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