Use OPTIONS rather than OPTIONS_GHC for pragmas
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcInstDcls.lhs
1 %
2 % (c) The University of Glasgow 2006
3 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
4 %
5
6 TcInstDecls: Typechecking instance declarations
7
8 \begin{code}
9 {-# OPTIONS -w #-}
10 -- The above warning supression flag is a temporary kludge.
11 -- While working on this module you are encouraged to remove it and fix
12 -- any warnings in the module. See
13 --     http://hackage.haskell.org/trac/ghc/wiki/CodingStyle#Warnings
14 -- for details
15
16 module TcInstDcls ( tcInstDecls1, tcInstDecls2 ) where
17
18 #include "HsVersions.h"
19
20 import HsSyn
21 import TcBinds
22 import TcTyClsDecls
23 import TcClassDcl
24 import TcRnMonad       
25 import TcMType
26 import TcType
27 import Inst
28 import InstEnv
29 import FamInst
30 import FamInstEnv
31 import TcDeriv
32 import TcEnv
33 import TcHsType
34 import TcUnify
35 import TcSimplify
36 import Type
37 import Coercion
38 import TyCon
39 import TypeRep
40 import DataCon
41 import Class
42 import Var
43 import MkId
44 import Name
45 import NameSet
46 import DynFlags
47 import SrcLoc
48 import ListSetOps
49 import Util
50 import Outputable
51 import Bag
52 import BasicTypes
53 import HscTypes
54 import FastString
55
56 import Data.Maybe
57 import Control.Monad hiding (zipWithM_, mapAndUnzipM)
58 import Data.List
59 \end{code}
60
61 Typechecking instance declarations is done in two passes. The first
62 pass, made by @tcInstDecls1@, collects information to be used in the
63 second pass.
64
65 This pre-processed info includes the as-yet-unprocessed bindings
66 inside the instance declaration.  These are type-checked in the second
67 pass, when the class-instance envs and GVE contain all the info from
68 all the instance and value decls.  Indeed that's the reason we need
69 two passes over the instance decls.
70
71 Here is the overall algorithm.
72 Assume that we have an instance declaration
73
74     instance c => k (t tvs) where b
75
76 \begin{enumerate}
77 \item
78 $LIE_c$ is the LIE for the context of class $c$
79 \item
80 $betas_bar$ is the free variables in the class method type, excluding the
81    class variable
82 \item
83 $LIE_cop$ is the LIE constraining a particular class method
84 \item
85 $tau_cop$ is the tau type of a class method
86 \item
87 $LIE_i$ is the LIE for the context of instance $i$
88 \item
89 $X$ is the instance constructor tycon
90 \item
91 $gammas_bar$ is the set of type variables of the instance
92 \item
93 $LIE_iop$ is the LIE for a particular class method instance
94 \item
95 $tau_iop$ is the tau type for this instance of a class method
96 \item
97 $alpha$ is the class variable
98 \item
99 $LIE_cop' = LIE_cop [X gammas_bar / alpha, fresh betas_bar]$
100 \item
101 $tau_cop' = tau_cop [X gammas_bar / alpha, fresh betas_bar]$
102 \end{enumerate}
103
104 ToDo: Update the list above with names actually in the code.
105
106 \begin{enumerate}
107 \item
108 First, make the LIEs for the class and instance contexts, which means
109 instantiate $thetaC [X inst_tyvars / alpha ]$, yielding LIElistC' and LIEC',
110 and make LIElistI and LIEI.
111 \item
112 Then process each method in turn.
113 \item
114 order the instance methods according to the ordering of the class methods
115 \item
116 express LIEC' in terms of LIEI, yielding $dbinds_super$ or an error
117 \item
118 Create final dictionary function from bindings generated already
119 \begin{pseudocode}
120 df = lambda inst_tyvars
121        lambda LIEI
122          let Bop1
123              Bop2
124              ...
125              Bopn
126          and dbinds_super
127               in <op1,op2,...,opn,sd1,...,sdm>
128 \end{pseudocode}
129 Here, Bop1 \ldots Bopn bind the methods op1 \ldots opn,
130 and $dbinds_super$ bind the superclass dictionaries sd1 \ldots sdm.
131 \end{enumerate}
132
133
134 %************************************************************************
135 %*                                                                      *
136 \subsection{Extracting instance decls}
137 %*                                                                      *
138 %************************************************************************
139
140 Gather up the instance declarations from their various sources
141
142 \begin{code}
143 tcInstDecls1    -- Deal with both source-code and imported instance decls
144    :: [LTyClDecl Name]          -- For deriving stuff
145    -> [LInstDecl Name]          -- Source code instance decls
146    -> [LDerivDecl Name]         -- Source code stand-alone deriving decls
147    -> TcM (TcGblEnv,            -- The full inst env
148            [InstInfo],          -- Source-code instance decls to process; 
149                                 -- contains all dfuns for this module
150            HsValBinds Name)     -- Supporting bindings for derived instances
151
152 tcInstDecls1 tycl_decls inst_decls deriv_decls
153   = checkNoErrs $
154     do {        -- Stop if addInstInfos etc discovers any errors
155                 -- (they recover, so that we get more than one error each
156                 -- round) 
157
158                 -- (1) Do class and family instance declarations
159        ; let { idxty_decls = filter (isFamInstDecl . unLoc) tycl_decls }
160        ; local_info_tycons <- mappM tcLocalInstDecl1  inst_decls
161        ; idx_tycons        <- mappM tcIdxTyInstDeclTL idxty_decls
162
163        ; let { (local_infos,
164                 at_tycons)     = unzip local_info_tycons
165              ; local_info      = concat local_infos
166              ; at_idx_tycon    = concat at_tycons ++ catMaybes idx_tycons
167              ; clas_decls      = filter (isClassDecl.unLoc) tycl_decls 
168              ; implicit_things = concatMap implicitTyThings at_idx_tycon
169              }
170
171                 -- (2) Add the tycons of indexed types and their implicit
172                 --     tythings to the global environment
173        ; tcExtendGlobalEnv (at_idx_tycon ++ implicit_things) $ do {
174
175                 -- (3) Instances from generic class declarations
176        ; generic_inst_info <- getGenericInstances clas_decls
177
178                 -- Next, construct the instance environment so far, consisting
179                 -- of 
180                 --   a) local instance decls
181                 --   b) generic instances
182                 --   c) local family instance decls
183        ; addInsts local_info         $ do {
184        ; addInsts generic_inst_info  $ do {
185        ; addFamInsts at_idx_tycon    $ do {
186
187                 -- (4) Compute instances from "deriving" clauses; 
188                 -- This stuff computes a context for the derived instance
189                 -- decl, so it needs to know about all the instances possible
190                 -- NB: class instance declarations can contain derivings as
191                 --     part of associated data type declarations
192        ; (deriv_inst_info, deriv_binds) <- tcDeriving tycl_decls inst_decls 
193                                                       deriv_decls
194        ; addInsts deriv_inst_info   $ do {
195
196        ; gbl_env <- getGblEnv
197        ; returnM (gbl_env, 
198                   generic_inst_info ++ deriv_inst_info ++ local_info,
199                   deriv_binds) 
200     }}}}}}
201   where
202     -- Make sure that toplevel type instance are not for associated types.
203     -- !!!TODO: Need to perform this check for the TyThing of type functions,
204     --          too.
205     tcIdxTyInstDeclTL ldecl@(L loc decl) =
206       do { tything <- tcFamInstDecl ldecl
207          ; setSrcSpan loc $
208              when (isAssocFamily tything) $
209                addErr $ assocInClassErr (tcdName decl)
210          ; return tything
211          }
212     isAssocFamily (Just (ATyCon tycon)) =
213       case tyConFamInst_maybe tycon of
214         Nothing       -> panic "isAssocFamily: no family?!?"
215         Just (fam, _) -> isTyConAssoc fam
216     isAssocFamily (Just _             ) = panic "isAssocFamily: no tycon?!?"
217     isAssocFamily Nothing               = False
218
219 assocInClassErr name = 
220   ptext SLIT("Associated type") <+> quotes (ppr name) <+> 
221   ptext SLIT("must be inside a class instance")
222
223 addInsts :: [InstInfo] -> TcM a -> TcM a
224 addInsts infos thing_inside
225   = tcExtendLocalInstEnv (map iSpec infos) thing_inside
226
227 addFamInsts :: [TyThing] -> TcM a -> TcM a
228 addFamInsts tycons thing_inside
229   = tcExtendLocalFamInstEnv (map mkLocalFamInstTyThing tycons) thing_inside
230   where
231     mkLocalFamInstTyThing (ATyCon tycon) = mkLocalFamInst tycon
232     mkLocalFamInstTyThing tything        = pprPanic "TcInstDcls.addFamInsts"
233                                                     (ppr tything)
234 \end{code}
235
236 \begin{code}
237 tcLocalInstDecl1 :: LInstDecl Name 
238                  -> TcM ([InstInfo], [TyThing]) -- [] if there was an error
239         -- A source-file instance declaration
240         -- Type-check all the stuff before the "where"
241         --
242         -- We check for respectable instance type, and context
243 tcLocalInstDecl1 decl@(L loc (InstDecl poly_ty binds uprags ats))
244   =     -- Prime error recovery, set source location
245     recoverM (returnM ([], []))         $
246     setSrcSpan loc                      $
247     addErrCtxt (instDeclCtxt1 poly_ty)  $
248
249     do  { is_boot <- tcIsHsBoot
250         ; checkTc (not is_boot || (isEmptyLHsBinds binds && null uprags))
251                   badBootDeclErr
252
253         ; (tyvars, theta, tau) <- tcHsInstHead poly_ty
254         
255         -- Next, process any associated types.
256         ; idx_tycons <- mappM tcFamInstDecl ats
257
258         -- Now, check the validity of the instance.
259         ; (clas, inst_tys) <- checkValidInstHead tau
260         ; checkValidInstance tyvars theta clas inst_tys
261         ; checkValidAndMissingATs clas (tyvars, inst_tys) 
262                                   (zip ats idx_tycons)
263
264         -- Finally, construct the Core representation of the instance.
265         -- (This no longer includes the associated types.)
266         ; dfun_name <- newDFunName clas inst_tys loc
267         ; overlap_flag <- getOverlapFlag
268         ; let (eq_theta,dict_theta) = partition isEqPred theta
269               theta'         = eq_theta ++ dict_theta
270               dfun           = mkDictFunId dfun_name tyvars theta' clas inst_tys
271               ispec          = mkLocalInstance dfun overlap_flag
272
273         ; return ([InstInfo { iSpec  = ispec, 
274                               iBinds = VanillaInst binds uprags }],
275                   catMaybes idx_tycons)
276         }
277   where
278     -- We pass in the source form and the type checked form of the ATs.  We
279     -- really need the source form only to be able to produce more informative
280     -- error messages.
281     checkValidAndMissingATs :: Class
282                             -> ([TyVar], [TcType])     -- instance types
283                             -> [(LTyClDecl Name,       -- source form of AT
284                                  Maybe TyThing)]       -- Core form of AT
285                             -> TcM ()
286     checkValidAndMissingATs clas inst_tys ats
287       = do { -- Issue a warning for each class AT that is not defined in this
288              -- instance.
289            ; let class_ats   = map tyConName (classATs clas)
290                  defined_ats = listToNameSet . map (tcdName.unLoc.fst)  $ ats
291                  omitted     = filterOut (`elemNameSet` defined_ats) class_ats
292            ; warn <- doptM Opt_WarnMissingMethods
293            ; mapM_ (warnTc warn . omittedATWarn) omitted
294            
295              -- Ensure that all AT indexes that correspond to class parameters
296              -- coincide with the types in the instance head.  All remaining
297              -- AT arguments must be variables.  Also raise an error for any
298              -- type instances that are not associated with this class.
299            ; mapM_ (checkIndexes clas inst_tys) ats
300            }
301
302     checkIndexes _    _        (hsAT, Nothing)             = 
303       return ()    -- skip, we already had an error here
304     checkIndexes clas inst_tys (hsAT, Just (ATyCon tycon)) = 
305 -- !!!TODO: check that this does the Right Thing for indexed synonyms, too!
306       checkIndexes' clas inst_tys hsAT 
307                     (tyConTyVars tycon, 
308                      snd . fromJust . tyConFamInst_maybe $ tycon)
309     checkIndexes _ _ _ = panic "checkIndexes"
310
311     checkIndexes' clas (instTvs, instTys) hsAT (atTvs, atTys)
312       = let atName = tcdName . unLoc $ hsAT
313         in
314         setSrcSpan (getLoc hsAT)       $
315         addErrCtxt (atInstCtxt atName) $
316         case find ((atName ==) . tyConName) (classATs clas) of
317           Nothing     -> addErrTc $ badATErr clas atName  -- not in this class
318           Just atDecl -> 
319             case assocTyConArgPoss_maybe atDecl of
320               Nothing   -> panic "checkIndexes': AT has no args poss?!?"
321               Just poss -> 
322
323                 -- The following is tricky!  We need to deal with three
324                 -- complications: (1) The AT possibly only uses a subset of
325                 -- the class parameters as indexes and those it uses may be in
326                 -- a different order; (2) the AT may have extra arguments,
327                 -- which must be type variables; and (3) variables in AT and
328                 -- instance head will be different `Name's even if their
329                 -- source lexemes are identical.
330                 --
331                 -- Re (1), `poss' contains a permutation vector to extract the
332                 -- class parameters in the right order.
333                 --
334                 -- Re (2), we wrap the (permuted) class parameters in a Maybe
335                 -- type and use Nothing for any extra AT arguments.  (First
336                 -- equation of `checkIndex' below.)
337                 --
338                 -- Re (3), we replace any type variable in the AT parameters
339                 -- that has the same source lexeme as some variable in the
340                 -- instance types with the instance type variable sharing its
341                 -- source lexeme.
342                 --
343                 let relevantInstTys = map (instTys !!) poss
344                     instArgs        = map Just relevantInstTys ++ 
345                                       repeat Nothing  -- extra arguments
346                     renaming        = substSameTyVar atTvs instTvs
347                 in
348                 zipWithM_ checkIndex (substTys renaming atTys) instArgs
349
350     checkIndex ty Nothing 
351       | isTyVarTy ty         = return ()
352       | otherwise            = addErrTc $ mustBeVarArgErr ty
353     checkIndex ty (Just instTy) 
354       | ty `tcEqType` instTy = return ()
355       | otherwise            = addErrTc $ wrongATArgErr ty instTy
356
357     listToNameSet = addListToNameSet emptyNameSet 
358
359     substSameTyVar []       _            = emptyTvSubst
360     substSameTyVar (tv:tvs) replacingTvs = 
361       let replacement = case find (tv `sameLexeme`) replacingTvs of
362                           Nothing  -> mkTyVarTy tv
363                           Just rtv -> mkTyVarTy rtv
364           --
365           tv1 `sameLexeme` tv2 = 
366             nameOccName (tyVarName tv1) == nameOccName (tyVarName tv2)
367       in
368       extendTvSubst (substSameTyVar tvs replacingTvs) tv replacement
369 \end{code}
370
371
372 %************************************************************************
373 %*                                                                      *
374 \subsection{Type-checking instance declarations, pass 2}
375 %*                                                                      *
376 %************************************************************************
377
378 \begin{code}
379 tcInstDecls2 :: [LTyClDecl Name] -> [InstInfo] 
380              -> TcM (LHsBinds Id, TcLclEnv)
381 -- (a) From each class declaration, 
382 --      generate any default-method bindings
383 -- (b) From each instance decl
384 --      generate the dfun binding
385
386 tcInstDecls2 tycl_decls inst_decls
387   = do  {       -- (a) Default methods from class decls
388           (dm_binds_s, dm_ids_s) <- mapAndUnzipM tcClassDecl2 $
389                                     filter (isClassDecl.unLoc) tycl_decls
390         ; tcExtendIdEnv (concat dm_ids_s)       $ do 
391     
392                 -- (b) instance declarations
393         ; inst_binds_s <- mappM tcInstDecl2 inst_decls
394
395                 -- Done
396         ; let binds = unionManyBags dm_binds_s `unionBags` 
397                       unionManyBags inst_binds_s
398         ; tcl_env <- getLclEnv          -- Default method Ids in here
399         ; returnM (binds, tcl_env) }
400 \end{code}
401
402 ======= New documentation starts here (Sept 92)  ==============
403
404 The main purpose of @tcInstDecl2@ is to return a @HsBinds@ which defines
405 the dictionary function for this instance declaration.  For example
406 \begin{verbatim}
407         instance Foo a => Foo [a] where
408                 op1 x = ...
409                 op2 y = ...
410 \end{verbatim}
411 might generate something like
412 \begin{verbatim}
413         dfun.Foo.List dFoo_a = let op1 x = ...
414                                    op2 y = ...
415                                in
416                                    Dict [op1, op2]
417 \end{verbatim}
418
419 HOWEVER, if the instance decl has no context, then it returns a
420 bigger @HsBinds@ with declarations for each method.  For example
421 \begin{verbatim}
422         instance Foo [a] where
423                 op1 x = ...
424                 op2 y = ...
425 \end{verbatim}
426 might produce
427 \begin{verbatim}
428         dfun.Foo.List a = Dict [Foo.op1.List a, Foo.op2.List a]
429         const.Foo.op1.List a x = ...
430         const.Foo.op2.List a y = ...
431 \end{verbatim}
432 This group may be mutually recursive, because (for example) there may
433 be no method supplied for op2 in which case we'll get
434 \begin{verbatim}
435         const.Foo.op2.List a = default.Foo.op2 (dfun.Foo.List a)
436 \end{verbatim}
437 that is, the default method applied to the dictionary at this type.
438
439 What we actually produce in either case is:
440
441         AbsBinds [a] [dfun_theta_dicts]
442                  [(dfun.Foo.List, d)] ++ (maybe) [(const.Foo.op1.List, op1), ...]
443                  { d = (sd1,sd2, ..., op1, op2, ...)
444                    op1 = ...
445                    op2 = ...
446                  }
447
448 The "maybe" says that we only ask AbsBinds to make global constant methods
449 if the dfun_theta is empty.
450
451                 
452 For an instance declaration, say,
453
454         instance (C1 a, C2 b) => C (T a b) where
455                 ...
456
457 where the {\em immediate} superclasses of C are D1, D2, we build a dictionary
458 function whose type is
459
460         (C1 a, C2 b, D1 (T a b), D2 (T a b)) => C (T a b)
461
462 Notice that we pass it the superclass dictionaries at the instance type; this
463 is the ``Mark Jones optimisation''.  The stuff before the "=>" here
464 is the @dfun_theta@ below.
465
466 First comes the easy case of a non-local instance decl.
467
468
469 \begin{code}
470 tcInstDecl2 :: InstInfo -> TcM (LHsBinds Id)
471 -- Returns a binding for the dfun
472
473 ------------------------
474 -- Derived newtype instances; surprisingly tricky!
475 --
476 -- In the case of a newtype, things are rather easy
477 --      class Show a => Foo a b where ...
478 --      newtype T a = MkT (Tree [a]) deriving( Foo Int )
479 -- The newtype gives an FC axiom looking like
480 --      axiom CoT a ::  T a :=: Tree [a]
481 --   (see Note [Newtype coercions] in TyCon for this unusual form of axiom)
482 --
483 -- So all need is to generate a binding looking like: 
484 --      dfunFooT :: forall a. (Foo Int (Tree [a], Show (T a)) => Foo Int (T a)
485 --      dfunFooT = /\a. \(ds:Show (T a)) (df:Foo (Tree [a])).
486 --                case df `cast` (Foo Int (sym (CoT a))) of
487 --                   Foo _ op1 .. opn -> Foo ds op1 .. opn
488 --
489 -- If there are no superclasses, matters are simpler, because we don't need the case
490 -- see Note [Newtype deriving superclasses] in TcDeriv.lhs
491
492 tcInstDecl2 (InstInfo { iSpec = ispec, iBinds = NewTypeDerived mb_preds })
493   = do  { let dfun_id      = instanceDFunId ispec 
494               rigid_info   = InstSkol
495               origin       = SigOrigin rigid_info
496               inst_ty      = idType dfun_id
497         ; (tvs, theta, inst_head_ty) <- tcSkolSigType rigid_info inst_ty
498                 -- inst_head_ty is a PredType
499
500         ; inst_loc <- getInstLoc origin
501         ; (rep_dict_id : sc_dict_ids, wrap_fn, sc_binds)
502                 <- make_wrapper inst_loc tvs theta mb_preds
503                 -- Here, we are relying on the order of dictionary 
504                 -- arguments built by NewTypeDerived in TcDeriv; 
505                 -- namely, that the rep_dict_id comes first
506            
507         ; let (cls, cls_inst_tys) = tcSplitDFunHead inst_head_ty
508               cls_tycon           = classTyCon cls
509               the_coercion        = make_coercion cls_tycon cls_inst_tys
510               coerced_rep_dict    = mkHsWrap the_coercion (HsVar rep_dict_id)
511
512         ; body <- make_body cls_tycon cls_inst_tys sc_dict_ids coerced_rep_dict
513               
514         ; return (sc_binds `snocBag` (noLoc $ VarBind dfun_id $ noLoc $ mkHsWrap wrap_fn body)) }
515   where
516
517       -----------------------
518       --        make_wrapper
519       -- We distinguish two cases:
520       -- (a) there is no tyvar abstraction in the dfun, so all dicts are constant,
521       --     and the new dict can just be a constant
522       --        (mb_preds = Just preds)
523       -- (b) there are tyvars, so we must make a dict *fun*
524       --        (mb_preds = Nothing)
525       -- See the defn of NewTypeDerived for the meaning of mb_preds
526     make_wrapper inst_loc tvs theta (Just preds)        -- Case (a)
527       = ASSERT( null tvs && null theta )
528         do { dicts <- newDictBndrs inst_loc preds
529            ; sc_binds <- addErrCtxt superClassCtxt $
530                          tcSimplifySuperClasses inst_loc [] dicts
531                 -- Use tcSimplifySuperClasses to avoid creating loops, for the
532                 -- same reason as Note [SUPERCLASS-LOOP 1] in TcSimplify
533            ; return (map instToId dicts, idHsWrapper, sc_binds) }
534
535     make_wrapper inst_loc tvs theta Nothing     -- Case (b)
536       = do { dicts <- newDictBndrs inst_loc theta
537            ; let dict_ids = map instToId dicts
538            ; return (dict_ids, mkWpTyLams tvs <.> mkWpLams dict_ids, emptyBag) }
539
540       -----------------------
541       --        make_coercion
542       -- The inst_head looks like (C s1 .. sm (T a1 .. ak))
543       -- But we want the coercion (C s1 .. sm (sym (CoT a1 .. ak)))
544       --        with kind (C s1 .. sm (T a1 .. ak)  :=:  C s1 .. sm <rep_ty>)
545       --        where rep_ty is the (eta-reduced) type rep of T
546       -- So we just replace T with CoT, and insert a 'sym'
547       -- NB: we know that k will be >= arity of CoT, because the latter fully eta-reduced
548
549     make_coercion cls_tycon cls_inst_tys
550         | Just (all_tys_but_last, last_ty) <- snocView cls_inst_tys
551         , (tycon, tc_args) <- tcSplitTyConApp last_ty   -- Should not fail
552         , Just co_con <- newTyConCo_maybe tycon
553         , let co = mkSymCoercion (mkTyConApp co_con tc_args)
554         = WpCo (mkTyConApp cls_tycon (all_tys_but_last ++ [co]))
555         | otherwise     -- The newtype is transparent; no need for a cast
556         = idHsWrapper
557
558       -----------------------
559       --        make_body
560       -- Two cases; see Note [Newtype deriving superclasses] in TcDeriv.lhs
561       -- (a) no superclasses; then we can just use the coerced dict
562       -- (b) one or more superclasses; then new need to do the unpack/repack
563         
564     make_body cls_tycon cls_inst_tys sc_dict_ids coerced_rep_dict
565         | null sc_dict_ids              -- Case (a)
566         = return coerced_rep_dict
567         | otherwise                     -- Case (b)
568         = do { op_ids            <- newSysLocalIds FSLIT("op") op_tys
569              ; dummy_sc_dict_ids <- newSysLocalIds FSLIT("sc") (map idType sc_dict_ids)
570              ; let the_pat = ConPatOut { pat_con = noLoc cls_data_con, pat_tvs = [],
571                                          pat_dicts = dummy_sc_dict_ids,
572                                          pat_binds = emptyLHsBinds,
573                                          pat_args = PrefixCon (map nlVarPat op_ids),
574                                          pat_ty = pat_ty} 
575                    the_match = mkSimpleMatch [noLoc the_pat] the_rhs
576                    the_rhs = mkHsConApp cls_data_con cls_inst_tys $
577                              map HsVar (sc_dict_ids ++ op_ids)
578
579                 -- Warning: this HsCase scrutinises a value with a PredTy, which is
580                 --          never otherwise seen in Haskell source code. It'd be
581                 --          nicer to generate Core directly!
582              ; return (HsCase (noLoc coerced_rep_dict) $
583                        MatchGroup [the_match] (mkFunTy pat_ty pat_ty)) }
584         where
585           pat_ty       = mkTyConApp cls_tycon cls_inst_tys
586           cls_data_con = head (tyConDataCons cls_tycon)
587           cls_arg_tys  = dataConInstArgTys cls_data_con cls_inst_tys 
588           op_tys       = dropList sc_dict_ids cls_arg_tys
589
590 ------------------------
591 -- Ordinary instances
592
593 tcInstDecl2 (InstInfo { iSpec = ispec, iBinds = VanillaInst monobinds uprags })
594   = let 
595         dfun_id    = instanceDFunId ispec
596         rigid_info = InstSkol
597         inst_ty    = idType dfun_id
598         loc        = srcLocSpan (getSrcLoc dfun_id)
599     in
600          -- Prime error recovery
601     recoverM (returnM emptyLHsBinds)            $
602     setSrcSpan loc                              $
603     addErrCtxt (instDeclCtxt2 (idType dfun_id)) $
604
605         -- Instantiate the instance decl with skolem constants 
606     tcSkolSigType rigid_info inst_ty    `thenM` \ (inst_tyvars', dfun_theta', inst_head') ->
607                 -- These inst_tyvars' scope over the 'where' part
608                 -- Those tyvars are inside the dfun_id's type, which is a bit
609                 -- bizarre, but OK so long as you realise it!
610     let
611         (clas, inst_tys') = tcSplitDFunHead inst_head'
612         (class_tyvars, sc_theta, _, op_items) = classBigSig clas
613
614         -- Instantiate the super-class context with inst_tys
615         sc_theta' = substTheta (zipOpenTvSubst class_tyvars inst_tys') sc_theta
616         (eq_sc_theta',dict_sc_theta')     = partition isEqPred sc_theta'
617         origin    = SigOrigin rigid_info
618         (eq_dfun_theta',dict_dfun_theta') = partition isEqPred dfun_theta'
619     in
620          -- Create dictionary Ids from the specified instance contexts.
621     getInstLoc InstScOrigin                             `thenM` \ sc_loc -> 
622     newDictBndrs sc_loc dict_sc_theta'                  `thenM` \ sc_dicts ->
623     getInstLoc origin                                   `thenM` \ inst_loc -> 
624     mkMetaCoVars eq_sc_theta'                           `thenM` \ sc_covars ->
625     mkEqInsts eq_sc_theta' (map mkWantedCo sc_covars)   `thenM` \ wanted_sc_eqs ->
626     mkCoVars eq_dfun_theta'                             `thenM` \ dfun_covars ->
627     mkEqInsts eq_dfun_theta' (map mkGivenCo $ mkTyVarTys dfun_covars)   `thenM` \ dfun_eqs    ->
628     newDictBndrs inst_loc dict_dfun_theta'              `thenM` \ dfun_dicts ->
629     newDictBndr inst_loc (mkClassPred clas inst_tys')   `thenM` \ this_dict ->
630                 -- Default-method Ids may be mentioned in synthesised RHSs,
631                 -- but they'll already be in the environment.
632
633         -- Typecheck the methods
634     let         -- These insts are in scope; quite a few, eh?
635         dfun_insts      = dfun_eqs ++ dfun_dicts
636         wanted_sc_insts = wanted_sc_eqs   ++ sc_dicts
637         given_sc_eqs    = map (updateEqInstCoercion (mkGivenCo . TyVarTy . fromWantedCo "tcInstDecl2") ) wanted_sc_eqs
638         given_sc_insts  = given_sc_eqs   ++ sc_dicts
639         avail_insts     = [this_dict] ++ dfun_insts ++ given_sc_insts
640     in
641     tcMethods origin clas inst_tyvars' 
642               dfun_theta' inst_tys' avail_insts 
643               op_items monobinds uprags         `thenM` \ (meth_ids, meth_binds) ->
644
645         -- Figure out bindings for the superclass context
646         -- Don't include this_dict in the 'givens', else
647         -- wanted_sc_insts get bound by just selecting  from this_dict!!
648     addErrCtxt superClassCtxt
649         (tcSimplifySuperClasses inst_loc
650                          dfun_insts wanted_sc_insts)    `thenM` \ sc_binds ->
651
652         -- It's possible that the superclass stuff might unified one
653         -- of the inst_tyavars' with something in the envt
654     checkSigTyVars inst_tyvars'         `thenM_`
655
656         -- Deal with 'SPECIALISE instance' pragmas 
657     tcPrags dfun_id (filter isSpecInstLSig uprags)      `thenM` \ prags -> 
658     
659         -- Create the result bindings
660     let
661         dict_constr   = classDataCon clas
662         scs_and_meths = map instToId sc_dicts ++ meth_ids
663         this_dict_id  = instToId this_dict
664         inline_prag | null dfun_insts  = []
665                     | otherwise        = [L loc (InlinePrag (Inline AlwaysActive True))]
666                 -- Always inline the dfun; this is an experimental decision
667                 -- because it makes a big performance difference sometimes.
668                 -- Often it means we can do the method selection, and then
669                 -- inline the method as well.  Marcin's idea; see comments below.
670                 --
671                 -- BUT: don't inline it if it's a constant dictionary;
672                 -- we'll get all the benefit without inlining, and we get
673                 -- a **lot** of code duplication if we inline it
674                 --
675                 --      See Note [Inline dfuns] below
676
677         dict_rhs
678           = mkHsConApp dict_constr (inst_tys' ++ mkTyVarTys sc_covars)  (map HsVar scs_and_meths)
679                 -- We don't produce a binding for the dict_constr; instead we
680                 -- rely on the simplifier to unfold this saturated application
681                 -- We do this rather than generate an HsCon directly, because
682                 -- it means that the special cases (e.g. dictionary with only one
683                 -- member) are dealt with by the common MkId.mkDataConWrapId code rather
684                 -- than needing to be repeated here.
685
686         dict_bind  = noLoc (VarBind this_dict_id dict_rhs)
687         all_binds  = dict_bind `consBag` (sc_binds `unionBags` meth_binds)
688
689         main_bind = noLoc $ AbsBinds
690                             (inst_tyvars' ++ dfun_covars)
691                             (map instToId dfun_dicts)
692                             [(inst_tyvars' ++ dfun_covars, dfun_id, this_dict_id, inline_prag ++ prags)] 
693                             all_binds
694     in
695     showLIE (text "instance")           `thenM_`
696     returnM (unitBag main_bind)
697
698 mkCoVars :: [PredType] -> TcM [TyVar]
699 mkCoVars [] = return []
700 mkCoVars (pred:preds) = 
701         do { uniq <- newUnique
702            ; let name = mkSysTvName uniq FSLIT("mkCoVars")
703            ; let tv = mkCoVar name (PredTy pred)
704            ; tvs <- mkCoVars preds
705            ; return (tv:tvs)
706            }
707
708 mkMetaCoVars :: [PredType] -> TcM [TyVar]
709 mkMetaCoVars [] = return []
710 mkMetaCoVars (EqPred ty1 ty2:preds) = 
711         do { tv <- newMetaTyVar TauTv (mkCoKind ty1 ty2)          
712            ; tvs <- mkMetaCoVars preds
713            ; return (tv:tvs)
714            }
715
716
717 tcMethods origin clas inst_tyvars' dfun_theta' inst_tys' 
718           avail_insts op_items monobinds uprags
719   =     -- Check that all the method bindings come from this class
720     let
721         sel_names = [idName sel_id | (sel_id, _) <- op_items]
722         bad_bndrs = collectHsBindBinders monobinds `minusList` sel_names
723     in
724     mappM (addErrTc . badMethodErr clas) bad_bndrs      `thenM_`
725
726         -- Make the method bindings
727     let
728         mk_method_bind = mkMethodBind origin clas inst_tys' monobinds
729     in
730     mapAndUnzipM mk_method_bind op_items        `thenM` \ (meth_insts, meth_infos) ->
731
732         -- And type check them
733         -- It's really worth making meth_insts available to the tcMethodBind
734         -- Consider     instance Monad (ST s) where
735         --                {-# INLINE (>>) #-}
736         --                (>>) = ...(>>=)...
737         -- If we don't include meth_insts, we end up with bindings like this:
738         --      rec { dict = MkD then bind ...
739         --            then = inline_me (... (GHC.Base.>>= dict) ...)
740         --            bind = ... }
741         -- The trouble is that (a) 'then' and 'dict' are mutually recursive, 
742         -- and (b) the inline_me prevents us inlining the >>= selector, which
743         -- would unravel the loop.  Result: (>>) ends up as a loop breaker, and
744         -- is not inlined across modules. Rather ironic since this does not
745         -- happen without the INLINE pragma!  
746         --
747         -- Solution: make meth_insts available, so that 'then' refers directly
748         --           to the local 'bind' rather than going via the dictionary.
749         --
750         -- BUT WATCH OUT!  If the method type mentions the class variable, then
751         -- this optimisation is not right.  Consider
752         --      class C a where
753         --        op :: Eq a => a
754         --
755         --      instance C Int where
756         --        op = op
757         -- The occurrence of 'op' on the rhs gives rise to a constraint
758         --      op at Int
759         -- The trouble is that the 'meth_inst' for op, which is 'available', also
760         -- looks like 'op at Int'.  But they are not the same.
761     let
762         prag_fn        = mkPragFun uprags
763         all_insts      = avail_insts ++ catMaybes meth_insts
764         sig_fn n       = Just []        -- No scoped type variables, but every method has
765                                         -- a type signature, in effect, so that we check
766                                         -- the method has the right type
767         tc_method_bind = tcMethodBind inst_tyvars' dfun_theta' all_insts sig_fn prag_fn
768         meth_ids       = [meth_id | (_,meth_id,_) <- meth_infos]
769     in
770
771     mapM tc_method_bind meth_infos              `thenM` \ meth_binds_s ->
772    
773     returnM (meth_ids, unionManyBags meth_binds_s)
774 \end{code}
775
776
777                 ------------------------------
778         [Inline dfuns] Inlining dfuns unconditionally
779                 ------------------------------
780
781 The code above unconditionally inlines dict funs.  Here's why.
782 Consider this program:
783
784     test :: Int -> Int -> Bool
785     test x y = (x,y) == (y,x) || test y x
786     -- Recursive to avoid making it inline.
787
788 This needs the (Eq (Int,Int)) instance.  If we inline that dfun
789 the code we end up with is good:
790
791     Test.$wtest =
792         \r -> case ==# [ww ww1] of wild {
793                 PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
794                 PrelBase.True ->
795                   case ==# [ww1 ww] of wild1 {
796                     PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
797                     PrelBase.True -> PrelBase.True [];
798                   };
799             };
800     Test.test = \r [w w1]
801             case w of w2 {
802               PrelBase.I# ww ->
803                   case w1 of w3 { PrelBase.I# ww1 -> Test.$wtest ww ww1; };
804             };
805
806 If we don't inline the dfun, the code is not nearly as good:
807
808     (==) = case PrelTup.$fEq(,) PrelBase.$fEqInt PrelBase.$fEqInt of tpl {
809               PrelBase.:DEq tpl1 tpl2 -> tpl2;
810             };
811     
812     Test.$wtest =
813         \r [ww ww1]
814             let { y = PrelBase.I#! [ww1]; } in
815             let { x = PrelBase.I#! [ww]; } in
816             let { sat_slx = PrelTup.(,)! [y x]; } in
817             let { sat_sly = PrelTup.(,)! [x y];
818             } in
819               case == sat_sly sat_slx of wild {
820                 PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
821                 PrelBase.True -> PrelBase.True [];
822               };
823     
824     Test.test =
825         \r [w w1]
826             case w of w2 {
827               PrelBase.I# ww ->
828                   case w1 of w3 { PrelBase.I# ww1 -> Test.$wtest ww ww1; };
829             };
830
831 Why doesn't GHC inline $fEq?  Because it looks big:
832
833     PrelTup.zdfEqZ1T{-rcX-}
834         = \ @ a{-reT-} :: * @ b{-reS-} :: *
835             zddEq{-rf6-} _Ks :: {PrelBase.Eq{-23-} a{-reT-}}
836             zddEq1{-rf7-} _Ks :: {PrelBase.Eq{-23-} b{-reS-}} ->
837             let {
838               zeze{-rf0-} _Kl :: (b{-reS-} -> b{-reS-} -> PrelBase.Bool{-3c-})
839               zeze{-rf0-} = PrelBase.zeze{-01L-}@ b{-reS-} zddEq1{-rf7-} } in
840             let {
841               zeze1{-rf3-} _Kl :: (a{-reT-} -> a{-reT-} -> PrelBase.Bool{-3c-})
842               zeze1{-rf3-} = PrelBase.zeze{-01L-} @ a{-reT-} zddEq{-rf6-} } in
843             let {
844               zeze2{-reN-} :: ((a{-reT-}, b{-reS-}) -> (a{-reT-}, b{-reS-})-> PrelBase.Bool{-3c-})
845               zeze2{-reN-} = \ ds{-rf5-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-})
846                                ds1{-rf4-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-}) ->
847                              case ds{-rf5-}
848                              of wild{-reW-} _Kd { (a1{-rf2-} _Ks, a2{-reZ-} _Ks) ->
849                              case ds1{-rf4-}
850                              of wild1{-reX-} _Kd { (b1{-rf1-} _Ks, b2{-reY-} _Ks) ->
851                              PrelBase.zaza{-r4e-}
852                                (zeze1{-rf3-} a1{-rf2-} b1{-rf1-})
853                                (zeze{-rf0-} a2{-reZ-} b2{-reY-})
854                              }
855                              } } in     
856             let {
857               a1{-reR-} :: ((a{-reT-}, b{-reS-})-> (a{-reT-}, b{-reS-})-> PrelBase.Bool{-3c-})
858               a1{-reR-} = \ a2{-reV-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-})
859                             b1{-reU-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-}) ->
860                           PrelBase.not{-r6I-} (zeze2{-reN-} a2{-reV-} b1{-reU-})
861             } in
862               PrelBase.zdwZCDEq{-r8J-} @ (a{-reT-}, b{-reS-}) a1{-reR-} zeze2{-reN-})
863
864 and it's not as bad as it seems, because it's further dramatically
865 simplified: only zeze2 is extracted and its body is simplified.
866
867
868 %************************************************************************
869 %*                                                                      *
870 \subsection{Error messages}
871 %*                                                                      *
872 %************************************************************************
873
874 \begin{code}
875 instDeclCtxt1 hs_inst_ty 
876   = inst_decl_ctxt (case unLoc hs_inst_ty of
877                         HsForAllTy _ _ _ (L _ (HsPredTy pred)) -> ppr pred
878                         HsPredTy pred                    -> ppr pred
879                         other                            -> ppr hs_inst_ty)     -- Don't expect this
880 instDeclCtxt2 dfun_ty
881   = inst_decl_ctxt (ppr (mkClassPred cls tys))
882   where
883     (_,_,cls,tys) = tcSplitDFunTy dfun_ty
884
885 inst_decl_ctxt doc = ptext SLIT("In the instance declaration for") <+> quotes doc
886
887 superClassCtxt = ptext SLIT("When checking the super-classes of an instance declaration")
888
889 atInstCtxt name = ptext SLIT("In the associated type instance for") <+> 
890                   quotes (ppr name)
891
892 mustBeVarArgErr ty = 
893   sep [ ptext SLIT("Arguments that do not correspond to a class parameter") <+>
894         ptext SLIT("must be variables")
895       , ptext SLIT("Instead of a variable, found") <+> ppr ty
896       ]
897
898 wrongATArgErr ty instTy =
899   sep [ ptext SLIT("Type indexes must match class instance head")
900       , ptext SLIT("Found") <+> ppr ty <+> ptext SLIT("but expected") <+>
901          ppr instTy
902       ]
903 \end{code}