newtype fixes, coercions for non-recursive newtypes now optional
[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 \begin{code}
318 makeDerivEqns :: OverlapFlag
319               -> [LTyClDecl Name] 
320               -> TcM ([DerivEqn],       -- Ordinary derivings
321                       [InstInfo])       -- Special newtype derivings
322
323 makeDerivEqns overlap_flag tycl_decls
324   = mapAndUnzipM mk_eqn derive_these            `thenM` \ (maybe_ordinaries, maybe_newtypes) ->
325     returnM (catMaybes maybe_ordinaries, catMaybes maybe_newtypes)
326   where
327     ------------------------------------------------------------------
328     derive_these :: [(NewOrData, Name, LHsType Name)]
329         -- Find the (nd, TyCon, Pred) pairs that must be `derived'
330     derive_these = [ (nd, tycon, pred) 
331                    | L _ (TyData { tcdND = nd, tcdLName = L _ tycon, 
332                                   tcdDerivs = Just preds }) <- tycl_decls,
333                      pred <- preds ]
334
335     ------------------------------------------------------------------
336     mk_eqn :: (NewOrData, Name, LHsType Name) -> TcM (Maybe DerivEqn, Maybe InstInfo)
337         -- We swizzle the tyvars and datacons out of the tycon
338         -- to make the rest of the equation
339         --
340         -- The "deriv_ty" is a LHsType to take account of the fact that for newtype derivign
341         -- we allow deriving (forall a. C [a]).
342
343     mk_eqn (new_or_data, tycon_name, hs_deriv_ty)
344       = tcLookupTyCon tycon_name                `thenM` \ tycon ->
345         setSrcSpan (srcLocSpan (getSrcLoc tycon))               $
346         addErrCtxt (derivCtxt tycon)            $
347         tcExtendTyVarEnv (tyConTyVars tycon)    $       -- Deriving preds may (now) mention
348                                                         -- the type variables for the type constructor
349         tcHsDeriv hs_deriv_ty                   `thenM` \ (deriv_tvs, clas, tys) ->
350         doptM Opt_GlasgowExts                   `thenM` \ gla_exts ->
351         mk_eqn_help gla_exts new_or_data tycon deriv_tvs clas tys
352
353     ------------------------------------------------------------------
354     -- data/newtype T a = ... deriving( C t1 t2 )
355     --   leads to a call to mk_eqn_help with
356     --          tycon = T, deriv_tvs = ftv(t1,t2), clas = C, tys = [t1,t2]
357
358     mk_eqn_help gla_exts DataType tycon deriv_tvs clas tys
359       | Just err <- checkSideConditions gla_exts tycon deriv_tvs clas tys
360       = bale_out (derivingThingErr clas tys tycon (tyConTyVars tycon) err)
361       | otherwise 
362       = do { eqn <- mkDataTypeEqn tycon clas
363            ; returnM (Just eqn, Nothing) }
364
365     mk_eqn_help gla_exts NewType tycon deriv_tvs clas tys
366       | can_derive_via_isomorphism && (gla_exts || std_class_via_iso clas)
367       =         -- Go ahead and use the isomorphism
368            traceTc (text "newtype deriving:" <+> ppr tycon <+> ppr rep_tys)     `thenM_`
369            new_dfun_name clas tycon             `thenM` \ dfun_name ->
370            returnM (Nothing, Just (InstInfo { iSpec  = mk_inst_spec dfun_name,
371                                               iBinds = NewTypeDerived (newTyConCo tycon) rep_tys }))
372       | std_class gla_exts clas
373       = mk_eqn_help gla_exts DataType tycon deriv_tvs clas tys  -- Go via bale-out route
374
375       | otherwise                               -- Non-standard instance
376       = bale_out (if gla_exts then      
377                         cant_derive_err -- Too hard
378                   else
379                         non_std_err)    -- Just complain about being a non-std instance
380       where
381         -- Here is the plan for newtype derivings.  We see
382         --        newtype T a1...an = T (t ak...an) deriving (.., C s1 .. sm, ...)
383         -- where t is a type,
384         --       ak...an is a suffix of a1..an
385         --       ak...an do not occur free in t, 
386         --       (C s1 ... sm) is a  *partial applications* of class C 
387         --                      with the last parameter missing
388         --
389         -- We generate the instances
390         --       instance C s1 .. sm (t ak...ap) => C s1 .. sm (T a1...ap)
391         -- where T a1...ap is the partial application of the LHS of the correct kind
392         -- and p >= k
393         --
394         -- Running example: newtype T s a = MkT (ST s a) deriving( Monad )
395         --      instance Monad (ST s) => Monad (T s) where 
396         --        fail = coerce ... (fail @ ST s)
397         -- (Actually we don't need the coerce, because non-rec newtypes are transparent
398
399         clas_tyvars = classTyVars clas
400         kind = tyVarKind (last clas_tyvars)
401                 -- Kind of the thing we want to instance
402                 --   e.g. argument kind of Monad, *->*
403
404         (arg_kinds, _) = splitKindFunTys kind
405         n_args_to_drop = length arg_kinds       
406                 -- Want to drop 1 arg from (T s a) and (ST s a)
407                 -- to get       instance Monad (ST s) => Monad (T s)
408
409         -- Note [newtype representation]
410         -- Need newTyConRhs *not* newTyConRep to get the representation 
411         -- type, because the latter looks through all intermediate newtypes
412         -- For example
413         --      newtype B = MkB Int
414         --      newtype A = MkA B deriving( Num )
415         -- We want the Num instance of B, *not* the Num instance of Int,
416         -- when making the Num instance of A!
417         (tc_tvs, rep_ty)      = newTyConRhs tycon
418         (rep_fn, rep_ty_args) = tcSplitAppTys rep_ty
419
420         n_tyvars_to_keep = tyConArity tycon  - n_args_to_drop
421         tyvars_to_drop   = drop n_tyvars_to_keep tc_tvs
422         tyvars_to_keep   = take n_tyvars_to_keep tc_tvs
423
424         n_args_to_keep = length rep_ty_args - n_args_to_drop
425         args_to_drop   = drop n_args_to_keep rep_ty_args
426         args_to_keep   = take n_args_to_keep rep_ty_args
427
428         rep_fn'  = mkAppTys rep_fn args_to_keep
429         rep_tys  = tys ++ [rep_fn']
430         rep_pred = mkClassPred clas rep_tys
431                 -- rep_pred is the representation dictionary, from where
432                 -- we are gong to get all the methods for the newtype dictionary
433
434         inst_tys = (tys ++ [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars_to_keep)])
435                 -- The 'tys' here come from the partial application
436                 -- in the deriving clause. The last arg is the new
437                 -- instance type.
438
439                 -- We must pass the superclasses; the newtype might be an instance
440                 -- of them in a different way than the representation type
441                 -- E.g.         newtype Foo a = Foo a deriving( Show, Num, Eq )
442                 -- Then the Show instance is not done via isomorphism; it shows
443                 --      Foo 3 as "Foo 3"
444                 -- The Num instance is derived via isomorphism, but the Show superclass
445                 -- dictionary must the Show instance for Foo, *not* the Show dictionary
446                 -- gotten from the Num dictionary. So we must build a whole new dictionary
447                 -- not just use the Num one.  The instance we want is something like:
448                 --      instance (Num a, Show (Foo a), Eq (Foo a)) => Num (Foo a) where
449                 --              (+) = ((+)@a)
450                 --              ...etc...
451                 -- There's no 'corece' needed because after the type checker newtypes
452                 -- are transparent.
453
454         sc_theta = substTheta (zipOpenTvSubst clas_tyvars inst_tys)
455                               (classSCTheta clas)
456
457                 -- If there are no tyvars, there's no need
458                 -- to abstract over the dictionaries we need
459         dict_tvs = deriv_tvs ++ tc_tvs
460         dict_args | null dict_tvs = []
461                   | otherwise     = rep_pred : sc_theta
462
463                 -- Finally! Here's where we build the dictionary Id
464         mk_inst_spec dfun_name 
465           = mkLocalInstance dfun overlap_flag
466           where
467             dfun = mkDictFunId dfun_name dict_tvs dict_args clas inst_tys
468
469         -------------------------------------------------------------------
470         --  Figuring out whether we can only do this newtype-deriving thing
471
472         right_arity = length tys + 1 == classArity clas
473
474                 -- Never derive Read,Show,Typeable,Data this way 
475         non_iso_classes = [readClassKey, showClassKey, typeableClassKey, dataClassKey]
476         can_derive_via_isomorphism
477            =  not (getUnique clas `elem` non_iso_classes)
478            && right_arity                       -- Well kinded;
479                                                 -- eg not: newtype T ... deriving( ST )
480                                                 --      because ST needs *2* type params
481            && n_tyvars_to_keep >= 0             -- Type constructor has right kind:
482                                                 -- eg not: newtype T = T Int deriving( Monad )
483            && n_args_to_keep   >= 0             -- Rep type has right kind: 
484                                                 -- eg not: newtype T a = T Int deriving( Monad )
485            && eta_ok                            -- Eta reduction works
486            && not (isRecursiveTyCon tycon)      -- Does not work for recursive tycons:
487                                                 --      newtype A = MkA [A]
488                                                 -- Don't want
489                                                 --      instance Eq [A] => Eq A !!
490                         -- Here's a recursive newtype that's actually OK
491                         --      newtype S1 = S1 [T1 ()]
492                         --      newtype T1 a = T1 (StateT S1 IO a ) deriving( Monad )
493                         -- It's currently rejected.  Oh well.
494                         -- In fact we generate an instance decl that has method of form
495                         --      meth @ instTy = meth @ repTy
496                         -- (no coerce's).  We'd need a coerce if we wanted to handle
497                         -- recursive newtypes too
498
499         -- Check that eta reduction is OK
500         --      (a) the dropped-off args are identical
501         --      (b) the remaining type args mention 
502         --          only the remaining type variables
503         eta_ok = (args_to_drop `tcEqTypes` mkTyVarTys tyvars_to_drop)
504               && (tyVarsOfType rep_fn' `subVarSet` mkVarSet tyvars_to_keep) 
505
506         cant_derive_err = derivingThingErr clas tys tycon tyvars_to_keep
507                                 (vcat [ptext SLIT("even with cunning newtype deriving:"),
508                                         if isRecursiveTyCon tycon then
509                                           ptext SLIT("the newtype is recursive")
510                                         else empty,
511                                         if not right_arity then 
512                                           quotes (ppr (mkClassPred clas tys)) <+> ptext SLIT("does not have arity 1")
513                                         else empty,
514                                         if not (n_tyvars_to_keep >= 0) then 
515                                           ptext SLIT("the type constructor has wrong kind")
516                                         else if not (n_args_to_keep >= 0) then
517                                           ptext SLIT("the representation type has wrong kind")
518                                         else if not eta_ok then 
519                                           ptext SLIT("the eta-reduction property does not hold")
520                                         else empty
521                                       ])
522
523         non_std_err = derivingThingErr clas tys tycon tyvars_to_keep
524                                 (vcat [non_std_why clas,
525                                        ptext SLIT("Try -fglasgow-exts for GHC's newtype-deriving extension")])
526
527     bale_out err = addErrTc err `thenM_` returnM (Nothing, Nothing) 
528
529 std_class gla_exts clas 
530   =  key `elem` derivableClassKeys
531   || (gla_exts && (key == typeableClassKey || key == dataClassKey))
532   where
533      key = classKey clas
534     
535 std_class_via_iso clas  -- These standard classes can be derived for a newtype
536                         -- using the isomorphism trick *even if no -fglasgow-exts*
537   = classKey clas `elem`  [eqClassKey, ordClassKey, ixClassKey, boundedClassKey]
538         -- Not Read/Show because they respect the type
539         -- Not Enum, becuase newtypes are never in Enum
540
541
542 new_dfun_name clas tycon        -- Just a simple wrapper
543   = newDFunName clas [mkTyConApp tycon []] (getSrcLoc tycon)
544         -- The type passed to newDFunName is only used to generate
545         -- a suitable string; hence the empty type arg list
546
547 ------------------------------------------------------------------
548 mkDataTypeEqn :: TyCon -> Class -> TcM DerivEqn
549 mkDataTypeEqn tycon clas
550   | clas `hasKey` typeableClassKey
551   =     -- The Typeable class is special in several ways
552         --        data T a b = ... deriving( Typeable )
553         -- gives
554         --        instance Typeable2 T where ...
555         -- Notice that:
556         -- 1. There are no constraints in the instance
557         -- 2. There are no type variables either
558         -- 3. The actual class we want to generate isn't necessarily
559         --      Typeable; it depends on the arity of the type
560     do  { real_clas <- tcLookupClass (typeableClassNames !! tyConArity tycon)
561         ; dfun_name <- new_dfun_name real_clas tycon
562         ; return (dfun_name, real_clas, tycon, [], []) }
563
564   | otherwise
565   = do  { dfun_name <- new_dfun_name clas tycon
566         ; return (dfun_name, clas, tycon, tyvars, constraints) }
567   where
568     tyvars            = tyConTyVars tycon
569     constraints       = extra_constraints ++ ordinary_constraints
570     extra_constraints = tyConStupidTheta tycon
571          -- "extra_constraints": see note [Data decl contexts] above
572
573     ordinary_constraints
574       = [ mkClassPred clas [arg_ty] 
575         | data_con <- tyConDataCons tycon,
576           arg_ty <- dataConInstOrigArgTys data_con (map mkTyVarTy (tyConTyVars tycon)),
577           not (isUnLiftedType arg_ty)   -- No constraints for unlifted types?
578         ]
579
580
581 ------------------------------------------------------------------
582 -- Check side conditions that dis-allow derivability for particular classes
583 -- This is *apart* from the newtype-deriving mechanism
584
585 checkSideConditions :: Bool -> TyCon -> [TyVar] -> Class -> [TcType] -> Maybe SDoc
586 checkSideConditions gla_exts tycon deriv_tvs clas tys
587   | notNull deriv_tvs || notNull tys    
588   = Just ty_args_why    -- e.g. deriving( Foo s )
589   | otherwise
590   = case [cond | (key,cond) <- sideConditions, key == getUnique clas] of
591         []     -> Just (non_std_why clas)
592         [cond] -> cond (gla_exts, tycon)
593         other  -> pprPanic "checkSideConditions" (ppr clas)
594   where
595     ty_args_why = quotes (ppr (mkClassPred clas tys)) <+> ptext SLIT("is not a class")
596
597 non_std_why clas = quotes (ppr clas) <+> ptext SLIT("is not a derivable class")
598
599 sideConditions :: [(Unique, Condition)]
600 sideConditions
601   = [   (eqClassKey,       cond_std),
602         (ordClassKey,      cond_std),
603         (readClassKey,     cond_std),
604         (showClassKey,     cond_std),
605         (enumClassKey,     cond_std `andCond` cond_isEnumeration),
606         (ixClassKey,       cond_std `andCond` (cond_isEnumeration `orCond` cond_isProduct)),
607         (boundedClassKey,  cond_std `andCond` (cond_isEnumeration `orCond` cond_isProduct)),
608         (typeableClassKey, cond_glaExts `andCond` cond_typeableOK),
609         (dataClassKey,     cond_glaExts `andCond` cond_std)
610     ]
611
612 type Condition = (Bool, TyCon) -> Maybe SDoc    -- Nothing => OK
613
614 orCond :: Condition -> Condition -> Condition
615 orCond c1 c2 tc 
616   = case c1 tc of
617         Nothing -> Nothing              -- c1 succeeds
618         Just x  -> case c2 tc of        -- c1 fails
619                      Nothing -> Nothing
620                      Just y  -> Just (x $$ ptext SLIT("  and") $$ y)
621                                         -- Both fail
622
623 andCond c1 c2 tc = case c1 tc of
624                      Nothing -> c2 tc   -- c1 succeeds
625                      Just x  -> Just x  -- c1 fails
626
627 cond_std :: Condition
628 cond_std (gla_exts, tycon)
629   | any (not . isVanillaDataCon) data_cons = Just existential_why     
630   | null data_cons                         = Just no_cons_why
631   | otherwise                              = Nothing
632   where
633     data_cons       = tyConDataCons tycon
634     no_cons_why     = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has no data constructors")
635     existential_why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has non-Haskell-98 constructor(s)")
636   
637 cond_isEnumeration :: Condition
638 cond_isEnumeration (gla_exts, tycon)
639   | isEnumerationTyCon tycon = Nothing
640   | otherwise                = Just why
641   where
642     why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has non-nullary constructors")
643
644 cond_isProduct :: Condition
645 cond_isProduct (gla_exts, tycon)
646   | isProductTyCon tycon = Nothing
647   | otherwise            = Just why
648   where
649     why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has more than one constructor")
650
651 cond_typeableOK :: Condition
652 -- OK for Typeable class
653 -- Currently: (a) args all of kind *
654 --            (b) 7 or fewer args
655 cond_typeableOK (gla_exts, tycon)
656   | tyConArity tycon > 7                                      = Just too_many
657   | not (all (isSubArgTypeKind . tyVarKind) (tyConTyVars tycon)) = Just bad_kind
658   | otherwise                                                 = Nothing
659   where
660     too_many = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has too many arguments")
661     bad_kind = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has arguments of kind other than `*'")
662
663 cond_glaExts :: Condition
664 cond_glaExts (gla_exts, tycon) | gla_exts  = Nothing
665                                | otherwise = Just why
666   where
667     why  = ptext SLIT("You need -fglasgow-exts to derive an instance for this class")
668 \end{code}
669
670 %************************************************************************
671 %*                                                                      *
672 \subsection[TcDeriv-fixpoint]{Finding the fixed point of \tr{deriving} equations}
673 %*                                                                      *
674 %************************************************************************
675
676 A ``solution'' (to one of the equations) is a list of (k,TyVarTy tv)
677 terms, which is the final correct RHS for the corresponding original
678 equation.
679 \begin{itemize}
680 \item
681 Each (k,TyVarTy tv) in a solution constrains only a type
682 variable, tv.
683
684 \item
685 The (k,TyVarTy tv) pairs in a solution are canonically
686 ordered by sorting on type varible, tv, (major key) and then class, k,
687 (minor key)
688 \end{itemize}
689
690 \begin{code}
691 solveDerivEqns :: OverlapFlag
692                -> [DerivEqn]
693                -> TcM [Instance]-- Solns in same order as eqns.
694                                 -- This bunch is Absolutely minimal...
695
696 solveDerivEqns overlap_flag orig_eqns
697   = iterateDeriv 1 initial_solutions
698   where
699         -- The initial solutions for the equations claim that each
700         -- instance has an empty context; this solution is certainly
701         -- in canonical form.
702     initial_solutions :: [DerivSoln]
703     initial_solutions = [ [] | _ <- orig_eqns ]
704
705     ------------------------------------------------------------------
706         -- iterateDeriv calculates the next batch of solutions,
707         -- compares it with the current one; finishes if they are the
708         -- same, otherwise recurses with the new solutions.
709         -- It fails if any iteration fails
710     iterateDeriv :: Int -> [DerivSoln] -> TcM [Instance]
711     iterateDeriv n current_solns
712       | n > 20  -- Looks as if we are in an infinite loop
713                 -- This can happen if we have -fallow-undecidable-instances
714                 -- (See TcSimplify.tcSimplifyDeriv.)
715       = pprPanic "solveDerivEqns: probable loop" 
716                  (vcat (map pprDerivEqn orig_eqns) $$ ppr current_solns)
717       | otherwise
718       = let 
719             inst_specs = zipWithEqual "add_solns" mk_inst_spec 
720                                       orig_eqns current_solns
721         in
722         checkNoErrs (
723                   -- Extend the inst info from the explicit instance decls
724                   -- with the current set of solutions, and simplify each RHS
725             extendLocalInstEnv inst_specs $
726             mappM gen_soln orig_eqns
727         )                               `thenM` \ new_solns ->
728         if (current_solns == new_solns) then
729             returnM inst_specs
730         else
731             iterateDeriv (n+1) new_solns
732
733     ------------------------------------------------------------------
734     gen_soln (_, clas, tc,tyvars,deriv_rhs)
735       = setSrcSpan (srcLocSpan (getSrcLoc tc))  $
736         do { let inst_tys = [mkTyConApp tc (mkTyVarTys tyvars)]
737            ; theta <- addErrCtxt (derivInstCtxt1 clas inst_tys) $
738                       tcSimplifyDeriv tc tyvars deriv_rhs
739            ; addErrCtxt (derivInstCtxt2 theta clas inst_tys) $
740              checkValidInstance tyvars theta clas inst_tys
741            ; return (sortLe (<=) theta) }       -- Canonicalise before returning the soluction
742       where
743         
744
745     ------------------------------------------------------------------
746     mk_inst_spec (dfun_name, clas, tycon, tyvars, _) theta
747         = mkLocalInstance dfun overlap_flag
748         where
749           dfun = mkDictFunId dfun_name tyvars theta clas
750                              [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars)]
751
752 extendLocalInstEnv :: [Instance] -> TcM a -> TcM a
753 -- Add new locally-defined instances; don't bother to check
754 -- for functional dependency errors -- that'll happen in TcInstDcls
755 extendLocalInstEnv dfuns thing_inside
756  = do { env <- getGblEnv
757       ; let  inst_env' = extendInstEnvList (tcg_inst_env env) dfuns 
758              env'      = env { tcg_inst_env = inst_env' }
759       ; setGblEnv env' thing_inside }
760 \end{code}
761
762 %************************************************************************
763 %*                                                                      *
764 \subsection[TcDeriv-normal-binds]{Bindings for the various classes}
765 %*                                                                      *
766 %************************************************************************
767
768 After all the trouble to figure out the required context for the
769 derived instance declarations, all that's left is to chug along to
770 produce them.  They will then be shoved into @tcInstDecls2@, which
771 will do all its usual business.
772
773 There are lots of possibilities for code to generate.  Here are
774 various general remarks.
775
776 PRINCIPLES:
777 \begin{itemize}
778 \item
779 We want derived instances of @Eq@ and @Ord@ (both v common) to be
780 ``you-couldn't-do-better-by-hand'' efficient.
781
782 \item
783 Deriving @Show@---also pretty common--- should also be reasonable good code.
784
785 \item
786 Deriving for the other classes isn't that common or that big a deal.
787 \end{itemize}
788
789 PRAGMATICS:
790
791 \begin{itemize}
792 \item
793 Deriving @Ord@ is done mostly with the 1.3 @compare@ method.
794
795 \item
796 Deriving @Eq@ also uses @compare@, if we're deriving @Ord@, too.
797
798 \item
799 We {\em normally} generate code only for the non-defaulted methods;
800 there are some exceptions for @Eq@ and (especially) @Ord@...
801
802 \item
803 Sometimes we use a @_con2tag_<tycon>@ function, which returns a data
804 constructor's numeric (@Int#@) tag.  These are generated by
805 @gen_tag_n_con_binds@, and the heuristic for deciding if one of
806 these is around is given by @hasCon2TagFun@.
807
808 The examples under the different sections below will make this
809 clearer.
810
811 \item
812 Much less often (really just for deriving @Ix@), we use a
813 @_tag2con_<tycon>@ function.  See the examples.
814
815 \item
816 We use the renamer!!!  Reason: we're supposed to be
817 producing @LHsBinds Name@ for the methods, but that means
818 producing correctly-uniquified code on the fly.  This is entirely
819 possible (the @TcM@ monad has a @UniqueSupply@), but it is painful.
820 So, instead, we produce @MonoBinds RdrName@ then heave 'em through
821 the renamer.  What a great hack!
822 \end{itemize}
823
824 \begin{code}
825 -- Generate the InstInfo for the required instance,
826 -- plus any auxiliary bindings required
827 genInst :: Instance -> TcM (InstInfo, LHsBinds RdrName)
828 genInst spec
829   = do  { fix_env <- getFixityEnv
830         ; let
831             (tyvars,_,clas,[ty])    = instanceHead spec
832             clas_nm                 = className clas
833             tycon                   = tcTyConAppTyCon ty 
834             (meth_binds, aux_binds) = genDerivBinds clas fix_env tycon
835
836         -- Bring the right type variables into 
837         -- scope, and rename the method binds
838         -- It's a bit yukky that we return *renamed* InstInfo, but
839         -- *non-renamed* auxiliary bindings
840         ; (rn_meth_binds, _fvs) <- discardWarnings $ 
841                                    bindLocalNames (map varName tyvars)  $
842                                    rnMethodBinds clas_nm (\n -> []) [] meth_binds
843
844         -- Build the InstInfo
845         ; return (InstInfo { iSpec = spec, 
846                              iBinds = VanillaInst rn_meth_binds [] }, 
847                   aux_binds)
848         }
849
850 genDerivBinds clas fix_env tycon
851   | className clas `elem` typeableClassNames
852   = (gen_Typeable_binds tycon, emptyLHsBinds)
853
854   | otherwise
855   = case assocMaybe gen_list (getUnique clas) of
856         Just gen_fn -> gen_fn fix_env tycon
857         Nothing     -> pprPanic "genDerivBinds: bad derived class" (ppr clas)
858   where
859     gen_list :: [(Unique, FixityEnv -> TyCon -> (LHsBinds RdrName, LHsBinds RdrName))]
860     gen_list = [(eqClassKey,      no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Eq_binds))
861                ,(ordClassKey,     no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Ord_binds))
862                ,(enumClassKey,    no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Enum_binds))
863                ,(boundedClassKey, no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Bounded_binds))
864                ,(ixClassKey,      no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Ix_binds))
865                ,(typeableClassKey,no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Typeable_binds))
866                ,(showClassKey,    no_aux_binds gen_Show_binds)
867                ,(readClassKey,    no_aux_binds gen_Read_binds)
868                ,(dataClassKey,    gen_Data_binds)
869                ]
870
871       -- no_aux_binds is used for generators that don't 
872       -- need to produce any auxiliary bindings
873     no_aux_binds f fix_env tc = (f fix_env tc, emptyLHsBinds)
874     ignore_fix_env f fix_env tc = f tc
875 \end{code}
876
877
878 %************************************************************************
879 %*                                                                      *
880 \subsection[TcDeriv-taggery-Names]{What con2tag/tag2con functions are available?}
881 %*                                                                      *
882 %************************************************************************
883
884
885 data Foo ... = ...
886
887 con2tag_Foo :: Foo ... -> Int#
888 tag2con_Foo :: Int -> Foo ...   -- easier if Int, not Int#
889 maxtag_Foo  :: Int              -- ditto (NB: not unlifted)
890
891
892 We have a @con2tag@ function for a tycon if:
893 \begin{itemize}
894 \item
895 We're deriving @Eq@ and the tycon has nullary data constructors.
896
897 \item
898 Or: we're deriving @Ord@ (unless single-constructor), @Enum@, @Ix@
899 (enum type only????)
900 \end{itemize}
901
902 We have a @tag2con@ function for a tycon if:
903 \begin{itemize}
904 \item
905 We're deriving @Enum@, or @Ix@ (enum type only???)
906 \end{itemize}
907
908 If we have a @tag2con@ function, we also generate a @maxtag@ constant.
909
910 \begin{code}
911 genTaggeryBinds :: [InstInfo] -> TcM (LHsBinds RdrName)
912 genTaggeryBinds infos
913   = do  { names_so_far <- foldlM do_con2tag []           tycons_of_interest
914         ; nm_alist_etc <- foldlM do_tag2con names_so_far tycons_of_interest
915         ; return (listToBag (map gen_tag_n_con_monobind nm_alist_etc)) }
916   where
917     all_CTs = [ (cls, tcTyConAppTyCon ty)
918               | info <- infos, 
919                 let (cls,ty) = simpleInstInfoClsTy info ]
920     all_tycons              = map snd all_CTs
921     (tycons_of_interest, _) = removeDups compare all_tycons
922     
923     do_con2tag acc_Names tycon
924       | isDataTyCon tycon &&
925         ((we_are_deriving eqClassKey tycon
926             && any isNullarySrcDataCon (tyConDataCons tycon))
927          || (we_are_deriving ordClassKey  tycon
928             && not (isProductTyCon tycon))
929          || (we_are_deriving enumClassKey tycon)
930          || (we_are_deriving ixClassKey   tycon))
931         
932       = returnM ((con2tag_RDR tycon, tycon, GenCon2Tag)
933                    : acc_Names)
934       | otherwise
935       = returnM acc_Names
936
937     do_tag2con acc_Names tycon
938       | isDataTyCon tycon &&
939          (we_are_deriving enumClassKey tycon ||
940           we_are_deriving ixClassKey   tycon
941           && isEnumerationTyCon tycon)
942       = returnM ( (tag2con_RDR tycon, tycon, GenTag2Con)
943                  : (maxtag_RDR  tycon, tycon, GenMaxTag)
944                  : acc_Names)
945       | otherwise
946       = returnM acc_Names
947
948     we_are_deriving clas_key tycon
949       = is_in_eqns clas_key tycon all_CTs
950       where
951         is_in_eqns clas_key tycon [] = False
952         is_in_eqns clas_key tycon ((c,t):cts)
953           =  (clas_key == classKey c && tycon == t)
954           || is_in_eqns clas_key tycon cts
955 \end{code}
956
957 \begin{code}
958 derivingThingErr clas tys tycon tyvars why
959   = sep [hsep [ptext SLIT("Can't make a derived instance of"), quotes (ppr pred)],
960          nest 2 (parens why)]
961   where
962     pred = mkClassPred clas (tys ++ [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars)])
963
964 derivCtxt :: TyCon -> SDoc
965 derivCtxt tycon
966   = ptext SLIT("When deriving instances for") <+> quotes (ppr tycon)
967
968 derivInstCtxt1 clas inst_tys
969   = ptext SLIT("When deriving the instance for") <+> quotes (pprClassPred clas inst_tys)
970
971 derivInstCtxt2 theta clas inst_tys
972   = vcat [ptext SLIT("In the derived instance declaration"),
973           nest 2 (ptext SLIT("instance") <+> sep [pprThetaArrow theta, 
974                                                   pprClassPred clas inst_tys])]
975 \end{code}
976