Fixed bug #744 (ghc-pkg lies about location of haddock-interfaces and haddock-html)
[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 TcGenDeriv       -- Deriv stuff
20 import InstEnv
21 import Inst
22 import TcHsType
23 import TcSimplify
24
25 import RnBinds
26 import RnEnv
27 import HscTypes
28
29 import Class
30 import Type
31 import ErrUtils
32 import MkId
33 import DataCon
34 import Maybes
35 import RdrName
36 import Name
37 import NameSet
38 import TyCon
39 import TcType
40 import Var
41 import VarSet
42 import PrelNames
43 import SrcLoc
44 import Util
45 import ListSetOps
46 import Outputable
47 import Bag
48 \end{code}
49
50 %************************************************************************
51 %*                                                                      *
52 \subsection[TcDeriv-intro]{Introduction to how we do deriving}
53 %*                                                                      *
54 %************************************************************************
55
56 Consider
57
58         data T a b = C1 (Foo a) (Bar b)
59                    | C2 Int (T b a)
60                    | C3 (T a a)
61                    deriving (Eq)
62
63 [NOTE: See end of these comments for what to do with 
64         data (C a, D b) => T a b = ...
65 ]
66
67 We want to come up with an instance declaration of the form
68
69         instance (Ping a, Pong b, ...) => Eq (T a b) where
70                 x == y = ...
71
72 It is pretty easy, albeit tedious, to fill in the code "...".  The
73 trick is to figure out what the context for the instance decl is,
74 namely @Ping@, @Pong@ and friends.
75
76 Let's call the context reqd for the T instance of class C at types
77 (a,b, ...)  C (T a b).  Thus:
78
79         Eq (T a b) = (Ping a, Pong b, ...)
80
81 Now we can get a (recursive) equation from the @data@ decl:
82
83         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
84                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
85                    u Eq (T a a)                 -- From C3
86
87 Foo and Bar may have explicit instances for @Eq@, in which case we can
88 just substitute for them.  Alternatively, either or both may have
89 their @Eq@ instances given by @deriving@ clauses, in which case they
90 form part of the system of equations.
91
92 Now all we need do is simplify and solve the equations, iterating to
93 find the least fixpoint.  Notice that the order of the arguments can
94 switch around, as here in the recursive calls to T.
95
96 Let's suppose Eq (Foo a) = Eq a, and Eq (Bar b) = Ping b.
97
98 We start with:
99
100         Eq (T a b) = {}         -- The empty set
101
102 Next iteration:
103         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
104                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
105                    u Eq (T a a)                 -- From C3
106
107         After simplification:
108                    = Eq a u Ping b u {} u {} u {}
109                    = Eq a u Ping b
110
111 Next iteration:
112
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
119                    u (Eq b u Ping a)
120                    u (Eq a u Ping a)
121
122                    = Eq a u Ping b u Eq b u Ping a
123
124 The next iteration gives the same result, so this is the fixpoint.  We
125 need to make a canonical form of the RHS to ensure convergence.  We do
126 this by simplifying the RHS to a form in which
127
128         - the classes constrain only tyvars
129         - the list is sorted by tyvar (major key) and then class (minor key)
130         - no duplicates, of course
131
132 So, here are the synonyms for the ``equation'' structures:
133
134 \begin{code}
135 type DerivEqn = (SrcSpan, InstOrigin, Name, Class, TyCon, [TyVar], DerivRhs)
136                 -- The Name is the name for the DFun we'll build
137                 -- The tyvars bind all the variables in the RHS
138                 -- For family indexes, the tycon is the representation tycon
139
140 pprDerivEqn :: DerivEqn -> SDoc
141 pprDerivEqn (l, _, n, c, tc, tvs, rhs)
142   = parens (hsep [ppr l, ppr n, ppr c, ppr origTc, ppr tys] <+> equals <+>
143             ppr rhs)
144   where
145     (origTc, tys) = tyConOrigHead tc
146
147 type DerivRhs  = ThetaType
148 type DerivSoln = DerivRhs
149 \end{code}
150
151
152 [Data decl contexts] A note about contexts on data decls
153 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
154 Consider
155
156         data (RealFloat a) => Complex a = !a :+ !a deriving( Read )
157
158 We will need an instance decl like:
159
160         instance (Read a, RealFloat a) => Read (Complex a) where
161           ...
162
163 The RealFloat in the context is because the read method for Complex is bound
164 to construct a Complex, and doing that requires that the argument type is
165 in RealFloat. 
166
167 But this ain't true for Show, Eq, Ord, etc, since they don't construct
168 a Complex; they only take them apart.
169
170 Our approach: identify the offending classes, and add the data type
171 context to the instance decl.  The "offending classes" are
172
173         Read, Enum?
174
175 FURTHER NOTE ADDED March 2002.  In fact, Haskell98 now requires that
176 pattern matching against a constructor from a data type with a context
177 gives rise to the constraints for that context -- or at least the thinned
178 version.  So now all classes are "offending".
179
180 [Newtype deriving]
181 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
182 Consider this:
183     class C a b
184     instance C [a] Char
185     newtype T = T Char deriving( C [a] )
186
187 Notice the free 'a' in the deriving.  We have to fill this out to 
188     newtype T = T Char deriving( forall a. C [a] )
189
190 And then translate it to:
191     instance C [a] Char => C [a] T where ...
192     
193         
194
195
196 %************************************************************************
197 %*                                                                      *
198 \subsection[TcDeriv-driver]{Top-level function for \tr{derivings}}
199 %*                                                                      *
200 %************************************************************************
201
202 \begin{code}
203 tcDeriving  :: [LTyClDecl Name] -- All type constructors
204             -> [LDerivDecl Name] -- All stand-alone deriving declarations
205             -> TcM ([InstInfo],         -- The generated "instance decls"
206                     HsValBinds Name)    -- Extra generated top-level bindings
207
208 tcDeriving tycl_decls deriv_decls
209   = recoverM (returnM ([], emptyValBindsOut)) $
210     do  {       -- Fish the "deriving"-related information out of the TcEnv
211                 -- and make the necessary "equations".
212           overlap_flag <- getOverlapFlag
213         ; (ordinary_eqns, newtype_inst_info) 
214             <- makeDerivEqns overlap_flag tycl_decls deriv_decls
215
216         ; (ordinary_inst_info, deriv_binds) 
217                 <- extendLocalInstEnv (map iSpec newtype_inst_info)  $
218                    deriveOrdinaryStuff overlap_flag ordinary_eqns
219                 -- Add the newtype-derived instances to the inst env
220                 -- before tacking the "ordinary" ones
221
222         ; let inst_info = newtype_inst_info ++ ordinary_inst_info
223
224         -- If we are compiling a hs-boot file, 
225         -- don't generate any derived bindings
226         ; is_boot <- tcIsHsBoot
227         ; if is_boot then
228                 return (inst_info, emptyValBindsOut)
229           else do
230         {
231
232         -- Generate the generic to/from functions from each type declaration
233         ; gen_binds <- mkGenericBinds tycl_decls
234
235         -- Rename these extra bindings, discarding warnings about unused bindings etc
236         -- Set -fglasgow exts so that we can have type signatures in patterns,
237         -- which is used in the generic binds
238         ; rn_binds
239                 <- discardWarnings $ setOptM Opt_GlasgowExts $ do
240                         { (rn_deriv, _dus1) <- rnTopBinds (ValBindsIn deriv_binds [])
241                         ; (rn_gen, dus_gen) <- rnTopBinds (ValBindsIn gen_binds   [])
242                         ; keepAliveSetTc (duDefs dus_gen)       -- Mark these guys to
243                                                                 -- be kept alive
244                         ; return (rn_deriv `plusHsValBinds` rn_gen) }
245
246
247         ; dflags <- getDOpts
248         ; ioToTcRn (dumpIfSet_dyn dflags Opt_D_dump_deriv "Derived instances" 
249                    (ddump_deriving inst_info rn_binds))
250
251         ; returnM (inst_info, rn_binds)
252         }}
253   where
254     ddump_deriving :: [InstInfo] -> HsValBinds Name -> SDoc
255     ddump_deriving inst_infos extra_binds
256       = vcat (map pprInstInfoDetails inst_infos) $$ ppr extra_binds
257
258 -----------------------------------------
259 deriveOrdinaryStuff overlap_flag []     -- Short cut
260   = returnM ([], emptyLHsBinds)
261
262 deriveOrdinaryStuff overlap_flag eqns
263   = do  {       -- Take the equation list and solve it, to deliver a list of
264                 -- solutions, a.k.a. the contexts for the instance decls
265                 -- required for the corresponding equations.
266           inst_specs <- solveDerivEqns overlap_flag eqns
267
268         -- Generate the InstInfo for each dfun, 
269         -- plus any auxiliary bindings it needs
270         ; (inst_infos, aux_binds_s) <- mapAndUnzipM genInst inst_specs
271
272         -- Generate any extra not-one-inst-decl-specific binds, 
273         -- notably "con2tag" and/or "tag2con" functions.  
274         ; extra_binds <- genTaggeryBinds inst_infos
275
276         -- Done
277         ; returnM (map fst inst_infos, 
278                    unionManyBags (extra_binds : aux_binds_s))
279    }
280
281 -----------------------------------------
282 mkGenericBinds tycl_decls
283   = do  { tcs <- mapM tcLookupTyCon 
284                         [ tc_name | 
285                           L _ (TyData { tcdLName = L _ tc_name }) <- tycl_decls]
286                 -- We are only interested in the data type declarations
287         ; return (unionManyBags [ mkTyConGenericBinds tc | 
288                                   tc <- tcs, tyConHasGenerics tc ]) }
289                 -- And then only in the ones whose 'has-generics' flag is on
290 \end{code}
291
292
293 %************************************************************************
294 %*                                                                      *
295 \subsection[TcDeriv-eqns]{Forming the equations}
296 %*                                                                      *
297 %************************************************************************
298
299 @makeDerivEqns@ fishes around to find the info about needed derived
300 instances.  Complicating factors:
301 \begin{itemize}
302 \item
303 We can only derive @Enum@ if the data type is an enumeration
304 type (all nullary data constructors).
305
306 \item
307 We can only derive @Ix@ if the data type is an enumeration {\em
308 or} has just one data constructor (e.g., tuples).
309 \end{itemize}
310
311 [See Appendix~E in the Haskell~1.2 report.] This code here deals w/
312 all those.
313
314 Note [Newtype deriving superclasses]
315 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
316 The 'tys' here come from the partial application in the deriving
317 clause. The last arg is the new instance type.
318
319 We must pass the superclasses; the newtype might be an instance
320 of them in a different way than the representation type
321 E.g.            newtype Foo a = Foo a deriving( Show, Num, Eq )
322 Then the Show instance is not done via isomorphism; it shows
323         Foo 3 as "Foo 3"
324 The Num instance is derived via isomorphism, but the Show superclass
325 dictionary must the Show instance for Foo, *not* the Show dictionary
326 gotten from the Num dictionary. So we must build a whole new dictionary
327 not just use the Num one.  The instance we want is something like:
328      instance (Num a, Show (Foo a), Eq (Foo a)) => Num (Foo a) where
329         (+) = ((+)@a)
330         ...etc...
331 There may be a coercion needed which we get from the tycon for the newtype
332 when the dict is constructed in TcInstDcls.tcInstDecl2
333
334
335 \begin{code}
336 type DerivSpec = (SrcSpan,              -- location of the deriving clause
337                   InstOrigin,           -- deriving at data decl or standalone?
338                   NewOrData,            -- newtype or data type
339                   Name,                 -- Type constructor for which we derive
340                   [LHsTyVarBndr Name],  -- Type variables
341                   Maybe [LHsType Name], -- Type indexes if indexed type
342                   LHsType Name)         -- Class instance to be generated
343
344 makeDerivEqns :: OverlapFlag
345               -> [LTyClDecl Name] 
346               -> [LDerivDecl Name] 
347               -> TcM ([DerivEqn],       -- Ordinary derivings
348                       [InstInfo])       -- Special newtype derivings
349
350 makeDerivEqns overlap_flag tycl_decls deriv_decls
351   = do derive_top_level <- mapM top_level_deriv deriv_decls
352        (maybe_ordinaries, maybe_newtypes) 
353            <- mapAndUnzipM mk_eqn (derive_data ++ catMaybes derive_top_level)
354        return (catMaybes maybe_ordinaries, catMaybes maybe_newtypes)
355   where
356     ------------------------------------------------------------------
357     -- Deriving clauses at data declarations
358     derive_data :: [DerivSpec]
359     derive_data = [ (loc, DerivOrigin, nd, tycon, tyVars, tyPats, pred) 
360                    | L loc (TyData { tcdND = nd, tcdLName = L _ tycon, 
361                                      tcdTyVars = tyVars, tcdTyPats = tyPats,
362                                      tcdDerivs = Just preds }) <- tycl_decls,
363                      pred <- preds ]
364
365     -- Standalone deriving declarations
366     top_level_deriv :: LDerivDecl Name -> TcM (Maybe DerivSpec)
367     top_level_deriv d@(L loc (DerivDecl inst ty_name)) = 
368       recoverM (returnM Nothing) $ setSrcSpan loc $ 
369         do tycon <- tcLookupLocatedTyCon ty_name
370            let new_or_data = if isNewTyCon tycon then NewType else DataType
371            let tyVars = [ noLoc $ KindedTyVar (tyVarName tv) (tyVarKind tv)
372                         | tv <- tyConTyVars tycon]           -- Yuk!!!
373            traceTc (text "Stand-alone deriving:" <+> 
374                     ppr (new_or_data, unLoc ty_name, inst))
375            return $ Just (loc, StandAloneDerivOrigin, new_or_data, 
376                           unLoc ty_name, tyVars, Nothing, inst)
377
378     ------------------------------------------------------------------
379     -- Derive equation/inst info for one deriving clause (data or standalone)
380     mk_eqn :: DerivSpec -> TcM (Maybe DerivEqn, Maybe InstInfo)
381         -- We swizzle the datacons out of the tycon to make the rest of the
382         -- equation.  We can't get the tyvars out of the constructor in case
383         -- of family instances, as we already need to them to lookup the
384         -- representation tycon (only that has the right set of type
385         -- variables, the type variables of the family constructor are
386         -- different).
387         --
388         -- The "deriv_ty" is a LHsType to take account of the fact that for
389         -- newtype deriving we allow deriving (forall a. C [a]).
390
391     mk_eqn (loc, orig, new_or_data, tycon_name, tyvars, mb_tys, hs_deriv_ty)
392       = setSrcSpan loc                            $
393         addErrCtxt (derivCtxt tycon_name mb_tys)  $
394         do { named_tycon <- tcLookupTyCon tycon_name
395
396              -- Enable deriving preds to mention the type variables in the
397              -- instance type
398            ; tcTyVarBndrs tyvars $ \tvs -> do 
399            { traceTc (text "TcDeriv.mk_eqn: tyvars:" <+> ppr tvs)
400
401              -- Lookup representation tycon in case of a family instance
402              -- NB: We already need the type variables in scope here for the
403              --     call to `dsHsType'.
404            ; tycon <- case mb_tys of
405                         Nothing    -> return named_tycon
406                         Just hsTys -> do
407                                         tys <- mapM dsHsType hsTys
408                                         tcLookupFamInst named_tycon tys
409
410            ; (deriv_tvs, clas, tys) <- tcHsDeriv hs_deriv_ty
411            ; gla_exts <- doptM Opt_GlasgowExts
412            ; mk_eqn_help loc orig gla_exts new_or_data tycon deriv_tvs clas tys
413            }}
414
415     ------------------------------------------------------------------
416     -- data/newtype T a = ... deriving( C t1 t2 )
417     --   leads to a call to mk_eqn_help with
418     --          tycon = T, deriv_tvs = ftv(t1,t2), clas = C, tys = [t1,t2]
419
420     mk_eqn_help loc orig gla_exts DataType tycon deriv_tvs clas tys
421       | Just err <- checkSideConditions gla_exts tycon deriv_tvs clas tys
422       = bale_out (derivingThingErr clas tys origTyCon ttys err)
423       | otherwise 
424       = do { eqn <- mkDataTypeEqn loc orig tycon clas
425            ; returnM (Just eqn, Nothing) }
426       where
427         (origTyCon, ttys) = tyConOrigHead tycon
428
429     mk_eqn_help loc orig gla_exts NewType tycon deriv_tvs clas tys
430       | can_derive_via_isomorphism && (gla_exts || std_class_via_iso clas)
431       = do { traceTc (text "newtype deriving:" <+> ppr tycon <+> ppr rep_tys)
432            ;    -- Go ahead and use the isomorphism
433              dfun_name <- new_dfun_name clas tycon
434            ; return (Nothing, Just (InstInfo { iSpec  = mk_inst_spec dfun_name,
435                                                iBinds = NewTypeDerived ntd_info })) }
436       | std_class gla_exts clas
437       = mk_eqn_help loc orig gla_exts DataType tycon deriv_tvs clas tys -- Go via bale-out route
438
439       | otherwise                               -- Non-standard instance
440       = bale_out (if gla_exts then      
441                         cant_derive_err -- Too hard
442                   else
443                         non_std_err)    -- Just complain about being a non-std instance
444       where
445         -- Here is the plan for newtype derivings.  We see
446         --        newtype T a1...an = MkT (t ak+1...an) deriving (.., C s1 .. sm, ...)
447         -- where t is a type,
448         --       ak+1...an is a suffix of a1..an
449         --       ak+1...an do not occur free in t, nor in the s1..sm
450         --       (C s1 ... sm) is a  *partial applications* of class C 
451         --                      with the last parameter missing
452         --       (T a1 .. ak) matches the kind of C's last argument
453         --              (and hence so does t)
454         --
455         -- We generate the instance
456         --       instance forall ({a1..ak} u fvs(s1..sm)).
457         --                C s1 .. sm t => C s1 .. sm (T a1...ak)
458         -- where T a1...ap is the partial application of 
459         --       the LHS of the correct kind and p >= k
460         --
461         --      NB: the variables below are:
462         --              tc_tvs = [a1, ..., an]
463         --              tyvars_to_keep = [a1, ..., ak]
464         --              rep_ty = t ak .. an
465         --              deriv_tvs = fvs(s1..sm) \ tc_tvs
466         --              tys = [s1, ..., sm]
467         --              rep_fn' = t
468         --
469         -- Running example: newtype T s a = MkT (ST s a) deriving( Monad )
470         -- We generate the instance
471         --      instance Monad (ST s) => Monad (T s) where 
472
473         clas_tyvars = classTyVars clas
474         kind = tyVarKind (last clas_tyvars)
475                 -- Kind of the thing we want to instance
476                 --   e.g. argument kind of Monad, *->*
477
478         (arg_kinds, _) = splitKindFunTys kind
479         n_args_to_drop = length arg_kinds       
480                 -- Want to drop 1 arg from (T s a) and (ST s a)
481                 -- to get       instance Monad (ST s) => Monad (T s)
482
483         -- Note [newtype representation]
484         -- Need newTyConRhs *not* newTyConRep to get the representation 
485         -- type, because the latter looks through all intermediate newtypes
486         -- For example
487         --      newtype B = MkB Int
488         --      newtype A = MkA B deriving( Num )
489         -- We want the Num instance of B, *not* the Num instance of Int,
490         -- when making the Num instance of A!
491         (tc_tvs, rep_ty)      = newTyConRhs tycon
492         (rep_fn, rep_ty_args) = tcSplitAppTys rep_ty
493
494         n_tyvars_to_keep = tyConArity tycon - n_args_to_drop
495         tyvars_to_drop   = drop n_tyvars_to_keep tc_tvs
496         tyvars_to_keep   = take n_tyvars_to_keep tc_tvs
497
498         n_args_to_keep = length rep_ty_args - n_args_to_drop
499         args_to_drop   = drop n_args_to_keep rep_ty_args
500         args_to_keep   = take n_args_to_keep rep_ty_args
501
502         rep_fn'  = mkAppTys rep_fn args_to_keep
503         rep_tys  = tys ++ [rep_fn']
504         rep_pred = mkClassPred clas rep_tys
505                 -- rep_pred is the representation dictionary, from where
506                 -- we are gong to get all the methods for the newtype
507                 -- dictionary 
508
509         -- To account for newtype family instance, we need to get the family
510         -- tycon and its index types when costructing the type at which we
511         -- construct the class instance.  The dropped class parameters must of
512         -- course all be variables (not more complex indexes).
513         --
514         origHead = let
515                      (origTyCon, tyArgs) = tyConOrigHead tycon
516                    in mkTyConApp origTyCon (take n_tyvars_to_keep tyArgs)
517
518         -- Next we figure out what superclass dictionaries to use
519         -- See Note [Newtype deriving superclasses] above
520
521         inst_tys = tys ++ [origHead]
522         sc_theta = substTheta (zipOpenTvSubst clas_tyvars inst_tys)
523                               (classSCTheta clas)
524
525                 -- If there are no tyvars, there's no need
526                 -- to abstract over the dictionaries we need
527                 -- Example:     newtype T = MkT Int deriving( C )
528                 -- We get the derived instance
529                 --              instance C T
530                 -- rather than
531                 --              instance C Int => C T
532         dict_tvs = deriv_tvs ++ tyvars_to_keep
533         all_preds = rep_pred : sc_theta         -- NB: rep_pred comes first
534         (dict_args, ntd_info) | null dict_tvs = ([], Just all_preds)
535                               | otherwise     = (all_preds, Nothing)
536
537                 -- Finally! Here's where we build the dictionary Id
538         mk_inst_spec dfun_name = mkLocalInstance dfun overlap_flag
539           where
540             dfun = mkDictFunId dfun_name dict_tvs dict_args clas inst_tys
541
542         -------------------------------------------------------------------
543         --  Figuring out whether we can only do this newtype-deriving thing
544
545         right_arity = length tys + 1 == classArity clas
546
547                 -- Never derive Read,Show,Typeable,Data this way 
548         non_iso_classes = [readClassKey, showClassKey, typeableClassKey, dataClassKey]
549         can_derive_via_isomorphism
550            =  not (getUnique clas `elem` non_iso_classes)
551            && right_arity                       -- Well kinded;
552                                                 -- eg not: newtype T ... deriving( ST )
553                                                 --      because ST needs *2* type params
554            && n_tyvars_to_keep >= 0             -- Type constructor has right kind:
555                                                 -- eg not: newtype T = T Int deriving( Monad )
556            && n_args_to_keep   >= 0             -- Rep type has right kind: 
557                                                 -- eg not: newtype T a = T Int deriving( Monad )
558            && eta_ok                            -- Eta reduction works
559            && not (isRecursiveTyCon tycon)      -- Does not work for recursive tycons:
560                                                 --      newtype A = MkA [A]
561                                                 -- Don't want
562                                                 --      instance Eq [A] => Eq A !!
563                         -- Here's a recursive newtype that's actually OK
564                         --      newtype S1 = S1 [T1 ()]
565                         --      newtype T1 a = T1 (StateT S1 IO a ) deriving( Monad )
566                         -- It's currently rejected.  Oh well.
567                         -- In fact we generate an instance decl that has method of form
568                         --      meth @ instTy = meth @ repTy
569                         -- (no coerce's).  We'd need a coerce if we wanted to handle
570                         -- recursive newtypes too
571
572         -- Check that eta reduction is OK
573         --      (a) the dropped-off args are identical
574         --      (b) the remaining type args do not mention any of teh dropped
575         --          type variables 
576         --      (c) the type class args do not mention any of teh dropped type
577         --          variables 
578         --      (d) in case of newtype family instances, the eta-dropped
579         --          arguments must be type variables (not more complex indexes)
580         dropped_tvs = mkVarSet tyvars_to_drop
581         eta_ok = (args_to_drop `tcEqTypes` mkTyVarTys tyvars_to_drop)
582               && (tyVarsOfType rep_fn' `disjointVarSet` dropped_tvs)
583               && (tyVarsOfTypes tys    `disjointVarSet` dropped_tvs)
584               && droppedIndexesAreVariables
585
586         droppedIndexesAreVariables = 
587           case tyConFamInst_maybe tycon of
588             Nothing                 -> True
589             Just (famTyCon, tyIdxs) -> 
590               all isTyVarTy $ drop (tyConArity famTyCon - n_args_to_drop) tyIdxs
591
592         cant_derive_err = derivingThingErr clas tys tycon (mkTyVarTys tyvars_to_keep)
593                                 (vcat [ptext SLIT("even with cunning newtype deriving:"),
594                                         if isRecursiveTyCon tycon then
595                                           ptext SLIT("the newtype is recursive")
596                                         else empty,
597                                         if not right_arity then 
598                                           quotes (ppr (mkClassPred clas tys)) <+> ptext SLIT("does not have arity 1")
599                                         else empty,
600                                         if not (n_tyvars_to_keep >= 0) then 
601                                           ptext SLIT("the type constructor has wrong kind")
602                                         else if not (n_args_to_keep >= 0) then
603                                           ptext SLIT("the representation type has wrong kind")
604                                         else if not eta_ok then 
605                                           ptext SLIT("the eta-reduction property does not hold")
606                                         else empty
607                                       ])
608
609         non_std_err = derivingThingErr clas tys tycon (mkTyVarTys tyvars_to_keep)
610                                 (vcat [non_std_why clas,
611                                        ptext SLIT("Try -fglasgow-exts for GHC's newtype-deriving extension")])
612
613     bale_out err = addErrTc err `thenM_` returnM (Nothing, Nothing) 
614
615 std_class gla_exts clas 
616   =  key `elem` derivableClassKeys
617   || (gla_exts && (key == typeableClassKey || key == dataClassKey))
618   where
619      key = classKey clas
620     
621 std_class_via_iso clas  -- These standard classes can be derived for a newtype
622                         -- using the isomorphism trick *even if no -fglasgow-exts*
623   = classKey clas `elem`  [eqClassKey, ordClassKey, ixClassKey, boundedClassKey]
624         -- Not Read/Show because they respect the type
625         -- Not Enum, becuase newtypes are never in Enum
626
627
628 new_dfun_name clas tycon        -- Just a simple wrapper
629   = newDFunName clas [mkTyConApp tycon []] (getSrcLoc tycon)
630         -- The type passed to newDFunName is only used to generate
631         -- a suitable string; hence the empty type arg list
632
633 ------------------------------------------------------------------
634 mkDataTypeEqn :: SrcSpan -> InstOrigin -> TyCon -> Class -> TcM DerivEqn
635 mkDataTypeEqn loc orig tycon clas
636   | clas `hasKey` typeableClassKey
637   =     -- The Typeable class is special in several ways
638         --        data T a b = ... deriving( Typeable )
639         -- gives
640         --        instance Typeable2 T where ...
641         -- Notice that:
642         -- 1. There are no constraints in the instance
643         -- 2. There are no type variables either
644         -- 3. The actual class we want to generate isn't necessarily
645         --      Typeable; it depends on the arity of the type
646     do  { real_clas <- tcLookupClass (typeableClassNames !! tyConArity tycon)
647         ; dfun_name <- new_dfun_name real_clas tycon
648         ; return (loc, orig, dfun_name, real_clas, tycon, [], []) }
649
650   | otherwise
651   = do  { dfun_name <- new_dfun_name clas tycon
652         ; return (loc, orig, dfun_name, clas, tycon, tyvars, constraints)
653         }
654   where
655     tyvars            = tyConTyVars tycon
656     constraints       = extra_constraints ++ ordinary_constraints
657     extra_constraints = tyConStupidTheta tycon
658          -- "extra_constraints": see note [Data decl contexts] above
659
660     ordinary_constraints
661       = [ mkClassPred clas [arg_ty] 
662         | data_con <- tyConDataCons tycon,
663           arg_ty <- dataConInstOrigArgTys data_con (mkTyVarTys tyvars),
664           not (isUnLiftedType arg_ty)   -- No constraints for unlifted types?
665         ]
666
667
668 ------------------------------------------------------------------
669 -- Check side conditions that dis-allow derivability for particular classes
670 -- This is *apart* from the newtype-deriving mechanism
671
672 checkSideConditions :: Bool -> TyCon -> [TyVar] -> Class -> [TcType] -> Maybe SDoc
673 checkSideConditions gla_exts tycon deriv_tvs clas tys
674   | notNull deriv_tvs || notNull tys    
675   = Just ty_args_why    -- e.g. deriving( Foo s )
676   | otherwise
677   = case [cond | (key,cond) <- sideConditions, key == getUnique clas] of
678         []     -> Just (non_std_why clas)
679         [cond] -> cond (gla_exts, tycon)
680         other  -> pprPanic "checkSideConditions" (ppr clas)
681   where
682     ty_args_why = quotes (ppr (mkClassPred clas tys)) <+> ptext SLIT("is not a class")
683
684 non_std_why clas = quotes (ppr clas) <+> ptext SLIT("is not a derivable class")
685
686 sideConditions :: [(Unique, Condition)]
687 sideConditions
688   = [   (eqClassKey,       cond_std),
689         (ordClassKey,      cond_std),
690         (readClassKey,     cond_std),
691         (showClassKey,     cond_std),
692         (enumClassKey,     cond_std `andCond` cond_isEnumeration),
693         (ixClassKey,       cond_std `andCond` (cond_isEnumeration `orCond` cond_isProduct)),
694         (boundedClassKey,  cond_std `andCond` (cond_isEnumeration `orCond` cond_isProduct)),
695         (typeableClassKey, cond_glaExts `andCond` cond_typeableOK),
696         (dataClassKey,     cond_glaExts `andCond` cond_std)
697     ]
698
699 type Condition = (Bool, TyCon) -> Maybe SDoc    -- Nothing => OK
700
701 orCond :: Condition -> Condition -> Condition
702 orCond c1 c2 tc 
703   = case c1 tc of
704         Nothing -> Nothing              -- c1 succeeds
705         Just x  -> case c2 tc of        -- c1 fails
706                      Nothing -> Nothing
707                      Just y  -> Just (x $$ ptext SLIT("  and") $$ y)
708                                         -- Both fail
709
710 andCond c1 c2 tc = case c1 tc of
711                      Nothing -> c2 tc   -- c1 succeeds
712                      Just x  -> Just x  -- c1 fails
713
714 cond_std :: Condition
715 cond_std (gla_exts, tycon)
716   | any (not . isVanillaDataCon) data_cons = Just existential_why     
717   | null data_cons                         = Just no_cons_why
718   | otherwise                              = Nothing
719   where
720     data_cons       = tyConDataCons tycon
721     no_cons_why     = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has no data constructors")
722     existential_why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has non-Haskell-98 constructor(s)")
723   
724 cond_isEnumeration :: Condition
725 cond_isEnumeration (gla_exts, tycon)
726   | isEnumerationTyCon tycon = Nothing
727   | otherwise                = Just why
728   where
729     why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has non-nullary constructors")
730
731 cond_isProduct :: Condition
732 cond_isProduct (gla_exts, tycon)
733   | isProductTyCon tycon = Nothing
734   | otherwise            = Just why
735   where
736     why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has more than one constructor")
737
738 cond_typeableOK :: Condition
739 -- OK for Typeable class
740 -- Currently: (a) args all of kind *
741 --            (b) 7 or fewer args
742 cond_typeableOK (gla_exts, tycon)
743   | tyConArity tycon > 7        = Just too_many
744   | not (all (isSubArgTypeKind . tyVarKind) (tyConTyVars tycon)) 
745                                 = Just bad_kind
746   | isFamInstTyCon tycon        = Just fam_inst  -- no Typable for family insts
747   | otherwise                   = Nothing
748   where
749     too_many = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has too many arguments")
750     bad_kind = quotes (ppr tycon) <+> 
751                ptext SLIT("has arguments of kind other than `*'")
752     fam_inst = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("is a type family")
753
754 cond_glaExts :: Condition
755 cond_glaExts (gla_exts, tycon) | gla_exts  = Nothing
756                                | otherwise = Just why
757   where
758     why  = ptext SLIT("You need -fglasgow-exts to derive an instance for this class")
759 \end{code}
760
761 %************************************************************************
762 %*                                                                      *
763 \subsection[TcDeriv-fixpoint]{Finding the fixed point of \tr{deriving} equations}
764 %*                                                                      *
765 %************************************************************************
766
767 A ``solution'' (to one of the equations) is a list of (k,TyVarTy tv)
768 terms, which is the final correct RHS for the corresponding original
769 equation.
770 \begin{itemize}
771 \item
772 Each (k,TyVarTy tv) in a solution constrains only a type
773 variable, tv.
774
775 \item
776 The (k,TyVarTy tv) pairs in a solution are canonically
777 ordered by sorting on type varible, tv, (major key) and then class, k,
778 (minor key)
779 \end{itemize}
780
781 \begin{code}
782 solveDerivEqns :: OverlapFlag
783                -> [DerivEqn]
784                -> TcM [Instance]-- Solns in same order as eqns.
785                                 -- This bunch is Absolutely minimal...
786
787 solveDerivEqns overlap_flag orig_eqns
788   = iterateDeriv 1 initial_solutions
789   where
790         -- The initial solutions for the equations claim that each
791         -- instance has an empty context; this solution is certainly
792         -- in canonical form.
793     initial_solutions :: [DerivSoln]
794     initial_solutions = [ [] | _ <- orig_eqns ]
795
796     ------------------------------------------------------------------
797         -- iterateDeriv calculates the next batch of solutions,
798         -- compares it with the current one; finishes if they are the
799         -- same, otherwise recurses with the new solutions.
800         -- It fails if any iteration fails
801     iterateDeriv :: Int -> [DerivSoln] -> TcM [Instance]
802     iterateDeriv n current_solns
803       | n > 20  -- Looks as if we are in an infinite loop
804                 -- This can happen if we have -fallow-undecidable-instances
805                 -- (See TcSimplify.tcSimplifyDeriv.)
806       = pprPanic "solveDerivEqns: probable loop" 
807                  (vcat (map pprDerivEqn orig_eqns) $$ ppr current_solns)
808       | otherwise
809       = let 
810             inst_specs = zipWithEqual "add_solns" mk_inst_spec 
811                                       orig_eqns current_solns
812         in
813         checkNoErrs (
814                   -- Extend the inst info from the explicit instance decls
815                   -- with the current set of solutions, and simplify each RHS
816             extendLocalInstEnv inst_specs $
817             mappM gen_soln orig_eqns
818         )                               `thenM` \ new_solns ->
819         if (current_solns == new_solns) then
820             returnM inst_specs
821         else
822             iterateDeriv (n+1) new_solns
823
824     ------------------------------------------------------------------
825     gen_soln :: DerivEqn -> TcM [PredType]
826     gen_soln (loc, orig, _, clas, tc, tyvars, deriv_rhs)
827       = setSrcSpan loc  $
828         do { let inst_tys = [origHead]
829            ; theta <- addErrCtxt (derivInstCtxt1 clas inst_tys) $
830                       tcSimplifyDeriv orig tc tyvars deriv_rhs
831                 -- Claim: the result instance declaration is guaranteed valid
832                 -- Hence no need to call:
833                 --   checkValidInstance tyvars theta clas inst_tys
834            ; return (sortLe (<=) theta) }       -- Canonicalise before returning the solution
835       where
836           origHead = uncurry mkTyConApp (tyConOrigHead tc)      
837
838     ------------------------------------------------------------------
839     mk_inst_spec :: DerivEqn -> DerivSoln -> Instance
840     mk_inst_spec (loc, orig, dfun_name, clas, tycon, tyvars, _) theta
841         = mkLocalInstance dfun overlap_flag
842         where
843           dfun     = mkDictFunId dfun_name tyvars theta clas [origHead]
844           origHead = uncurry mkTyConApp (tyConOrigHead tycon)
845
846 extendLocalInstEnv :: [Instance] -> TcM a -> TcM a
847 -- Add new locally-defined instances; don't bother to check
848 -- for functional dependency errors -- that'll happen in TcInstDcls
849 extendLocalInstEnv dfuns thing_inside
850  = do { env <- getGblEnv
851       ; let  inst_env' = extendInstEnvList (tcg_inst_env env) dfuns 
852              env'      = env { tcg_inst_env = inst_env' }
853       ; setGblEnv env' thing_inside }
854 \end{code}
855
856 %************************************************************************
857 %*                                                                      *
858 \subsection[TcDeriv-normal-binds]{Bindings for the various classes}
859 %*                                                                      *
860 %************************************************************************
861
862 After all the trouble to figure out the required context for the
863 derived instance declarations, all that's left is to chug along to
864 produce them.  They will then be shoved into @tcInstDecls2@, which
865 will do all its usual business.
866
867 There are lots of possibilities for code to generate.  Here are
868 various general remarks.
869
870 PRINCIPLES:
871 \begin{itemize}
872 \item
873 We want derived instances of @Eq@ and @Ord@ (both v common) to be
874 ``you-couldn't-do-better-by-hand'' efficient.
875
876 \item
877 Deriving @Show@---also pretty common--- should also be reasonable good code.
878
879 \item
880 Deriving for the other classes isn't that common or that big a deal.
881 \end{itemize}
882
883 PRAGMATICS:
884
885 \begin{itemize}
886 \item
887 Deriving @Ord@ is done mostly with the 1.3 @compare@ method.
888
889 \item
890 Deriving @Eq@ also uses @compare@, if we're deriving @Ord@, too.
891
892 \item
893 We {\em normally} generate code only for the non-defaulted methods;
894 there are some exceptions for @Eq@ and (especially) @Ord@...
895
896 \item
897 Sometimes we use a @_con2tag_<tycon>@ function, which returns a data
898 constructor's numeric (@Int#@) tag.  These are generated by
899 @gen_tag_n_con_binds@, and the heuristic for deciding if one of
900 these is around is given by @hasCon2TagFun@.
901
902 The examples under the different sections below will make this
903 clearer.
904
905 \item
906 Much less often (really just for deriving @Ix@), we use a
907 @_tag2con_<tycon>@ function.  See the examples.
908
909 \item
910 We use the renamer!!!  Reason: we're supposed to be
911 producing @LHsBinds Name@ for the methods, but that means
912 producing correctly-uniquified code on the fly.  This is entirely
913 possible (the @TcM@ monad has a @UniqueSupply@), but it is painful.
914 So, instead, we produce @MonoBinds RdrName@ then heave 'em through
915 the renamer.  What a great hack!
916 \end{itemize}
917
918 \begin{code}
919 -- Generate the InstInfo for the required instance paired with the
920 --   *representation* tycon for that instance,
921 -- plus any auxiliary bindings required
922 --
923 -- Representation tycons differ from the tycon in the instance signature in
924 -- case of instances for indexed families.
925 --
926 genInst :: Instance -> TcM ((InstInfo, TyCon), LHsBinds RdrName)
927 genInst spec
928   = do  { fix_env <- getFixityEnv
929         ; let
930             (tyvars,_,clas,[ty])    = instanceHead spec
931             clas_nm                 = className clas
932             (visible_tycon, tyArgs) = tcSplitTyConApp ty 
933
934           -- In case of a family instance, we need to use the representation
935           -- tycon (after all it has the data constructors)
936         ; tycon <- if isOpenTyCon visible_tycon
937                    then tcLookupFamInst visible_tycon tyArgs
938                    else return visible_tycon
939         ; let (meth_binds, aux_binds) = genDerivBinds clas fix_env tycon
940
941         -- Bring the right type variables into 
942         -- scope, and rename the method binds
943         -- It's a bit yukky that we return *renamed* InstInfo, but
944         -- *non-renamed* auxiliary bindings
945         ; (rn_meth_binds, _fvs) <- discardWarnings $ 
946                                    bindLocalNames (map Var.varName tyvars) $
947                                    rnMethodBinds clas_nm (\n -> []) [] meth_binds
948
949         -- Build the InstInfo
950         ; return ((InstInfo { iSpec = spec, 
951                               iBinds = VanillaInst rn_meth_binds [] }, tycon),
952                   aux_binds)
953         }
954
955 genDerivBinds clas fix_env tycon
956   | className clas `elem` typeableClassNames
957   = (gen_Typeable_binds tycon, emptyLHsBinds)
958
959   | otherwise
960   = case assocMaybe gen_list (getUnique clas) of
961         Just gen_fn -> gen_fn fix_env tycon
962         Nothing     -> pprPanic "genDerivBinds: bad derived class" (ppr clas)
963   where
964     gen_list :: [(Unique, FixityEnv -> TyCon -> (LHsBinds RdrName, LHsBinds RdrName))]
965     gen_list = [(eqClassKey,      no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Eq_binds))
966                ,(ordClassKey,     no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Ord_binds))
967                ,(enumClassKey,    no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Enum_binds))
968                ,(boundedClassKey, no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Bounded_binds))
969                ,(ixClassKey,      no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Ix_binds))
970                ,(typeableClassKey,no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Typeable_binds))
971                ,(showClassKey,    no_aux_binds gen_Show_binds)
972                ,(readClassKey,    no_aux_binds gen_Read_binds)
973                ,(dataClassKey,    gen_Data_binds)
974                ]
975
976       -- no_aux_binds is used for generators that don't 
977       -- need to produce any auxiliary bindings
978     no_aux_binds f fix_env tc = (f fix_env tc, emptyLHsBinds)
979     ignore_fix_env f fix_env tc = f tc
980 \end{code}
981
982
983 %************************************************************************
984 %*                                                                      *
985 \subsection[TcDeriv-taggery-Names]{What con2tag/tag2con functions are available?}
986 %*                                                                      *
987 %************************************************************************
988
989
990 data Foo ... = ...
991
992 con2tag_Foo :: Foo ... -> Int#
993 tag2con_Foo :: Int -> Foo ...   -- easier if Int, not Int#
994 maxtag_Foo  :: Int              -- ditto (NB: not unlifted)
995
996
997 We have a @con2tag@ function for a tycon if:
998 \begin{itemize}
999 \item
1000 We're deriving @Eq@ and the tycon has nullary data constructors.
1001
1002 \item
1003 Or: we're deriving @Ord@ (unless single-constructor), @Enum@, @Ix@
1004 (enum type only????)
1005 \end{itemize}
1006
1007 We have a @tag2con@ function for a tycon if:
1008 \begin{itemize}
1009 \item
1010 We're deriving @Enum@, or @Ix@ (enum type only???)
1011 \end{itemize}
1012
1013 If we have a @tag2con@ function, we also generate a @maxtag@ constant.
1014
1015 \begin{code}
1016 genTaggeryBinds :: [(InstInfo, TyCon)] -> TcM (LHsBinds RdrName)
1017 genTaggeryBinds infos
1018   = do  { names_so_far <- foldlM do_con2tag []           tycons_of_interest
1019         ; nm_alist_etc <- foldlM do_tag2con names_so_far tycons_of_interest
1020         ; return (listToBag (map gen_tag_n_con_monobind nm_alist_etc)) }
1021   where
1022     all_CTs                 = [ (fst (simpleInstInfoClsTy info), tc) 
1023                               | (info, tc) <- infos]
1024     all_tycons              = map snd all_CTs
1025     (tycons_of_interest, _) = removeDups compare all_tycons
1026     
1027     do_con2tag acc_Names tycon
1028       | isDataTyCon tycon &&
1029         ((we_are_deriving eqClassKey tycon
1030             && any isNullarySrcDataCon (tyConDataCons tycon))
1031          || (we_are_deriving ordClassKey  tycon
1032             && not (isProductTyCon tycon))
1033          || (we_are_deriving enumClassKey tycon)
1034          || (we_are_deriving ixClassKey   tycon))
1035         
1036       = returnM ((con2tag_RDR tycon, tycon, GenCon2Tag)
1037                    : acc_Names)
1038       | otherwise
1039       = returnM acc_Names
1040
1041     do_tag2con acc_Names tycon
1042       | isDataTyCon tycon &&
1043          (we_are_deriving enumClassKey tycon ||
1044           we_are_deriving ixClassKey   tycon
1045           && isEnumerationTyCon tycon)
1046       = returnM ( (tag2con_RDR tycon, tycon, GenTag2Con)
1047                  : (maxtag_RDR  tycon, tycon, GenMaxTag)
1048                  : acc_Names)
1049       | otherwise
1050       = returnM acc_Names
1051
1052     we_are_deriving clas_key tycon
1053       = is_in_eqns clas_key tycon all_CTs
1054       where
1055         is_in_eqns clas_key tycon [] = False
1056         is_in_eqns clas_key tycon ((c,t):cts)
1057           =  (clas_key == classKey c && tycon == t)
1058           || is_in_eqns clas_key tycon cts
1059 \end{code}
1060
1061 \begin{code}
1062 derivingThingErr clas tys tycon ttys why
1063   = sep [hsep [ptext SLIT("Can't make a derived instance of"), 
1064                quotes (ppr pred)],
1065          nest 2 (parens why)]
1066   where
1067     pred = mkClassPred clas (tys ++ [mkTyConApp tycon ttys])
1068
1069 derivCtxt :: Name -> Maybe [LHsType Name] -> SDoc
1070 derivCtxt tycon mb_tys
1071   = ptext SLIT("When deriving instances for") <+> quotes typeInst
1072   where
1073     typeInst = case mb_tys of
1074                  Nothing  -> ppr tycon
1075                  Just tys -> ppr tycon <+> 
1076                              hsep (map (pprParendHsType . unLoc) tys)
1077
1078 derivInstCtxt1 clas inst_tys
1079   = ptext SLIT("When deriving the instance for") <+> 
1080     quotes (pprClassPred clas inst_tys)
1081 \end{code}
1082