superclasses] above
479
480         inst_tys = tys ++ [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars_to_keep)]
481         sc_theta = substTheta (zipOpenTvSubst clas_tyvars inst_tys)
482                               (classSCTheta clas)
483
484                 -- If there are no tyvars, there's no need
485                 -- to abstract over the dictionaries we need
486                 -- Example:     newtype T = MkT Int deriving( C )
487                 -- We get the derived instance
488                 --              instance C T
489                 -- rather than
490                 --              instance C Int => C T
491         dict_tvs = deriv_tvs ++ tyvars_to_keep
492         all_preds = rep_pred : sc_theta         -- NB: rep_pred comes first
493         (dict_args, ntd_info) | null dict_tvs = ([], Just all_preds)
494                               | otherwise     = (all_preds, Nothing)
495
496                 -- Finally! Here's where we build the dictionary Id
497         mk_inst_spec dfun_name = mkLocalInstance dfun overlap_flag
498           where
499             dfun = mkDictFunId dfun_name dict_tvs dict_args clas inst_tys
500
501         -------------------------------------------------------------------
502         --  Figuring out whether we can only do this newtype-deriving thing
503
504         right_arity = length tys + 1 == classArity clas
505
506                 -- Never derive Read,Show,Typeable,Data this way 
507         non_iso_classes = [readClassKey, showClassKey, typeableClassKey, dataClassKey]
508         can_derive_via_isomorphism
509            =  not (getUnique clas `elem` non_iso_classes)
510            && right_arity                       -- Well kinded;
511                                                 -- eg not: newtype T ... deriving( ST )
512                                                 --      because ST needs *2* type params
513            && n_tyvars_to_keep >= 0             -- Type constructor has right kind:
514                                                 -- eg not: newtype T = T Int deriving( Monad )
515            && n_args_to_keep   >= 0             -- Rep type has right kind: 
516                                                 -- eg not: newtype T a = T Int deriving( Monad )
517            && eta_ok                            -- Eta reduction works
518            && not (isRecursiveTyCon tycon)      -- Does not work for recursive tycons:
519                                                 --      newtype A = MkA [A]
520                                                 -- Don't want
521                                                 --      instance Eq [A] => Eq A !!
522                         -- Here's a recursive newtype that's actually OK
523                         --      newtype S1 = S1 [T1 ()]
524                         --      newtype T1 a = T1 (StateT S1 IO a ) deriving( Monad )
525                         -- It's currently rejected.  Oh well.
526                         -- In fact we generate an instance decl that has method of form
527                         --      meth @ instTy = meth @ repTy
528                         -- (no coerce's).  We'd need a coerce if we wanted to handle
529                         -- recursive newtypes too
530
531         -- Check that eta reduction is OK
532         --      (a) the dropped-off args are identical
533         --      (b) the remaining type args do not mention any of teh dropped type variables
534         --      (c) the type class args do not mention any of teh dropped type variables
535         dropped_tvs = mkVarSet tyvars_to_drop
536         eta_ok = (args_to_drop `tcEqTypes` mkTyVarTys tyvars_to_drop)
537               && (tyVarsOfType rep_fn' `disjointVarSet` dropped_tvs)
538               && (tyVarsOfTypes tys    `disjointVarSet` dropped_tvs)
539
540         cant_derive_err = derivingThingErr clas tys tycon tyvars_to_keep
541                                 (vcat [ptext SLIT("even with cunning newtype deriving:"),
542                                         if isRecursiveTyCon tycon then
543                                           ptext SLIT("the newtype is recursive")
544                                         else empty,
545                                         if not right_arity then 
546                                           quotes (ppr (mkClassPred clas tys)) <+> ptext SLIT("does not have arity 1")
547                                         else empty,
548                                         if not (n_tyvars_to_keep >= 0) then 
549                                           ptext SLIT("the type constructor has wrong kind")
550                                         else if not (n_args_to_keep >= 0) then
551                                           ptext SLIT("the representation type has wrong kind")
552                                         else if not eta_ok then 
553                                           ptext SLIT("the eta-reduction property does not hold")
554                                         else empty
555                                       ])
556
557         non_std_err = derivingThingErr clas tys tycon tyvars_to_keep
558                                 (vcat [non_std_why clas,
559                                        ptext SLIT("Try -fglasgow-exts for GHC's newtype-deriving extension")])
560
561     bale_out err = addErrTc err `thenM_` returnM (Nothing, Nothing) 
562
563 std_class gla_exts clas 
564   =  key `elem` derivableClassKeys
565   || (gla_exts && (key == typeableClassKey || key == dataClassKey))
566   where
567      key = classKey clas
568     
569 std_class_via_iso clas  -- These standard classes can be derived for a newtype
570                         -- using the isomorphism trick *even if no -fglasgow-exts*
571   = classKey clas `elem`  [eqClassKey, ordClassKey, ixClassKey, boundedClassKey]
572         -- Not Read/Show because they respect the type
573         -- Not Enum, becuase newtypes are never in Enum
574
575
576 new_dfun_name clas tycon        -- Just a simple wrapper
577   = newDFunName clas [mkTyConApp tycon []] (getSrcLoc tycon)
578         -- The type passed to newDFunName is only used to generate
579         -- a suitable string; hence the empty type arg list
580
581 ------------------------------------------------------------------
582 mkDataTypeEqn :: TyCon -> Class -> TcM DerivEqn
583 mkDataTypeEqn tycon clas
584   | clas `hasKey` typeableClassKey
585   =     -- The Typeable class is special in several ways
586         --        data T a b = ... deriving( Typeable )
587         -- gives
588         --        instance Typeable2 T where ...
589         -- Notice that:
590         -- 1. There are no constraints in the instance
591         -- 2. There are no type variables either
592         -- 3. The actual class we want to generate isn't necessarily
593         --      Typeable; it depends on the arity of the type
594     do  { real_clas <- tcLookupClass (typeableClassNames !! tyConArity tycon)
595         ; dfun_name <- new_dfun_name real_clas tycon
596         ; return (dfun_name, real_clas, tycon, [], []) }
597
598   | otherwise
599   = do  { dfun_name <- new_dfun_name clas tycon
600         ; return (dfun_name, clas, tycon, tyvars, constraints) }
601   where
602     tyvars            = tyConTyVars tycon
603     constraints       = extra_constraints ++ ordinary_constraints
604     extra_constraints = tyConStupidTheta tycon
605          -- "extra_constraints": see note [Data decl contexts] above
606
607     ordinary_constraints
608       = [ mkClassPred clas [arg_ty] 
609         | data_con <- tyConDataCons tycon,
610           arg_ty <- dataConInstOrigArgTys data_con (map mkTyVarTy (tyConTyVars tycon)),
611           not (isUnLiftedType arg_ty)   -- No constraints for unlifted types?
612         ]
613
614
615 ------------------------------------------------------------------
616 -- Check side conditions that dis-allow derivability for particular classes
617 -- This is *apart* from the newtype-deriving mechanism
618
619 checkSideConditions :: Bool -> TyCon -> [TyVar] -> Class -> [TcType] -> Maybe SDoc
620 checkSideConditions gla_exts tycon deriv_tvs clas tys
621   | notNull deriv_tvs || notNull tys    
622   = Just ty_args_why    -- e.g. deriving( Foo s )
623   | otherwise
624   = case [cond | (key,cond) <- sideConditions, key == getUnique clas] of
625         []     -> Just (non_std_why clas)
626         [cond] -> cond (gla_exts, tycon)
627         other  -> pprPanic "checkSideConditions" (ppr clas)
628   where
629     ty_args_why = quotes (ppr (mkClassPred clas tys)) <+> ptext SLIT("is not a class")
630
631 non_std_why clas = quotes (ppr clas) <+> ptext SLIT("is not a derivable class")
632
633 sideConditions :: [(Unique, Condition)]
634 sideConditions
635   = [   (eqClassKey,       cond_std),
636         (ordClassKey,      cond_std),
637         (readClassKey,     cond_std),
638         (showClassKey,     cond_std),
639         (enumClassKey,     cond_std `andCond` cond_isEnumeration),
640         (ixClassKey,       cond_std `andCond` (cond_isEnumeration `orCond` cond_isProduct)),
641         (boundedClassKey,  cond_std `andCond` (cond_isEnumeration `orCond` cond_isProduct)),
642         (typeableClassKey, cond_glaExts `andCond` cond_typeableOK),
643         (dataClassKey,     cond_glaExts `andCond` cond_std)
644     ]
645
646 type Condition = (Bool, TyCon) -> Maybe SDoc    -- Nothing => OK
647
648 orCond :: Condition -> Condition -> Condition
649 orCond c1 c2 tc 
650   = case c1 tc of
651         Nothing -> Nothing              -- c1 succeeds
652         Just x  -> case c2 tc of        -- c1 fails
653                      Nothing -> Nothing
654                      Just y  -> Just (x $$ ptext SLIT("  and") $$ y)
655                                         -- Both fail
656
657 andCond c1 c2 tc = case c1 tc of
658                      Nothing -> c2 tc   -- c1 succeeds
659                      Just x  -> Just x  -- c1 fails
660
661 cond_std :: Condition
662 cond_std (gla_exts, tycon)
663   | any (not . isVanillaDataCon) data_cons = Just existential_why     
664   | null data_cons                         = Just no_cons_why
665   | otherwise                              = Nothing
666   where
667     data_cons       = tyConDataCons tycon
668     no_cons_why     = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has no data constructors")
669     existential_why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has non-Haskell-98 constructor(s)")
670   
671 cond_isEnumeration :: Condition
672 cond_isEnumeration (gla_exts, tycon)
673   | isEnumerationTyCon tycon = Nothing
674   | otherwise                = Just why
675   where
676     why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has non-nullary constructors")
677
678 cond_isProduct :: Condition
679 cond_isProduct (gla_exts, tycon)
680   | isProductTyCon tycon = Nothing
681   | otherwise            = Just why
682   where
683     why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has more than one constructor")
684
685 cond_typeableOK :: Condition
686 -- OK for Typeable class
687 -- Currently: (a) args all of kind *
688 --            (b) 7 or fewer args
689 cond_typeableOK (gla_exts, tycon)
690   | tyConArity tycon > 7                                      = Just too_many
691   | not (all (isSubArgTypeKind . tyVarKind) (tyConTyVars tycon)) = Just bad_kind
692   | otherwise                                                 = Nothing
693   where
694     too_many = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has too many arguments")
695     bad_kind = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has arguments of kind other than `*'")
696
697 cond_glaExts :: Condition
698 cond_glaExts (gla_exts, tycon) | gla_exts  = Nothing
699                                | otherwise = Just why
700   where
701     why  = ptext SLIT("You need -fglasgow-exts to derive an instance for this class")
702 \end{code}
703
704 %************************************************************************
705 %*                                                                      *
706 \subsection[TcDeriv-fixpoint]{Finding the fixed point of \tr{deriving} equations}
707 %*                                                                      *
708 %************************************************************************
709
710 A ``solution'' (to one of the equations) is a list of (k,TyVarTy tv)
711 terms, which is the final correct RHS for the corresponding original
712 equation.
713 \begin{itemize}
714 \item
715 Each (k,TyVarTy tv) in a solution constrains only a type
716 variable, tv.
717
718 \item
719 The (k,TyVarTy tv) pairs in a solution are canonically
720 ordered by sorting on type varible, tv, (major key) and then class, k,
721 (minor key)
722 \end{itemize}
723
724 \begin{code}
725 solveDerivEqns :: OverlapFlag
726                -> [DerivEqn]
727                -> TcM [Instance]-- Solns in same order as eqns.
728                                 -- This bunch is Absolutely minimal...
729
730 solveDerivEqns overlap_flag orig_eqns
731   = iterateDeriv 1 initial_solutions
732   where
733         -- The initial solutions for the equations claim that each
734         -- instance has an empty context; this solution is certainly
735         -- in canonical form.
736     initial_solutions :: [DerivSoln]
737     initial_solutions = [ [] | _ <- orig_eqns ]
738
739     ------------------------------------------------------------------
740         -- iterateDeriv calculates the next batch of solutions,
741         -- compares it with the current one; finishes if they are the
742         -- same, otherwise recurses with the new solutions.
743         -- It fails if any iteration fails
744     iterateDeriv :: Int -> [DerivSoln] -> TcM [Instance]
745     iterateDeriv n current_solns
746       | n > 20  -- Looks as if we are in an infinite loop
747                 -- This can happen if we have -fallow-undecidable-instances
748                 -- (See TcSimplify.tcSimplifyDeriv.)
749       = pprPanic "solveDerivEqns: probable loop" 
750                  (vcat (map pprDerivEqn orig_eqns) $$ ppr current_solns)
751       | otherwise
752       = let 
753             inst_specs = zipWithEqual "add_solns" mk_inst_spec 
754                                       orig_eqns current_solns
755         in
756         checkNoErrs (
757                   -- Extend the inst info from the explicit instance decls
758                   -- with the current set of solutions, and simplify each RHS
759             extendLocalInstEnv inst_specs $
760             mappM gen_soln orig_eqns
761         )                               `thenM` \ new_solns ->
762         if (current_solns == new_solns) then
763             returnM inst_specs
764         else
765             iterateDeriv (n+1) new_solns
766
767     ------------------------------------------------------------------
768     gen_soln (_, clas, tc,tyvars,deriv_rhs)
769       = setSrcSpan (srcLocSpan (getSrcLoc tc))  $
770         do { let inst_tys = [mkTyConApp tc (mkTyVarTys tyvars)]
771            ; theta <- addErrCtxt (derivInstCtxt1 clas inst_tys) $
772                       tcSimplifyDeriv tc tyvars deriv_rhs
773            ; addErrCtxt (derivInstCtxt2 theta clas inst_tys) $
774              checkValidInstance tyvars theta clas inst_tys
775            ; return (sortLe (<=) theta) }       -- Canonicalise before returning the soluction
776       where
777         
778
779     ------------------------------------------------------------------
780     mk_inst_spec (dfun_name, clas, tycon, tyvars, _) theta
781         = mkLocalInstance dfun overlap_flag
782         where
783           dfun = mkDictFunId dfun_name tyvars theta clas
784                              [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars)]
785
786 extendLocalInstEnv :: [Instance] -> TcM a -> TcM a
787 -- Add new locally-defined instances; don't bother to check
788 -- for functional dependency errors -- that'll happen in TcInstDcls
789 extendLocalInstEnv dfuns thing_inside
790  = do { env <- getGblEnv
791       ; let  inst_env' = extendInstEnvList (tcg_inst_env env) dfuns 
792              env'      = env { tcg_inst_env = inst_env' }
793       ; setGblEnv env' thing_inside }
794 \end{code}
795
796 %************************************************************************
797 %*                                                                      *
798 \subsection[TcDeriv-normal-binds]{Bindings for the various classes}
799 %*                                                                      *
800 %************************************************************************
801
802 After all the trouble to figure out the required context for the
803 derived instance declarations, all that's left is to chug along to
804 produce them.  They will then be shoved into @tcInstDecls2@, which
805 will do all its usual business.
806
807 There are lots of possibilities for code to generate.  Here are
808 various general remarks.
809
810 PRINCIPLES:
811 \begin{itemize}
812 \item
813 We want derived instances of @Eq@ and @Ord@ (both v common) to be
814 ``you-couldn't-do-better-by-hand'' efficient.
815
816 \item
817 Deriving @Show@---also pretty common--- should also be reasonable good code.
818
819 \item
820 Deriving for the other classes isn't that common or that big a deal.
821 \end{itemize}
822
823 PRAGMATICS:
824
825 \begin{itemize}
826 \item
827 Deriving @Ord@ is done mostly with the 1.3 @compare@ method.
828
829 \item
830 Deriving @Eq@ also uses @compare@, if we're deriving @Ord@, too.
831
832 \item
833 We {\em normally} generate code only for the non-defaulted methods;
834 there are some exceptions for @Eq@ and (especially) @Ord@...
835
836 \item
837 Sometimes we use a @_con2tag_<tycon>@ function, which returns a data
838 constructor's numeric (@Int#@) tag.  These are generated by
839 @gen_tag_n_con_binds@, and the heuristic for deciding if one of
840 these is around is given by @hasCon2TagFun@.
841
842 The examples under the different sections below will make this
843 clearer.
844
845 \item
846 Much less often (really just for deriving @Ix@), we use a
847 @_tag2con_<tycon>@ function.  See the examples.
848
849 \item
850 We use the renamer!!!  Reason: we're supposed to be
851 producing @LHsBinds Name@ for the methods, but that means
852 producing correctly-uniquified code on the fly.  This is entirely
853 possible (the @TcM@ monad has a @UniqueSupply@), but it is painful.
854 So, instead, we produce @MonoBinds RdrName@ then heave 'em through
855 the renamer.  What a great hack!
856 \end{itemize}
857
858 \begin{code}
859 -- Generate the InstInfo for the required instance,
860 -- plus any auxiliary bindings required
861 genInst :: Instance -> TcM (InstInfo, LHsBinds RdrName)
862 genInst spec
863   = do  { fix_env <- getFixityEnv
864         ; let
865             (tyvars,_,clas,[ty])    = instanceHead spec
866             clas_nm                 = className clas
867             tycon                   = tcTyConAppTyCon ty 
868             (meth_binds, aux_binds) = genDerivBinds clas fix_env tycon
869
870         -- Bring the right type variables into 
871         -- scope, and rename the method binds
872         -- It's a bit yukky that we return *renamed* InstInfo, but
873         -- *non-renamed* auxiliary bindings
874         ; (rn_meth_binds, _fvs) <- discardWarnings $ 
875                                    bindLocalNames (map varName tyvars)  $
876                                    rnMethodBinds clas_nm (\n -> []) [] meth_binds
877
878         -- Build the InstInfo
879         ; return (InstInfo { iSpec = spec, 
880                              iBinds = VanillaInst rn_meth_binds [] }, 
881                   aux_binds)
882         }
883
884 genDerivBinds clas fix_env tycon
885   | className clas `elem` typeableClassNames
886   = (gen_Typeable_binds tycon, emptyLHsBinds)
887
888   | otherwise
889   = case assocMaybe gen_list (getUnique clas) of
890         Just gen_fn -> gen_fn fix_env tycon
891         Nothing     -> pprPanic "genDerivBinds: bad derived class" (ppr clas)
892   where
893     gen_list :: [(Unique, FixityEnv -> TyCon -> (LHsBinds RdrName, LHsBinds RdrName))]
894     gen_list = [(eqClassKey,      no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Eq_binds))
895                ,(ordClassKey,     no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Ord_binds))
896                ,(enumClassKey,    no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Enum_binds))
897                ,(boundedClassKey, no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Bounded_binds))
898                ,(ixClassKey,      no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Ix_binds))
899                ,(typeableClassKey,no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Typeable_binds))
900                ,(showClassKey,    no_aux_binds gen_Show_binds)
901                ,(readClassKey,    no_aux_binds gen_Read_binds)
902                ,(dataClassKey,    gen_Data_binds)
903                ]
904
905       -- no_aux_binds is used for generators that don't 
906       -- need to produce any auxiliary bindings
907     no_aux_binds f fix_env tc = (f fix_env tc, emptyLHsBinds)
908     ignore_fix_env f fix_env tc = f tc
909 \end{code}
910
911
912 %************************************************************************
913 %*                                                                      *
914 \subsection[TcDeriv-taggery-Names]{What con2tag/tag2con functions are available?}
915 %*                                                                      *
916 %************************************************************************
917
918
919 data Foo ... = ...
920
921 con2tag_Foo :: Foo ... -> Int#
922 tag2con_Foo :: Int -> Foo ...   -- easier if Int, not Int#
923 maxtag_Foo  :: Int              -- ditto (NB: not unlifted)
924
925
926 We have a @con2tag@ function for a tycon if:
927 \begin{itemize}
928 \item
929 We're deriving @Eq@ and the tycon has nullary data constructors.
930
931 \item
932 Or: we're deriving @Ord@ (unless single-constructor), @Enum@, @Ix@
933 (enum type only????)
934 \end{itemize}
935
936 We have a @tag2con@ function for a tycon if:
937 \begin{itemize}
938 \item
939 We're deriving @Enum@, or @Ix@ (enum type only???)
940 \end{itemize}
941
942 If we have a @tag2con@ function, we also generate a @maxtag@ constant.
943
944 \begin{code}
945 genTaggeryBinds :: [InstInfo] -> TcM (LHsBinds RdrName)
946 genTaggeryBinds infos
947   = do  { names_so_far <- foldlM do_con2tag []           tycons_of_interest
948         ; nm_alist_etc <- foldlM do_tag2con names_so_far tycons_of_interest
949         ; return (listToBag (map gen_tag_n_con_monobind nm_alist_etc)) }
950   where
951     all_CTs = [ (cls, tcTyConAppTyCon ty)
952               | info <- infos, 
953                 let (cls,ty) = simpleInstInfoClsTy info ]
954     all_tycons              = map snd all_CTs
955     (tycons_of_interest, _) = removeDups compare all_tycons
956     
957     do_con2tag acc_Names tycon
958       | isDataTyCon tycon &&
959         ((we_are_deriving eqClassKey tycon
960             && any isNullarySrcDataCon (tyConDataCons tycon))
961          || (we_are_deriving ordClassKey  tycon
962             && not (isProductTyCon tycon))
963          || (we_are_deriving enumClassKey tycon)
964          || (we_are_deriving ixClassKey   tycon))
965         
966       = returnM ((con2tag_RDR tycon, tycon, GenCon2Tag)
967                    : acc_Names)
968       | otherwise
969       = returnM acc_Names
970
971     do_tag2con acc_Names tycon
972       | isDataTyCon tycon &&
973          (we_are_deriving enumClassKey tycon ||
974           we_are_deriving ixClassKey   tycon
975           && isEnumerationTyCon tycon)
976       = returnM ( (tag2con_RDR tycon, tycon, GenTag2Con)
977                  : (maxtag_RDR  tycon, tycon, GenMaxTag)
978                  : acc_Names)
979       | otherwise
980       = returnM acc_Names
981
982     we_are_deriving clas_key tycon
983       = is_in_eqns clas_key tycon all_CTs
984       where
985         is_in_eqns clas_key tycon [] = False
986         is_in_eqns clas_key tycon ((c,t):cts)
987           =  (clas_key == classKey c && tycon == t)
988           || is_in_eqns clas_key tycon cts
989 \end{code}
990
991 \begin{code}
992 derivingThingErr clas tys tycon tyvars why
993   = sep [hsep [ptext SLIT("Can't make a derived instance of"), quotes (ppr pred)],
994          nest 2 (parens why)]
995   where
996     pred = mkClassPred clas (tys ++ [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars)])
997
998 derivCtxt :: TyCon -> SDoc
999 derivCtxt tycon
1000   = ptext SLIT("When deriving instances for") <+> quotes (ppr tycon)
1001
1002 derivInstCtxt1 clas inst_tys
1003   = ptext SLIT("When deriving the instance for") <+> quotes (pprClassPred clas inst_tys)
1004
1005 derivInstCtxt2 theta clas inst_tys
1006   = vcat [ptext SLIT("In the derived instance declaration"),
1007           nest 2 (ptext SLIT("instance") <+> sep [pprThetaArrow theta, 
1008                                                   pprClassPred clas inst_tys])]
1009 \end{code}
1010