7a2954a6d5a4307c9e459904c93667623ec928e4
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcDeriv.lhs
1 %
2 % (c) The University of Glasgow 2006
3 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
4 %
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
15
16 import Generics
17 import TcRnMonad
18 import TcEnv
19 import TcClassDcl( tcAddDeclCtxt )      -- Small helper
20 import TcGenDeriv                       -- Deriv stuff
21 import InstEnv
22 import Inst
23 import TcHsType
24 import TcMType
25 import TcSimplify
26
27 import RnBinds
28 import RnEnv
29 import HscTypes
30
31 import Class
32 import Type
33 import ErrUtils
34 import MkId
35 import DataCon
36 import Maybes
37 import RdrName
38 import Name
39 import NameSet
40 import TyCon
41 import TcType
42 import Var
43 import VarSet
44 import PrelNames
45 import SrcLoc
46 import Util
47 import ListSetOps
48 import Outputable
49 import FastString
50 import Bag
51 \end{code}
52
53 %************************************************************************
54 %*                                                                      *
55                 Overview
56 %*                                                                      *
57 %************************************************************************
58
59 Overall plan
60 ~~~~~~~~~~~~
61 1.  Convert the decls (i.e. data/newtype deriving clauses, 
62     plus standalone deriving) to [EarlyDerivSpec]
63
64 2.  Infer the missing contexts for the Left DerivSpecs
65
66 3.  Add the derived bindings, generating InstInfos
67
68 \begin{code}
69 -- DerivSpec is purely  local to this module
70 data DerivSpec  = DS { ds_loc     :: SrcSpan 
71                      , ds_orig    :: InstOrigin 
72                      , ds_name    :: Name
73                      , ds_tvs     :: [TyVar] 
74                      , ds_theta   :: ThetaType
75                      , ds_cls     :: Class
76                      , ds_tys     :: [Type]
77                      , ds_newtype :: Bool }
78         -- This spec implies a dfun declaration of the form
79         --       df :: forall tvs. theta => C tys
80         -- The Name is the name for the DFun we'll build
81         -- The tyvars bind all the variables in the theta
82         -- For family indexes, the tycon is the *family* tycon
83         --              (not the representation tycon)
84
85         -- ds_newtype = True  <=> Newtype deriving
86         --              False <=> Vanilla deriving
87
88 type EarlyDerivSpec = Either DerivSpec DerivSpec
89         -- Left  ds => the context for the instance should be inferred
90         --             In this case ds_theta is the list of all the 
91         --                constraints needed, such as (Eq [a], Eq a)
92         --                The inference process is to reduce this to a 
93         --                simpler form (e.g. Eq a)
94         -- 
95         -- Right ds => the exact context for the instance is supplied 
96         --             by the programmer; it is ds_theta
97
98 pprDerivSpec :: DerivSpec -> SDoc
99 pprDerivSpec (DS { ds_loc = l, ds_name = n, ds_tvs = tvs, 
100                    ds_cls = c, ds_tys = tys, ds_theta = rhs })
101   = parens (hsep [ppr l, ppr n, ppr tvs, ppr c, ppr tys]
102             <+> equals <+> ppr rhs)
103 \end{code}
104
105
106 Inferring missing contexts 
107 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
108 Consider
109
110         data T a b = C1 (Foo a) (Bar b)
111                    | C2 Int (T b a)
112                    | C3 (T a a)
113                    deriving (Eq)
114
115 [NOTE: See end of these comments for what to do with 
116         data (C a, D b) => T a b = ...
117 ]
118
119 We want to come up with an instance declaration of the form
120
121         instance (Ping a, Pong b, ...) => Eq (T a b) where
122                 x == y = ...
123
124 It is pretty easy, albeit tedious, to fill in the code "...".  The
125 trick is to figure out what the context for the instance decl is,
126 namely @Ping@, @Pong@ and friends.
127
128 Let's call the context reqd for the T instance of class C at types
129 (a,b, ...)  C (T a b).  Thus:
130
131         Eq (T a b) = (Ping a, Pong b, ...)
132
133 Now we can get a (recursive) equation from the @data@ decl:
134
135         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
136                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
137                    u Eq (T a a)                 -- From C3
138
139 Foo and Bar may have explicit instances for @Eq@, in which case we can
140 just substitute for them.  Alternatively, either or both may have
141 their @Eq@ instances given by @deriving@ clauses, in which case they
142 form part of the system of equations.
143
144 Now all we need do is simplify and solve the equations, iterating to
145 find the least fixpoint.  Notice that the order of the arguments can
146 switch around, as here in the recursive calls to T.
147
148 Let's suppose Eq (Foo a) = Eq a, and Eq (Bar b) = Ping b.
149
150 We start with:
151
152         Eq (T a b) = {}         -- The empty set
153
154 Next iteration:
155         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
156                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
157                    u Eq (T a a)                 -- From C3
158
159         After simplification:
160                    = Eq a u Ping b u {} u {} u {}
161                    = Eq a u Ping b
162
163 Next iteration:
164
165         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
166                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
167                    u Eq (T a a)                 -- From C3
168
169         After simplification:
170                    = Eq a u Ping b
171                    u (Eq b u Ping a)
172                    u (Eq a u Ping a)
173
174                    = Eq a u Ping b u Eq b u Ping a
175
176 The next iteration gives the same result, so this is the fixpoint.  We
177 need to make a canonical form of the RHS to ensure convergence.  We do
178 this by simplifying the RHS to a form in which
179
180         - the classes constrain only tyvars
181         - the list is sorted by tyvar (major key) and then class (minor key)
182         - no duplicates, of course
183
184 So, here are the synonyms for the ``equation'' structures:
185
186
187 Note [Data decl contexts]
188 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
189 Consider
190
191         data (RealFloat a) => Complex a = !a :+ !a deriving( Read )
192
193 We will need an instance decl like:
194
195         instance (Read a, RealFloat a) => Read (Complex a) where
196           ...
197
198 The RealFloat in the context is because the read method for Complex is bound
199 to construct a Complex, and doing that requires that the argument type is
200 in RealFloat. 
201
202 But this ain't true for Show, Eq, Ord, etc, since they don't construct
203 a Complex; they only take them apart.
204
205 Our approach: identify the offending classes, and add the data type
206 context to the instance decl.  The "offending classes" are
207
208         Read, Enum?
209
210 FURTHER NOTE ADDED March 2002.  In fact, Haskell98 now requires that
211 pattern matching against a constructor from a data type with a context
212 gives rise to the constraints for that context -- or at least the thinned
213 version.  So now all classes are "offending".
214
215 Note [Newtype deriving]
216 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
217 Consider this:
218     class C a b
219     instance C [a] Char
220     newtype T = T Char deriving( C [a] )
221
222 Notice the free 'a' in the deriving.  We have to fill this out to 
223     newtype T = T Char deriving( forall a. C [a] )
224
225 And then translate it to:
226     instance C [a] Char => C [a] T where ...
227     
228         
229 Note [Newtype deriving superclasses]
230 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
231 (See also Trac #1220 for an interesting exchange on newtype
232 deriving and superclasses.)
233
234 The 'tys' here come from the partial application in the deriving
235 clause. The last arg is the new instance type.
236
237 We must pass the superclasses; the newtype might be an instance
238 of them in a different way than the representation type
239 E.g.            newtype Foo a = Foo a deriving( Show, Num, Eq )
240 Then the Show instance is not done via isomorphism; it shows
241         Foo 3 as "Foo 3"
242 The Num instance is derived via isomorphism, but the Show superclass
243 dictionary must the Show instance for Foo, *not* the Show dictionary
244 gotten from the Num dictionary. So we must build a whole new dictionary
245 not just use the Num one.  The instance we want is something like:
246      instance (Num a, Show (Foo a), Eq (Foo a)) => Num (Foo a) where
247         (+) = ((+)@a)
248         ...etc...
249 There may be a coercion needed which we get from the tycon for the newtype
250 when the dict is constructed in TcInstDcls.tcInstDecl2
251
252
253
254
255 %************************************************************************
256 %*                                                                      *
257 \subsection[TcDeriv-driver]{Top-level function for \tr{derivings}}
258 %*                                                                      *
259 %************************************************************************
260
261 \begin{code}
262 tcDeriving  :: [LTyClDecl Name]  -- All type constructors
263             -> [LInstDecl Name]  -- All instance declarations
264             -> [LDerivDecl Name] -- All stand-alone deriving declarations
265             -> TcM ([InstInfo Name],    -- The generated "instance decls"
266                     HsValBinds Name)    -- Extra generated top-level bindings
267
268 tcDeriving tycl_decls inst_decls deriv_decls
269   = recoverM (return ([], emptyValBindsOut)) $
270     do  {       -- Fish the "deriving"-related information out of the TcEnv
271                 -- And make the necessary "equations".
272         ; early_specs <- makeDerivSpecs tycl_decls inst_decls deriv_decls
273
274         ; overlap_flag <- getOverlapFlag
275         ; let (infer_specs, given_specs) = splitEithers early_specs
276         ; insts1 <- mapM (genInst overlap_flag) given_specs
277
278         ; final_specs <- extendLocalInstEnv (map (iSpec . fst) insts1) $
279                          inferInstanceContexts overlap_flag infer_specs
280
281         ; insts2 <- mapM (genInst overlap_flag) final_specs
282
283         ; is_boot <- tcIsHsBoot
284                  -- Generate the generic to/from functions from each type declaration
285         ; gen_binds <- mkGenericBinds is_boot
286         ; (inst_info, rn_binds) <- renameDeriv is_boot gen_binds (insts1 ++ insts2)
287
288         ; dflags <- getDOpts
289         ; liftIO (dumpIfSet_dyn dflags Opt_D_dump_deriv "Derived instances"
290                  (ddump_deriving inst_info rn_binds))
291
292         ; return (inst_info, rn_binds) }
293   where
294     ddump_deriving :: [InstInfo Name] -> HsValBinds Name -> SDoc
295     ddump_deriving inst_infos extra_binds
296       = vcat (map pprInstInfoDetails inst_infos) $$ ppr extra_binds
297
298 renameDeriv :: Bool -> LHsBinds RdrName
299             -> [(InstInfo RdrName, DerivAuxBinds)]
300             -> TcM ([InstInfo Name], HsValBinds Name)
301 renameDeriv is_boot gen_binds insts
302   | is_boot     -- If we are compiling a hs-boot file, don't generate any derived bindings
303                 -- The inst-info bindings will all be empty, but it's easier to
304                 -- just use rn_inst_info to change the type appropriately
305   = do  { rn_inst_infos <- mapM rn_inst_info inst_infos 
306         ; return (rn_inst_infos, emptyValBindsOut) }
307
308   | otherwise
309   = discardWarnings $    -- Discard warnings about unused bindings etc
310     do  { (rn_gen, dus_gen) <- setOptM Opt_PatternSignatures $  -- Type signatures in patterns 
311                                                                 -- are used in the generic binds
312                                rnTopBinds (ValBindsIn gen_binds [])
313         ; keepAliveSetTc (duDefs dus_gen)       -- Mark these guys to be kept alive
314
315                 -- Generate and rename any extra not-one-inst-decl-specific binds, 
316                 -- notably "con2tag" and/or "tag2con" functions.  
317                 -- Bring those names into scope before renaming the instances themselves
318         ; loc <- getSrcSpanM    -- Generic loc for shared bindings
319         ; let aux_binds = listToBag $ map (genAuxBind loc) $ 
320                           rm_dups [] $ concat deriv_aux_binds
321         ; rn_aux_lhs <- rnTopBindsLHS emptyFsEnv (ValBindsIn aux_binds [])
322         ; let aux_names =  map unLoc (collectHsValBinders rn_aux_lhs)
323
324         ; bindLocalNames aux_names $ 
325     do  { (rn_aux, _dus) <- rnTopBindsRHS aux_names rn_aux_lhs
326         ; rn_inst_infos <- mapM rn_inst_info inst_infos
327         ; return (rn_inst_infos, rn_aux `plusHsValBinds` rn_gen) } }
328
329   where
330     (inst_infos, deriv_aux_binds) = unzip insts
331     
332         -- Remove duplicate requests for auxilliary bindings
333     rm_dups acc [] = acc
334     rm_dups acc (b:bs) | any (isDupAux b) acc = rm_dups acc bs
335                        | otherwise            = rm_dups (b:acc) bs
336
337
338     rn_inst_info (InstInfo { iSpec = inst, iBinds = NewTypeDerived })
339         = return (InstInfo { iSpec = inst, iBinds = NewTypeDerived })
340
341     rn_inst_info (InstInfo { iSpec = inst, iBinds = VanillaInst binds sigs })
342         =       -- Bring the right type variables into 
343                 -- scope (yuk), and rename the method binds
344            ASSERT( null sigs )
345            bindLocalNames (map Var.varName tyvars) $
346            do { (rn_binds, _fvs) <- rnMethodBinds clas_nm (\_ -> []) [] binds
347               ; return (InstInfo { iSpec = inst, iBinds = VanillaInst rn_binds [] }) }
348         where
349           (tyvars,_,clas,_) = instanceHead inst
350           clas_nm           = className clas
351
352 -----------------------------------------
353 mkGenericBinds :: Bool -> TcM (LHsBinds RdrName)
354 mkGenericBinds is_boot
355   | is_boot 
356   = return emptyBag
357   | otherwise
358   = do  { gbl_env <- getGblEnv
359         ; let tcs = typeEnvTyCons (tcg_type_env gbl_env)
360         ; return (unionManyBags [ mkTyConGenericBinds tc | 
361                                   tc <- tcs, tyConHasGenerics tc ]) }
362                 -- We are only interested in the data type declarations,
363                 -- and then only in the ones whose 'has-generics' flag is on
364                 -- The predicate tyConHasGenerics finds both of these
365 \end{code}
366
367
368 %************************************************************************
369 %*                                                                      *
370                 From HsSyn to DerivSpec
371 %*                                                                      *
372 %************************************************************************
373
374 @makeDerivSpecs@ fishes around to find the info about needed derived
375 instances.  Complicating factors:
376 \begin{itemize}
377 \item
378 We can only derive @Enum@ if the data type is an enumeration
379 type (all nullary data constructors).
380
381 \item
382 We can only derive @Ix@ if the data type is an enumeration {\em
383 or} has just one data constructor (e.g., tuples).
384 \end{itemize}
385
386 [See Appendix~E in the Haskell~1.2 report.] This code here deals w/
387 all those.
388
389 \begin{code}
390 makeDerivSpecs :: [LTyClDecl Name] 
391                -> [LInstDecl Name]
392                -> [LDerivDecl Name] 
393                -> TcM [EarlyDerivSpec]
394
395 makeDerivSpecs tycl_decls inst_decls deriv_decls
396   = do  { eqns1 <- mapAndRecoverM deriveTyData $
397                      extractTyDataPreds tycl_decls ++
398                      [ pd                        -- traverse assoc data families
399                      | L _ (InstDecl _ _ _ ats) <- inst_decls
400                      , pd <- extractTyDataPreds ats ]
401         ; eqns2 <- mapAndRecoverM deriveStandalone deriv_decls
402         ; return (catMaybes (eqns1 ++ eqns2)) }
403   where
404     extractTyDataPreds decls =             
405       [(p, d) | d@(L _ (TyData {tcdDerivs = Just preds})) <- decls, p <- preds]
406
407
408 ------------------------------------------------------------------
409 deriveStandalone :: LDerivDecl Name -> TcM (Maybe EarlyDerivSpec)
410 -- Standalone deriving declarations
411 --  e.g.   deriving instance show a => Show (T a)
412 -- Rather like tcLocalInstDecl
413 deriveStandalone (L loc (DerivDecl deriv_ty))
414   = setSrcSpan loc                   $
415     addErrCtxt (standaloneCtxt deriv_ty)  $
416     do { traceTc (text "standalone deriving decl for" <+> ppr deriv_ty)
417        ; (tvs, theta, tau) <- tcHsInstHead deriv_ty
418        ; traceTc (text "standalone deriving;"
419               <+> text "tvs:" <+> ppr tvs
420               <+> text "theta:" <+> ppr theta
421               <+> text "tau:" <+> ppr tau)
422        ; (cls, inst_tys) <- checkValidInstHead tau
423        ; checkValidInstance tvs theta cls inst_tys
424                 -- C.f. TcInstDcls.tcLocalInstDecl1
425
426        ; let cls_tys = take (length inst_tys - 1) inst_tys
427              inst_ty = last inst_tys
428        ; traceTc (text "standalone deriving;"
429               <+> text "class:" <+> ppr cls
430               <+> text "class types:" <+> ppr cls_tys
431               <+> text "type:" <+> ppr inst_ty)
432        ; mkEqnHelp StandAloneDerivOrigin tvs cls cls_tys inst_ty
433                    (Just theta) }
434
435 ------------------------------------------------------------------
436 deriveTyData :: (LHsType Name, LTyClDecl Name) -> TcM (Maybe EarlyDerivSpec)
437 deriveTyData (L loc deriv_pred, L _ decl@(TyData { tcdLName = L _ tycon_name, 
438                                                    tcdTyVars = tv_names, 
439                                                    tcdTyPats = ty_pats }))
440   = setSrcSpan loc     $        -- Use the location of the 'deriving' item
441     tcAddDeclCtxt decl $
442     do  { let hs_ty_args = ty_pats `orElse` map (nlHsTyVar . hsLTyVarName) tv_names
443               hs_app     = nlHsTyConApp tycon_name hs_ty_args
444                 -- We get kinding info for the tyvars by typechecking (T a b)
445                 -- Hence forming a tycon application and then dis-assembling it
446         ; (tvs, tc_app) <- tcHsQuantifiedType tv_names hs_app
447         ; tcExtendTyVarEnv tvs $        -- Deriving preds may (now) mention
448                                         -- the type variables for the type constructor
449     do  { (deriv_tvs, cls, cls_tys) <- tcHsDeriv deriv_pred
450                 -- The "deriv_pred" is a LHsType to take account of the fact that for
451                 -- newtype deriving we allow deriving (forall a. C [a]).
452         ; mkEqnHelp DerivOrigin (tvs++deriv_tvs) cls cls_tys tc_app Nothing } }
453
454 deriveTyData _other
455   = panic "derivTyData" -- Caller ensures that only TyData can happen
456
457 ------------------------------------------------------------------
458 mkEqnHelp :: InstOrigin -> [TyVar] -> Class -> [Type] -> Type
459           -> Maybe ThetaType    -- Just    => context supplied (standalone deriving)
460                                 -- Nothing => context inferred (deriving on data decl)
461           -> TcRn (Maybe EarlyDerivSpec)
462 mkEqnHelp orig tvs cls cls_tys tc_app mtheta
463   | Just (tycon, tc_args) <- tcSplitTyConApp_maybe tc_app
464   , isAlgTyCon tycon    -- Check for functions, primitive types etc
465   = do  { (rep_tc, rep_tc_args) <- tcLookupFamInstExact tycon tc_args
466                   -- Be careful to test rep_tc here: in the case of families, 
467                   -- we want to check the instance tycon, not the family tycon
468
469         -- For standalone deriving (mtheta /= Nothing), 
470         -- check that all the data constructors are in scope
471         -- By this time we know that the thing is algebraic
472         --      because we've called checkInstHead in derivingStandalone
473         ; rdr_env <- getGlobalRdrEnv
474         ; let hidden_data_cons = isAbstractTyCon rep_tc || any not_in_scope (tyConDataCons rep_tc)
475               not_in_scope dc  = null (lookupGRE_Name rdr_env (dataConName dc))
476         ; checkTc (isNothing mtheta || not hidden_data_cons) 
477                   (derivingHiddenErr tycon)
478
479         ; mayDeriveDataTypeable <- doptM Opt_DeriveDataTypeable
480         ; newtype_deriving <- doptM Opt_GeneralizedNewtypeDeriving
481
482         ; if isDataTyCon rep_tc then
483                 mkDataTypeEqn orig mayDeriveDataTypeable tvs cls cls_tys 
484                               tycon tc_args rep_tc rep_tc_args mtheta
485           else
486                 mkNewTypeEqn orig mayDeriveDataTypeable newtype_deriving
487                              tvs cls cls_tys 
488                              tycon tc_args rep_tc rep_tc_args mtheta }
489   | otherwise
490   = baleOut (derivingThingErr cls cls_tys tc_app
491             (ptext (sLit "The last argument of the instance must be a data or newtype application")))
492
493 baleOut :: Message -> TcM (Maybe a)
494 baleOut err = do { addErrTc err;  return Nothing }
495 \end{code}
496
497 Note [Looking up family instances for deriving]
498 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
499 tcLookupFamInstExact is an auxiliary lookup wrapper which requires
500 that looked-up family instances exist.  If called with a vanilla
501 tycon, the old type application is simply returned.
502
503 If we have
504   data instance F () = ... deriving Eq
505   data instance F () = ... deriving Eq
506 then tcLookupFamInstExact will be confused by the two matches;
507 but that can't happen because tcInstDecls1 doesn't call tcDeriving
508 if there are any overlaps.
509
510 There are two other things that might go wrong with the lookup.
511 First, we might see a standalone deriving clause
512         deriving Eq (F ())
513 when there is no data instance F () in scope. 
514
515 Note that it's OK to have
516   data instance F [a] = ...
517   deriving Eq (F [(a,b)])
518 where the match is not exact; the same holds for ordinary data types
519 with standalone deriving declrations.
520
521 \begin{code}
522 tcLookupFamInstExact :: TyCon -> [Type] -> TcM (TyCon, [Type])
523 tcLookupFamInstExact tycon tys
524   | not (isOpenTyCon tycon)
525   = return (tycon, tys)
526   | otherwise
527   = do { maybeFamInst <- tcLookupFamInst tycon tys
528        ; case maybeFamInst of
529            Nothing      -> famInstNotFound tycon tys
530            Just famInst -> return famInst
531        }
532
533 famInstNotFound :: TyCon -> [Type] -> TcM a
534 famInstNotFound tycon tys 
535   = failWithTc (ptext (sLit "No family instance for")
536                         <+> quotes (pprTypeApp tycon (ppr tycon) tys))
537 \end{code}
538
539
540 %************************************************************************
541 %*                                                                      *
542                 Deriving data types
543 %*                                                                      *
544 %************************************************************************
545
546 \begin{code}
547 mkDataTypeEqn :: InstOrigin -> Bool -> [Var] -> Class -> [Type]
548               -> TyCon -> [Type] -> TyCon -> [Type] -> Maybe ThetaType
549               -> TcRn (Maybe EarlyDerivSpec)    -- Return 'Nothing' if error
550                 
551 mkDataTypeEqn orig mayDeriveDataTypeable tvs cls cls_tys
552               tycon tc_args rep_tc rep_tc_args mtheta
553   | Just err <- checkSideConditions mayDeriveDataTypeable cls cls_tys rep_tc
554         -- NB: pass the *representation* tycon to checkSideConditions
555   = baleOut (derivingThingErr cls cls_tys (mkTyConApp tycon tc_args) err)
556
557   | otherwise 
558   = ASSERT( null cls_tys )
559     mk_data_eqn orig tvs cls tycon tc_args rep_tc rep_tc_args mtheta
560
561 mk_data_eqn, mk_typeable_eqn
562    :: InstOrigin -> [TyVar] -> Class 
563    -> TyCon -> [TcType] -> TyCon -> [TcType] -> Maybe ThetaType
564    -> TcM (Maybe EarlyDerivSpec)
565 mk_data_eqn orig tvs cls tycon tc_args rep_tc rep_tc_args mtheta
566   | getName cls `elem` typeableClassNames
567   = mk_typeable_eqn orig tvs cls tycon tc_args rep_tc rep_tc_args mtheta
568
569   | otherwise
570   = do  { dfun_name <- new_dfun_name cls tycon
571         ; loc <- getSrcSpanM
572         ; let ordinary_constraints
573                 = [ mkClassPred cls [arg_ty] 
574                   | data_con <- tyConDataCons rep_tc,
575                     arg_ty   <- ASSERT( isVanillaDataCon data_con )
576                                 dataConInstOrigArgTys data_con rep_tc_args,
577                     not (isUnLiftedType arg_ty) ] -- No constraints for unlifted types?
578
579                         -- See Note [Superclasses of derived instance]
580               sc_constraints = substTheta (zipOpenTvSubst (classTyVars cls) inst_tys)
581                                           (classSCTheta cls)
582               inst_tys =  [mkTyConApp tycon tc_args]
583
584               stupid_subst = zipTopTvSubst (tyConTyVars rep_tc) rep_tc_args
585               stupid_constraints = substTheta stupid_subst (tyConStupidTheta rep_tc)
586               all_constraints = stupid_constraints ++ sc_constraints ++ ordinary_constraints
587
588               spec = DS { ds_loc = loc, ds_orig = orig
589                         , ds_name = dfun_name, ds_tvs = tvs 
590                         , ds_cls = cls, ds_tys = inst_tys
591                         , ds_theta =  mtheta `orElse` all_constraints
592                         , ds_newtype = False }
593
594         ; return (if isJust mtheta then Just (Right spec)       -- Specified context
595                                    else Just (Left spec)) }     -- Infer context
596
597 mk_typeable_eqn orig tvs cls tycon tc_args rep_tc _rep_tc_args mtheta
598         -- The Typeable class is special in several ways
599         --        data T a b = ... deriving( Typeable )
600         -- gives
601         --        instance Typeable2 T where ...
602         -- Notice that:
603         -- 1. There are no constraints in the instance
604         -- 2. There are no type variables either
605         -- 3. The actual class we want to generate isn't necessarily
606         --      Typeable; it depends on the arity of the type
607   | isNothing mtheta    -- deriving on a data type decl
608   = do  { checkTc (cls `hasKey` typeableClassKey)
609                   (ptext (sLit "Use deriving( Typeable ) on a data type declaration"))
610         ; real_cls <- tcLookupClass (typeableClassNames !! tyConArity tycon)
611         ; mk_typeable_eqn orig tvs real_cls tycon [] rep_tc [] (Just []) }
612
613   | otherwise           -- standaone deriving
614   = do  { checkTc (null tc_args)
615                   (ptext (sLit "Derived typeable instance must be of form (Typeable") 
616                         <> int (tyConArity tycon) <+> ppr tycon <> rparen)
617         ; dfun_name <- new_dfun_name cls tycon
618         ; loc <- getSrcSpanM
619         ; return (Just $ Right $
620                   DS { ds_loc = loc, ds_orig = orig, ds_name = dfun_name, ds_tvs = []
621                      , ds_cls = cls, ds_tys = [mkTyConApp tycon []] 
622                      , ds_theta = mtheta `orElse` [], ds_newtype = False })  }
623
624 ------------------------------------------------------------------
625 -- Check side conditions that dis-allow derivability for particular classes
626 -- This is *apart* from the newtype-deriving mechanism
627 --
628 -- Here we get the representation tycon in case of family instances as it has
629 -- the data constructors - but we need to be careful to fall back to the
630 -- family tycon (with indexes) in error messages.
631
632 checkSideConditions :: Bool -> Class -> [TcType] -> TyCon -> Maybe SDoc
633 checkSideConditions mayDeriveDataTypeable cls cls_tys rep_tc
634   | notNull cls_tys     
635   = Just ty_args_why    -- e.g. deriving( Foo s )
636   | otherwise
637   = case sideConditions cls of
638         Just cond -> cond (mayDeriveDataTypeable, rep_tc)
639         Nothing   -> Just non_std_why
640   where
641     ty_args_why = quotes (ppr (mkClassPred cls cls_tys)) <+> ptext (sLit "is not a class")
642     non_std_why = quotes (ppr cls) <+> ptext (sLit "is not a derivable class")
643
644 sideConditions :: Class -> Maybe Condition
645 sideConditions cls
646   | cls_key == eqClassKey   = Just cond_std
647   | cls_key == ordClassKey  = Just cond_std
648   | cls_key == readClassKey = Just cond_std
649   | cls_key == showClassKey = Just cond_std
650   | cls_key == enumClassKey = Just (cond_std `andCond` cond_isEnumeration)
651   | cls_key == ixClassKey   = Just (cond_std `andCond` (cond_isEnumeration `orCond` cond_isProduct))
652   | cls_key == boundedClassKey = Just (cond_std `andCond` (cond_isEnumeration `orCond` cond_isProduct))
653   | cls_key == dataClassKey    = Just (cond_mayDeriveDataTypeable `andCond` cond_std)
654   | getName cls `elem` typeableClassNames = Just (cond_mayDeriveDataTypeable `andCond` cond_typeableOK)
655   | otherwise = Nothing
656   where
657     cls_key = getUnique cls
658
659 type Condition = (Bool, TyCon) -> Maybe SDoc
660         -- Bool is whether or not we are allowed to derive Data and Typeable
661         -- TyCon is the *representation* tycon if the 
662         --      data type is an indexed one
663         -- Nothing => OK
664
665 orCond :: Condition -> Condition -> Condition
666 orCond c1 c2 tc 
667   = case c1 tc of
668         Nothing -> Nothing              -- c1 succeeds
669         Just x  -> case c2 tc of        -- c1 fails
670                      Nothing -> Nothing
671                      Just y  -> Just (x $$ ptext (sLit "  and") $$ y)
672                                         -- Both fail
673
674 andCond :: Condition -> Condition -> Condition
675 andCond c1 c2 tc = case c1 tc of
676                      Nothing -> c2 tc   -- c1 succeeds
677                      Just x  -> Just x  -- c1 fails
678
679 cond_std :: Condition
680 cond_std (_, rep_tc)
681   | any (not . isVanillaDataCon) data_cons = Just existential_why     
682   | null data_cons                         = Just no_cons_why
683   | otherwise                              = Nothing
684   where
685     data_cons       = tyConDataCons rep_tc
686     no_cons_why     = quotes (pprSourceTyCon rep_tc) <+> 
687                       ptext (sLit "has no data constructors")
688     existential_why = quotes (pprSourceTyCon rep_tc) <+> 
689                       ptext (sLit "has non-Haskell-98 constructor(s)")
690   
691 cond_isEnumeration :: Condition
692 cond_isEnumeration (_, rep_tc)
693   | isEnumerationTyCon rep_tc = Nothing
694   | otherwise                 = Just why
695   where
696     why = quotes (pprSourceTyCon rep_tc) <+> 
697           ptext (sLit "has non-nullary constructors")
698
699 cond_isProduct :: Condition
700 cond_isProduct (_, rep_tc)
701   | isProductTyCon rep_tc = Nothing
702   | otherwise             = Just why
703   where
704     why = quotes (pprSourceTyCon rep_tc) <+> 
705           ptext (sLit "has more than one constructor")
706
707 cond_typeableOK :: Condition
708 -- OK for Typeable class
709 -- Currently: (a) args all of kind *
710 --            (b) 7 or fewer args
711 cond_typeableOK (_, rep_tc)
712   | tyConArity rep_tc > 7       = Just too_many
713   | not (all (isSubArgTypeKind . tyVarKind) (tyConTyVars rep_tc)) 
714                                 = Just bad_kind
715   | isFamInstTyCon rep_tc       = Just fam_inst  -- no Typable for family insts
716   | otherwise                   = Nothing
717   where
718     too_many = quotes (pprSourceTyCon rep_tc) <+> 
719                ptext (sLit "has too many arguments")
720     bad_kind = quotes (pprSourceTyCon rep_tc) <+> 
721                ptext (sLit "has arguments of kind other than `*'")
722     fam_inst = quotes (pprSourceTyCon rep_tc) <+> 
723                ptext (sLit "is a type family")
724
725 cond_mayDeriveDataTypeable :: Condition
726 cond_mayDeriveDataTypeable (mayDeriveDataTypeable, _)
727  | mayDeriveDataTypeable = Nothing
728  | otherwise = Just why
729   where
730     why  = ptext (sLit "You need -XDeriveDataTypeable to derive an instance for this class")
731
732 std_class_via_iso :: Class -> Bool
733 std_class_via_iso clas  -- These standard classes can be derived for a newtype
734                         -- using the isomorphism trick *even if no -fglasgow-exts*
735   = classKey clas `elem`  [eqClassKey, ordClassKey, ixClassKey, boundedClassKey]
736         -- Not Read/Show because they respect the type
737         -- Not Enum, because newtypes are never in Enum
738
739
740 new_dfun_name :: Class -> TyCon -> TcM Name
741 new_dfun_name clas tycon        -- Just a simple wrapper
742   = do { loc <- getSrcSpanM     -- The location of the instance decl, not of the tycon
743         ; newDFunName clas [mkTyConApp tycon []] loc }
744         -- The type passed to newDFunName is only used to generate
745         -- a suitable string; hence the empty type arg list
746 \end{code}
747
748 Note [Superclasses of derived instance] 
749 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
750 In general, a derived instance decl needs the superclasses of the derived
751 class too.  So if we have
752         data T a = ...deriving( Ord )
753 then the initial context for Ord (T a) should include Eq (T a).  Often this is 
754 redundant; we'll also generate an Ord constraint for each constructor argument,
755 and that will probably generate enough constraints to make the Eq (T a) constraint 
756 be satisfied too.  But not always; consider:
757
758  data S a = S
759  instance Eq (S a)
760  instance Ord (S a)
761
762  data T a = MkT (S a) deriving( Ord )
763  instance Num a => Eq (T a)
764
765 The derived instance for (Ord (T a)) must have a (Num a) constraint!
766 Similarly consider:
767         data T a = MkT deriving( Data, Typeable )
768 Here there *is* no argument field, but we must nevertheless generate
769 a context for the Data instances:
770         instance Typable a => Data (T a) where ...
771
772
773 %************************************************************************
774 %*                                                                      *
775                 Deriving newtypes
776 %*                                                                      *
777 %************************************************************************
778
779 \begin{code}
780 mkNewTypeEqn :: InstOrigin -> Bool -> Bool -> [Var] -> Class
781              -> [Type] -> TyCon -> [Type] -> TyCon -> [Type]
782              -> Maybe ThetaType
783              -> TcRn (Maybe EarlyDerivSpec)
784 mkNewTypeEqn orig mayDeriveDataTypeable newtype_deriving tvs
785              cls cls_tys tycon tc_args rep_tycon rep_tc_args mtheta
786   | can_derive_via_isomorphism && (newtype_deriving || std_class_via_iso cls)
787   = do  { traceTc (text "newtype deriving:" <+> ppr tycon <+> ppr rep_tys)
788         ; dfun_name <- new_dfun_name cls tycon
789         ; loc <- getSrcSpanM
790         ; let spec = DS { ds_loc = loc, ds_orig = orig
791                         , ds_name = dfun_name, ds_tvs = dict_tvs 
792                         , ds_cls = cls, ds_tys = inst_tys
793                         , ds_theta =  mtheta `orElse` all_preds
794                         , ds_newtype = True }
795         ; return (if isJust mtheta then Just (Right spec)
796                                    else Just (Left spec)) }
797
798   | isNothing mb_std_err        -- Use the standard H98 method
799   = mk_data_eqn orig tvs cls tycon tc_args rep_tycon rep_tc_args mtheta
800
801         -- Otherwise we can't derive
802   | newtype_deriving = baleOut cant_derive_err -- Too hard
803   | otherwise        = baleOut std_err          -- Just complain about being a non-std instance
804   where
805         mb_std_err = checkSideConditions mayDeriveDataTypeable cls cls_tys rep_tycon
806         std_err = derivingThingErr cls cls_tys tc_app $
807                   vcat [fromJust mb_std_err,
808                         ptext (sLit "Try -XGeneralizedNewtypeDeriving for GHC's newtype-deriving extension")]
809
810         -- Here is the plan for newtype derivings.  We see
811         --        newtype T a1...an = MkT (t ak+1...an) deriving (.., C s1 .. sm, ...)
812         -- where t is a type,
813         --       ak+1...an is a suffix of a1..an, and are all tyars
814         --       ak+1...an do not occur free in t, nor in the s1..sm
815         --       (C s1 ... sm) is a  *partial applications* of class C 
816         --                      with the last parameter missing
817         --       (T a1 .. ak) matches the kind of C's last argument
818         --              (and hence so does t)
819         --
820         -- We generate the instance
821         --       instance forall ({a1..ak} u fvs(s1..sm)).
822         --                C s1 .. sm t => C s1 .. sm (T a1...ak)
823         -- where T a1...ap is the partial application of 
824         --       the LHS of the correct kind and p >= k
825         --
826         --      NB: the variables below are:
827         --              tc_tvs = [a1, ..., an]
828         --              tyvars_to_keep = [a1, ..., ak]
829         --              rep_ty = t ak .. an
830         --              deriv_tvs = fvs(s1..sm) \ tc_tvs
831         --              tys = [s1, ..., sm]
832         --              rep_fn' = t
833         --
834         -- Running example: newtype T s a = MkT (ST s a) deriving( Monad )
835         -- We generate the instance
836         --      instance Monad (ST s) => Monad (T s) where 
837
838         cls_tyvars = classTyVars cls
839         kind = tyVarKind (last cls_tyvars)
840                 -- Kind of the thing we want to instance
841                 --   e.g. argument kind of Monad, *->*
842
843         (arg_kinds, _) = splitKindFunTys kind
844         n_args_to_drop = length arg_kinds       
845                 -- Want to drop 1 arg from (T s a) and (ST s a)
846                 -- to get       instance Monad (ST s) => Monad (T s)
847
848         -- Note [Newtype representation]
849         -- ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
850         -- Need newTyConRhs (*not* a recursive representation finder) 
851         -- to get the representation type. For example
852         --      newtype B = MkB Int
853         --      newtype A = MkA B deriving( Num )
854         -- We want the Num instance of B, *not* the Num instance of Int,
855         -- when making the Num instance of A!
856         rep_ty                = newTyConInstRhs rep_tycon rep_tc_args
857         (rep_fn, rep_ty_args) = tcSplitAppTys rep_ty
858
859         n_tyargs_to_keep = tyConArity tycon - n_args_to_drop
860         dropped_tc_args = drop n_tyargs_to_keep tc_args
861         dropped_tvs     = tyVarsOfTypes dropped_tc_args
862
863         n_args_to_keep = length rep_ty_args - n_args_to_drop
864         args_to_drop   = drop n_args_to_keep rep_ty_args
865         args_to_keep   = take n_args_to_keep rep_ty_args
866
867         rep_fn'  = mkAppTys rep_fn args_to_keep
868         rep_tys  = cls_tys ++ [rep_fn']
869         rep_pred = mkClassPred cls rep_tys
870                 -- rep_pred is the representation dictionary, from where
871                 -- we are gong to get all the methods for the newtype
872                 -- dictionary 
873
874         tc_app = mkTyConApp tycon (take n_tyargs_to_keep tc_args)
875
876     -- Next we figure out what superclass dictionaries to use
877     -- See Note [Newtype deriving superclasses] above
878
879         inst_tys = cls_tys ++ [tc_app]
880         sc_theta = substTheta (zipOpenTvSubst cls_tyvars inst_tys)
881                               (classSCTheta cls)
882
883                 -- If there are no tyvars, there's no need
884                 -- to abstract over the dictionaries we need
885                 -- Example:     newtype T = MkT Int deriving( C )
886                 -- We get the derived instance
887                 --              instance C T
888                 -- rather than
889                 --              instance C Int => C T
890         dict_tvs = filterOut (`elemVarSet` dropped_tvs) tvs
891         all_preds = rep_pred : sc_theta         -- NB: rep_pred comes first
892
893         -------------------------------------------------------------------
894         --  Figuring out whether we can only do this newtype-deriving thing
895
896         right_arity = length cls_tys + 1 == classArity cls
897
898                 -- Never derive Read,Show,Typeable,Data this way 
899         non_iso_class cls = className cls `elem` ([readClassName, showClassName, dataClassName] ++
900                                                   typeableClassNames)
901         can_derive_via_isomorphism
902            =  not (non_iso_class cls)
903            && right_arity                       -- Well kinded;
904                                                 -- eg not: newtype T ... deriving( ST )
905                                                 --      because ST needs *2* type params
906            && n_tyargs_to_keep >= 0             -- Type constructor has right kind:
907                                                 -- eg not: newtype T = T Int deriving( Monad )
908            && n_args_to_keep   >= 0             -- Rep type has right kind: 
909                                                 -- eg not: newtype T a = T Int deriving( Monad )
910            && eta_ok                            -- Eta reduction works
911            && not (isRecursiveTyCon tycon)      -- Does not work for recursive tycons:
912                                                 --      newtype A = MkA [A]
913                                                 -- Don't want
914                                                 --      instance Eq [A] => Eq A !!
915                         -- Here's a recursive newtype that's actually OK
916                         --      newtype S1 = S1 [T1 ()]
917                         --      newtype T1 a = T1 (StateT S1 IO a ) deriving( Monad )
918                         -- It's currently rejected.  Oh well.
919                         -- In fact we generate an instance decl that has method of form
920                         --      meth @ instTy = meth @ repTy
921                         -- (no coerce's).  We'd need a coerce if we wanted to handle
922                         -- recursive newtypes too
923
924         -- Check that eta reduction is OK
925         eta_ok = (args_to_drop `tcEqTypes` dropped_tc_args)
926                 -- (a) the dropped-off args are identical in the source and rep type
927                 --        newtype T a b = MkT (S [a] b) deriving( Monad )
928                 --     Here the 'b' must be the same in the rep type (S [a] b)
929
930               && (tyVarsOfType rep_fn' `disjointVarSet` dropped_tvs)
931                 -- (b) the remaining type args do not mention any of the dropped
932                 --     type variables 
933
934               && (tyVarsOfTypes cls_tys `disjointVarSet` dropped_tvs)
935                 -- (c) the type class args do not mention any of the dropped type
936                 --     variables 
937
938               && all isTyVarTy dropped_tc_args
939                 -- (d) in case of newtype family instances, the eta-dropped
940                 --      arguments must be type variables (not more complex indexes)
941
942         cant_derive_err = derivingThingErr cls cls_tys tc_app
943                                 (vcat [ptext (sLit "even with cunning newtype deriving:"),
944                                         if isRecursiveTyCon tycon then
945                                           ptext (sLit "the newtype may be recursive")
946                                         else empty,
947                                         if not right_arity then 
948                                           quotes (ppr (mkClassPred cls cls_tys)) <+> ptext (sLit "does not have arity 1")
949                                         else empty,
950                                         if not (n_tyargs_to_keep >= 0) then 
951                                           ptext (sLit "the type constructor has wrong kind")
952                                         else if not (n_args_to_keep >= 0) then
953                                           ptext (sLit "the representation type has wrong kind")
954                                         else if not eta_ok then 
955                                           ptext (sLit "the eta-reduction property does not hold")
956                                         else empty
957                                       ])
958 \end{code}
959
960
961 %************************************************************************
962 %*                                                                      *
963 \subsection[TcDeriv-fixpoint]{Finding the fixed point of \tr{deriving} equations}
964 %*                                                                      *
965 %************************************************************************
966
967 A ``solution'' (to one of the equations) is a list of (k,TyVarTy tv)
968 terms, which is the final correct RHS for the corresponding original
969 equation.
970 \begin{itemize}
971 \item
972 Each (k,TyVarTy tv) in a solution constrains only a type
973 variable, tv.
974
975 \item
976 The (k,TyVarTy tv) pairs in a solution are canonically
977 ordered by sorting on type varible, tv, (major key) and then class, k,
978 (minor key)
979 \end{itemize}
980
981 \begin{code}
982 inferInstanceContexts :: OverlapFlag -> [DerivSpec] -> TcM [DerivSpec]
983
984 inferInstanceContexts _ [] = return []
985
986 inferInstanceContexts oflag infer_specs
987   = do  { traceTc (text "inferInstanceContexts" <+> vcat (map pprDerivSpec infer_specs))
988         ; iterate_deriv 1 initial_solutions }
989   where
990     ------------------------------------------------------------------
991         -- The initial solutions for the equations claim that each
992         -- instance has an empty context; this solution is certainly
993         -- in canonical form.
994     initial_solutions :: [ThetaType]
995     initial_solutions = [ [] | _ <- infer_specs ]
996
997     ------------------------------------------------------------------
998         -- iterate_deriv calculates the next batch of solutions,
999         -- compares it with the current one; finishes if they are the
1000         -- same, otherwise recurses with the new solutions.
1001         -- It fails if any iteration fails
1002     iterate_deriv :: Int -> [ThetaType] -> TcM [DerivSpec]
1003     iterate_deriv n current_solns
1004       | n > 20  -- Looks as if we are in an infinite loop
1005                 -- This can happen if we have -XUndecidableInstances
1006                 -- (See TcSimplify.tcSimplifyDeriv.)
1007       = pprPanic "solveDerivEqns: probable loop" 
1008                  (vcat (map pprDerivSpec infer_specs) $$ ppr current_solns)
1009       | otherwise
1010       = do {      -- Extend the inst info from the explicit instance decls
1011                   -- with the current set of solutions, and simplify each RHS
1012              let inst_specs = zipWithEqual "add_solns" (mkInstance2 oflag)
1013                                            current_solns infer_specs
1014            ; new_solns <- checkNoErrs $
1015                           extendLocalInstEnv inst_specs $
1016                           mapM gen_soln infer_specs
1017
1018            ; if (current_solns == new_solns) then
1019                 return [ spec { ds_theta = soln } 
1020                        | (spec, soln) <- zip infer_specs current_solns ]
1021              else
1022                 iterate_deriv (n+1) new_solns }
1023
1024     ------------------------------------------------------------------
1025     gen_soln :: DerivSpec  -> TcM [PredType]
1026     gen_soln (DS { ds_loc = loc, ds_orig = orig, ds_tvs = tyvars 
1027                  , ds_cls = clas, ds_tys = inst_tys, ds_theta = deriv_rhs })
1028       = setSrcSpan loc  $
1029         addErrCtxt (derivInstCtxt clas inst_tys) $ 
1030         do { theta <- tcSimplifyDeriv orig tyvars deriv_rhs
1031                 -- checkValidInstance tyvars theta clas inst_tys
1032                 -- Not necessary; see Note [Exotic derived instance contexts]
1033                 --                in TcSimplify
1034
1035                   -- Check for a bizarre corner case, when the derived instance decl should
1036                   -- have form  instance C a b => D (T a) where ...
1037                   -- Note that 'b' isn't a parameter of T.  This gives rise to all sorts
1038                   -- of problems; in particular, it's hard to compare solutions for
1039                   -- equality when finding the fixpoint.  So I just rule it out for now.
1040            ; let tv_set = mkVarSet tyvars
1041                  weird_preds = [pred | pred <- theta, not (tyVarsOfPred pred `subVarSet` tv_set)]  
1042            ; mapM_ (addErrTc . badDerivedPred) weird_preds      
1043
1044                 -- Claim: the result instance declaration is guaranteed valid
1045                 -- Hence no need to call:
1046                 --   checkValidInstance tyvars theta clas inst_tys
1047            ; return (sortLe (<=) theta) }       -- Canonicalise before returning the solution
1048
1049 ------------------------------------------------------------------
1050 mkInstance1 :: OverlapFlag -> DerivSpec -> Instance
1051 mkInstance1 overlap_flag spec = mkInstance2 overlap_flag (ds_theta spec) spec
1052
1053 mkInstance2 :: OverlapFlag -> ThetaType -> DerivSpec -> Instance
1054 mkInstance2 overlap_flag theta
1055             (DS { ds_name = dfun_name
1056                 , ds_tvs = tyvars, ds_cls = clas, ds_tys = tys })
1057   = mkLocalInstance dfun overlap_flag
1058   where
1059     dfun = mkDictFunId dfun_name tyvars theta clas tys
1060
1061
1062 extendLocalInstEnv :: [Instance] -> TcM a -> TcM a
1063 -- Add new locally-defined instances; don't bother to check
1064 -- for functional dependency errors -- that'll happen in TcInstDcls
1065 extendLocalInstEnv dfuns thing_inside
1066  = do { env <- getGblEnv
1067       ; let  inst_env' = extendInstEnvList (tcg_inst_env env) dfuns 
1068              env'      = env { tcg_inst_env = inst_env' }
1069       ; setGblEnv env' thing_inside }
1070 \end{code}
1071
1072
1073 %************************************************************************
1074 %*                                                                      *
1075 \subsection[TcDeriv-normal-binds]{Bindings for the various classes}
1076 %*                                                                      *
1077 %************************************************************************
1078
1079 After all the trouble to figure out the required context for the
1080 derived instance declarations, all that's left is to chug along to
1081 produce them.  They will then be shoved into @tcInstDecls2@, which
1082 will do all its usual business.
1083
1084 There are lots of possibilities for code to generate.  Here are
1085 various general remarks.
1086
1087 PRINCIPLES:
1088 \begin{itemize}
1089 \item
1090 We want derived instances of @Eq@ and @Ord@ (both v common) to be
1091 ``you-couldn't-do-better-by-hand'' efficient.
1092
1093 \item
1094 Deriving @Show@---also pretty common--- should also be reasonable good code.
1095
1096 \item
1097 Deriving for the other classes isn't that common or that big a deal.
1098 \end{itemize}
1099
1100 PRAGMATICS:
1101
1102 \begin{itemize}
1103 \item
1104 Deriving @Ord@ is done mostly with the 1.3 @compare@ method.
1105
1106 \item
1107 Deriving @Eq@ also uses @compare@, if we're deriving @Ord@, too.
1108
1109 \item
1110 We {\em normally} generate code only for the non-defaulted methods;
1111 there are some exceptions for @Eq@ and (especially) @Ord@...
1112
1113 \item
1114 Sometimes we use a @_con2tag_<tycon>@ function, which returns a data
1115 constructor's numeric (@Int#@) tag.  These are generated by
1116 @gen_tag_n_con_binds@, and the heuristic for deciding if one of
1117 these is around is given by @hasCon2TagFun@.
1118
1119 The examples under the different sections below will make this
1120 clearer.
1121
1122 \item
1123 Much less often (really just for deriving @Ix@), we use a
1124 @_tag2con_<tycon>@ function.  See the examples.
1125
1126 \item
1127 We use the renamer!!!  Reason: we're supposed to be
1128 producing @LHsBinds Name@ for the methods, but that means
1129 producing correctly-uniquified code on the fly.  This is entirely
1130 possible (the @TcM@ monad has a @UniqueSupply@), but it is painful.
1131 So, instead, we produce @MonoBinds RdrName@ then heave 'em through
1132 the renamer.  What a great hack!
1133 \end{itemize}
1134
1135 \begin{code}
1136 -- Generate the InstInfo for the required instance paired with the
1137 --   *representation* tycon for that instance,
1138 -- plus any auxiliary bindings required
1139 --
1140 -- Representation tycons differ from the tycon in the instance signature in
1141 -- case of instances for indexed families.
1142 --
1143 genInst :: OverlapFlag -> DerivSpec -> TcM (InstInfo RdrName, DerivAuxBinds)
1144 genInst oflag spec
1145   | ds_newtype spec
1146   = return (InstInfo { iSpec = mkInstance1 oflag spec 
1147                      , iBinds = NewTypeDerived }, [])
1148
1149   | otherwise
1150   = do  { let loc                     = getSrcSpan (ds_name spec)
1151               inst                    = mkInstance1 oflag spec
1152               (_,_,clas,[ty])         = instanceHead inst
1153               (visible_tycon, tyArgs) = tcSplitTyConApp ty 
1154
1155           -- In case of a family instance, we need to use the representation
1156           -- tycon (after all, it has the data constructors)
1157         ; (tycon, _) <- tcLookupFamInstExact visible_tycon tyArgs
1158         ; fix_env <- getFixityEnv
1159         ; let (meth_binds, aux_binds) = genDerivBinds loc fix_env clas tycon
1160
1161         -- Build the InstInfo
1162         ; return (InstInfo { iSpec = inst, 
1163                              iBinds = VanillaInst meth_binds [] },
1164                   aux_binds)
1165         }
1166
1167 genDerivBinds :: SrcSpan -> FixityEnv -> Class -> TyCon -> (LHsBinds RdrName, DerivAuxBinds)
1168 genDerivBinds loc fix_env clas tycon
1169   | className clas `elem` typeableClassNames
1170   = (gen_Typeable_binds loc tycon, [])
1171
1172   | otherwise
1173   = case assocMaybe gen_list (getUnique clas) of
1174         Just gen_fn -> gen_fn loc tycon
1175         Nothing     -> pprPanic "genDerivBinds: bad derived class" (ppr clas)
1176   where
1177     gen_list :: [(Unique, SrcSpan -> TyCon -> (LHsBinds RdrName, DerivAuxBinds))]
1178     gen_list = [(eqClassKey,       gen_Eq_binds)
1179                ,(ordClassKey,      gen_Ord_binds)
1180                ,(enumClassKey,     gen_Enum_binds)
1181                ,(boundedClassKey,  gen_Bounded_binds)
1182                ,(ixClassKey,       gen_Ix_binds)
1183                ,(showClassKey,     gen_Show_binds fix_env)
1184                ,(readClassKey,     gen_Read_binds fix_env)
1185                ,(dataClassKey,     gen_Data_binds)
1186                ]
1187 \end{code}
1188
1189
1190 %************************************************************************
1191 %*                                                                      *
1192 \subsection[TcDeriv-taggery-Names]{What con2tag/tag2con functions are available?}
1193 %*                                                                      *
1194 %************************************************************************
1195
1196 \begin{code}
1197 derivingThingErr :: Class -> [Type] -> Type -> Message -> Message
1198 derivingThingErr clas tys ty why
1199   = sep [hsep [ptext (sLit "Can't make a derived instance of"), 
1200                quotes (ppr pred)],
1201          nest 2 (parens why)]
1202   where
1203     pred = mkClassPred clas (tys ++ [ty])
1204
1205 derivingHiddenErr :: TyCon -> SDoc
1206 derivingHiddenErr tc
1207   = hang (ptext (sLit "The data constructors of") <+> quotes (ppr tc) <+> ptext (sLit "are not all in scope"))
1208        2 (ptext (sLit "so you cannot derive an instance for it"))
1209
1210 standaloneCtxt :: LHsType Name -> SDoc
1211 standaloneCtxt ty = hang (ptext (sLit "In the stand-alone deriving instance for")) 
1212                        2 (quotes (ppr ty))
1213
1214 derivInstCtxt :: Class -> [Type] -> Message
1215 derivInstCtxt clas inst_tys
1216   = ptext (sLit "When deriving the instance for") <+> parens (pprClassPred clas inst_tys)
1217
1218 badDerivedPred :: PredType -> Message
1219 badDerivedPred pred
1220   = vcat [ptext (sLit "Can't derive instances where the instance context mentions"),
1221           ptext (sLit "type variables that are not data type parameters"),
1222           nest 2 (ptext (sLit "Offending constraint:") <+> ppr pred)]
1223 \end{code}