Fix newtype deriving properly (un-doing Audreys patch)
[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,
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    -> TcM (TcGblEnv,            -- The full inst env
150            [InstInfo],          -- Source-code instance decls to process; 
151                                 -- contains all dfuns for this module
152            HsValBinds Name)     -- Supporting bindings for derived instances
153
154 tcInstDecls1 tycl_decls inst_decls
155   = checkNoErrs $
156     do {        -- Stop if addInstInfos etc discovers any errors
157                 -- (they recover, so that we get more than one error each
158                 -- round) 
159
160                 -- (1) Do class instance declarations and instances of indexed
161                 --     types 
162        ; let { idxty_decls = filter (isIdxTyDecl . unLoc) tycl_decls }
163        ; local_info_tycons <- mappM tcLocalInstDecl1  inst_decls
164        ; idx_tycons        <- mappM tcIdxTyInstDeclTL idxty_decls
165
166        ; let { (local_infos,
167                 at_tycons)     = unzip local_info_tycons
168              ; local_info      = concat local_infos
169              ; at_idx_tycon    = concat at_tycons ++ catMaybes idx_tycons
170              ; clas_decls      = filter (isClassDecl.unLoc) tycl_decls 
171              ; implicit_things = concatMap implicitTyThings at_idx_tycon
172              }
173
174                 -- (2) Add the tycons of indexed types and their implicit
175                 --     tythings to the global environment
176        ; tcExtendGlobalEnv (at_idx_tycon ++ implicit_things) $ do {
177
178                 -- (3) Instances from generic class declarations
179        ; generic_inst_info <- getGenericInstances clas_decls
180
181                 -- Next, construct the instance environment so far, consisting
182                 -- of 
183                 --   a) local instance decls
184                 --   b) generic instances
185                 --   c) local family instance decls
186        ; addInsts local_info         $ do {
187        ; addInsts generic_inst_info  $ do {
188        ; addFamInsts at_idx_tycon    $ do {
189
190                 -- (4) Compute instances from "deriving" clauses; 
191                 -- This stuff computes a context for the derived instance
192                 -- decl, so it needs to know about all the instances possible
193        ; (deriv_inst_info, deriv_binds) <- tcDeriving tycl_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 <- tcIdxTyInstDecl 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 (extractFamInsts tycons) thing_inside
230 \end{code} 
231
232 \begin{code}
233 tcLocalInstDecl1 :: LInstDecl Name 
234                  -> TcM ([InstInfo], [TyThing]) -- [] if there was an error
235         -- A source-file instance declaration
236         -- Type-check all the stuff before the "where"
237         --
238         -- We check for respectable instance type, and context
239 tcLocalInstDecl1 decl@(L loc (InstDecl poly_ty binds uprags ats))
240   =     -- Prime error recovery, set source location
241     recoverM (returnM ([], []))         $
242     setSrcSpan loc                      $
243     addErrCtxt (instDeclCtxt1 poly_ty)  $
244
245     do  { is_boot <- tcIsHsBoot
246         ; checkTc (not is_boot || (isEmptyLHsBinds binds && null uprags))
247                   badBootDeclErr
248
249         -- Typecheck the instance type itself.  We can't use 
250         -- tcHsSigType, because it's not a valid user type.
251         ; kinded_ty <- kcHsSigType poly_ty
252         ; poly_ty'  <- tcHsKindedType kinded_ty
253         ; let (tyvars, theta, tau) = tcSplitSigmaTy poly_ty'
254         
255         -- Next, process any associated types.
256         ; idx_tycons <- mappM tcIdxTyInstDecl 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 (srcSpanStart loc)
267         ; overlap_flag <- getOverlapFlag
268         ; let dfun           = mkDictFunId dfun_name tyvars theta clas inst_tys
269               ispec          = mkLocalInstance dfun overlap_flag
270
271         ; return ([InstInfo { iSpec  = ispec, 
272                               iBinds = VanillaInst binds uprags }],
273                   catMaybes idx_tycons)
274         }
275   where
276     -- We pass in the source form and the type checked form of the ATs.  We
277     -- really need the source form only to be able to produce more informative
278     -- error messages.
279     checkValidAndMissingATs :: Class
280                             -> ([TyVar], [TcType])     -- instance types
281                             -> [(LTyClDecl Name,       -- source form of AT
282                                  Maybe TyThing)]       -- Core form of AT
283                             -> TcM ()
284     checkValidAndMissingATs clas inst_tys ats
285       = do { -- Issue a warning for each class AT that is not defined in this
286              -- instance.
287            ; let classDefATs = listToNameSet . map tyConName . classATs $ clas
288                  definedATs  = listToNameSet . map (tcdName.unLoc.fst)  $ ats
289                  omitted     = classDefATs `minusNameSet` definedATs
290            ; warn <- doptM Opt_WarnMissingMethods
291            ; mapM_ (warnTc warn . omittedATWarn) (nameSetToList omitted)
292            
293              -- Ensure that all AT indexes that correspond to class parameters
294              -- coincide with the types in the instance head.  All remaining
295              -- AT arguments must be variables.  Also raise an error for any
296              -- type instances that are not associated with this class.
297            ; mapM_ (checkIndexes clas inst_tys) ats
298            }
299
300     checkIndexes _    _        (hsAT, Nothing)             = 
301       return ()    -- skip, we already had an error here
302     checkIndexes clas inst_tys (hsAT, Just (ATyCon tycon)) = 
303 -- !!!TODO: check that this does the Right Thing for indexed synonyms, too!
304       checkIndexes' clas inst_tys hsAT 
305                     (tyConTyVars tycon, 
306                      snd . fromJust . tyConFamInst_maybe $ tycon)
307     checkIndexes _ _ _ = panic "checkIndexes"
308
309     checkIndexes' clas (instTvs, instTys) hsAT (atTvs, atTys)
310       = let atName = tcdName . unLoc $ hsAT
311         in
312         setSrcSpan (getLoc hsAT)       $
313         addErrCtxt (atInstCtxt atName) $
314         case find ((atName ==) . tyConName) (classATs clas) of
315           Nothing     -> addErrTc $ badATErr clas atName  -- not in this class
316           Just atDecl -> 
317             case assocTyConArgPoss_maybe atDecl of
318               Nothing   -> panic "checkIndexes': AT has no args poss?!?"
319               Just poss -> 
320
321                 -- The following is tricky!  We need to deal with three
322                 -- complications: (1) The AT possibly only uses a subset of
323                 -- the class parameters as indexes and those it uses may be in
324                 -- a different order; (2) the AT may have extra arguments,
325                 -- which must be type variables; and (3) variables in AT and
326                 -- instance head will be different `Name's even if their
327                 -- source lexemes are identical.
328                 --
329                 -- Re (1), `poss' contains a permutation vector to extract the
330                 -- class parameters in the right order.
331                 --
332                 -- Re (2), we wrap the (permuted) class parameters in a Maybe
333                 -- type and use Nothing for any extra AT arguments.  (First
334                 -- equation of `checkIndex' below.)
335                 --
336                 -- Re (3), we replace any type variable in the AT parameters
337                 -- that has the same source lexeme as some variable in the
338                 -- instance types with the instance type variable sharing its
339                 -- source lexeme.
340                 --
341                 let relevantInstTys = map (instTys !!) poss
342                     instArgs        = map Just relevantInstTys ++ 
343                                       repeat Nothing  -- extra arguments
344                     renaming        = substSameTyVar atTvs instTvs
345                 in
346                 zipWithM_ checkIndex (substTys renaming atTys) instArgs
347
348     checkIndex ty Nothing 
349       | isTyVarTy ty         = return ()
350       | otherwise            = addErrTc $ mustBeVarArgErr ty
351     checkIndex ty (Just instTy) 
352       | ty `tcEqType` instTy = return ()
353       | otherwise            = addErrTc $ wrongATArgErr ty instTy
354
355     listToNameSet = addListToNameSet emptyNameSet 
356
357     substSameTyVar []       _            = emptyTvSubst
358     substSameTyVar (tv:tvs) replacingTvs = 
359       let replacement = case find (tv `sameLexeme`) replacingTvs of
360                           Nothing  -> mkTyVarTy tv
361                           Just rtv -> mkTyVarTy rtv
362           --
363           tv1 `sameLexeme` tv2 = 
364             nameOccName (tyVarName tv1) == nameOccName (tyVarName tv2)
365       in
366       extendTvSubst (substSameTyVar tvs replacingTvs) tv replacement
367 \end{code}
368
369
370 %************************************************************************
371 %*                                                                      *
372 \subsection{Type-checking instance declarations, pass 2}
373 %*                                                                      *
374 %************************************************************************
375
376 \begin{code}
377 tcInstDecls2 :: [LTyClDecl Name] -> [InstInfo] 
378              -> TcM (LHsBinds Id, TcLclEnv)
379 -- (a) From each class declaration, 
380 --      generate any default-method bindings
381 -- (b) From each instance decl
382 --      generate the dfun binding
383
384 tcInstDecls2 tycl_decls inst_decls
385   = do  {       -- (a) Default methods from class decls
386           (dm_binds_s, dm_ids_s) <- mapAndUnzipM tcClassDecl2 $
387                                     filter (isClassDecl.unLoc) tycl_decls
388         ; tcExtendIdEnv (concat dm_ids_s)       $ do 
389     
390                 -- (b) instance declarations
391         ; inst_binds_s <- mappM tcInstDecl2 inst_decls
392
393                 -- Done
394         ; let binds = unionManyBags dm_binds_s `unionBags` 
395                       unionManyBags inst_binds_s
396         ; tcl_env <- getLclEnv          -- Default method Ids in here
397         ; returnM (binds, tcl_env) }
398 \end{code}
399
400 ======= New documentation starts here (Sept 92)  ==============
401
402 The main purpose of @tcInstDecl2@ is to return a @HsBinds@ which defines
403 the dictionary function for this instance declaration.  For example
404 \begin{verbatim}
405         instance Foo a => Foo [a] where
406                 op1 x = ...
407                 op2 y = ...
408 \end{verbatim}
409 might generate something like
410 \begin{verbatim}
411         dfun.Foo.List dFoo_a = let op1 x = ...
412                                    op2 y = ...
413                                in
414                                    Dict [op1, op2]
415 \end{verbatim}
416
417 HOWEVER, if the instance decl has no context, then it returns a
418 bigger @HsBinds@ with declarations for each method.  For example
419 \begin{verbatim}
420         instance Foo [a] where
421                 op1 x = ...
422                 op2 y = ...
423 \end{verbatim}
424 might produce
425 \begin{verbatim}
426         dfun.Foo.List a = Dict [Foo.op1.List a, Foo.op2.List a]
427         const.Foo.op1.List a x = ...
428         const.Foo.op2.List a y = ...
429 \end{verbatim}
430 This group may be mutually recursive, because (for example) there may
431 be no method supplied for op2 in which case we'll get
432 \begin{verbatim}
433         const.Foo.op2.List a = default.Foo.op2 (dfun.Foo.List a)
434 \end{verbatim}
435 that is, the default method applied to the dictionary at this type.
436
437 What we actually produce in either case is:
438
439         AbsBinds [a] [dfun_theta_dicts]
440                  [(dfun.Foo.List, d)] ++ (maybe) [(const.Foo.op1.List, op1), ...]
441                  { d = (sd1,sd2, ..., op1, op2, ...)
442                    op1 = ...
443                    op2 = ...
444                  }
445
446 The "maybe" says that we only ask AbsBinds to make global constant methods
447 if the dfun_theta is empty.
448
449                 
450 For an instance declaration, say,
451
452         instance (C1 a, C2 b) => C (T a b) where
453                 ...
454
455 where the {\em immediate} superclasses of C are D1, D2, we build a dictionary
456 function whose type is
457
458         (C1 a, C2 b, D1 (T a b), D2 (T a b)) => C (T a b)
459
460 Notice that we pass it the superclass dictionaries at the instance type; this
461 is the ``Mark Jones optimisation''.  The stuff before the "=>" here
462 is the @dfun_theta@ below.
463
464 First comes the easy case of a non-local instance decl.
465
466
467 \begin{code}
468 tcInstDecl2 :: InstInfo -> TcM (LHsBinds Id)
469 -- Returns a binding for the dfun
470
471 ------------------------
472 -- Derived newtype instances
473 --
474 -- In the case of a newtype, things are rather easy
475 --      class Show a => Foo a b where ...
476 --      newtype T a = MkT (Tree [a]) deriving( Foo Int )
477 -- The newtype gives an FC axiom looking like
478 --      axiom CoT a ::  T a :=: Tree [a]
479 --   (see Note [Newtype coercions] in TyCon for this unusual form of axiom)
480 --
481 -- So all need is to generate a binding looking like: 
482 --      dfunFooT :: forall a. (Foo Int (Tree [a], Show (T a)) => Foo Int (T a)
483 --      dfunFooT = /\a. \(ds:Show (T a)) (df:Foo (Tree [a])).
484 --                case df `cast` (Foo Int (sym (CoT a))) of
485 --                   Foo _ op1 .. opn -> Foo ds op1 .. opn
486 --
487 -- If there are no superclasses, matters are simpler, because we don't need the case
488 -- see Note [Newtype deriving superclasses] in TcDeriv.lhs
489
490 tcInstDecl2 (InstInfo { iSpec = ispec, iBinds = NewTypeDerived mb_preds })
491   = do  { let dfun_id      = instanceDFunId ispec 
492               rigid_info   = InstSkol dfun_id
493               origin       = SigOrigin rigid_info
494               inst_ty      = idType dfun_id
495         ; (tvs, theta, inst_head_ty) <- tcSkolSigType rigid_info inst_ty
496                 -- inst_head_ty is a PredType
497
498         ; inst_loc <- getInstLoc origin
499         ; (rep_dict_id : sc_dict_ids, wrap_fn)
500                 <- make_wrapper inst_loc tvs theta mb_preds
501                 -- Here, we are relying on the order of dictionary 
502                 -- arguments built by NewTypeDerived in TcDeriv; 
503                 -- namely, that the rep_dict_id comes first
504            
505         ; let (cls, cls_inst_tys) = tcSplitDFunHead inst_head_ty
506               the_coercion     = make_coercion cls cls_inst_tys
507               coerced_rep_dict = mkHsCoerce the_coercion (HsVar rep_dict_id)
508
509         ; body <- make_body cls cls_inst_tys inst_head_ty sc_dict_ids coerced_rep_dict
510               
511         ; return (unitBag (noLoc $ VarBind dfun_id $ noLoc $ mkHsCoerce wrap_fn body)) }
512   where
513
514       -----------------------
515       --        make_wrapper
516       -- We distinguish two cases:
517       -- (a) there is no tyvar abstraction in the dfun, so all dicts are constant,
518       --     and the new dict can just be a constant
519       --        (mb_preds = Just preds)
520       -- (b) there are tyvars, so we must make a dict *fun*
521       --        (mb_preds = Nothing)
522       -- See the defn of NewTypeDerived for the meaning of mb_preds
523     make_wrapper inst_loc tvs theta (Just preds)        -- Case (a)
524       = ASSERT( null tvs && null theta )
525         do { dicts <- newDictBndrs inst_loc preds
526            ; extendLIEs dicts
527            ; return (map instToId dicts, idCoercion) }
528     make_wrapper inst_loc tvs theta Nothing     -- Case (b)
529       = do { dicts <- newDictBndrs inst_loc theta
530            ; let dict_ids = map instToId dicts
531            ; return (dict_ids, mkCoTyLams tvs <.> mkCoLams dict_ids) }
532
533       -----------------------
534       --        make_coercion
535       -- The inst_head looks like (C s1 .. sm (T a1 .. ak))
536       -- But we want the coercion (C s1 .. sm (sym (CoT a1 .. ak)))
537       --        with kind (C s1 .. sm (T a1 .. ak)  :=:  C s1 .. sm <rep_ty>)
538       --        where rep_ty is the (eta-reduced) type rep of T
539       -- So we just replace T with CoT, and insert a 'sym'
540       -- NB: we know that k will be >= arity of CoT, because the latter fully eta-reduced
541
542     make_coercion cls cls_inst_tys
543         | Just (all_tys_but_last, last_ty) <- snocView cls_inst_tys
544         , (tycon, tc_args) <- tcSplitTyConApp last_ty   -- Should not fail
545         , Just co_con <- newTyConCo_maybe tycon
546         , let co = mkSymCoercion (mkTyConApp co_con tc_args)
547         = ExprCoFn (mkTyConApp cls_tycon (all_tys_but_last ++ [co]))
548         | otherwise     -- The newtype is transparent; no need for a cast
549         = idCoercion
550         where
551           cls_tycon = classTyCon cls
552
553       -----------------------
554       --        make_body
555       -- Two cases; see Note [Newtype deriving superclasses] in TcDeriv.lhs
556       -- (a) no superclasses; then we can just use the coerced dict
557       -- (b) one or more superclasses; then new need to do the unpack/repack
558         
559     make_body cls cls_inst_tys inst_head_ty sc_dict_ids coerced_rep_dict
560         | null sc_dict_ids              -- Case (a)
561         = return coerced_rep_dict
562         | otherwise                     -- Case (b)
563         = do { op_ids            <- newSysLocalIds FSLIT("op") op_tys
564              ; dummy_sc_dict_ids <- newSysLocalIds FSLIT("sc") (map idType sc_dict_ids)
565              ; let the_pat = ConPatOut { pat_con = noLoc cls_data_con, pat_tvs = [],
566                                          pat_dicts = dummy_sc_dict_ids,
567                                          pat_binds = emptyLHsBinds,
568                                          pat_args = PrefixCon (map nlVarPat op_ids),
569                                          pat_ty = inst_head_ty} 
570                    the_match = mkSimpleMatch [noLoc the_pat] the_rhs
571                    the_rhs = mkHsConApp cls_data_con cls_inst_tys $
572                              map HsVar (sc_dict_ids ++ op_ids)
573
574                 -- Warning: this HsCase scrutinises a value with a PredTy, which is
575                 --          never otherwise seen in Haskell source code. It'd be
576                 --          nicer to generate Core directly!
577              ; return (HsCase (noLoc coerced_rep_dict) $
578                        MatchGroup [the_match] (mkFunTy inst_head_ty inst_head_ty)) }
579         where
580           cls_data_con = classDataCon cls
581           cls_arg_tys  = dataConInstArgTys cls_data_con cls_inst_tys 
582           op_tys       = dropList sc_dict_ids cls_arg_tys
583
584 ------------------------
585 -- Ordinary instances
586
587 tcInstDecl2 (InstInfo { iSpec = ispec, iBinds = VanillaInst monobinds uprags })
588   = let 
589         dfun_id    = instanceDFunId ispec
590         rigid_info = InstSkol dfun_id
591         inst_ty    = idType dfun_id
592     in
593          -- Prime error recovery
594     recoverM (returnM emptyLHsBinds)            $
595     setSrcSpan (srcLocSpan (getSrcLoc dfun_id)) $
596     addErrCtxt (instDeclCtxt2 (idType dfun_id)) $
597
598         -- Instantiate the instance decl with skolem constants 
599     tcSkolSigType rigid_info inst_ty    `thenM` \ (inst_tyvars', dfun_theta', inst_head') ->
600                 -- These inst_tyvars' scope over the 'where' part
601                 -- Those tyvars are inside the dfun_id's type, which is a bit
602                 -- bizarre, but OK so long as you realise it!
603     let
604         (clas, inst_tys') = tcSplitDFunHead inst_head'
605         (class_tyvars, sc_theta, _, op_items) = classBigSig clas
606
607         -- Instantiate the super-class context with inst_tys
608         sc_theta' = substTheta (zipOpenTvSubst class_tyvars inst_tys') sc_theta
609         origin    = SigOrigin rigid_info
610     in
611          -- Create dictionary Ids from the specified instance contexts.
612     getInstLoc InstScOrigin                             `thenM` \ sc_loc -> 
613     newDictBndrs sc_loc sc_theta'                       `thenM` \ sc_dicts ->
614     getInstLoc origin                                   `thenM` \ inst_loc -> 
615     newDictBndrs inst_loc dfun_theta'                   `thenM` \ dfun_arg_dicts ->
616     newDictBndr inst_loc (mkClassPred clas inst_tys')   `thenM` \ this_dict ->
617                 -- Default-method Ids may be mentioned in synthesised RHSs,
618                 -- but they'll already be in the environment.
619
620         -- Typecheck the methods
621     let         -- These insts are in scope; quite a few, eh?
622         avail_insts = [this_dict] ++ dfun_arg_dicts ++ sc_dicts
623     in
624     tcMethods origin clas inst_tyvars' 
625               dfun_theta' inst_tys' avail_insts 
626               op_items monobinds uprags         `thenM` \ (meth_ids, meth_binds) ->
627
628         -- Figure out bindings for the superclass context
629         -- Don't include this_dict in the 'givens', else
630         -- sc_dicts get bound by just selecting  from this_dict!!
631     addErrCtxt superClassCtxt
632         (tcSimplifySuperClasses inst_tyvars'
633                          dfun_arg_dicts
634                          sc_dicts)      `thenM` \ sc_binds ->
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'         `thenM_`
639
640         -- Deal with 'SPECIALISE instance' pragmas 
641     tcPrags dfun_id (filter isSpecInstLSig uprags)      `thenM` \ prags -> 
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_arg_dicts = []
649                     | otherwise = [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
662           = mkHsConApp dict_constr inst_tys' (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'
675                             (map instToId dfun_arg_dicts)
676                             [(inst_tyvars', dfun_id, this_dict_id, 
677                                             inline_prag ++ prags)] 
678                             all_binds
679     in
680     showLIE (text "instance")           `thenM_`
681     returnM (unitBag main_bind)
682
683
684 tcMethods origin clas inst_tyvars' dfun_theta' inst_tys' 
685           avail_insts op_items monobinds uprags
686   =     -- Check that all the method bindings come from this class
687     let
688         sel_names = [idName sel_id | (sel_id, _) <- op_items]
689         bad_bndrs = collectHsBindBinders monobinds `minusList` sel_names
690     in
691     mappM (addErrTc . badMethodErr clas) bad_bndrs      `thenM_`
692
693         -- Make the method bindings
694     let
695         mk_method_bind = mkMethodBind origin clas inst_tys' monobinds
696     in
697     mapAndUnzipM mk_method_bind op_items        `thenM` \ (meth_insts, meth_infos) ->
698
699         -- And type check them
700         -- It's really worth making meth_insts available to the tcMethodBind
701         -- Consider     instance Monad (ST s) where
702         --                {-# INLINE (>>) #-}
703         --                (>>) = ...(>>=)...
704         -- If we don't include meth_insts, we end up with bindings like this:
705         --      rec { dict = MkD then bind ...
706         --            then = inline_me (... (GHC.Base.>>= dict) ...)
707         --            bind = ... }
708         -- The trouble is that (a) 'then' and 'dict' are mutually recursive, 
709         -- and (b) the inline_me prevents us inlining the >>= selector, which
710         -- would unravel the loop.  Result: (>>) ends up as a loop breaker, and
711         -- is not inlined across modules. Rather ironic since this does not
712         -- happen without the INLINE pragma!  
713         --
714         -- Solution: make meth_insts available, so that 'then' refers directly
715         --           to the local 'bind' rather than going via the dictionary.
716         --
717         -- BUT WATCH OUT!  If the method type mentions the class variable, then
718         -- this optimisation is not right.  Consider
719         --      class C a where
720         --        op :: Eq a => a
721         --
722         --      instance C Int where
723         --        op = op
724         -- The occurrence of 'op' on the rhs gives rise to a constraint
725         --      op at Int
726         -- The trouble is that the 'meth_inst' for op, which is 'available', also
727         -- looks like 'op at Int'.  But they are not the same.
728     let
729         prag_fn        = mkPragFun uprags
730         all_insts      = avail_insts ++ catMaybes meth_insts
731         sig_fn n       = Just []        -- No scoped type variables, but every method has
732                                         -- a type signature, in effect, so that we check
733                                         -- the method has the right type
734         tc_method_bind = tcMethodBind inst_tyvars' dfun_theta' all_insts sig_fn prag_fn
735         meth_ids       = [meth_id | (_,meth_id,_) <- meth_infos]
736     in
737
738     mapM tc_method_bind meth_infos              `thenM` \ meth_binds_s ->
739    
740     returnM (meth_ids, unionManyBags meth_binds_s)
741 \end{code}
742
743
744                 ------------------------------
745         [Inline dfuns] Inlining dfuns unconditionally
746                 ------------------------------
747
748 The code above unconditionally inlines dict funs.  Here's why.
749 Consider this program:
750
751     test :: Int -> Int -> Bool
752     test x y = (x,y) == (y,x) || test y x
753     -- Recursive to avoid making it inline.
754
755 This needs the (Eq (Int,Int)) instance.  If we inline that dfun
756 the code we end up with is good:
757
758     Test.$wtest =
759         \r -> case ==# [ww ww1] of wild {
760                 PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
761                 PrelBase.True ->
762                   case ==# [ww1 ww] of wild1 {
763                     PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
764                     PrelBase.True -> PrelBase.True [];
765                   };
766             };
767     Test.test = \r [w w1]
768             case w of w2 {
769               PrelBase.I# ww ->
770                   case w1 of w3 { PrelBase.I# ww1 -> Test.$wtest ww ww1; };
771             };
772
773 If we don't inline the dfun, the code is not nearly as good:
774
775     (==) = case PrelTup.$fEq(,) PrelBase.$fEqInt PrelBase.$fEqInt of tpl {
776               PrelBase.:DEq tpl1 tpl2 -> tpl2;
777             };
778     
779     Test.$wtest =
780         \r [ww ww1]
781             let { y = PrelBase.I#! [ww1]; } in
782             let { x = PrelBase.I#! [ww]; } in
783             let { sat_slx = PrelTup.(,)! [y x]; } in
784             let { sat_sly = PrelTup.(,)! [x y];
785             } in
786               case == sat_sly sat_slx of wild {
787                 PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
788                 PrelBase.True -> PrelBase.True [];
789               };
790     
791     Test.test =
792         \r [w w1]
793             case w of w2 {
794               PrelBase.I# ww ->
795                   case w1 of w3 { PrelBase.I# ww1 -> Test.$wtest ww ww1; };
796             };
797
798 Why doesn't GHC inline $fEq?  Because it looks big:
799
800     PrelTup.zdfEqZ1T{-rcX-}
801         = \ @ a{-reT-} :: * @ b{-reS-} :: *
802             zddEq{-rf6-} _Ks :: {PrelBase.Eq{-23-} a{-reT-}}
803             zddEq1{-rf7-} _Ks :: {PrelBase.Eq{-23-} b{-reS-}} ->
804             let {
805               zeze{-rf0-} _Kl :: (b{-reS-} -> b{-reS-} -> PrelBase.Bool{-3c-})
806               zeze{-rf0-} = PrelBase.zeze{-01L-}@ b{-reS-} zddEq1{-rf7-} } in
807             let {
808               zeze1{-rf3-} _Kl :: (a{-reT-} -> a{-reT-} -> PrelBase.Bool{-3c-})
809               zeze1{-rf3-} = PrelBase.zeze{-01L-} @ a{-reT-} zddEq{-rf6-} } in
810             let {
811               zeze2{-reN-} :: ((a{-reT-}, b{-reS-}) -> (a{-reT-}, b{-reS-})-> PrelBase.Bool{-3c-})
812               zeze2{-reN-} = \ ds{-rf5-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-})
813                                ds1{-rf4-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-}) ->
814                              case ds{-rf5-}
815                              of wild{-reW-} _Kd { (a1{-rf2-} _Ks, a2{-reZ-} _Ks) ->
816                              case ds1{-rf4-}
817                              of wild1{-reX-} _Kd { (b1{-rf1-} _Ks, b2{-reY-} _Ks) ->
818                              PrelBase.zaza{-r4e-}
819                                (zeze1{-rf3-} a1{-rf2-} b1{-rf1-})
820                                (zeze{-rf0-} a2{-reZ-} b2{-reY-})
821                              }
822                              } } in     
823             let {
824               a1{-reR-} :: ((a{-reT-}, b{-reS-})-> (a{-reT-}, b{-reS-})-> PrelBase.Bool{-3c-})
825               a1{-reR-} = \ a2{-reV-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-})
826                             b1{-reU-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-}) ->
827                           PrelBase.not{-r6I-} (zeze2{-reN-} a2{-reV-} b1{-reU-})
828             } in
829               PrelBase.zdwZCDEq{-r8J-} @ (a{-reT-}, b{-reS-}) a1{-reR-} zeze2{-reN-})
830
831 and it's not as bad as it seems, because it's further dramatically
832 simplified: only zeze2 is extracted and its body is simplified.
833
834
835 %************************************************************************
836 %*                                                                      *
837 \subsection{Error messages}
838 %*                                                                      *
839 %************************************************************************
840
841 \begin{code}
842 instDeclCtxt1 hs_inst_ty 
843   = inst_decl_ctxt (case unLoc hs_inst_ty of
844                         HsForAllTy _ _ _ (L _ (HsPredTy pred)) -> ppr pred
845                         HsPredTy pred                    -> ppr pred
846                         other                            -> ppr hs_inst_ty)     -- Don't expect this
847 instDeclCtxt2 dfun_ty
848   = inst_decl_ctxt (ppr (mkClassPred cls tys))
849   where
850     (_,_,cls,tys) = tcSplitDFunTy dfun_ty
851
852 inst_decl_ctxt doc = ptext SLIT("In the instance declaration for") <+> quotes doc
853
854 superClassCtxt = ptext SLIT("When checking the super-classes of an instance declaration")
855
856 atInstCtxt name = ptext SLIT("In the associated type instance for") <+> 
857                   quotes (ppr name)
858
859 mustBeVarArgErr ty = 
860   sep [ ptext SLIT("Arguments that do not correspond to a class parameter") <+>
861         ptext SLIT("must be variables")
862       , ptext SLIT("Instead of a variable, found") <+> ppr ty
863       ]
864
865 wrongATArgErr ty instTy =
866   sep [ ptext SLIT("Type indexes must match class instance head")
867       , ptext SLIT("Found") <+> ppr ty <+> ptext SLIT("but expected") <+>
868          ppr instTy
869       ]
870 \end{code}