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