Indent an error message
[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 )
35 import ErrUtils         ( dumpIfSet_dyn )
36 import MkId             ( mkDictFunId )
37 import DataCon          ( isNullarySrcDataCon, isVanillaDataCon, dataConOrigArgTys )
38 import Maybes           ( catMaybes )
39 import RdrName          ( RdrName )
40 import Name             ( Name, getSrcLoc )
41 import NameSet          ( duDefs )
42 import Kind             ( 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,
49                           isArgTypeKind, tcEqTypes, tcSplitAppTys, mkAppTys )
50 import Var              ( TyVar, tyVarKind, varName )
51 import VarSet           ( mkVarSet, subVarSet )
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 \begin{code}
317 makeDerivEqns :: OverlapFlag
318               -> [LTyClDecl Name] 
319               -> TcM ([DerivEqn],       -- Ordinary derivings
320                       [InstInfo])       -- Special newtype derivings
321
322 makeDerivEqns overlap_flag tycl_decls
323   = mapAndUnzipM mk_eqn derive_these            `thenM` \ (maybe_ordinaries, maybe_newtypes) ->
324     returnM (catMaybes maybe_ordinaries, catMaybes maybe_newtypes)
325   where
326     ------------------------------------------------------------------
327     derive_these :: [(NewOrData, Name, LHsType Name)]
328         -- Find the (nd, TyCon, Pred) pairs that must be `derived'
329     derive_these = [ (nd, tycon, pred) 
330                    | L _ (TyData { tcdND = nd, tcdLName = L _ tycon, 
331                                   tcdDerivs = Just preds }) <- tycl_decls,
332                      pred <- preds ]
333
334     ------------------------------------------------------------------
335     mk_eqn :: (NewOrData, Name, LHsType Name) -> TcM (Maybe DerivEqn, Maybe InstInfo)
336         -- We swizzle the tyvars and datacons out of the tycon
337         -- to make the rest of the equation
338         --
339         -- The "deriv_ty" is a LHsType to take account of the fact that for newtype derivign
340         -- we allow deriving (forall a. C [a]).
341
342     mk_eqn (new_or_data, tycon_name, hs_deriv_ty)
343       = tcLookupTyCon tycon_name                `thenM` \ tycon ->
344         setSrcSpan (srcLocSpan (getSrcLoc tycon))               $
345         addErrCtxt (derivCtxt tycon)            $
346         tcExtendTyVarEnv (tyConTyVars tycon)    $       -- Deriving preds may (now) mention
347                                                         -- the type variables for the type constructor
348         tcHsDeriv hs_deriv_ty                   `thenM` \ (deriv_tvs, clas, tys) ->
349         doptM Opt_GlasgowExts                   `thenM` \ gla_exts ->
350         mk_eqn_help gla_exts new_or_data tycon deriv_tvs clas tys
351
352     ------------------------------------------------------------------
353     mk_eqn_help gla_exts DataType tycon deriv_tvs clas tys
354       | Just err <- checkSideConditions gla_exts tycon deriv_tvs clas tys
355       = bale_out (derivingThingErr clas tys tycon (tyConTyVars tycon) err)
356       | otherwise 
357       = do { eqn <- mkDataTypeEqn tycon clas
358            ; returnM (Just eqn, Nothing) }
359
360     mk_eqn_help gla_exts NewType tycon deriv_tvs clas tys
361       | can_derive_via_isomorphism && (gla_exts || std_class_via_iso clas)
362       =         -- Go ahead and use the isomorphism
363            traceTc (text "newtype deriving:" <+> ppr tycon <+> ppr rep_tys)     `thenM_`
364            new_dfun_name clas tycon             `thenM` \ dfun_name ->
365            returnM (Nothing, Just (InstInfo { iSpec  = mk_inst_spec dfun_name,
366                                               iBinds = NewTypeDerived rep_tys }))
367       | std_class gla_exts clas
368       = mk_eqn_help gla_exts DataType tycon deriv_tvs clas tys  -- Go via bale-out route
369
370       | otherwise                               -- Non-standard instance
371       = bale_out (if gla_exts then      
372                         cant_derive_err -- Too hard
373                   else
374                         non_std_err)    -- Just complain about being a non-std instance
375       where
376         -- Here is the plan for newtype derivings.  We see
377         --        newtype T a1...an = T (t ak...an) deriving (.., C s1 .. sm, ...)
378         -- where t is a type,
379         --       ak...an is a suffix of a1..an
380         --       ak...an do not occur free in t, 
381         --       (C s1 ... sm) is a  *partial applications* of class C 
382         --                      with the last parameter missing
383         --
384         -- We generate the instances
385         --       instance C s1 .. sm (t ak...ap) => C s1 .. sm (T a1...ap)
386         -- where T a1...ap is the partial application of the LHS of the correct kind
387         -- and p >= k
388         --
389         -- Running example: newtype T s a = MkT (ST s a) deriving( Monad )
390         --      instance Monad (ST s) => Monad (T s) where 
391         --        fail = coerce ... (fail @ ST s)
392         -- (Actually we don't need the coerce, because non-rec newtypes are transparent
393
394         clas_tyvars = classTyVars clas
395         kind = tyVarKind (last clas_tyvars)
396                 -- Kind of the thing we want to instance
397                 --   e.g. argument kind of Monad, *->*
398
399         (arg_kinds, _) = splitKindFunTys kind
400         n_args_to_drop = length arg_kinds       
401                 -- Want to drop 1 arg from (T s a) and (ST s a)
402                 -- to get       instance Monad (ST s) => Monad (T s)
403
404         -- Note [newtype representation]
405         -- Need newTyConRhs *not* newTyConRep to get the representation 
406         -- type, because the latter looks through all intermediate newtypes
407         -- For example
408         --      newtype B = MkB Int
409         --      newtype A = MkA B deriving( Num )
410         -- We want the Num instance of B, *not* the Num instance of Int,
411         -- when making the Num instance of A!
412         (tc_tvs, rep_ty)      = newTyConRhs tycon
413         (rep_fn, rep_ty_args) = tcSplitAppTys rep_ty
414
415         n_tyvars_to_keep = tyConArity tycon  - n_args_to_drop
416         tyvars_to_drop   = drop n_tyvars_to_keep tc_tvs
417         tyvars_to_keep   = take n_tyvars_to_keep tc_tvs
418
419         n_args_to_keep = length rep_ty_args - n_args_to_drop
420         args_to_drop   = drop n_args_to_keep rep_ty_args
421         args_to_keep   = take n_args_to_keep rep_ty_args
422
423         rep_fn'  = mkAppTys rep_fn args_to_keep
424         rep_tys  = tys ++ [rep_fn']
425         rep_pred = mkClassPred clas rep_tys
426                 -- rep_pred is the representation dictionary, from where
427                 -- we are gong to get all the methods for the newtype dictionary
428
429         inst_tys = (tys ++ [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars_to_keep)])
430                 -- The 'tys' here come from the partial application
431                 -- in the deriving clause. The last arg is the new
432                 -- instance type.
433
434                 -- We must pass the superclasses; the newtype might be an instance
435                 -- of them in a different way than the representation type
436                 -- E.g.         newtype Foo a = Foo a deriving( Show, Num, Eq )
437                 -- Then the Show instance is not done via isomprphism; it shows
438                 --      Foo 3 as "Foo 3"
439                 -- The Num instance is derived via isomorphism, but the Show superclass
440                 -- dictionary must the Show instance for Foo, *not* the Show dictionary
441                 -- gotten from the Num dictionary. So we must build a whole new dictionary
442                 -- not just use the Num one.  The instance we want is something like:
443                 --      instance (Num a, Show (Foo a), Eq (Foo a)) => Num (Foo a) where
444                 --              (+) = ((+)@a)
445                 --              ...etc...
446                 -- There's no 'corece' needed because after the type checker newtypes
447                 -- are transparent.
448
449         sc_theta = substTheta (zipOpenTvSubst clas_tyvars inst_tys)
450                               (classSCTheta clas)
451
452                 -- If there are no tyvars, there's no need
453                 -- to abstract over the dictionaries we need
454         dict_tvs = deriv_tvs ++ tc_tvs
455         dict_args | null dict_tvs = []
456                   | otherwise     = rep_pred : sc_theta
457
458                 -- Finally! Here's where we build the dictionary Id
459         mk_inst_spec dfun_name 
460           = mkLocalInstance dfun overlap_flag
461           where
462             dfun = mkDictFunId dfun_name dict_tvs dict_args clas inst_tys
463
464         -------------------------------------------------------------------
465         --  Figuring out whether we can only do this newtype-deriving thing
466
467         right_arity = length tys + 1 == classArity clas
468
469                 -- Never derive Read,Show,Typeable,Data this way 
470         non_iso_classes = [readClassKey, showClassKey, typeableClassKey, dataClassKey]
471         can_derive_via_isomorphism
472            =  not (getUnique clas `elem` non_iso_classes)
473            && right_arity                       -- Well kinded;
474                                                 -- eg not: newtype T ... deriving( ST )
475                                                 --      because ST needs *2* type params
476            && n_tyvars_to_keep >= 0             -- Type constructor has right kind:
477                                                 -- eg not: newtype T = T Int deriving( Monad )
478            && n_args_to_keep   >= 0             -- Rep type has right kind: 
479                                                 -- eg not: newtype T a = T Int deriving( Monad )
480            && eta_ok                            -- Eta reduction works
481            && not (isRecursiveTyCon tycon)      -- Does not work for recursive tycons:
482                                                 --      newtype A = MkA [A]
483                                                 -- Don't want
484                                                 --      instance Eq [A] => Eq A !!
485                         -- Here's a recursive newtype that's actually OK
486                         --      newtype S1 = S1 [T1 ()]
487                         --      newtype T1 a = T1 (StateT S1 IO a ) deriving( Monad )
488                         -- It's currently rejected.  Oh well.
489                         -- In fact we generate an instance decl that has method of form
490                         --      meth @ instTy = meth @ repTy
491                         -- (no coerce's).  We'd need a coerce if we wanted to handle
492                         -- recursive newtypes too
493
494         -- Check that eta reduction is OK
495         --      (a) the dropped-off args are identical
496         --      (b) the remaining type args mention 
497         --          only the remaining type variables
498         eta_ok = (args_to_drop `tcEqTypes` mkTyVarTys tyvars_to_drop)
499               && (tyVarsOfType rep_fn' `subVarSet` mkVarSet tyvars_to_keep) 
500
501         cant_derive_err = derivingThingErr clas tys tycon tyvars_to_keep
502                                 (vcat [ptext SLIT("even with cunning newtype deriving:"),
503                                         if isRecursiveTyCon tycon then
504                                           ptext SLIT("the newtype is recursive")
505                                         else empty,
506                                         if not right_arity then 
507                                           quotes (ppr (mkClassPred clas tys)) <+> ptext SLIT("does not have arity 1")
508                                         else empty,
509                                         if not (n_tyvars_to_keep >= 0) then 
510                                           ptext SLIT("the type constructor has wrong kind")
511                                         else if not (n_args_to_keep >= 0) then
512                                           ptext SLIT("the representation type has wrong kind")
513                                         else if not eta_ok then 
514                                           ptext SLIT("the eta-reduction property does not hold")
515                                         else empty
516                                       ])
517
518         non_std_err = derivingThingErr clas tys tycon tyvars_to_keep
519                                 (vcat [non_std_why clas,
520                                        ptext SLIT("Try -fglasgow-exts for GHC's newtype-deriving extension")])
521
522     bale_out err = addErrTc err `thenM_` returnM (Nothing, Nothing) 
523
524 std_class gla_exts clas 
525   =  key `elem` derivableClassKeys
526   || (gla_exts && (key == typeableClassKey || key == dataClassKey))
527   where
528      key = classKey clas
529     
530 std_class_via_iso clas  -- These standard classes can be derived for a newtype
531                         -- using the isomorphism trick *even if no -fglasgow-exts*
532   = classKey clas `elem`  [eqClassKey, ordClassKey, ixClassKey, boundedClassKey]
533         -- Not Read/Show because they respect the type
534         -- Not Enum, becuase newtypes are never in Enum
535
536
537 new_dfun_name clas tycon        -- Just a simple wrapper
538   = newDFunName clas [mkTyConApp tycon []] (getSrcLoc tycon)
539         -- The type passed to newDFunName is only used to generate
540         -- a suitable string; hence the empty type arg list
541
542 ------------------------------------------------------------------
543 mkDataTypeEqn :: TyCon -> Class -> TcM DerivEqn
544 mkDataTypeEqn tycon clas
545   | clas `hasKey` typeableClassKey
546   =     -- The Typeable class is special in several ways
547         --        data T a b = ... deriving( Typeable )
548         -- gives
549         --        instance Typeable2 T where ...
550         -- Notice that:
551         -- 1. There are no constraints in the instance
552         -- 2. There are no type variables either
553         -- 3. The actual class we want to generate isn't necessarily
554         --      Typeable; it depends on the arity of the type
555     do  { real_clas <- tcLookupClass (typeableClassNames !! tyConArity tycon)
556         ; dfun_name <- new_dfun_name real_clas tycon
557         ; return (dfun_name, real_clas, tycon, [], []) }
558
559   | otherwise
560   = do  { dfun_name <- new_dfun_name clas tycon
561         ; return (dfun_name, clas, tycon, tyvars, constraints) }
562   where
563     tyvars            = tyConTyVars tycon
564     constraints       = extra_constraints ++ ordinary_constraints
565     extra_constraints = tyConStupidTheta tycon
566          -- "extra_constraints": see note [Data decl contexts] above
567
568     ordinary_constraints
569       = [ mkClassPred clas [arg_ty] 
570         | data_con <- tyConDataCons tycon,
571           arg_ty   <- dataConOrigArgTys data_con,
572           not (isUnLiftedType arg_ty)   -- No constraints for unlifted types?
573         ]
574
575
576 ------------------------------------------------------------------
577 -- Check side conditions that dis-allow derivability for particular classes
578 -- This is *apart* from the newtype-deriving mechanism
579
580 checkSideConditions :: Bool -> TyCon -> [TyVar] -> Class -> [TcType] -> Maybe SDoc
581 checkSideConditions gla_exts tycon deriv_tvs clas tys
582   | notNull deriv_tvs || notNull tys    
583   = Just ty_args_why    -- e.g. deriving( Foo s )
584   | otherwise
585   = case [cond | (key,cond) <- sideConditions, key == getUnique clas] of
586         []     -> Just (non_std_why clas)
587         [cond] -> cond (gla_exts, tycon)
588         other  -> pprPanic "checkSideConditions" (ppr clas)
589   where
590     ty_args_why = quotes (ppr (mkClassPred clas tys)) <+> ptext SLIT("is not a class")
591
592 non_std_why clas = quotes (ppr clas) <+> ptext SLIT("is not a derivable class")
593
594 sideConditions :: [(Unique, Condition)]
595 sideConditions
596   = [   (eqClassKey,       cond_std),
597         (ordClassKey,      cond_std),
598         (readClassKey,     cond_std),
599         (showClassKey,     cond_std),
600         (enumClassKey,     cond_std `andCond` cond_isEnumeration),
601         (ixClassKey,       cond_std `andCond` (cond_isEnumeration `orCond` cond_isProduct)),
602         (boundedClassKey,  cond_std `andCond` (cond_isEnumeration `orCond` cond_isProduct)),
603         (typeableClassKey, cond_glaExts `andCond` cond_typeableOK),
604         (dataClassKey,     cond_glaExts `andCond` cond_std)
605     ]
606
607 type Condition = (Bool, TyCon) -> Maybe SDoc    -- Nothing => OK
608
609 orCond :: Condition -> Condition -> Condition
610 orCond c1 c2 tc 
611   = case c1 tc of
612         Nothing -> Nothing              -- c1 succeeds
613         Just x  -> case c2 tc of        -- c1 fails
614                      Nothing -> Nothing
615                      Just y  -> Just (x $$ ptext SLIT("  and") $$ y)
616                                         -- Both fail
617
618 andCond c1 c2 tc = case c1 tc of
619                      Nothing -> c2 tc   -- c1 succeeds
620                      Just x  -> Just x  -- c1 fails
621
622 cond_std :: Condition
623 cond_std (gla_exts, tycon)
624   | any (not . isVanillaDataCon) data_cons = Just existential_why     
625   | null data_cons                         = Just no_cons_why
626   | otherwise                              = Nothing
627   where
628     data_cons       = tyConDataCons tycon
629     no_cons_why     = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has no data constructors")
630     existential_why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has non-Haskell-98 constructor(s)")
631   
632 cond_isEnumeration :: Condition
633 cond_isEnumeration (gla_exts, tycon)
634   | isEnumerationTyCon tycon = Nothing
635   | otherwise                = Just why
636   where
637     why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has non-nullary constructors")
638
639 cond_isProduct :: Condition
640 cond_isProduct (gla_exts, tycon)
641   | isProductTyCon tycon = Nothing
642   | otherwise            = Just why
643   where
644     why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has more than one constructor")
645
646 cond_typeableOK :: Condition
647 -- OK for Typeable class
648 -- Currently: (a) args all of kind *
649 --            (b) 7 or fewer args
650 cond_typeableOK (gla_exts, tycon)
651   | tyConArity tycon > 7                                      = Just too_many
652   | not (all (isArgTypeKind . tyVarKind) (tyConTyVars tycon)) = Just bad_kind
653   | otherwise                                                 = Nothing
654   where
655     too_many = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has too many arguments")
656     bad_kind = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has arguments of kind other than `*'")
657
658 cond_glaExts :: Condition
659 cond_glaExts (gla_exts, tycon) | gla_exts  = Nothing
660                                | otherwise = Just why
661   where
662     why  = ptext SLIT("You need -fglasgow-exts to derive an instance for this class")
663 \end{code}
664
665 %************************************************************************
666 %*                                                                      *
667 \subsection[TcDeriv-fixpoint]{Finding the fixed point of \tr{deriving} equations}
668 %*                                                                      *
669 %************************************************************************
670
671 A ``solution'' (to one of the equations) is a list of (k,TyVarTy tv)
672 terms, which is the final correct RHS for the corresponding original
673 equation.
674 \begin{itemize}
675 \item
676 Each (k,TyVarTy tv) in a solution constrains only a type
677 variable, tv.
678
679 \item
680 The (k,TyVarTy tv) pairs in a solution are canonically
681 ordered by sorting on type varible, tv, (major key) and then class, k,
682 (minor key)
683 \end{itemize}
684
685 \begin{code}
686 solveDerivEqns :: OverlapFlag
687                -> [DerivEqn]
688                -> TcM [Instance]-- Solns in same order as eqns.
689                                 -- This bunch is Absolutely minimal...
690
691 solveDerivEqns overlap_flag orig_eqns
692   = iterateDeriv 1 initial_solutions
693   where
694         -- The initial solutions for the equations claim that each
695         -- instance has an empty context; this solution is certainly
696         -- in canonical form.
697     initial_solutions :: [DerivSoln]
698     initial_solutions = [ [] | _ <- orig_eqns ]
699
700     ------------------------------------------------------------------
701         -- iterateDeriv calculates the next batch of solutions,
702         -- compares it with the current one; finishes if they are the
703         -- same, otherwise recurses with the new solutions.
704         -- It fails if any iteration fails
705     iterateDeriv :: Int -> [DerivSoln] -> TcM [Instance]
706     iterateDeriv n current_solns
707       | n > 20  -- Looks as if we are in an infinite loop
708                 -- This can happen if we have -fallow-undecidable-instances
709                 -- (See TcSimplify.tcSimplifyDeriv.)
710       = pprPanic "solveDerivEqns: probable loop" 
711                  (vcat (map pprDerivEqn orig_eqns) $$ ppr current_solns)
712       | otherwise
713       = let 
714             inst_specs = zipWithEqual "add_solns" mk_inst_spec 
715                                       orig_eqns current_solns
716         in
717         checkNoErrs (
718                   -- Extend the inst info from the explicit instance decls
719                   -- with the current set of solutions, and simplify each RHS
720             extendLocalInstEnv inst_specs $
721             mappM gen_soln orig_eqns
722         )                               `thenM` \ new_solns ->
723         if (current_solns == new_solns) then
724             returnM inst_specs
725         else
726             iterateDeriv (n+1) new_solns
727
728     ------------------------------------------------------------------
729     gen_soln (_, clas, tc,tyvars,deriv_rhs)
730       = setSrcSpan (srcLocSpan (getSrcLoc tc))  $
731         do { let inst_tys = [mkTyConApp tc (mkTyVarTys tyvars)]
732            ; theta <- addErrCtxt (derivInstCtxt1 clas inst_tys) $
733                       tcSimplifyDeriv tc tyvars deriv_rhs
734            ; addErrCtxt (derivInstCtxt2 theta clas inst_tys) $
735              checkValidInstance tyvars theta clas inst_tys
736            ; return (sortLe (<=) theta) }       -- Canonicalise before returning the soluction
737       where
738         
739
740     ------------------------------------------------------------------
741     mk_inst_spec (dfun_name, clas, tycon, tyvars, _) theta
742         = mkLocalInstance dfun overlap_flag
743         where
744           dfun = mkDictFunId dfun_name tyvars theta clas
745                              [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars)]
746
747 extendLocalInstEnv :: [Instance] -> TcM a -> TcM a
748 -- Add new locally-defined instances; don't bother to check
749 -- for functional dependency errors -- that'll happen in TcInstDcls
750 extendLocalInstEnv dfuns thing_inside
751  = do { env <- getGblEnv
752       ; let  inst_env' = extendInstEnvList (tcg_inst_env env) dfuns 
753              env'      = env { tcg_inst_env = inst_env' }
754       ; setGblEnv env' thing_inside }
755 \end{code}
756
757 %************************************************************************
758 %*                                                                      *
759 \subsection[TcDeriv-normal-binds]{Bindings for the various classes}
760 %*                                                                      *
761 %************************************************************************
762
763 After all the trouble to figure out the required context for the
764 derived instance declarations, all that's left is to chug along to
765 produce them.  They will then be shoved into @tcInstDecls2@, which
766 will do all its usual business.
767
768 There are lots of possibilities for code to generate.  Here are
769 various general remarks.
770
771 PRINCIPLES:
772 \begin{itemize}
773 \item
774 We want derived instances of @Eq@ and @Ord@ (both v common) to be
775 ``you-couldn't-do-better-by-hand'' efficient.
776
777 \item
778 Deriving @Show@---also pretty common--- should also be reasonable good code.
779
780 \item
781 Deriving for the other classes isn't that common or that big a deal.
782 \end{itemize}
783
784 PRAGMATICS:
785
786 \begin{itemize}
787 \item
788 Deriving @Ord@ is done mostly with the 1.3 @compare@ method.
789
790 \item
791 Deriving @Eq@ also uses @compare@, if we're deriving @Ord@, too.
792
793 \item
794 We {\em normally} generate code only for the non-defaulted methods;
795 there are some exceptions for @Eq@ and (especially) @Ord@...
796
797 \item
798 Sometimes we use a @_con2tag_<tycon>@ function, which returns a data
799 constructor's numeric (@Int#@) tag.  These are generated by
800 @gen_tag_n_con_binds@, and the heuristic for deciding if one of
801 these is around is given by @hasCon2TagFun@.
802
803 The examples under the different sections below will make this
804 clearer.
805
806 \item
807 Much less often (really just for deriving @Ix@), we use a
808 @_tag2con_<tycon>@ function.  See the examples.
809
810 \item
811 We use the renamer!!!  Reason: we're supposed to be
812 producing @LHsBinds Name@ for the methods, but that means
813 producing correctly-uniquified code on the fly.  This is entirely
814 possible (the @TcM@ monad has a @UniqueSupply@), but it is painful.
815 So, instead, we produce @MonoBinds RdrName@ then heave 'em through
816 the renamer.  What a great hack!
817 \end{itemize}
818
819 \begin{code}
820 -- Generate the InstInfo for the required instance,
821 -- plus any auxiliary bindings required
822 genInst :: Instance -> TcM (InstInfo, LHsBinds RdrName)
823 genInst spec
824   = do  { fix_env <- getFixityEnv
825         ; let
826             (tyvars,_,clas,[ty])    = instanceHead spec
827             clas_nm                 = className clas
828             tycon                   = tcTyConAppTyCon ty 
829             (meth_binds, aux_binds) = genDerivBinds clas fix_env tycon
830
831         -- Bring the right type variables into 
832         -- scope, and rename the method binds
833         -- It's a bit yukky that we return *renamed* InstInfo, but
834         -- *non-renamed* auxiliary bindings
835         ; (rn_meth_binds, _fvs) <- discardWarnings $ 
836                                    bindLocalNames (map varName tyvars)  $
837                                    rnMethodBinds clas_nm (\n -> []) [] meth_binds
838
839         -- Build the InstInfo
840         ; return (InstInfo { iSpec = spec, 
841                              iBinds = VanillaInst rn_meth_binds [] }, 
842                   aux_binds)
843         }
844
845 genDerivBinds clas fix_env tycon
846   | className clas `elem` typeableClassNames
847   = (gen_Typeable_binds tycon, emptyLHsBinds)
848
849   | otherwise
850   = case assocMaybe gen_list (getUnique clas) of
851         Just gen_fn -> gen_fn fix_env tycon
852         Nothing     -> pprPanic "genDerivBinds: bad derived class" (ppr clas)
853   where
854     gen_list :: [(Unique, FixityEnv -> TyCon -> (LHsBinds RdrName, LHsBinds RdrName))]
855     gen_list = [(eqClassKey,      no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Eq_binds))
856                ,(ordClassKey,     no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Ord_binds))
857                ,(enumClassKey,    no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Enum_binds))
858                ,(boundedClassKey, no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Bounded_binds))
859                ,(ixClassKey,      no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Ix_binds))
860                ,(typeableClassKey,no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Typeable_binds))
861                ,(showClassKey,    no_aux_binds gen_Show_binds)
862                ,(readClassKey,    no_aux_binds gen_Read_binds)
863                ,(dataClassKey,    gen_Data_binds)
864                ]
865
866       -- no_aux_binds is used for generators that don't 
867       -- need to produce any auxiliary bindings
868     no_aux_binds f fix_env tc = (f fix_env tc, emptyLHsBinds)
869     ignore_fix_env f fix_env tc = f tc
870 \end{code}
871
872
873 %************************************************************************
874 %*                                                                      *
875 \subsection[TcDeriv-taggery-Names]{What con2tag/tag2con functions are available?}
876 %*                                                                      *
877 %************************************************************************
878
879
880 data Foo ... = ...
881
882 con2tag_Foo :: Foo ... -> Int#
883 tag2con_Foo :: Int -> Foo ...   -- easier if Int, not Int#
884 maxtag_Foo  :: Int              -- ditto (NB: not unlifted)
885
886
887 We have a @con2tag@ function for a tycon if:
888 \begin{itemize}
889 \item
890 We're deriving @Eq@ and the tycon has nullary data constructors.
891
892 \item
893 Or: we're deriving @Ord@ (unless single-constructor), @Enum@, @Ix@
894 (enum type only????)
895 \end{itemize}
896
897 We have a @tag2con@ function for a tycon if:
898 \begin{itemize}
899 \item
900 We're deriving @Enum@, or @Ix@ (enum type only???)
901 \end{itemize}
902
903 If we have a @tag2con@ function, we also generate a @maxtag@ constant.
904
905 \begin{code}
906 genTaggeryBinds :: [InstInfo] -> TcM (LHsBinds RdrName)
907 genTaggeryBinds infos
908   = do  { names_so_far <- foldlM do_con2tag []           tycons_of_interest
909         ; nm_alist_etc <- foldlM do_tag2con names_so_far tycons_of_interest
910         ; return (listToBag (map gen_tag_n_con_monobind nm_alist_etc)) }
911   where
912     all_CTs = [ (cls, tcTyConAppTyCon ty)
913               | info <- infos, 
914                 let (cls,ty) = simpleInstInfoClsTy info ]
915     all_tycons              = map snd all_CTs
916     (tycons_of_interest, _) = removeDups compare all_tycons
917     
918     do_con2tag acc_Names tycon
919       | isDataTyCon tycon &&
920         ((we_are_deriving eqClassKey tycon
921             && any isNullarySrcDataCon (tyConDataCons tycon))
922          || (we_are_deriving ordClassKey  tycon
923             && not (isProductTyCon tycon))
924          || (we_are_deriving enumClassKey tycon)
925          || (we_are_deriving ixClassKey   tycon))
926         
927       = returnM ((con2tag_RDR tycon, tycon, GenCon2Tag)
928                    : acc_Names)
929       | otherwise
930       = returnM acc_Names
931
932     do_tag2con acc_Names tycon
933       | isDataTyCon tycon &&
934          (we_are_deriving enumClassKey tycon ||
935           we_are_deriving ixClassKey   tycon
936           && isEnumerationTyCon tycon)
937       = returnM ( (tag2con_RDR tycon, tycon, GenTag2Con)
938                  : (maxtag_RDR  tycon, tycon, GenMaxTag)
939                  : acc_Names)
940       | otherwise
941       = returnM acc_Names
942
943     we_are_deriving clas_key tycon
944       = is_in_eqns clas_key tycon all_CTs
945       where
946         is_in_eqns clas_key tycon [] = False
947         is_in_eqns clas_key tycon ((c,t):cts)
948           =  (clas_key == classKey c && tycon == t)
949           || is_in_eqns clas_key tycon cts
950 \end{code}
951
952 \begin{code}
953 derivingThingErr clas tys tycon tyvars why
954   = sep [hsep [ptext SLIT("Can't make a derived instance of"), quotes (ppr pred)],
955          nest 2 (parens why)]
956   where
957     pred = mkClassPred clas (tys ++ [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars)])
958
959 derivCtxt :: TyCon -> SDoc
960 derivCtxt tycon
961   = ptext SLIT("When deriving instances for") <+> quotes (ppr tycon)
962
963 derivInstCtxt1 clas inst_tys
964   = ptext SLIT("When deriving the instance for") <+> quotes (pprClassPred clas inst_tys)
965
966 derivInstCtxt2 theta clas inst_tys
967   = vcat [ptext SLIT("In the derived instance declaration"),
968           nest 2 (ptext SLIT("instance") <+> sep [pprThetaArrow theta, 
969                                                   pprClassPred clas inst_tys])]
970 \end{code}
971