468d9a9015bd6fe7fabadda234ebae7d7b889f27
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcInstDcls.lhs
1 %
2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
3 %
4 \section[TcInstDecls]{Typechecking instance declarations}
5
6 \begin{code}
7 module TcInstDcls ( tcInstDecls1, tcInstDecls2 ) where
8
9 #include "HsVersions.h"
10
11 import HsSyn
12 import TcBinds          ( mkPragFun, tcPrags, badBootDeclErr )
13 import TcTyClsDecls     ( tcIdxTyInstDecl )
14 import TcClassDcl       ( tcMethodBind, mkMethodBind, badMethodErr, badATErr,
15                           omittedATWarn, tcClassDecl2, getGenericInstances )
16 import TcRnMonad       
17 import TcMType          ( tcSkolSigType, checkValidInstance,
18                           checkValidInstHead )
19 import TcType           ( TcType, mkClassPred, tcSplitSigmaTy,
20                           tcSplitDFunHead,  SkolemInfo(InstSkol),
21                           tcSplitTyConApp, 
22                           tcSplitDFunTy, mkFunTy ) 
23 import Inst             ( newDictBndr, newDictBndrs, instToId, showLIE, 
24                           getOverlapFlag, tcExtendLocalInstEnv )
25 import InstEnv          ( mkLocalInstance, instanceDFunId )
26 import FamInst          ( tcExtendLocalFamInstEnv )
27 import FamInstEnv       ( extractFamInsts )
28 import TcDeriv          ( tcDeriving )
29 import TcEnv            ( InstInfo(..), InstBindings(..), 
30                           newDFunName, tcExtendIdEnv, tcExtendGlobalEnv
31                         )
32 import TcHsType         ( kcHsSigType, tcHsKindedType )
33 import TcUnify          ( checkSigTyVars )
34 import TcSimplify       ( tcSimplifySuperClasses )
35 import Type             ( zipOpenTvSubst, substTheta, mkTyConApp, mkTyVarTy,
36                           TyThing(ATyCon), isTyVarTy, tcEqType,
37                           substTys, emptyTvSubst, extendTvSubst )
38 import Coercion         ( mkSymCoercion )
39 import TyCon            ( TyCon, tyConName, newTyConCo_maybe, tyConTyVars,
40                           isTyConAssoc, tyConFamInst_maybe, tyConDataCons,
41                           assocTyConArgPoss_maybe )
42 import DataCon          ( classDataCon, dataConInstArgTys )
43 import Class            ( Class, classTyCon, classBigSig, classATs )
44 import Var              ( TyVar, Id, idName, idType, tyVarName )
45 import MkId             ( mkDictFunId )
46 import Name             ( Name, getSrcLoc, nameOccName )
47 import NameSet          ( addListToNameSet, emptyNameSet, minusNameSet,
48                           nameSetToList ) 
49 import Maybe            ( fromJust, catMaybes )
50 import Monad            ( when )
51 import List             ( find )
52 import DynFlags         ( DynFlag(Opt_WarnMissingMethods) )
53 import SrcLoc           ( srcLocSpan, unLoc, noLoc, Located(..), srcSpanStart,
54                           getLoc)
55 import ListSetOps       ( minusList )
56 import Util             ( snocView, dropList )
57 import Outputable
58 import Bag
59 import BasicTypes       ( Activation( AlwaysActive ), InlineSpec(..) )
60 import HscTypes         ( implicitTyThings )
61 import FastString
62 \end{code}
63
64 Typechecking instance declarations is done in two passes. The first
65 pass, made by @tcInstDecls1@, collects information to be used in the
66 second pass.
67
68 This pre-processed info includes the as-yet-unprocessed bindings
69 inside the instance declaration.  These are type-checked in the second
70 pass, when the class-instance envs and GVE contain all the info from
71 all the instance and value decls.  Indeed that's the reason we need
72 two passes over the instance decls.
73
74 Here is the overall algorithm.
75 Assume that we have an instance declaration
76
77     instance c => k (t tvs) where b
78
79 \begin{enumerate}
80 \item
81 $LIE_c$ is the LIE for the context of class $c$
82 \item
83 $betas_bar$ is the free variables in the class method type, excluding the
84    class variable
85 \item
86 $LIE_cop$ is the LIE constraining a particular class method
87 \item
88 $tau_cop$ is the tau type of a class method
89 \item
90 $LIE_i$ is the LIE for the context of instance $i$
91 \item
92 $X$ is the instance constructor tycon
93 \item
94 $gammas_bar$ is the set of type variables of the instance
95 \item
96 $LIE_iop$ is the LIE for a particular class method instance
97 \item
98 $tau_iop$ is the tau type for this instance of a class method
99 \item
100 $alpha$ is the class variable
101 \item
102 $LIE_cop' = LIE_cop [X gammas_bar / alpha, fresh betas_bar]$
103 \item
104 $tau_cop' = tau_cop [X gammas_bar / alpha, fresh betas_bar]$
105 \end{enumerate}
106
107 ToDo: Update the list above with names actually in the code.
108
109 \begin{enumerate}
110 \item
111 First, make the LIEs for the class and instance contexts, which means
112 instantiate $thetaC [X inst_tyvars / alpha ]$, yielding LIElistC' and LIEC',
113 and make LIElistI and LIEI.
114 \item
115 Then process each method in turn.
116 \item
117 order the instance methods according to the ordering of the class methods
118 \item
119 express LIEC' in terms of LIEI, yielding $dbinds_super$ or an error
120 \item
121 Create final dictionary function from bindings generated already
122 \begin{pseudocode}
123 df = lambda inst_tyvars
124        lambda LIEI
125          let Bop1
126              Bop2
127              ...
128              Bopn
129          and dbinds_super
130               in <op1,op2,...,opn,sd1,...,sdm>
131 \end{pseudocode}
132 Here, Bop1 \ldots Bopn bind the methods op1 \ldots opn,
133 and $dbinds_super$ bind the superclass dictionaries sd1 \ldots sdm.
134 \end{enumerate}
135
136
137 %************************************************************************
138 %*                                                                      *
139 \subsection{Extracting instance decls}
140 %*                                                                      *
141 %************************************************************************
142
143 Gather up the instance declarations from their various sources
144
145 \begin{code}
146 tcInstDecls1    -- Deal with both source-code and imported instance decls
147    :: [LTyClDecl Name]          -- For deriving stuff
148    -> [LInstDecl Name]          -- Source code instance decls
149    -> [LDerivDecl Name]         -- Source code stand-alone deriving decls
150    -> TcM (TcGblEnv,            -- The full inst env
151            [InstInfo],          -- Source-code instance decls to process; 
152                                 -- contains all dfuns for this module
153            HsValBinds Name)     -- Supporting bindings for derived instances
154
155 tcInstDecls1 tycl_decls inst_decls deriv_decls
156   = checkNoErrs $
157     do {        -- Stop if addInstInfos etc discovers any errors
158                 -- (they recover, so that we get more than one error each
159                 -- round) 
160
161                 -- (1) Do class instance declarations and instances of indexed
162                 --     types 
163        ; let { idxty_decls = filter (isIdxTyDecl . unLoc) tycl_decls }
164        ; local_info_tycons <- mappM tcLocalInstDecl1  inst_decls
165        ; idx_tycons        <- mappM tcIdxTyInstDeclTL idxty_decls
166
167        ; let { (local_infos,
168                 at_tycons)     = unzip local_info_tycons
169              ; local_info      = concat local_infos
170              ; at_idx_tycon    = concat at_tycons ++ catMaybes idx_tycons
171              ; clas_decls      = filter (isClassDecl.unLoc) tycl_decls 
172              ; implicit_things = concatMap implicitTyThings at_idx_tycon
173              }
174
175                 -- (2) Add the tycons of indexed types and their implicit
176                 --     tythings to the global environment
177        ; tcExtendGlobalEnv (at_idx_tycon ++ implicit_things) $ do {
178
179                 -- (3) Instances from generic class declarations
180        ; generic_inst_info <- getGenericInstances clas_decls
181
182                 -- Next, construct the instance environment so far, consisting
183                 -- of 
184                 --   a) local instance decls
185                 --   b) generic instances
186                 --   c) local family instance decls
187        ; addInsts local_info         $ do {
188        ; addInsts generic_inst_info  $ do {
189        ; addFamInsts at_idx_tycon    $ do {
190
191                 -- (4) Compute instances from "deriving" clauses; 
192                 -- This stuff computes a context for the derived instance
193                 -- decl, so it needs to know about all the instances possible
194        ; (deriv_inst_info, deriv_binds) <- tcDeriving tycl_decls deriv_decls
195        ; addInsts deriv_inst_info   $ do {
196
197        ; gbl_env <- getGblEnv
198        ; returnM (gbl_env, 
199                   generic_inst_info ++ deriv_inst_info ++ local_info,
200                   deriv_binds) 
201     }}}}}}
202   where
203     -- Make sure that toplevel type instance are not for associated types.
204     -- !!!TODO: Need to perform this check for the TyThing of type functions,
205     --          too.
206     tcIdxTyInstDeclTL ldecl@(L loc decl) =
207       do { tything <- tcIdxTyInstDecl ldecl
208          ; setSrcSpan loc $
209              when (isAssocFamily tything) $
210                addErr $ assocInClassErr (tcdName decl)
211          ; return tything
212          }
213     isAssocFamily (Just (ATyCon tycon)) =
214       case tyConFamInst_maybe tycon of
215         Nothing       -> panic "isAssocFamily: no family?!?"
216         Just (fam, _) -> isTyConAssoc fam
217     isAssocFamily (Just _             ) = panic "isAssocFamily: no tycon?!?"
218     isAssocFamily Nothing               = False
219
220 assocInClassErr name = 
221   ptext SLIT("Associated type") <+> quotes (ppr name) <+> 
222   ptext SLIT("must be inside a class instance")
223
224 addInsts :: [InstInfo] -> TcM a -> TcM a
225 addInsts infos thing_inside
226   = tcExtendLocalInstEnv (map iSpec infos) thing_inside
227
228 addFamInsts :: [TyThing] -> TcM a -> TcM a
229 addFamInsts tycons thing_inside
230   = tcExtendLocalFamInstEnv (extractFamInsts tycons) thing_inside
231 \end{code} 
232
233 \begin{code}
234 tcLocalInstDecl1 :: LInstDecl Name 
235                  -> TcM ([InstInfo], [TyThing]) -- [] if there was an error
236         -- A source-file instance declaration
237         -- Type-check all the stuff before the "where"
238         --
239         -- We check for respectable instance type, and context
240 tcLocalInstDecl1 decl@(L loc (InstDecl poly_ty binds uprags ats))
241   =     -- Prime error recovery, set source location
242     recoverM (returnM ([], []))         $
243     setSrcSpan loc                      $
244     addErrCtxt (instDeclCtxt1 poly_ty)  $
245
246     do  { is_boot <- tcIsHsBoot
247         ; checkTc (not is_boot || (isEmptyLHsBinds binds && null uprags))
248                   badBootDeclErr
249
250         -- Typecheck the instance type itself.  We can't use 
251         -- tcHsSigType, because it's not a valid user type.
252         ; kinded_ty <- kcHsSigType poly_ty
253         ; poly_ty'  <- tcHsKindedType kinded_ty
254         ; let (tyvars, theta, tau) = tcSplitSigmaTy poly_ty'
255         
256         -- Next, process any associated types.
257         ; idx_tycons <- mappM tcIdxTyInstDecl ats
258
259         -- Now, check the validity of the instance.
260         ; (clas, inst_tys) <- checkValidInstHead tau
261         ; checkValidInstance tyvars theta clas inst_tys
262         ; checkValidAndMissingATs clas (tyvars, inst_tys) 
263                                   (zip ats idx_tycons)
264
265         -- Finally, construct the Core representation of the instance.
266         -- (This no longer includes the associated types.)
267         ; dfun_name <- newDFunName clas inst_tys (srcSpanStart loc)
268         ; overlap_flag <- getOverlapFlag
269         ; let dfun           = mkDictFunId dfun_name tyvars theta clas inst_tys
270               ispec          = mkLocalInstance dfun overlap_flag
271
272         ; return ([InstInfo { iSpec  = ispec, 
273                               iBinds = VanillaInst binds uprags }],
274                   catMaybes idx_tycons)
275         }
276   where
277     -- We pass in the source form and the type checked form of the ATs.  We
278     -- really need the source form only to be able to produce more informative
279     -- error messages.
280     checkValidAndMissingATs :: Class
281                             -> ([TyVar], [TcType])     -- instance types
282                             -> [(LTyClDecl Name,       -- source form of AT
283                                  Maybe TyThing)]       -- Core form of AT
284                             -> TcM ()
285     checkValidAndMissingATs clas inst_tys ats
286       = do { -- Issue a warning for each class AT that is not defined in this
287              -- instance.
288            ; let classDefATs = listToNameSet . map tyConName . classATs $ clas
289                  definedATs  = listToNameSet . map (tcdName.unLoc.fst)  $ ats
290                  omitted     = classDefATs `minusNameSet` definedATs
291            ; warn <- doptM Opt_WarnMissingMethods
292            ; mapM_ (warnTc warn . omittedATWarn) (nameSetToList omitted)
293            
294              -- Ensure that all AT indexes that correspond to class parameters
295              -- coincide with the types in the instance head.  All remaining
296              -- AT arguments must be variables.  Also raise an error for any
297              -- type instances that are not associated with this class.
298            ; mapM_ (checkIndexes clas inst_tys) ats
299            }
300
301     checkIndexes _    _        (hsAT, Nothing)             = 
302       return ()    -- skip, we already had an error here
303     checkIndexes clas inst_tys (hsAT, Just (ATyCon tycon)) = 
304 -- !!!TODO: check that this does the Right Thing for indexed synonyms, too!
305       checkIndexes' clas inst_tys hsAT 
306                     (tyConTyVars tycon, 
307                      snd . fromJust . tyConFamInst_maybe $ tycon)
308     checkIndexes _ _ _ = panic "checkIndexes"
309
310     checkIndexes' clas (instTvs, instTys) hsAT (atTvs, atTys)
311       = let atName = tcdName . unLoc $ hsAT
312         in
313         setSrcSpan (getLoc hsAT)       $
314         addErrCtxt (atInstCtxt atName) $
315         case find ((atName ==) . tyConName) (classATs clas) of
316           Nothing     -> addErrTc $ badATErr clas atName  -- not in this class
317           Just atDecl -> 
318             case assocTyConArgPoss_maybe atDecl of
319               Nothing   -> panic "checkIndexes': AT has no args poss?!?"
320               Just poss -> 
321
322                 -- The following is tricky!  We need to deal with three
323                 -- complications: (1) The AT possibly only uses a subset of
324                 -- the class parameters as indexes and those it uses may be in
325                 -- a different order; (2) the AT may have extra arguments,
326                 -- which must be type variables; and (3) variables in AT and
327                 -- instance head will be different `Name's even if their
328                 -- source lexemes are identical.
329                 --
330                 -- Re (1), `poss' contains a permutation vector to extract the
331                 -- class parameters in the right order.
332                 --
333                 -- Re (2), we wrap the (permuted) class parameters in a Maybe
334                 -- type and use Nothing for any extra AT arguments.  (First
335                 -- equation of `checkIndex' below.)
336                 --
337                 -- Re (3), we replace any type variable in the AT parameters
338                 -- that has the same source lexeme as some variable in the
339                 -- instance types with the instance type variable sharing its
340                 -- source lexeme.
341                 --
342                 let relevantInstTys = map (instTys !!) poss
343                     instArgs        = map Just relevantInstTys ++ 
344                                       repeat Nothing  -- extra arguments
345                     renaming        = substSameTyVar atTvs instTvs
346                 in
347                 zipWithM_ checkIndex (substTys renaming atTys) instArgs
348
349     checkIndex ty Nothing 
350       | isTyVarTy ty         = return ()
351       | otherwise            = addErrTc $ mustBeVarArgErr ty
352     checkIndex ty (Just instTy) 
353       | ty `tcEqType` instTy = return ()
354       | otherwise            = addErrTc $ wrongATArgErr ty instTy
355
356     listToNameSet = addListToNameSet emptyNameSet 
357
358     substSameTyVar []       _            = emptyTvSubst
359     substSameTyVar (tv:tvs) replacingTvs = 
360       let replacement = case find (tv `sameLexeme`) replacingTvs of
361                           Nothing  -> mkTyVarTy tv
362                           Just rtv -> mkTyVarTy rtv
363           --
364           tv1 `sameLexeme` tv2 = 
365             nameOccName (tyVarName tv1) == nameOccName (tyVarName tv2)
366       in
367       extendTvSubst (substSameTyVar tvs replacingTvs) tv replacement
368 \end{code}
369
370
371 %************************************************************************
372 %*                                                                      *
373 \subsection{Type-checking instance declarations, pass 2}
374 %*                                                                      *
375 %************************************************************************
376
377 \begin{code}
378 tcInstDecls2 :: [LTyClDecl Name] -> [InstInfo] 
379              -> TcM (LHsBinds Id, TcLclEnv)
380 -- (a) From each class declaration, 
381 --      generate any default-method bindings
382 -- (b) From each instance decl
383 --      generate the dfun binding
384
385 tcInstDecls2 tycl_decls inst_decls
386   = do  {       -- (a) Default methods from class decls
387           (dm_binds_s, dm_ids_s) <- mapAndUnzipM tcClassDecl2 $
388                                     filter (isClassDecl.unLoc) tycl_decls
389         ; tcExtendIdEnv (concat dm_ids_s)       $ do 
390     
391                 -- (b) instance declarations
392         ; inst_binds_s <- mappM tcInstDecl2 inst_decls
393
394                 -- Done
395         ; let binds = unionManyBags dm_binds_s `unionBags` 
396                       unionManyBags inst_binds_s
397         ; tcl_env <- getLclEnv          -- Default method Ids in here
398         ; returnM (binds, tcl_env) }
399 \end{code}
400
401 ======= New documentation starts here (Sept 92)  ==============
402
403 The main purpose of @tcInstDecl2@ is to return a @HsBinds@ which defines
404 the dictionary function for this instance declaration.  For example
405 \begin{verbatim}
406         instance Foo a => Foo [a] where
407                 op1 x = ...
408                 op2 y = ...
409 \end{verbatim}
410 might generate something like
411 \begin{verbatim}
412         dfun.Foo.List dFoo_a = let op1 x = ...
413                                    op2 y = ...
414                                in
415                                    Dict [op1, op2]
416 \end{verbatim}
417
418 HOWEVER, if the instance decl has no context, then it returns a
419 bigger @HsBinds@ with declarations for each method.  For example
420 \begin{verbatim}
421         instance Foo [a] where
422                 op1 x = ...
423                 op2 y = ...
424 \end{verbatim}
425 might produce
426 \begin{verbatim}
427         dfun.Foo.List a = Dict [Foo.op1.List a, Foo.op2.List a]
428         const.Foo.op1.List a x = ...
429         const.Foo.op2.List a y = ...
430 \end{verbatim}
431 This group may be mutually recursive, because (for example) there may
432 be no method supplied for op2 in which case we'll get
433 \begin{verbatim}
434         const.Foo.op2.List a = default.Foo.op2 (dfun.Foo.List a)
435 \end{verbatim}
436 that is, the default method applied to the dictionary at this type.
437
438 What we actually produce in either case is:
439
440         AbsBinds [a] [dfun_theta_dicts]
441                  [(dfun.Foo.List, d)] ++ (maybe) [(const.Foo.op1.List, op1), ...]
442                  { d = (sd1,sd2, ..., op1, op2, ...)
443                    op1 = ...
444                    op2 = ...
445                  }
446
447 The "maybe" says that we only ask AbsBinds to make global constant methods
448 if the dfun_theta is empty.
449
450                 
451 For an instance declaration, say,
452
453         instance (C1 a, C2 b) => C (T a b) where
454                 ...
455
456 where the {\em immediate} superclasses of C are D1, D2, we build a dictionary
457 function whose type is
458
459         (C1 a, C2 b, D1 (T a b), D2 (T a b)) => C (T a b)
460
461 Notice that we pass it the superclass dictionaries at the instance type; this
462 is the ``Mark Jones optimisation''.  The stuff before the "=>" here
463 is the @dfun_theta@ below.
464
465 First comes the easy case of a non-local instance decl.
466
467
468 \begin{code}
469 tcInstDecl2 :: InstInfo -> TcM (LHsBinds Id)
470 -- Returns a binding for the dfun
471
472 ------------------------
473 -- Derived newtype instances; surprisingly tricky!
474 --
475 -- In the case of a newtype, things are rather easy
476 --      class Show a => Foo a b where ...
477 --      newtype T a = MkT (Tree [a]) deriving( Foo Int )
478 -- The newtype gives an FC axiom looking like
479 --      axiom CoT a ::  T a :=: Tree [a]
480 --   (see Note [Newtype coercions] in TyCon for this unusual form of axiom)
481 --
482 -- So all need is to generate a binding looking like: 
483 --      dfunFooT :: forall a. (Foo Int (Tree [a], Show (T a)) => Foo Int (T a)
484 --      dfunFooT = /\a. \(ds:Show (T a)) (df:Foo (Tree [a])).
485 --                case df `cast` (Foo Int (sym (CoT a))) of
486 --                   Foo _ op1 .. opn -> Foo ds op1 .. opn
487 --
488 -- If there are no superclasses, matters are simpler, because we don't need the case
489 -- see Note [Newtype deriving superclasses] in TcDeriv.lhs
490
491 tcInstDecl2 (InstInfo { iSpec = ispec, iBinds = NewTypeDerived mb_preds })
492   = do  { let dfun_id      = instanceDFunId ispec 
493               rigid_info   = InstSkol dfun_id
494               origin       = SigOrigin rigid_info
495               inst_ty      = idType dfun_id
496         ; (tvs, theta, inst_head_ty) <- tcSkolSigType rigid_info inst_ty
497                 -- inst_head_ty is a PredType
498
499         ; inst_loc <- getInstLoc origin
500         ; (rep_dict_id : sc_dict_ids, wrap_fn, sc_binds)
501                 <- make_wrapper inst_loc tvs theta mb_preds
502                 -- Here, we are relying on the order of dictionary 
503                 -- arguments built by NewTypeDerived in TcDeriv; 
504                 -- namely, that the rep_dict_id comes first
505            
506         ; let (cls, cls_inst_tys) = tcSplitDFunHead inst_head_ty
507               cls_tycon           = classTyCon cls
508               the_coercion        = make_coercion cls_tycon cls_inst_tys
509               coerced_rep_dict    = mkHsWrap the_coercion (HsVar rep_dict_id)
510
511         ; body <- make_body cls_tycon cls_inst_tys sc_dict_ids coerced_rep_dict
512               
513         ; return (sc_binds `snocBag` (noLoc $ VarBind dfun_id $ noLoc $ mkHsWrap wrap_fn body)) }
514   where
515
516       -----------------------
517       --        make_wrapper
518       -- We distinguish two cases:
519       -- (a) there is no tyvar abstraction in the dfun, so all dicts are constant,
520       --     and the new dict can just be a constant
521       --        (mb_preds = Just preds)
522       -- (b) there are tyvars, so we must make a dict *fun*
523       --        (mb_preds = Nothing)
524       -- See the defn of NewTypeDerived for the meaning of mb_preds
525     make_wrapper inst_loc tvs theta (Just preds)        -- Case (a)
526       = ASSERT( null tvs && null theta )
527         do { dicts <- newDictBndrs inst_loc preds
528            ; sc_binds <- addErrCtxt superClassCtxt (tcSimplifySuperClasses [] [] dicts)
529                 -- Use tcSimplifySuperClasses to avoid creating loops, for the
530                 -- same reason as Note [SUPERCLASS-LOOP 1] in TcSimplify
531            ; return (map instToId dicts, idHsWrapper, sc_binds) }
532
533     make_wrapper inst_loc tvs theta Nothing     -- Case (b)
534       = do { dicts <- newDictBndrs inst_loc theta
535            ; let dict_ids = map instToId dicts
536            ; return (dict_ids, mkWpTyLams tvs <.> mkWpLams dict_ids, emptyBag) }
537
538       -----------------------
539       --        make_coercion
540       -- The inst_head looks like (C s1 .. sm (T a1 .. ak))
541       -- But we want the coercion (C s1 .. sm (sym (CoT a1 .. ak)))
542       --        with kind (C s1 .. sm (T a1 .. ak)  :=:  C s1 .. sm <rep_ty>)
543       --        where rep_ty is the (eta-reduced) type rep of T
544       -- So we just replace T with CoT, and insert a 'sym'
545       -- NB: we know that k will be >= arity of CoT, because the latter fully eta-reduced
546
547     make_coercion cls_tycon cls_inst_tys
548         | Just (all_tys_but_last, last_ty) <- snocView cls_inst_tys
549         , (tycon, tc_args) <- tcSplitTyConApp last_ty   -- Should not fail
550         , Just co_con <- newTyConCo_maybe tycon
551         , let co = mkSymCoercion (mkTyConApp co_con tc_args)
552         = WpCo (mkTyConApp cls_tycon (all_tys_but_last ++ [co]))
553         | otherwise     -- The newtype is transparent; no need for a cast
554         = idHsWrapper
555
556       -----------------------
557       --        make_body
558       -- Two cases; see Note [Newtype deriving superclasses] in TcDeriv.lhs
559       -- (a) no superclasses; then we can just use the coerced dict
560       -- (b) one or more superclasses; then new need to do the unpack/repack
561         
562     make_body cls_tycon cls_inst_tys sc_dict_ids coerced_rep_dict
563         | null sc_dict_ids              -- Case (a)
564         = return coerced_rep_dict
565         | otherwise                     -- Case (b)
566         = do { op_ids            <- newSysLocalIds FSLIT("op") op_tys
567              ; dummy_sc_dict_ids <- newSysLocalIds FSLIT("sc") (map idType sc_dict_ids)
568              ; let the_pat = ConPatOut { pat_con = noLoc cls_data_con, pat_tvs = [],
569                                          pat_dicts = dummy_sc_dict_ids,
570                                          pat_binds = emptyLHsBinds,
571                                          pat_args = PrefixCon (map nlVarPat op_ids),
572                                          pat_ty = pat_ty} 
573                    the_match = mkSimpleMatch [noLoc the_pat] the_rhs
574                    the_rhs = mkHsConApp cls_data_con cls_inst_tys $
575                              map HsVar (sc_dict_ids ++ op_ids)
576
577                 -- Warning: this HsCase scrutinises a value with a PredTy, which is
578                 --          never otherwise seen in Haskell source code. It'd be
579                 --          nicer to generate Core directly!
580              ; return (HsCase (noLoc coerced_rep_dict) $
581                        MatchGroup [the_match] (mkFunTy pat_ty pat_ty)) }
582         where
583           pat_ty       = mkTyConApp cls_tycon cls_inst_tys
584           cls_data_con = head (tyConDataCons cls_tycon)
585           cls_arg_tys  = dataConInstArgTys cls_data_con cls_inst_tys 
586           op_tys       = dropList sc_dict_ids cls_arg_tys
587
588 ------------------------
589 -- Ordinary instances
590
591 tcInstDecl2 (InstInfo { iSpec = ispec, iBinds = VanillaInst monobinds uprags })
592   = let 
593         dfun_id    = instanceDFunId ispec
594         rigid_info = InstSkol dfun_id
595         inst_ty    = idType dfun_id
596     in
597          -- Prime error recovery
598     recoverM (returnM emptyLHsBinds)            $
599     setSrcSpan (srcLocSpan (getSrcLoc dfun_id)) $
600     addErrCtxt (instDeclCtxt2 (idType dfun_id)) $
601
602         -- Instantiate the instance decl with skolem constants 
603     tcSkolSigType rigid_info inst_ty    `thenM` \ (inst_tyvars', dfun_theta', inst_head') ->
604                 -- These inst_tyvars' scope over the 'where' part
605                 -- Those tyvars are inside the dfun_id's type, which is a bit
606                 -- bizarre, but OK so long as you realise it!
607     let
608         (clas, inst_tys') = tcSplitDFunHead inst_head'
609         (class_tyvars, sc_theta, _, op_items) = classBigSig clas
610
611         -- Instantiate the super-class context with inst_tys
612         sc_theta' = substTheta (zipOpenTvSubst class_tyvars inst_tys') sc_theta
613         origin    = SigOrigin rigid_info
614     in
615          -- Create dictionary Ids from the specified instance contexts.
616     getInstLoc InstScOrigin                             `thenM` \ sc_loc -> 
617     newDictBndrs sc_loc sc_theta'                       `thenM` \ sc_dicts ->
618     getInstLoc origin                                   `thenM` \ inst_loc -> 
619     newDictBndrs inst_loc dfun_theta'                   `thenM` \ dfun_arg_dicts ->
620     newDictBndr inst_loc (mkClassPred clas inst_tys')   `thenM` \ this_dict ->
621                 -- Default-method Ids may be mentioned in synthesised RHSs,
622                 -- but they'll already be in the environment.
623
624         -- Typecheck the methods
625     let         -- These insts are in scope; quite a few, eh?
626         avail_insts = [this_dict] ++ dfun_arg_dicts ++ sc_dicts
627     in
628     tcMethods origin clas inst_tyvars' 
629               dfun_theta' inst_tys' avail_insts 
630               op_items monobinds uprags         `thenM` \ (meth_ids, meth_binds) ->
631
632         -- Figure out bindings for the superclass context
633         -- Don't include this_dict in the 'givens', else
634         -- sc_dicts get bound by just selecting  from this_dict!!
635     addErrCtxt superClassCtxt
636         (tcSimplifySuperClasses inst_tyvars'
637                          dfun_arg_dicts
638                          sc_dicts)      `thenM` \ sc_binds ->
639
640         -- It's possible that the superclass stuff might unified one
641         -- of the inst_tyavars' with something in the envt
642     checkSigTyVars inst_tyvars'         `thenM_`
643
644         -- Deal with 'SPECIALISE instance' pragmas 
645     tcPrags dfun_id (filter isSpecInstLSig uprags)      `thenM` \ prags -> 
646     
647         -- Create the result bindings
648     let
649         dict_constr   = classDataCon clas
650         scs_and_meths = map instToId sc_dicts ++ meth_ids
651         this_dict_id  = instToId this_dict
652         inline_prag | null dfun_arg_dicts = []
653                     | otherwise = [InlinePrag (Inline AlwaysActive True)]
654                 -- Always inline the dfun; this is an experimental decision
655                 -- because it makes a big performance difference sometimes.
656                 -- Often it means we can do the method selection, and then
657                 -- inline the method as well.  Marcin's idea; see comments below.
658                 --
659                 -- BUT: don't inline it if it's a constant dictionary;
660                 -- we'll get all the benefit without inlining, and we get
661                 -- a **lot** of code duplication if we inline it
662                 --
663                 --      See Note [Inline dfuns] below
664
665         dict_rhs
666           = mkHsConApp dict_constr inst_tys' (map HsVar scs_and_meths)
667                 -- We don't produce a binding for the dict_constr; instead we
668                 -- rely on the simplifier to unfold this saturated application
669                 -- We do this rather than generate an HsCon directly, because
670                 -- it means that the special cases (e.g. dictionary with only one
671                 -- member) are dealt with by the common MkId.mkDataConWrapId code rather
672                 -- than needing to be repeated here.
673
674         dict_bind  = noLoc (VarBind this_dict_id dict_rhs)
675         all_binds  = dict_bind `consBag` (sc_binds `unionBags` meth_binds)
676
677         main_bind = noLoc $ AbsBinds
678                             inst_tyvars'
679                             (map instToId dfun_arg_dicts)
680                             [(inst_tyvars', dfun_id, this_dict_id, 
681                                             inline_prag ++ prags)] 
682                             all_binds
683     in
684     showLIE (text "instance")           `thenM_`
685     returnM (unitBag main_bind)
686
687
688 tcMethods origin clas inst_tyvars' dfun_theta' inst_tys' 
689           avail_insts op_items monobinds uprags
690   =     -- Check that all the method bindings come from this class
691     let
692         sel_names = [idName sel_id | (sel_id, _) <- op_items]
693         bad_bndrs = collectHsBindBinders monobinds `minusList` sel_names
694     in
695     mappM (addErrTc . badMethodErr clas) bad_bndrs      `thenM_`
696
697         -- Make the method bindings
698     let
699         mk_method_bind = mkMethodBind origin clas inst_tys' monobinds
700     in
701     mapAndUnzipM mk_method_bind op_items        `thenM` \ (meth_insts, meth_infos) ->
702
703         -- And type check them
704         -- It's really worth making meth_insts available to the tcMethodBind
705         -- Consider     instance Monad (ST s) where
706         --                {-# INLINE (>>) #-}
707         --                (>>) = ...(>>=)...
708         -- If we don't include meth_insts, we end up with bindings like this:
709         --      rec { dict = MkD then bind ...
710         --            then = inline_me (... (GHC.Base.>>= dict) ...)
711         --            bind = ... }
712         -- The trouble is that (a) 'then' and 'dict' are mutually recursive, 
713         -- and (b) the inline_me prevents us inlining the >>= selector, which
714         -- would unravel the loop.  Result: (>>) ends up as a loop breaker, and
715         -- is not inlined across modules. Rather ironic since this does not
716         -- happen without the INLINE pragma!  
717         --
718         -- Solution: make meth_insts available, so that 'then' refers directly
719         --           to the local 'bind' rather than going via the dictionary.
720         --
721         -- BUT WATCH OUT!  If the method type mentions the class variable, then
722         -- this optimisation is not right.  Consider
723         --      class C a where
724         --        op :: Eq a => a
725         --
726         --      instance C Int where
727         --        op = op
728         -- The occurrence of 'op' on the rhs gives rise to a constraint
729         --      op at Int
730         -- The trouble is that the 'meth_inst' for op, which is 'available', also
731         -- looks like 'op at Int'.  But they are not the same.
732     let
733         prag_fn        = mkPragFun uprags
734         all_insts      = avail_insts ++ catMaybes meth_insts
735         sig_fn n       = Just []        -- No scoped type variables, but every method has
736                                         -- a type signature, in effect, so that we check
737                                         -- the method has the right type
738         tc_method_bind = tcMethodBind inst_tyvars' dfun_theta' all_insts sig_fn prag_fn
739         meth_ids       = [meth_id | (_,meth_id,_) <- meth_infos]
740     in
741
742     mapM tc_method_bind meth_infos              `thenM` \ meth_binds_s ->
743    
744     returnM (meth_ids, unionManyBags meth_binds_s)
745 \end{code}
746
747
748                 ------------------------------
749         [Inline dfuns] Inlining dfuns unconditionally
750                 ------------------------------
751
752 The code above unconditionally inlines dict funs.  Here's why.
753 Consider this program:
754
755     test :: Int -> Int -> Bool
756     test x y = (x,y) == (y,x) || test y x
757     -- Recursive to avoid making it inline.
758
759 This needs the (Eq (Int,Int)) instance.  If we inline that dfun
760 the code we end up with is good:
761
762     Test.$wtest =
763         \r -> case ==# [ww ww1] of wild {
764                 PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
765                 PrelBase.True ->
766                   case ==# [ww1 ww] of wild1 {
767                     PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
768                     PrelBase.True -> PrelBase.True [];
769                   };
770             };
771     Test.test = \r [w w1]
772             case w of w2 {
773               PrelBase.I# ww ->
774                   case w1 of w3 { PrelBase.I# ww1 -> Test.$wtest ww ww1; };
775             };
776
777 If we don't inline the dfun, the code is not nearly as good:
778
779     (==) = case PrelTup.$fEq(,) PrelBase.$fEqInt PrelBase.$fEqInt of tpl {
780               PrelBase.:DEq tpl1 tpl2 -> tpl2;
781             };
782     
783     Test.$wtest =
784         \r [ww ww1]
785             let { y = PrelBase.I#! [ww1]; } in
786             let { x = PrelBase.I#! [ww]; } in
787             let { sat_slx = PrelTup.(,)! [y x]; } in
788             let { sat_sly = PrelTup.(,)! [x y];
789             } in
790               case == sat_sly sat_slx of wild {
791                 PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
792                 PrelBase.True -> PrelBase.True [];
793               };
794     
795     Test.test =
796         \r [w w1]
797             case w of w2 {
798               PrelBase.I# ww ->
799                   case w1 of w3 { PrelBase.I# ww1 -> Test.$wtest ww ww1; };
800             };
801
802 Why doesn't GHC inline $fEq?  Because it looks big:
803
804     PrelTup.zdfEqZ1T{-rcX-}
805         = \ @ a{-reT-} :: * @ b{-reS-} :: *
806             zddEq{-rf6-} _Ks :: {PrelBase.Eq{-23-} a{-reT-}}
807             zddEq1{-rf7-} _Ks :: {PrelBase.Eq{-23-} b{-reS-}} ->
808             let {
809               zeze{-rf0-} _Kl :: (b{-reS-} -> b{-reS-} -> PrelBase.Bool{-3c-})
810               zeze{-rf0-} = PrelBase.zeze{-01L-}@ b{-reS-} zddEq1{-rf7-} } in
811             let {
812               zeze1{-rf3-} _Kl :: (a{-reT-} -> a{-reT-} -> PrelBase.Bool{-3c-})
813               zeze1{-rf3-} = PrelBase.zeze{-01L-} @ a{-reT-} zddEq{-rf6-} } in
814             let {
815               zeze2{-reN-} :: ((a{-reT-}, b{-reS-}) -> (a{-reT-}, b{-reS-})-> PrelBase.Bool{-3c-})
816               zeze2{-reN-} = \ ds{-rf5-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-})
817                                ds1{-rf4-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-}) ->
818                              case ds{-rf5-}
819                              of wild{-reW-} _Kd { (a1{-rf2-} _Ks, a2{-reZ-} _Ks) ->
820                              case ds1{-rf4-}
821                              of wild1{-reX-} _Kd { (b1{-rf1-} _Ks, b2{-reY-} _Ks) ->
822                              PrelBase.zaza{-r4e-}
823                                (zeze1{-rf3-} a1{-rf2-} b1{-rf1-})
824                                (zeze{-rf0-} a2{-reZ-} b2{-reY-})
825                              }
826                              } } in     
827             let {
828               a1{-reR-} :: ((a{-reT-}, b{-reS-})-> (a{-reT-}, b{-reS-})-> PrelBase.Bool{-3c-})
829               a1{-reR-} = \ a2{-reV-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-})
830                             b1{-reU-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-}) ->
831                           PrelBase.not{-r6I-} (zeze2{-reN-} a2{-reV-} b1{-reU-})
832             } in
833               PrelBase.zdwZCDEq{-r8J-} @ (a{-reT-}, b{-reS-}) a1{-reR-} zeze2{-reN-})
834
835 and it's not as bad as it seems, because it's further dramatically
836 simplified: only zeze2 is extracted and its body is simplified.
837
838
839 %************************************************************************
840 %*                                                                      *
841 \subsection{Error messages}
842 %*                                                                      *
843 %************************************************************************
844
845 \begin{code}
846 instDeclCtxt1 hs_inst_ty 
847   = inst_decl_ctxt (case unLoc hs_inst_ty of
848                         HsForAllTy _ _ _ (L _ (HsPredTy pred)) -> ppr pred
849                         HsPredTy pred                    -> ppr pred
850                         other                            -> ppr hs_inst_ty)     -- Don't expect this
851 instDeclCtxt2 dfun_ty
852   = inst_decl_ctxt (ppr (mkClassPred cls tys))
853   where
854     (_,_,cls,tys) = tcSplitDFunTy dfun_ty
855
856 inst_decl_ctxt doc = ptext SLIT("In the instance declaration for") <+> quotes doc
857
858 superClassCtxt = ptext SLIT("When checking the super-classes of an instance declaration")
859
860 atInstCtxt name = ptext SLIT("In the associated type instance for") <+> 
861                   quotes (ppr name)
862
863 mustBeVarArgErr ty = 
864   sep [ ptext SLIT("Arguments that do not correspond to a class parameter") <+>
865         ptext SLIT("must be variables")
866       , ptext SLIT("Instead of a variable, found") <+> ppr ty
867       ]
868
869 wrongATArgErr ty instTy =
870   sep [ ptext SLIT("Type indexes must match class instance head")
871       , ptext SLIT("Found") <+> ppr ty <+> ptext SLIT("but expected") <+>
872          ppr instTy
873       ]
874 \end{code}