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