Fix Trac #2334: validity checking for type families
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcInstDcls.lhs
1 %
2 % (c) The University of Glasgow 2006
3 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
4 %
5
6 TcInstDecls: Typechecking instance declarations
7
8 \begin{code}
9 {-# OPTIONS -w #-}
10 -- The above warning supression flag is a temporary kludge.
11 -- While working on this module you are encouraged to remove it and fix
12 -- any warnings in the module. See
13 --     http://hackage.haskell.org/trac/ghc/wiki/Commentary/CodingStyle#Warnings
14 -- for details
15
16 module TcInstDcls ( tcInstDecls1, tcInstDecls2 ) where
17
18 import HsSyn
19 import TcBinds
20 import TcTyClsDecls
21 import TcClassDcl
22 import TcRnMonad
23 import TcMType
24 import TcType
25 import Inst
26 import InstEnv
27 import FamInst
28 import FamInstEnv
29 import TcDeriv
30 import TcEnv
31 import TcHsType
32 import TcUnify
33 import TcSimplify
34 import Type
35 import Coercion
36 import TyCon
37 import TypeRep
38 import DataCon
39 import Class
40 import Var
41 import MkId
42 import Name
43 import NameSet
44 import DynFlags
45 import SrcLoc
46 import ListSetOps
47 import Util
48 import Outputable
49 import Bag
50 import BasicTypes
51 import HscTypes
52 import FastString
53
54 import Data.Maybe
55 import Control.Monad
56 import Data.List
57 \end{code}
58
59 Typechecking instance declarations is done in two passes. The first
60 pass, made by @tcInstDecls1@, collects information to be used in the
61 second pass.
62
63 This pre-processed info includes the as-yet-unprocessed bindings
64 inside the instance declaration.  These are type-checked in the second
65 pass, when the class-instance envs and GVE contain all the info from
66 all the instance and value decls.  Indeed that's the reason we need
67 two passes over the instance decls.
68
69 Here is the overall algorithm.
70 Assume that we have an instance declaration
71
72     instance c => k (t tvs) where b
73
74 \begin{enumerate}
75 \item
76 $LIE_c$ is the LIE for the context of class $c$
77 \item
78 $betas_bar$ is the free variables in the class method type, excluding the
79    class variable
80 \item
81 $LIE_cop$ is the LIE constraining a particular class method
82 \item
83 $tau_cop$ is the tau type of a class method
84 \item
85 $LIE_i$ is the LIE for the context of instance $i$
86 \item
87 $X$ is the instance constructor tycon
88 \item
89 $gammas_bar$ is the set of type variables of the instance
90 \item
91 $LIE_iop$ is the LIE for a particular class method instance
92 \item
93 $tau_iop$ is the tau type for this instance of a class method
94 \item
95 $alpha$ is the class variable
96 \item
97 $LIE_cop' = LIE_cop [X gammas_bar / alpha, fresh betas_bar]$
98 \item
99 $tau_cop' = tau_cop [X gammas_bar / alpha, fresh betas_bar]$
100 \end{enumerate}
101
102 ToDo: Update the list above with names actually in the code.
103
104 \begin{enumerate}
105 \item
106 First, make the LIEs for the class and instance contexts, which means
107 instantiate $thetaC [X inst_tyvars / alpha ]$, yielding LIElistC' and LIEC',
108 and make LIElistI and LIEI.
109 \item
110 Then process each method in turn.
111 \item
112 order the instance methods according to the ordering of the class methods
113 \item
114 express LIEC' in terms of LIEI, yielding $dbinds_super$ or an error
115 \item
116 Create final dictionary function from bindings generated already
117 \begin{pseudocode}
118 df = lambda inst_tyvars
119        lambda LIEI
120          let Bop1
121              Bop2
122              ...
123              Bopn
124          and dbinds_super
125               in <op1,op2,...,opn,sd1,...,sdm>
126 \end{pseudocode}
127 Here, Bop1 \ldots Bopn bind the methods op1 \ldots opn,
128 and $dbinds_super$ bind the superclass dictionaries sd1 \ldots sdm.
129 \end{enumerate}
130
131
132 %************************************************************************
133 %*                                                                      *
134 \subsection{Extracting instance decls}
135 %*                                                                      *
136 %************************************************************************
137
138 Gather up the instance declarations from their various sources
139
140 \begin{code}
141 tcInstDecls1    -- Deal with both source-code and imported instance decls
142    :: [LTyClDecl Name]          -- For deriving stuff
143    -> [LInstDecl Name]          -- Source code instance decls
144    -> [LDerivDecl Name]         -- Source code stand-alone deriving decls
145    -> TcM (TcGblEnv,            -- The full inst env
146            [InstInfo],          -- Source-code instance decls to process;
147                                 -- contains all dfuns for this module
148            HsValBinds Name)     -- Supporting bindings for derived instances
149
150 tcInstDecls1 tycl_decls inst_decls deriv_decls
151   = checkNoErrs $
152     do {        -- Stop if addInstInfos etc discovers any errors
153                 -- (they recover, so that we get more than one error each
154                 -- round)
155
156                 -- (1) Do class and family instance declarations
157        ; let { idxty_decls = filter (isFamInstDecl . unLoc) tycl_decls }
158        ; local_info_tycons <- mapM tcLocalInstDecl1  inst_decls
159        ; idx_tycons        <- mapM tcIdxTyInstDeclTL idxty_decls
160
161        ; let { (local_infos,
162                 at_tycons)     = unzip local_info_tycons
163              ; local_info      = concat local_infos
164              ; at_idx_tycon    = concat at_tycons ++ catMaybes idx_tycons
165              ; clas_decls      = filter (isClassDecl.unLoc) tycl_decls
166              ; implicit_things = concatMap implicitTyThings at_idx_tycon
167              }
168
169                 -- (2) Add the tycons of indexed types and their implicit
170                 --     tythings to the global environment
171        ; tcExtendGlobalEnv (at_idx_tycon ++ implicit_things) $ do {
172
173                 -- (3) Instances from generic class declarations
174        ; generic_inst_info <- getGenericInstances clas_decls
175
176                 -- Next, construct the instance environment so far, consisting
177                 -- of
178                 --   a) local instance decls
179                 --   b) generic instances
180                 --   c) local family instance decls
181        ; addInsts local_info         $ do {
182        ; addInsts generic_inst_info  $ do {
183        ; addFamInsts at_idx_tycon    $ do {
184
185                 -- (4) Compute instances from "deriving" clauses;
186                 -- This stuff computes a context for the derived instance
187                 -- decl, so it needs to know about all the instances possible
188                 -- NB: class instance declarations can contain derivings as
189                 --     part of associated data type declarations
190          failIfErrsM            -- If the addInsts stuff gave any errors, don't
191                                 -- try the deriving stuff, becuase that may give
192                                 -- more errors still
193        ; (deriv_inst_info, deriv_binds) <- tcDeriving tycl_decls inst_decls
194                                                       deriv_decls
195        ; addInsts deriv_inst_info   $ do {
196
197        ; gbl_env <- getGblEnv
198        ; return (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 <- tcFamInstDecl 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 (map mkLocalFamInstTyThing tycons) thing_inside
231   where
232     mkLocalFamInstTyThing (ATyCon tycon) = mkLocalFamInst tycon
233     mkLocalFamInstTyThing tything        = pprPanic "TcInstDcls.addFamInsts"
234                                                     (ppr tything)
235 \end{code}
236
237 \begin{code}
238 tcLocalInstDecl1 :: LInstDecl Name
239                  -> TcM ([InstInfo], [TyThing]) -- [] if there was an error
240         -- A source-file instance declaration
241         -- Type-check all the stuff before the "where"
242         --
243         -- We check for respectable instance type, and context
244 tcLocalInstDecl1 decl@(L loc (InstDecl poly_ty binds uprags ats))
245   = -- Prime error recovery, set source location
246     recoverM (return ([], []))          $
247     setSrcSpan loc                      $
248     addErrCtxt (instDeclCtxt1 poly_ty)  $
249
250     do  { is_boot <- tcIsHsBoot
251         ; checkTc (not is_boot || (isEmptyLHsBinds binds && null uprags))
252                   badBootDeclErr
253
254         ; (tyvars, theta, tau) <- tcHsInstHead poly_ty
255
256         -- Next, process any associated types.
257         ; idx_tycons <- mapM tcFamInstDecl 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 loc
268         ; overlap_flag <- getOverlapFlag
269         ; let (eq_theta,dict_theta) = partition isEqPred theta
270               theta'         = eq_theta ++ dict_theta
271               dfun           = mkDictFunId dfun_name tyvars theta' clas inst_tys
272               ispec          = mkLocalInstance dfun overlap_flag
273
274         ; return ([InstInfo { iSpec  = ispec,
275                               iBinds = VanillaInst binds uprags }],
276                   catMaybes idx_tycons)
277         }
278   where
279     -- We pass in the source form and the type checked form of the ATs.  We
280     -- really need the source form only to be able to produce more informative
281     -- error messages.
282     checkValidAndMissingATs :: Class
283                             -> ([TyVar], [TcType])     -- instance types
284                             -> [(LTyClDecl Name,       -- source form of AT
285                                  Maybe TyThing)]       -- Core form of AT
286                             -> TcM ()
287     checkValidAndMissingATs clas inst_tys ats
288       = do { -- Issue a warning for each class AT that is not defined in this
289              -- instance.
290            ; let class_ats   = map tyConName (classATs clas)
291                  defined_ats = listToNameSet . map (tcdName.unLoc.fst)  $ ats
292                  omitted     = filterOut (`elemNameSet` defined_ats) class_ats
293            ; warn <- doptM Opt_WarnMissingMethods
294            ; mapM_ (warnTc warn . omittedATWarn) omitted
295
296              -- Ensure that all AT indexes that correspond to class parameters
297              -- coincide with the types in the instance head.  All remaining
298              -- AT arguments must be variables.  Also raise an error for any
299              -- type instances that are not associated with this class.
300            ; mapM_ (checkIndexes clas inst_tys) ats
301            }
302
303     checkIndexes _    _        (hsAT, Nothing)             =
304       return () -- skip, we already had an error here
305     checkIndexes clas inst_tys (hsAT, Just (ATyCon tycon)) =
306 -- !!!TODO: check that this does the Right Thing for indexed synonyms, too!
307       checkIndexes' clas inst_tys hsAT
308                     (tyConTyVars tycon,
309                      snd . fromJust . tyConFamInst_maybe $ tycon)
310     checkIndexes _ _ _ = panic "checkIndexes"
311
312     checkIndexes' clas (instTvs, instTys) hsAT (atTvs, atTys)
313       = let atName = tcdName . unLoc $ hsAT
314         in
315         setSrcSpan (getLoc hsAT)       $
316         addErrCtxt (atInstCtxt atName) $
317         case find ((atName ==) . tyConName) (classATs clas) of
318           Nothing     -> addErrTc $ badATErr clas atName  -- not in this class
319           Just atDecl ->
320             case assocTyConArgPoss_maybe atDecl of
321               Nothing   -> panic "checkIndexes': AT has no args poss?!?"
322               Just poss ->
323
324                 -- The following is tricky!  We need to deal with three
325                 -- complications: (1) The AT possibly only uses a subset of
326                 -- the class parameters as indexes and those it uses may be in
327                 -- a different order; (2) the AT may have extra arguments,
328                 -- which must be type variables; and (3) variables in AT and
329                 -- instance head will be different `Name's even if their
330                 -- source lexemes are identical.
331                 --
332                 -- Re (1), `poss' contains a permutation vector to extract the
333                 -- class parameters in the right order.
334                 --
335                 -- Re (2), we wrap the (permuted) class parameters in a Maybe
336                 -- type and use Nothing for any extra AT arguments.  (First
337                 -- equation of `checkIndex' below.)
338                 --
339                 -- Re (3), we replace any type variable in the AT parameters
340                 -- that has the same source lexeme as some variable in the
341                 -- instance types with the instance type variable sharing its
342                 -- source lexeme.
343                 --
344                 let relevantInstTys = map (instTys !!) poss
345                     instArgs        = map Just relevantInstTys ++
346                                       repeat Nothing  -- extra arguments
347                     renaming        = substSameTyVar atTvs instTvs
348                 in
349                 zipWithM_ checkIndex (substTys renaming atTys) instArgs
350
351     checkIndex ty Nothing
352       | isTyVarTy ty         = return ()
353       | otherwise            = addErrTc $ mustBeVarArgErr ty
354     checkIndex ty (Just instTy)
355       | ty `tcEqType` instTy = return ()
356       | otherwise            = addErrTc $ wrongATArgErr ty instTy
357
358     listToNameSet = addListToNameSet emptyNameSet
359
360     substSameTyVar []       _            = emptyTvSubst
361     substSameTyVar (tv:tvs) replacingTvs =
362       let replacement = case find (tv `sameLexeme`) replacingTvs of
363                         Nothing  -> mkTyVarTy tv
364                         Just rtv -> mkTyVarTy rtv
365           --
366           tv1 `sameLexeme` tv2 =
367             nameOccName (tyVarName tv1) == nameOccName (tyVarName tv2)
368       in
369       extendTvSubst (substSameTyVar tvs replacingTvs) tv replacement
370 \end{code}
371
372
373 %************************************************************************
374 %*                                                                      *
375 \subsection{Type-checking instance declarations, pass 2}
376 %*                                                                      *
377 %************************************************************************
378
379 \begin{code}
380 tcInstDecls2 :: [LTyClDecl Name] -> [InstInfo]
381              -> TcM (LHsBinds Id, TcLclEnv)
382 -- (a) From each class declaration,
383 --      generate any default-method bindings
384 -- (b) From each instance decl
385 --      generate the dfun binding
386
387 tcInstDecls2 tycl_decls inst_decls
388   = do  { -- (a) Default methods from class decls
389           (dm_binds_s, dm_ids_s) <- mapAndUnzipM tcClassDecl2 $
390                                     filter (isClassDecl.unLoc) tycl_decls
391         ; tcExtendIdEnv (concat dm_ids_s) $ do
392
393           -- (b) instance declarations
394         ; inst_binds_s <- mapM tcInstDecl2 inst_decls
395
396           -- Done
397         ; let binds = unionManyBags dm_binds_s `unionBags`
398                       unionManyBags inst_binds_s
399         ; tcl_env <- getLclEnv -- Default method Ids in here
400         ; return (binds, tcl_env) }
401 \end{code}
402
403 ======= New documentation starts here (Sept 92) ==============
404
405 The main purpose of @tcInstDecl2@ is to return a @HsBinds@ which defines
406 the dictionary function for this instance declaration. For example
407
408         instance Foo a => Foo [a] where
409                 op1 x = ...
410                 op2 y = ...
411
412 might generate something like
413
414         dfun.Foo.List dFoo_a = let op1 x = ...
415                                    op2 y = ...
416                                in
417                                    Dict [op1, op2]
418
419 HOWEVER, if the instance decl has no context, then it returns a
420 bigger @HsBinds@ with declarations for each method.  For example
421
422         instance Foo [a] where
423                 op1 x = ...
424                 op2 y = ...
425
426 might produce
427
428         dfun.Foo.List a = Dict [Foo.op1.List a, Foo.op2.List a]
429         const.Foo.op1.List a x = ...
430         const.Foo.op2.List a y = ...
431
432 This group may be mutually recursive, because (for example) there may
433 be no method supplied for op2 in which case we'll get
434
435         const.Foo.op2.List a = default.Foo.op2 (dfun.Foo.List a)
436
437 that is, the default method applied to the dictionary at this type.
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 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
465 \begin{code}
466 tcInstDecl2 :: InstInfo -> TcM (LHsBinds Id)
467 -- Returns a binding for the dfun
468
469 ------------------------
470 -- Derived newtype instances; surprisingly tricky!
471 --
472 --      class Show a => Foo a b where ...
473 --      newtype N a = MkN (Tree [a]) deriving( Foo Int )
474 --
475 -- The newtype gives an FC axiom looking like
476 --      axiom CoN a ::  N a :=: Tree [a]
477 --   (see Note [Newtype coercions] in TyCon for this unusual form of axiom)
478 --
479 -- So all need is to generate a binding looking like:
480 --      dfunFooT :: forall a. (Foo Int (Tree [a], Show (N a)) => Foo Int (N a)
481 --      dfunFooT = /\a. \(ds:Show (N a)) (df:Foo (Tree [a])).
482 --                case df `cast` (Foo Int (sym (CoN a))) of
483 --                   Foo _ op1 .. opn -> Foo ds op1 .. opn
484 --
485 -- If there are no superclasses, matters are simpler, because we don't need the case
486 -- see Note [Newtype deriving superclasses] in TcDeriv.lhs
487
488 tcInstDecl2 (InstInfo { iSpec = ispec, iBinds = NewTypeDerived })
489   = do  { let dfun_id      = instanceDFunId ispec
490               rigid_info   = InstSkol
491               origin       = SigOrigin rigid_info
492               inst_ty      = idType dfun_id
493         ; (tvs, theta, inst_head_ty) <- tcSkolSigType rigid_info inst_ty
494                 -- inst_head_ty is a PredType
495
496         ; let (cls, cls_inst_tys) = tcSplitDFunHead inst_head_ty
497               (class_tyvars, sc_theta, _, op_items) = classBigSig cls
498               cls_tycon = classTyCon cls
499               sc_theta' = substTheta (zipOpenTvSubst class_tyvars cls_inst_tys) sc_theta
500
501               Just (initial_cls_inst_tys, last_ty) = snocView cls_inst_tys
502               (nt_tycon, tc_args) = tcSplitTyConApp last_ty     -- Can't fail
503               rep_ty              = newTyConInstRhs nt_tycon tc_args
504
505               rep_pred     = mkClassPred cls (initial_cls_inst_tys ++ [rep_ty])
506                                 -- In our example, rep_pred is (Foo Int (Tree [a]))
507               the_coercion = make_coercion cls_tycon initial_cls_inst_tys nt_tycon tc_args
508                                 -- Coercion of kind (Foo Int (Tree [a]) ~ Foo Int (N a)
509
510         ; inst_loc   <- getInstLoc origin
511         ; sc_loc     <- getInstLoc InstScOrigin
512         ; dfun_dicts <- newDictBndrs inst_loc theta
513         ; sc_dicts   <- newDictBndrs sc_loc sc_theta'
514         ; this_dict  <- newDictBndr inst_loc (mkClassPred cls cls_inst_tys)
515         ; rep_dict   <- newDictBndr inst_loc rep_pred
516
517         -- Figure out bindings for the superclass context from dfun_dicts
518         -- Don't include this_dict in the 'givens', else
519         -- wanted_sc_insts get bound by just selecting from this_dict!!
520         ; sc_binds <- addErrCtxt superClassCtxt $
521                       tcSimplifySuperClasses inst_loc dfun_dicts (rep_dict:sc_dicts)
522
523         ; let coerced_rep_dict = mkHsWrap the_coercion (HsVar (instToId rep_dict))
524
525         ; body <- make_body cls_tycon cls_inst_tys sc_dicts coerced_rep_dict
526         ; let dict_bind = noLoc $ VarBind (instToId this_dict) (noLoc body)
527
528         ; return (unitBag $ noLoc $
529                   AbsBinds  tvs (map instToVar dfun_dicts)
530                             [(tvs, dfun_id, instToId this_dict, [])]
531                             (dict_bind `consBag` sc_binds)) }
532   where
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_tycon initial_cls_inst_tys nt_tycon tc_args
543         | Just co_con <- newTyConCo_maybe nt_tycon
544         , let co = mkSymCoercion (mkTyConApp co_con tc_args)
545         = WpCast (mkTyConApp cls_tycon (initial_cls_inst_tys ++ [co]))
546         | otherwise     -- The newtype is transparent; no need for a cast
547         = idHsWrapper
548
549       -----------------------
550       --     (make_body C tys scs coreced_rep_dict)
551       --                returns
552       --     (case coerced_rep_dict of { C _ ops -> C scs ops })
553       -- But if there are no superclasses, it returns just coerced_rep_dict
554       -- See Note [Newtype deriving superclasses] in TcDeriv.lhs
555
556     make_body cls_tycon cls_inst_tys sc_dicts coerced_rep_dict
557         | null sc_dicts         -- Case (a)
558         = return coerced_rep_dict
559         | otherwise             -- Case (b)
560         = do { op_ids            <- newSysLocalIds (fsLit "op") op_tys
561              ; dummy_sc_dict_ids <- newSysLocalIds (fsLit "sc") (map idType sc_dict_ids)
562              ; let the_pat = ConPatOut { pat_con = noLoc cls_data_con, pat_tvs = [],
563                                          pat_dicts = dummy_sc_dict_ids,
564                                          pat_binds = emptyLHsBinds,
565                                          pat_args = PrefixCon (map nlVarPat op_ids),
566                                          pat_ty = pat_ty}
567                    the_match = mkSimpleMatch [noLoc the_pat] the_rhs
568                    the_rhs = mkHsConApp cls_data_con cls_inst_tys $
569                              map HsVar (sc_dict_ids ++ op_ids)
570
571                 -- Warning: this HsCase scrutinises a value with a PredTy, which is
572                 --          never otherwise seen in Haskell source code. It'd be
573                 --          nicer to generate Core directly!
574              ; return (HsCase (noLoc coerced_rep_dict) $
575                        MatchGroup [the_match] (mkFunTy pat_ty pat_ty)) }
576         where
577           sc_dict_ids  = map instToId sc_dicts
578           pat_ty       = mkTyConApp cls_tycon cls_inst_tys
579           cls_data_con = head (tyConDataCons cls_tycon)
580           cls_arg_tys  = dataConInstArgTys cls_data_con cls_inst_tys
581           op_tys       = dropList sc_dict_ids cls_arg_tys
582
583 ------------------------
584 -- Ordinary instances
585
586 tcInstDecl2 (InstInfo { iSpec = ispec, iBinds = VanillaInst monobinds uprags })
587   = let
588         dfun_id    = instanceDFunId ispec
589         rigid_info = InstSkol
590         inst_ty    = idType dfun_id
591         loc        = srcLocSpan (getSrcLoc dfun_id)
592     in
593          -- Prime error recovery
594     recoverM (return emptyLHsBinds)             $
595     setSrcSpan loc                              $
596     addErrCtxt (instDeclCtxt2 (idType dfun_id)) $ do
597
598         -- Instantiate the instance decl with skolem constants
599     (inst_tyvars', dfun_theta', inst_head') <- tcSkolSigType rigid_info inst_ty
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         (eq_sc_theta',dict_sc_theta')     = partition isEqPred sc_theta'
610         origin    = SigOrigin rigid_info
611         (eq_dfun_theta',dict_dfun_theta') = partition isEqPred dfun_theta'
612
613          -- Create dictionary Ids from the specified instance contexts.
614     sc_loc        <- getInstLoc InstScOrigin
615     sc_dicts      <- newDictBndrs sc_loc dict_sc_theta'
616     inst_loc      <- getInstLoc origin
617     sc_covars     <- mkMetaCoVars eq_sc_theta'
618     wanted_sc_eqs <- mkEqInsts eq_sc_theta' (map mkWantedCo sc_covars)
619     dfun_covars   <- mkCoVars eq_dfun_theta'
620     dfun_eqs      <- mkEqInsts eq_dfun_theta' (map mkGivenCo $ mkTyVarTys dfun_covars)
621     dfun_dicts    <- newDictBndrs inst_loc dict_dfun_theta'
622     this_dict     <- newDictBndr inst_loc (mkClassPred clas inst_tys')
623                 -- Default-method Ids may be mentioned in synthesised RHSs,
624                 -- but they'll already be in the environment.
625
626         -- Typecheck the methods
627     let -- These insts are in scope; quite a few, eh?
628         dfun_insts      = dfun_eqs ++ dfun_dicts
629         wanted_sc_insts = wanted_sc_eqs   ++ sc_dicts
630         given_sc_eqs    = map (updateEqInstCoercion (mkGivenCo . TyVarTy . fromWantedCo "tcInstDecl2") ) wanted_sc_eqs
631         given_sc_insts  = given_sc_eqs   ++ sc_dicts
632         avail_insts     = dfun_insts ++ given_sc_insts
633
634     (meth_ids, meth_binds) <- tcMethods origin clas inst_tyvars'
635                                  dfun_theta' inst_tys' this_dict avail_insts
636                                  op_items monobinds uprags
637
638     -- Figure out bindings for the superclass context
639     -- Don't include this_dict in the 'givens', else
640     -- wanted_sc_insts get bound by just selecting  from this_dict!!
641     sc_binds <- addErrCtxt superClassCtxt
642                    (tcSimplifySuperClasses inst_loc dfun_insts wanted_sc_insts)
643
644     -- It's possible that the superclass stuff might unified one
645     -- of the inst_tyavars' with something in the envt
646     checkSigTyVars inst_tyvars'
647
648     -- Deal with 'SPECIALISE instance' pragmas
649     prags <- tcPrags dfun_id (filter isSpecInstLSig uprags)
650
651     -- Create the result bindings
652     let
653         dict_constr   = classDataCon clas
654         scs_and_meths = map instToId sc_dicts ++ meth_ids
655         this_dict_id  = instToId this_dict
656         inline_prag | null dfun_insts  = []
657                     | otherwise        = [L loc (InlinePrag (Inline AlwaysActive True))]
658                 -- Always inline the dfun; this is an experimental decision
659                 -- because it makes a big performance difference sometimes.
660                 -- Often it means we can do the method selection, and then
661                 -- inline the method as well.  Marcin's idea; see comments below.
662                 --
663                 -- BUT: don't inline it if it's a constant dictionary;
664                 -- we'll get all the benefit without inlining, and we get
665                 -- a **lot** of code duplication if we inline it
666                 --
667                 --      See Note [Inline dfuns] below
668
669         dict_rhs = mkHsConApp dict_constr (inst_tys' ++ mkTyVarTys sc_covars)
670                                           (map HsVar scs_and_meths)
671                 -- We don't produce a binding for the dict_constr; instead we
672                 -- rely on the simplifier to unfold this saturated application
673                 -- We do this rather than generate an HsCon directly, because
674                 -- it means that the special cases (e.g. dictionary with only one
675                 -- member) are dealt with by the common MkId.mkDataConWrapId code rather
676                 -- than needing to be repeated here.
677
678         dict_bind  = noLoc (VarBind this_dict_id dict_rhs)
679         all_binds  = dict_bind `consBag` (sc_binds `unionBags` meth_binds)
680
681         main_bind = noLoc $ AbsBinds
682                             (inst_tyvars' ++ dfun_covars)
683                             (map instToId dfun_dicts)
684                             [(inst_tyvars' ++ dfun_covars, dfun_id, this_dict_id, inline_prag ++ prags)]
685                             all_binds
686
687     showLIE (text "instance")
688     return (unitBag main_bind)
689
690 mkCoVars :: [PredType] -> TcM [TyVar]
691 mkCoVars = newCoVars . map unEqPred
692   where
693     unEqPred (EqPred ty1 ty2) = (ty1, ty2)
694     unEqPred _                = panic "TcInstDcls.mkCoVars"
695
696 mkMetaCoVars :: [PredType] -> TcM [TyVar]
697 mkMetaCoVars = mapM eqPredToCoVar
698   where
699     eqPredToCoVar (EqPred ty1 ty2) = newMetaCoVar ty1 ty2
700     eqPredToCoVar _                = panic "TcInstDcls.mkMetaCoVars"
701
702 tcMethods origin clas inst_tyvars' dfun_theta' inst_tys'
703           this_dict extra_insts op_items monobinds uprags = do
704     -- Check that all the method bindings come from this class
705     let
706         sel_names = [idName sel_id | (sel_id, _) <- op_items]
707         bad_bndrs = collectHsBindBinders monobinds `minusList` sel_names
708
709     mapM (addErrTc . badMethodErr clas) bad_bndrs
710
711     -- Make the method bindings
712     let
713         mk_method_id (sel_id, _) = mkMethId origin clas sel_id inst_tys'
714
715     (meth_insts, meth_ids) <- mapAndUnzipM mk_method_id op_items
716
717         -- And type check them
718         -- It's really worth making meth_insts available to the tcMethodBind
719         -- Consider     instance Monad (ST s) where
720         --                {-# INLINE (>>) #-}
721         --                (>>) = ...(>>=)...
722         -- If we don't include meth_insts, we end up with bindings like this:
723         --      rec { dict = MkD then bind ...
724         --            then = inline_me (... (GHC.Base.>>= dict) ...)
725         --            bind = ... }
726         -- The trouble is that (a) 'then' and 'dict' are mutually recursive,
727         -- and (b) the inline_me prevents us inlining the >>= selector, which
728         -- would unravel the loop.  Result: (>>) ends up as a loop breaker, and
729         -- is not inlined across modules. Rather ironic since this does not
730         -- happen without the INLINE pragma!
731         --
732         -- Solution: make meth_insts available, so that 'then' refers directly
733         --           to the local 'bind' rather than going via the dictionary.
734         --
735         -- BUT WATCH OUT!  If the method type mentions the class variable, then
736         -- this optimisation is not right.  Consider
737         --      class C a where
738         --        op :: Eq a => a
739         --
740         --      instance C Int where
741         --        op = op
742         -- The occurrence of 'op' on the rhs gives rise to a constraint
743         --      op at Int
744         -- The trouble is that the 'meth_inst' for op, which is 'available', also
745         -- looks like 'op at Int'.  But they are not the same.
746     let
747         prag_fn        = mkPragFun uprags
748         all_insts      = extra_insts ++ catMaybes meth_insts
749         sig_fn n       = Just []        -- No scoped type variables, but every method has
750                                         -- a type signature, in effect, so that we check
751                                         -- the method has the right type
752         tc_method_bind = tcMethodBind origin inst_tyvars' dfun_theta' this_dict 
753                                       all_insts sig_fn prag_fn monobinds
754
755     meth_binds_s <- zipWithM tc_method_bind op_items meth_ids
756
757     return (meth_ids, unionManyBags meth_binds_s)
758 \end{code}
759
760
761                 ------------------------------
762         [Inline dfuns] Inlining dfuns unconditionally
763                 ------------------------------
764
765 The code above unconditionally inlines dict funs.  Here's why.
766 Consider this program:
767
768     test :: Int -> Int -> Bool
769     test x y = (x,y) == (y,x) || test y x
770     -- Recursive to avoid making it inline.
771
772 This needs the (Eq (Int,Int)) instance.  If we inline that dfun
773 the code we end up with is good:
774
775     Test.$wtest =
776         \r -> case ==# [ww ww1] of wild {
777                 PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
778                 PrelBase.True ->
779                   case ==# [ww1 ww] of wild1 {
780                     PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
781                     PrelBase.True -> PrelBase.True [];
782                   };
783             };
784     Test.test = \r [w w1]
785             case w of w2 {
786               PrelBase.I# ww ->
787                   case w1 of w3 { PrelBase.I# ww1 -> Test.$wtest ww ww1; };
788             };
789
790 If we don't inline the dfun, the code is not nearly as good:
791
792     (==) = case PrelTup.$fEq(,) PrelBase.$fEqInt PrelBase.$fEqInt of tpl {
793               PrelBase.:DEq tpl1 tpl2 -> tpl2;
794             };
795
796     Test.$wtest =
797         \r [ww ww1]
798             let { y = PrelBase.I#! [ww1]; } in
799             let { x = PrelBase.I#! [ww]; } in
800             let { sat_slx = PrelTup.(,)! [y x]; } in
801             let { sat_sly = PrelTup.(,)! [x y];
802             } in
803               case == sat_sly sat_slx of wild {
804                 PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
805                 PrelBase.True -> PrelBase.True [];
806               };
807
808     Test.test =
809         \r [w w1]
810             case w of w2 {
811               PrelBase.I# ww ->
812                   case w1 of w3 { PrelBase.I# ww1 -> Test.$wtest ww ww1; };
813             };
814
815 Why doesn't GHC inline $fEq?  Because it looks big:
816
817     PrelTup.zdfEqZ1T{-rcX-}
818         = \ @ a{-reT-} :: * @ b{-reS-} :: *
819             zddEq{-rf6-} _Ks :: {PrelBase.Eq{-23-} a{-reT-}}
820             zddEq1{-rf7-} _Ks :: {PrelBase.Eq{-23-} b{-reS-}} ->
821             let {
822               zeze{-rf0-} _Kl :: (b{-reS-} -> b{-reS-} -> PrelBase.Bool{-3c-})
823               zeze{-rf0-} = PrelBase.zeze{-01L-}@ b{-reS-} zddEq1{-rf7-} } in
824             let {
825               zeze1{-rf3-} _Kl :: (a{-reT-} -> a{-reT-} -> PrelBase.Bool{-3c-})
826               zeze1{-rf3-} = PrelBase.zeze{-01L-} @ a{-reT-} zddEq{-rf6-} } in
827             let {
828               zeze2{-reN-} :: ((a{-reT-}, b{-reS-}) -> (a{-reT-}, b{-reS-})-> PrelBase.Bool{-3c-})
829               zeze2{-reN-} = \ ds{-rf5-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-})
830                                ds1{-rf4-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-}) ->
831                              case ds{-rf5-}
832                              of wild{-reW-} _Kd { (a1{-rf2-} _Ks, a2{-reZ-} _Ks) ->
833                              case ds1{-rf4-}
834                              of wild1{-reX-} _Kd { (b1{-rf1-} _Ks, b2{-reY-} _Ks) ->
835                              PrelBase.zaza{-r4e-}
836                                (zeze1{-rf3-} a1{-rf2-} b1{-rf1-})
837                                (zeze{-rf0-} a2{-reZ-} b2{-reY-})
838                              }
839                              } } in
840             let {
841               a1{-reR-} :: ((a{-reT-}, b{-reS-})-> (a{-reT-}, b{-reS-})-> PrelBase.Bool{-3c-})
842               a1{-reR-} = \ a2{-reV-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-})
843                             b1{-reU-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-}) ->
844                           PrelBase.not{-r6I-} (zeze2{-reN-} a2{-reV-} b1{-reU-})
845             } in
846               PrelBase.zdwZCDEq{-r8J-} @ (a{-reT-}, b{-reS-}) a1{-reR-} zeze2{-reN-})
847
848 and it's not as bad as it seems, because it's further dramatically
849 simplified: only zeze2 is extracted and its body is simplified.
850
851
852 %************************************************************************
853 %*                                                                      *
854 \subsection{Error messages}
855 %*                                                                      *
856 %************************************************************************
857
858 \begin{code}
859 instDeclCtxt1 hs_inst_ty
860   = inst_decl_ctxt (case unLoc hs_inst_ty of
861                         HsForAllTy _ _ _ (L _ (HsPredTy pred)) -> ppr pred
862                         HsPredTy pred                    -> ppr pred
863                         other                            -> ppr hs_inst_ty)     -- Don't expect this
864 instDeclCtxt2 dfun_ty
865   = inst_decl_ctxt (ppr (mkClassPred cls tys))
866   where
867     (_,_,cls,tys) = tcSplitDFunTy dfun_ty
868
869 inst_decl_ctxt doc = ptext (sLit "In the instance declaration for") <+> quotes doc
870
871 superClassCtxt = ptext (sLit "When checking the super-classes of an instance declaration")
872
873 atInstCtxt name = ptext (sLit "In the associated type instance for") <+>
874                   quotes (ppr name)
875
876 mustBeVarArgErr ty =
877   sep [ ptext (sLit "Arguments that do not correspond to a class parameter") <+>
878         ptext (sLit "must be variables")
879       , ptext (sLit "Instead of a variable, found") <+> ppr ty
880       ]
881
882 wrongATArgErr ty instTy =
883   sep [ ptext (sLit "Type indexes must match class instance head")
884       , ptext (sLit "Found") <+> ppr ty <+> ptext (sLit "but expected") <+>
885          ppr instTy
886       ]
887 \end{code}