8ff44ad05915aa7b0589a8e96c9f1d28897fe321
[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 module TcInstDcls ( tcInstDecls1, tcInstDecls2 ) where
10
11 import HsSyn
12 import TcBinds
13 import TcTyClsDecls
14 import TcClassDcl
15 import TcRnMonad
16 import TcMType
17 import TcType
18 import Inst
19 import InstEnv
20 import FamInst
21 import FamInstEnv
22 import TcDeriv
23 import TcEnv
24 import TcHsType
25 import TcUnify
26 import TcSimplify
27 import Type
28 import Coercion
29 import TyCon
30 import TypeRep
31 import DataCon
32 import Class
33 import Var
34 import Id
35 import MkId
36 import Name
37 import NameSet
38 import DynFlags
39 import SrcLoc
40 import ListSetOps
41 import Util
42 import Outputable
43 import Bag
44 import BasicTypes
45 import HscTypes
46 import FastString
47
48 import Data.Maybe
49 import Control.Monad
50 import Data.List
51 \end{code}
52
53 Typechecking instance declarations is done in two passes. The first
54 pass, made by @tcInstDecls1@, collects information to be used in the
55 second pass.
56
57 This pre-processed info includes the as-yet-unprocessed bindings
58 inside the instance declaration.  These are type-checked in the second
59 pass, when the class-instance envs and GVE contain all the info from
60 all the instance and value decls.  Indeed that's the reason we need
61 two passes over the instance decls.
62
63 Here is the overall algorithm.
64 Assume that we have an instance declaration
65
66     instance c => k (t tvs) where b
67
68 \begin{enumerate}
69 \item
70 $LIE_c$ is the LIE for the context of class $c$
71 \item
72 $betas_bar$ is the free variables in the class method type, excluding the
73    class variable
74 \item
75 $LIE_cop$ is the LIE constraining a particular class method
76 \item
77 $tau_cop$ is the tau type of a class method
78 \item
79 $LIE_i$ is the LIE for the context of instance $i$
80 \item
81 $X$ is the instance constructor tycon
82 \item
83 $gammas_bar$ is the set of type variables of the instance
84 \item
85 $LIE_iop$ is the LIE for a particular class method instance
86 \item
87 $tau_iop$ is the tau type for this instance of a class method
88 \item
89 $alpha$ is the class variable
90 \item
91 $LIE_cop' = LIE_cop [X gammas_bar \/ alpha, fresh betas_bar]$
92 \item
93 $tau_cop' = tau_cop [X gammas_bar \/ alpha, fresh betas_bar]$
94 \end{enumerate}
95
96 ToDo: Update the list above with names actually in the code.
97
98 \begin{enumerate}
99 \item
100 First, make the LIEs for the class and instance contexts, which means
101 instantiate $thetaC [X inst_tyvars \/ alpha ]$, yielding LIElistC' and LIEC',
102 and make LIElistI and LIEI.
103 \item
104 Then process each method in turn.
105 \item
106 order the instance methods according to the ordering of the class methods
107 \item
108 express LIEC' in terms of LIEI, yielding $dbinds_super$ or an error
109 \item
110 Create final dictionary function from bindings generated already
111 \begin{pseudocode}
112 df = lambda inst_tyvars
113        lambda LIEI
114          let Bop1
115              Bop2
116              ...
117              Bopn
118          and dbinds_super
119               in <op1,op2,...,opn,sd1,...,sdm>
120 \end{pseudocode}
121 Here, Bop1 \ldots Bopn bind the methods op1 \ldots opn,
122 and $dbinds_super$ bind the superclass dictionaries sd1 \ldots sdm.
123 \end{enumerate}
124
125
126 %************************************************************************
127 %*                                                                      *
128 \subsection{Extracting instance decls}
129 %*                                                                      *
130 %************************************************************************
131
132 Gather up the instance declarations from their various sources
133
134 \begin{code}
135 tcInstDecls1    -- Deal with both source-code and imported instance decls
136    :: [LTyClDecl Name]          -- For deriving stuff
137    -> [LInstDecl Name]          -- Source code instance decls
138    -> [LDerivDecl Name]         -- Source code stand-alone deriving decls
139    -> TcM (TcGblEnv,            -- The full inst env
140            [InstInfo Name],     -- Source-code instance decls to process;
141                                 -- contains all dfuns for this module
142            HsValBinds Name)     -- Supporting bindings for derived instances
143
144 tcInstDecls1 tycl_decls inst_decls deriv_decls
145   = checkNoErrs $
146     do {        -- Stop if addInstInfos etc discovers any errors
147                 -- (they recover, so that we get more than one error each
148                 -- round)
149
150                 -- (1) Do class and family instance declarations
151        ; let { idxty_decls = filter (isFamInstDecl . unLoc) tycl_decls }
152        ; local_info_tycons <- mapAndRecoverM tcLocalInstDecl1  inst_decls
153        ; idx_tycons        <- mapAndRecoverM tcIdxTyInstDeclTL idxty_decls
154
155        ; let { (local_info,
156                 at_tycons_s)   = unzip local_info_tycons
157              ; at_idx_tycon    = concat at_tycons_s ++ idx_tycons
158              ; clas_decls      = filter (isClassDecl.unLoc) tycl_decls
159              ; implicit_things = concatMap implicitTyThings at_idx_tycon
160              }
161
162                 -- (2) Add the tycons of indexed types and their implicit
163                 --     tythings to the global environment
164        ; tcExtendGlobalEnv (at_idx_tycon ++ implicit_things) $ do {
165
166                 -- (3) Instances from generic class declarations
167        ; generic_inst_info <- getGenericInstances clas_decls
168
169                 -- Next, construct the instance environment so far, consisting
170                 -- of
171                 --   a) local instance decls
172                 --   b) generic instances
173                 --   c) local family instance decls
174        ; addInsts local_info         $ do {
175        ; addInsts generic_inst_info  $ do {
176        ; addFamInsts at_idx_tycon    $ do {
177
178                 -- (4) Compute instances from "deriving" clauses;
179                 -- This stuff computes a context for the derived instance
180                 -- decl, so it needs to know about all the instances possible
181                 -- NB: class instance declarations can contain derivings as
182                 --     part of associated data type declarations
183          failIfErrsM            -- If the addInsts stuff gave any errors, don't
184                                 -- try the deriving stuff, becuase that may give
185                                 -- more errors still
186        ; (deriv_inst_info, deriv_binds) <- tcDeriving tycl_decls inst_decls
187                                                       deriv_decls
188        ; addInsts deriv_inst_info   $ do {
189
190        ; gbl_env <- getGblEnv
191        ; return (gbl_env,
192                   generic_inst_info ++ deriv_inst_info ++ local_info,
193                   deriv_binds)
194     }}}}}}
195   where
196     -- Make sure that toplevel type instance are not for associated types.
197     -- !!!TODO: Need to perform this check for the TyThing of type functions,
198     --          too.
199     tcIdxTyInstDeclTL ldecl@(L loc decl) =
200       do { tything <- tcFamInstDecl ldecl
201          ; setSrcSpan loc $
202              when (isAssocFamily tything) $
203                addErr $ assocInClassErr (tcdName decl)
204          ; return tything
205          }
206     isAssocFamily (ATyCon tycon) =
207       case tyConFamInst_maybe tycon of
208         Nothing       -> panic "isAssocFamily: no family?!?"
209         Just (fam, _) -> isTyConAssoc fam
210     isAssocFamily _ = panic "isAssocFamily: no tycon?!?"
211
212 assocInClassErr :: Name -> SDoc
213 assocInClassErr name =
214   ptext (sLit "Associated type") <+> quotes (ppr name) <+>
215   ptext (sLit "must be inside a class instance")
216
217 addInsts :: [InstInfo Name] -> TcM a -> TcM a
218 addInsts infos thing_inside
219   = tcExtendLocalInstEnv (map iSpec infos) thing_inside
220
221 addFamInsts :: [TyThing] -> TcM a -> TcM a
222 addFamInsts tycons thing_inside
223   = tcExtendLocalFamInstEnv (map mkLocalFamInstTyThing tycons) thing_inside
224   where
225     mkLocalFamInstTyThing (ATyCon tycon) = mkLocalFamInst tycon
226     mkLocalFamInstTyThing tything        = pprPanic "TcInstDcls.addFamInsts"
227                                                     (ppr tything)
228 \end{code}
229
230 \begin{code}
231 tcLocalInstDecl1 :: LInstDecl Name
232                  -> TcM (InstInfo Name, [TyThing])
233         -- A source-file instance declaration
234         -- Type-check all the stuff before the "where"
235         --
236         -- We check for respectable instance type, and context
237 tcLocalInstDecl1 (L loc (InstDecl poly_ty binds uprags ats))
238   = setSrcSpan loc                      $
239     addErrCtxt (instDeclCtxt1 poly_ty)  $
240
241     do  { is_boot <- tcIsHsBoot
242         ; checkTc (not is_boot || (isEmptyLHsBinds binds && null uprags))
243                   badBootDeclErr
244
245         ; (tyvars, theta, tau) <- tcHsInstHead poly_ty
246
247         -- Now, check the validity of the instance.
248         ; (clas, inst_tys) <- checkValidInstHead tau
249         ; checkValidInstance tyvars theta clas inst_tys
250
251         -- Next, process any associated types.
252         ; idx_tycons <- recoverM (return []) $
253                      do { idx_tycons <- checkNoErrs $ mapAndRecoverM tcFamInstDecl ats
254                         ; checkValidAndMissingATs clas (tyvars, inst_tys)
255                                                   (zip ats idx_tycons)
256                         ; return idx_tycons }
257
258         -- Finally, construct the Core representation of the instance.
259         -- (This no longer includes the associated types.)
260         ; dfun_name <- newDFunName clas inst_tys (getLoc poly_ty)
261                 -- Dfun location is that of instance *header*
262         ; overlap_flag <- getOverlapFlag
263         ; let (eq_theta,dict_theta) = partition isEqPred theta
264               theta'         = eq_theta ++ dict_theta
265               dfun           = mkDictFunId dfun_name tyvars theta' clas inst_tys
266               ispec          = mkLocalInstance dfun overlap_flag
267
268         ; return (InstInfo { iSpec  = ispec,
269                               iBinds = VanillaInst binds uprags },
270                   idx_tycons)
271         }
272   where
273     -- We pass in the source form and the type checked form of the ATs.  We
274     -- really need the source form only to be able to produce more informative
275     -- error messages.
276     checkValidAndMissingATs :: Class
277                             -> ([TyVar], [TcType])     -- instance types
278                             -> [(LTyClDecl Name,       -- source form of AT
279                                  TyThing)]             -- Core form of AT
280                             -> TcM ()
281     checkValidAndMissingATs clas inst_tys ats
282       = do { -- Issue a warning for each class AT that is not defined in this
283              -- instance.
284            ; let class_ats   = map tyConName (classATs clas)
285                  defined_ats = listToNameSet . map (tcdName.unLoc.fst)  $ ats
286                  omitted     = filterOut (`elemNameSet` defined_ats) class_ats
287            ; warn <- doptM Opt_WarnMissingMethods
288            ; mapM_ (warnTc warn . omittedATWarn) omitted
289
290              -- Ensure that all AT indexes that correspond to class parameters
291              -- coincide with the types in the instance head.  All remaining
292              -- AT arguments must be variables.  Also raise an error for any
293              -- type instances that are not associated with this class.
294            ; mapM_ (checkIndexes clas inst_tys) ats
295            }
296
297     checkIndexes clas inst_tys (hsAT, ATyCon tycon) =
298 -- !!!TODO: check that this does the Right Thing for indexed synonyms, too!
299       checkIndexes' clas inst_tys hsAT
300                     (tyConTyVars tycon,
301                      snd . fromJust . tyConFamInst_maybe $ tycon)
302     checkIndexes _ _ _ = panic "checkIndexes"
303
304     checkIndexes' clas (instTvs, instTys) hsAT (atTvs, atTys)
305       = let atName = tcdName . unLoc $ hsAT
306         in
307         setSrcSpan (getLoc hsAT)       $
308         addErrCtxt (atInstCtxt atName) $
309         case find ((atName ==) . tyConName) (classATs clas) of
310           Nothing     -> addErrTc $ badATErr clas atName  -- not in this class
311           Just atDecl ->
312             case assocTyConArgPoss_maybe atDecl of
313               Nothing   -> panic "checkIndexes': AT has no args poss?!?"
314               Just poss ->
315
316                 -- The following is tricky!  We need to deal with three
317                 -- complications: (1) The AT possibly only uses a subset of
318                 -- the class parameters as indexes and those it uses may be in
319                 -- a different order; (2) the AT may have extra arguments,
320                 -- which must be type variables; and (3) variables in AT and
321                 -- instance head will be different `Name's even if their
322                 -- source lexemes are identical.
323                 --
324                 -- Re (1), `poss' contains a permutation vector to extract the
325                 -- class parameters in the right order.
326                 --
327                 -- Re (2), we wrap the (permuted) class parameters in a Maybe
328                 -- type and use Nothing for any extra AT arguments.  (First
329                 -- equation of `checkIndex' below.)
330                 --
331                 -- Re (3), we replace any type variable in the AT parameters
332                 -- that has the same source lexeme as some variable in the
333                 -- instance types with the instance type variable sharing its
334                 -- source lexeme.
335                 --
336                 let relevantInstTys = map (instTys !!) poss
337                     instArgs        = map Just relevantInstTys ++
338                                       repeat Nothing  -- extra arguments
339                     renaming        = substSameTyVar atTvs instTvs
340                 in
341                 zipWithM_ checkIndex (substTys renaming atTys) instArgs
342
343     checkIndex ty Nothing
344       | isTyVarTy ty         = return ()
345       | otherwise            = addErrTc $ mustBeVarArgErr ty
346     checkIndex ty (Just instTy)
347       | ty `tcEqType` instTy = return ()
348       | otherwise            = addErrTc $ wrongATArgErr ty instTy
349
350     listToNameSet = addListToNameSet emptyNameSet
351
352     substSameTyVar []       _            = emptyTvSubst
353     substSameTyVar (tv:tvs) replacingTvs =
354       let replacement = case find (tv `sameLexeme`) replacingTvs of
355                         Nothing  -> mkTyVarTy tv
356                         Just rtv -> mkTyVarTy rtv
357           --
358           tv1 `sameLexeme` tv2 =
359             nameOccName (tyVarName tv1) == nameOccName (tyVarName tv2)
360       in
361       extendTvSubst (substSameTyVar tvs replacingTvs) tv replacement
362 \end{code}
363
364
365 %************************************************************************
366 %*                                                                      *
367 \subsection{Type-checking instance declarations, pass 2}
368 %*                                                                      *
369 %************************************************************************
370
371 \begin{code}
372 tcInstDecls2 :: [LTyClDecl Name] -> [InstInfo Name]
373              -> TcM (LHsBinds Id, TcLclEnv)
374 -- (a) From each class declaration,
375 --      generate any default-method bindings
376 -- (b) From each instance decl
377 --      generate the dfun binding
378
379 tcInstDecls2 tycl_decls inst_decls
380   = do  { -- (a) Default methods from class decls
381           (dm_binds_s, dm_ids_s) <- mapAndUnzipM tcClassDecl2 $
382                                     filter (isClassDecl.unLoc) tycl_decls
383         ; tcExtendIdEnv (concat dm_ids_s) $ do
384
385           -- (b) instance declarations
386         ; inst_binds_s <- mapM tcInstDecl2 inst_decls
387
388           -- Done
389         ; let binds = unionManyBags dm_binds_s `unionBags`
390                       unionManyBags inst_binds_s
391         ; tcl_env <- getLclEnv -- Default method Ids in here
392         ; return (binds, tcl_env) }
393 \end{code}
394
395 ======= New documentation starts here (Sept 92) ==============
396
397 The main purpose of @tcInstDecl2@ is to return a @HsBinds@ which defines
398 the dictionary function for this instance declaration. For example
399
400         instance Foo a => Foo [a] where
401                 op1 x = ...
402                 op2 y = ...
403
404 might generate something like
405
406         dfun.Foo.List dFoo_a = let op1 x = ...
407                                    op2 y = ...
408                                in
409                                    Dict [op1, op2]
410
411 HOWEVER, if the instance decl has no context, then it returns a
412 bigger @HsBinds@ with declarations for each method.  For example
413
414         instance Foo [a] where
415                 op1 x = ...
416                 op2 y = ...
417
418 might produce
419
420         dfun.Foo.List a = Dict [Foo.op1.List a, Foo.op2.List a]
421         const.Foo.op1.List a x = ...
422         const.Foo.op2.List a y = ...
423
424 This group may be mutually recursive, because (for example) there may
425 be no method supplied for op2 in which case we'll get
426
427         const.Foo.op2.List a = default.Foo.op2 (dfun.Foo.List a)
428
429 that is, the default method applied to the dictionary at this type.
430 What we actually produce in either case is:
431
432         AbsBinds [a] [dfun_theta_dicts]
433                  [(dfun.Foo.List, d)] ++ (maybe) [(const.Foo.op1.List, op1), ...]
434                  { d = (sd1,sd2, ..., op1, op2, ...)
435                    op1 = ...
436                    op2 = ...
437                  }
438
439 The "maybe" says that we only ask AbsBinds to make global constant methods
440 if the dfun_theta is empty.
441
442 For an instance declaration, say,
443
444         instance (C1 a, C2 b) => C (T a b) where
445                 ...
446
447 where the {\em immediate} superclasses of C are D1, D2, we build a dictionary
448 function whose type is
449
450         (C1 a, C2 b, D1 (T a b), D2 (T a b)) => C (T a b)
451
452 Notice that we pass it the superclass dictionaries at the instance type; this
453 is the ``Mark Jones optimisation''.  The stuff before the "=>" here
454 is the @dfun_theta@ below.
455
456
457 \begin{code}
458 tcInstDecl2 :: InstInfo Name -> TcM (LHsBinds Id)
459 -- Returns a binding for the dfun
460
461 ------------------------
462 -- Derived newtype instances; surprisingly tricky!
463 --
464 --      class Show a => Foo a b where ...
465 --      newtype N a = MkN (Tree [a]) deriving( Foo Int )
466 --
467 -- The newtype gives an FC axiom looking like
468 --      axiom CoN a ::  N a :=: Tree [a]
469 --   (see Note [Newtype coercions] in TyCon for this unusual form of axiom)
470 --
471 -- So all need is to generate a binding looking like:
472 --      dfunFooT :: forall a. (Foo Int (Tree [a], Show (N a)) => Foo Int (N a)
473 --      dfunFooT = /\a. \(ds:Show (N a)) (df:Foo (Tree [a])).
474 --                case df `cast` (Foo Int (sym (CoN a))) of
475 --                   Foo _ op1 .. opn -> Foo ds op1 .. opn
476 --
477 -- If there are no superclasses, matters are simpler, because we don't need the case
478 -- see Note [Newtype deriving superclasses] in TcDeriv.lhs
479
480 tcInstDecl2 (InstInfo { iSpec = ispec, iBinds = NewTypeDerived })
481   = do  { let dfun_id      = instanceDFunId ispec
482               rigid_info   = InstSkol
483               origin       = SigOrigin rigid_info
484               inst_ty      = idType dfun_id
485         ; (tvs, theta, inst_head_ty) <- tcSkolSigType rigid_info inst_ty
486                 -- inst_head_ty is a PredType
487
488         ; let (cls, cls_inst_tys) = tcSplitDFunHead inst_head_ty
489               (class_tyvars, sc_theta, _, _) = classBigSig cls
490               cls_tycon = classTyCon cls
491               sc_theta' = substTheta (zipOpenTvSubst class_tyvars cls_inst_tys) sc_theta
492
493               Just (initial_cls_inst_tys, last_ty) = snocView cls_inst_tys
494               (nt_tycon, tc_args) = tcSplitTyConApp last_ty     -- Can't fail
495               rep_ty              = newTyConInstRhs nt_tycon tc_args
496
497               rep_pred     = mkClassPred cls (initial_cls_inst_tys ++ [rep_ty])
498                                 -- In our example, rep_pred is (Foo Int (Tree [a]))
499               the_coercion = make_coercion cls_tycon initial_cls_inst_tys nt_tycon tc_args
500                                 -- Coercion of kind (Foo Int (Tree [a]) ~ Foo Int (N a)
501
502         ; inst_loc   <- getInstLoc origin
503         ; sc_loc     <- getInstLoc InstScOrigin
504         ; dfun_dicts <- newDictBndrs inst_loc theta
505         ; sc_dicts   <- newDictBndrs sc_loc sc_theta'
506         ; this_dict  <- newDictBndr inst_loc (mkClassPred cls cls_inst_tys)
507         ; rep_dict   <- newDictBndr inst_loc rep_pred
508
509         -- Figure out bindings for the superclass context from dfun_dicts
510         -- Don't include this_dict in the 'givens', else
511         -- wanted_sc_insts get bound by just selecting from this_dict!!
512         ; sc_binds <- addErrCtxt superClassCtxt $
513                       tcSimplifySuperClasses inst_loc dfun_dicts (rep_dict:sc_dicts)
514
515         ; let coerced_rep_dict = mkHsWrap the_coercion (HsVar (instToId rep_dict))
516
517         ; body <- make_body cls_tycon cls_inst_tys sc_dicts coerced_rep_dict
518         ; let dict_bind = noLoc $ VarBind (instToId this_dict) (noLoc body)
519
520         ; return (unitBag $ noLoc $
521                   AbsBinds  tvs (map instToVar dfun_dicts)
522                             [(tvs, dfun_id, instToId this_dict, [])]
523                             (dict_bind `consBag` sc_binds)) }
524   where
525       -----------------------
526       --        make_coercion
527       -- The inst_head looks like (C s1 .. sm (T a1 .. ak))
528       -- But we want the coercion (C s1 .. sm (sym (CoT a1 .. ak)))
529       --        with kind (C s1 .. sm (T a1 .. ak)  :=:  C s1 .. sm <rep_ty>)
530       --        where rep_ty is the (eta-reduced) type rep of T
531       -- So we just replace T with CoT, and insert a 'sym'
532       -- NB: we know that k will be >= arity of CoT, because the latter fully eta-reduced
533
534     make_coercion cls_tycon initial_cls_inst_tys nt_tycon tc_args
535         | Just co_con <- newTyConCo_maybe nt_tycon
536         , let co = mkSymCoercion (mkTyConApp co_con tc_args)
537         = WpCast (mkTyConApp cls_tycon (initial_cls_inst_tys ++ [co]))
538         | otherwise     -- The newtype is transparent; no need for a cast
539         = idHsWrapper
540
541       -----------------------
542       --     (make_body C tys scs coreced_rep_dict)
543       --                returns
544       --     (case coerced_rep_dict of { C _ ops -> C scs ops })
545       -- But if there are no superclasses, it returns just coerced_rep_dict
546       -- See Note [Newtype deriving superclasses] in TcDeriv.lhs
547
548     make_body cls_tycon cls_inst_tys sc_dicts coerced_rep_dict
549         | null sc_dicts         -- Case (a)
550         = return coerced_rep_dict
551         | otherwise             -- Case (b)
552         = do { op_ids            <- newSysLocalIds (fsLit "op") op_tys
553              ; dummy_sc_dict_ids <- newSysLocalIds (fsLit "sc") (map idType sc_dict_ids)
554              ; let the_pat = ConPatOut { pat_con = noLoc cls_data_con, pat_tvs = [],
555                                          pat_dicts = dummy_sc_dict_ids,
556                                          pat_binds = emptyLHsBinds,
557                                          pat_args = PrefixCon (map nlVarPat op_ids),
558                                          pat_ty = pat_ty}
559                    the_match = mkSimpleMatch [noLoc the_pat] the_rhs
560                    the_rhs = mkHsConApp cls_data_con cls_inst_tys $
561                              map HsVar (sc_dict_ids ++ op_ids)
562
563                 -- Warning: this HsCase scrutinises a value with a PredTy, which is
564                 --          never otherwise seen in Haskell source code. It'd be
565                 --          nicer to generate Core directly!
566              ; return (HsCase (noLoc coerced_rep_dict) $
567                        MatchGroup [the_match] (mkFunTy pat_ty pat_ty)) }
568         where
569           sc_dict_ids  = map instToId sc_dicts
570           pat_ty       = mkTyConApp cls_tycon cls_inst_tys
571           cls_data_con = head (tyConDataCons cls_tycon)
572           cls_arg_tys  = dataConInstArgTys cls_data_con cls_inst_tys
573           op_tys       = dropList sc_dict_ids cls_arg_tys
574
575 ------------------------
576 -- Ordinary instances
577
578 tcInstDecl2 (InstInfo { iSpec = ispec, iBinds = VanillaInst monobinds uprags })
579   = let
580         dfun_id    = instanceDFunId ispec
581         rigid_info = InstSkol
582         inst_ty    = idType dfun_id
583         loc        = getSrcSpan dfun_id
584     in
585          -- Prime error recovery
586     recoverM (return emptyLHsBinds)             $
587     setSrcSpan loc                              $
588     addErrCtxt (instDeclCtxt2 (idType dfun_id)) $ do
589
590         -- Instantiate the instance decl with skolem constants
591     (inst_tyvars', dfun_theta', inst_head') <- tcSkolSigType rigid_info inst_ty
592                 -- These inst_tyvars' scope over the 'where' part
593                 -- Those tyvars are inside the dfun_id's type, which is a bit
594                 -- bizarre, but OK so long as you realise it!
595     let
596         (clas, inst_tys') = tcSplitDFunHead inst_head'
597         (class_tyvars, sc_theta, _, op_items) = classBigSig clas
598
599         -- Instantiate the super-class context with inst_tys
600         sc_theta' = substTheta (zipOpenTvSubst class_tyvars inst_tys') sc_theta
601         (eq_sc_theta',dict_sc_theta')     = partition isEqPred sc_theta'
602         origin    = SigOrigin rigid_info
603         (eq_dfun_theta',dict_dfun_theta') = partition isEqPred dfun_theta'
604
605          -- Create dictionary Ids from the specified instance contexts.
606     sc_loc        <- getInstLoc InstScOrigin
607     sc_dicts      <- newDictBndrs sc_loc dict_sc_theta'
608     inst_loc      <- getInstLoc origin
609     sc_covars     <- mkMetaCoVars eq_sc_theta'
610     wanted_sc_eqs <- mkEqInsts eq_sc_theta' (map mkWantedCo sc_covars)
611     dfun_covars   <- mkCoVars eq_dfun_theta'
612     dfun_eqs      <- mkEqInsts eq_dfun_theta' (map mkGivenCo $ mkTyVarTys dfun_covars)
613     dfun_dicts    <- newDictBndrs inst_loc dict_dfun_theta'
614     this_dict     <- newDictBndr inst_loc (mkClassPred clas inst_tys')
615                 -- Default-method Ids may be mentioned in synthesised RHSs,
616                 -- but they'll already be in the environment.
617
618         -- Typecheck the methods
619     let -- These insts are in scope; quite a few, eh?
620         dfun_insts      = dfun_eqs ++ dfun_dicts
621         wanted_sc_insts = wanted_sc_eqs   ++ sc_dicts
622         given_sc_eqs    = map (updateEqInstCoercion (mkGivenCo . TyVarTy . fromWantedCo "tcInstDecl2") ) wanted_sc_eqs
623         given_sc_insts  = given_sc_eqs   ++ sc_dicts
624         avail_insts     = dfun_insts ++ given_sc_insts
625
626     (meth_ids, meth_binds) <- tcMethods origin clas inst_tyvars'
627                                  dfun_theta' inst_tys' this_dict avail_insts
628                                  op_items monobinds uprags
629
630     -- Figure out bindings for the superclass context
631     -- Don't include this_dict in the 'givens', else
632     -- wanted_sc_insts get bound by just selecting  from this_dict!!
633     sc_binds <- addErrCtxt superClassCtxt
634                    (tcSimplifySuperClasses inst_loc dfun_insts wanted_sc_insts)
635
636     -- It's possible that the superclass stuff might unified one
637     -- of the inst_tyavars' with something in the envt
638     checkSigTyVars inst_tyvars'
639
640     -- Deal with 'SPECIALISE instance' pragmas
641     prags <- tcPrags dfun_id (filter isSpecInstLSig uprags)
642
643     -- Create the result bindings
644     let
645         dict_constr   = classDataCon clas
646         scs_and_meths = map instToId sc_dicts ++ meth_ids
647         this_dict_id  = instToId this_dict
648         inline_prag | null dfun_insts  = []
649                     | otherwise        = [L loc (InlinePrag (Inline AlwaysActive True))]
650                 -- Always inline the dfun; this is an experimental decision
651                 -- because it makes a big performance difference sometimes.
652                 -- Often it means we can do the method selection, and then
653                 -- inline the method as well.  Marcin's idea; see comments below.
654                 --
655                 -- BUT: don't inline it if it's a constant dictionary;
656                 -- we'll get all the benefit without inlining, and we get
657                 -- a **lot** of code duplication if we inline it
658                 --
659                 --      See Note [Inline dfuns] below
660
661         dict_rhs = mkHsConApp dict_constr (inst_tys' ++ mkTyVarTys sc_covars)
662                                           (map HsVar scs_and_meths)
663                 -- We don't produce a binding for the dict_constr; instead we
664                 -- rely on the simplifier to unfold this saturated application
665                 -- We do this rather than generate an HsCon directly, because
666                 -- it means that the special cases (e.g. dictionary with only one
667                 -- member) are dealt with by the common MkId.mkDataConWrapId code rather
668                 -- than needing to be repeated here.
669
670         dict_bind  = noLoc (VarBind this_dict_id dict_rhs)
671         all_binds  = dict_bind `consBag` (sc_binds `unionBags` meth_binds)
672
673         main_bind = noLoc $ AbsBinds
674                             (inst_tyvars' ++ dfun_covars)
675                             (map instToId dfun_dicts)
676                             [(inst_tyvars' ++ dfun_covars, dfun_id, this_dict_id, inline_prag ++ prags)]
677                             all_binds
678
679     showLIE (text "instance")
680     return (unitBag main_bind)
681
682 mkCoVars :: [PredType] -> TcM [TyVar]
683 mkCoVars = newCoVars . map unEqPred
684   where
685     unEqPred (EqPred ty1 ty2) = (ty1, ty2)
686     unEqPred _                = panic "TcInstDcls.mkCoVars"
687
688 mkMetaCoVars :: [PredType] -> TcM [TyVar]
689 mkMetaCoVars = mapM eqPredToCoVar
690   where
691     eqPredToCoVar (EqPred ty1 ty2) = newMetaCoVar ty1 ty2
692     eqPredToCoVar _                = panic "TcInstDcls.mkMetaCoVars"
693
694 tcMethods :: InstOrigin -> Class -> [TcTyVar] -> TcThetaType -> [TcType]
695           -> Inst -> [Inst] -> [(Id, DefMeth)] -> LHsBindsLR Name Name
696           -> [LSig Name]
697           -> TcM ([Id], Bag (LHsBind Id))
698 tcMethods origin clas inst_tyvars' dfun_theta' inst_tys'
699           this_dict extra_insts op_items monobinds uprags = do
700     -- Check that all the method bindings come from this class
701     let
702         sel_names = [idName sel_id | (sel_id, _) <- op_items]
703         bad_bndrs = collectHsBindBinders monobinds `minusList` sel_names
704
705     mapM (addErrTc . badMethodErr clas) bad_bndrs
706
707     -- Make the method bindings
708     let
709         mk_method_id (sel_id, _) = mkMethId origin clas sel_id inst_tys'
710
711     (meth_insts, meth_ids) <- mapAndUnzipM mk_method_id op_items
712
713         -- And type check them
714         -- It's really worth making meth_insts available to the tcMethodBind
715         -- Consider     instance Monad (ST s) where
716         --                {-# INLINE (>>) #-}
717         --                (>>) = ...(>>=)...
718         -- If we don't include meth_insts, we end up with bindings like this:
719         --      rec { dict = MkD then bind ...
720         --            then = inline_me (... (GHC.Base.>>= dict) ...)
721         --            bind = ... }
722         -- The trouble is that (a) 'then' and 'dict' are mutually recursive,
723         -- and (b) the inline_me prevents us inlining the >>= selector, which
724         -- would unravel the loop.  Result: (>>) ends up as a loop breaker, and
725         -- is not inlined across modules. Rather ironic since this does not
726         -- happen without the INLINE pragma!
727         --
728         -- Solution: make meth_insts available, so that 'then' refers directly
729         --           to the local 'bind' rather than going via the dictionary.
730         --
731         -- BUT WATCH OUT!  If the method type mentions the class variable, then
732         -- this optimisation is not right.  Consider
733         --      class C a where
734         --        op :: Eq a => a
735         --
736         --      instance C Int where
737         --        op = op
738         -- The occurrence of 'op' on the rhs gives rise to a constraint
739         --      op at Int
740         -- The trouble is that the 'meth_inst' for op, which is 'available', also
741         -- looks like 'op at Int'.  But they are not the same.
742     let
743         prag_fn        = mkPragFun uprags
744         all_insts      = extra_insts ++ catMaybes meth_insts
745         sig_fn _       = Just []        -- No scoped type variables, but every method has
746                                         -- a type signature, in effect, so that we check
747                                         -- the method has the right type
748         tc_method_bind = tcMethodBind origin inst_tyvars' dfun_theta' this_dict 
749                                       all_insts sig_fn prag_fn monobinds
750
751     meth_binds_s <- zipWithM tc_method_bind op_items meth_ids
752
753     return (meth_ids, unionManyBags meth_binds_s)
754 \end{code}
755
756
757                 ------------------------------
758         [Inline dfuns] Inlining dfuns unconditionally
759                 ------------------------------
760
761 The code above unconditionally inlines dict funs.  Here's why.
762 Consider this program:
763
764     test :: Int -> Int -> Bool
765     test x y = (x,y) == (y,x) || test y x
766     -- Recursive to avoid making it inline.
767
768 This needs the (Eq (Int,Int)) instance.  If we inline that dfun
769 the code we end up with is good:
770
771     Test.$wtest =
772         \r -> case ==# [ww ww1] of wild {
773                 PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
774                 PrelBase.True ->
775                   case ==# [ww1 ww] of wild1 {
776                     PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
777                     PrelBase.True -> PrelBase.True [];
778                   };
779             };
780     Test.test = \r [w w1]
781             case w of w2 {
782               PrelBase.I# ww ->
783                   case w1 of w3 { PrelBase.I# ww1 -> Test.$wtest ww ww1; };
784             };
785
786 If we don't inline the dfun, the code is not nearly as good:
787
788     (==) = case PrelTup.$fEq(,) PrelBase.$fEqInt PrelBase.$fEqInt of tpl {
789               PrelBase.:DEq tpl1 tpl2 -> tpl2;
790             };
791
792     Test.$wtest =
793         \r [ww ww1]
794             let { y = PrelBase.I#! [ww1]; } in
795             let { x = PrelBase.I#! [ww]; } in
796             let { sat_slx = PrelTup.(,)! [y x]; } in
797             let { sat_sly = PrelTup.(,)! [x y];
798             } in
799               case == sat_sly sat_slx of wild {
800                 PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
801                 PrelBase.True -> PrelBase.True [];
802               };
803
804     Test.test =
805         \r [w w1]
806             case w of w2 {
807               PrelBase.I# ww ->
808                   case w1 of w3 { PrelBase.I# ww1 -> Test.$wtest ww ww1; };
809             };
810
811 Why doesn't GHC inline $fEq?  Because it looks big:
812
813     PrelTup.zdfEqZ1T{-rcX-}
814         = \ @ a{-reT-} :: * @ b{-reS-} :: *
815             zddEq{-rf6-} _Ks :: {PrelBase.Eq{-23-} a{-reT-}}
816             zddEq1{-rf7-} _Ks :: {PrelBase.Eq{-23-} b{-reS-}} ->
817             let {
818               zeze{-rf0-} _Kl :: (b{-reS-} -> b{-reS-} -> PrelBase.Bool{-3c-})
819               zeze{-rf0-} = PrelBase.zeze{-01L-}@ b{-reS-} zddEq1{-rf7-} } in
820             let {
821               zeze1{-rf3-} _Kl :: (a{-reT-} -> a{-reT-} -> PrelBase.Bool{-3c-})
822               zeze1{-rf3-} = PrelBase.zeze{-01L-} @ a{-reT-} zddEq{-rf6-} } in
823             let {
824               zeze2{-reN-} :: ((a{-reT-}, b{-reS-}) -> (a{-reT-}, b{-reS-})-> PrelBase.Bool{-3c-})
825               zeze2{-reN-} = \ ds{-rf5-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-})
826                                ds1{-rf4-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-}) ->
827                              case ds{-rf5-}
828                              of wild{-reW-} _Kd { (a1{-rf2-} _Ks, a2{-reZ-} _Ks) ->
829                              case ds1{-rf4-}
830                              of wild1{-reX-} _Kd { (b1{-rf1-} _Ks, b2{-reY-} _Ks) ->
831                              PrelBase.zaza{-r4e-}
832                                (zeze1{-rf3-} a1{-rf2-} b1{-rf1-})
833                                (zeze{-rf0-} a2{-reZ-} b2{-reY-})
834                              }
835                              } } in
836             let {
837               a1{-reR-} :: ((a{-reT-}, b{-reS-})-> (a{-reT-}, b{-reS-})-> PrelBase.Bool{-3c-})
838               a1{-reR-} = \ a2{-reV-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-})
839                             b1{-reU-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-}) ->
840                           PrelBase.not{-r6I-} (zeze2{-reN-} a2{-reV-} b1{-reU-})
841             } in
842               PrelBase.zdwZCDEq{-r8J-} @ (a{-reT-}, b{-reS-}) a1{-reR-} zeze2{-reN-})
843
844 and it's not as bad as it seems, because it's further dramatically
845 simplified: only zeze2 is extracted and its body is simplified.
846
847
848 %************************************************************************
849 %*                                                                      *
850 \subsection{Error messages}
851 %*                                                                      *
852 %************************************************************************
853
854 \begin{code}
855 instDeclCtxt1 :: LHsType Name -> SDoc
856 instDeclCtxt1 hs_inst_ty
857   = inst_decl_ctxt (case unLoc hs_inst_ty of
858                         HsForAllTy _ _ _ (L _ (HsPredTy pred)) -> ppr pred
859                         HsPredTy pred                    -> ppr pred
860                         _                                -> ppr hs_inst_ty)     -- Don't expect this
861 instDeclCtxt2 :: Type -> SDoc
862 instDeclCtxt2 dfun_ty
863   = inst_decl_ctxt (ppr (mkClassPred cls tys))
864   where
865     (_,_,cls,tys) = tcSplitDFunTy dfun_ty
866
867 inst_decl_ctxt :: SDoc -> SDoc
868 inst_decl_ctxt doc = ptext (sLit "In the instance declaration for") <+> quotes doc
869
870 superClassCtxt :: SDoc
871 superClassCtxt = ptext (sLit "When checking the super-classes of an instance declaration")
872
873 atInstCtxt :: Name -> SDoc
874 atInstCtxt name = ptext (sLit "In the associated type instance for") <+>
875                   quotes (ppr name)
876
877 mustBeVarArgErr :: Type -> SDoc
878 mustBeVarArgErr ty =
879   sep [ ptext (sLit "Arguments that do not correspond to a class parameter") <+>
880         ptext (sLit "must be variables")
881       , ptext (sLit "Instead of a variable, found") <+> ppr ty
882       ]
883
884 wrongATArgErr :: Type -> Type -> SDoc
885 wrongATArgErr ty instTy =
886   sep [ ptext (sLit "Type indexes must match class instance head")
887       , ptext (sLit "Found") <+> ppr ty <+> ptext (sLit "but expected") <+>
888          ppr instTy
889       ]
890 \end{code}