New syntax for stand-alone deriving. Implemented fully.
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcInstDcls.lhs
1 %
2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
3 %
4 \section[TcInstDecls]{Typechecking instance declarations}
5
6 \begin{code}
7 module TcInstDcls ( tcInstDecls1, tcInstDecls2 ) where
8
9 #include "HsVersions.h"
10
11 import HsSyn
12 import TcBinds          ( mkPragFun, tcPrags, badBootDeclErr )
13 import TcTyClsDecls     ( tcIdxTyInstDecl )
14 import TcClassDcl       ( tcMethodBind, mkMethodBind, badMethodErr, badATErr,
15                           omittedATWarn, tcClassDecl2, getGenericInstances )
16 import TcRnMonad       
17 import TcMType          ( tcSkolSigType, checkValidInstance,
18                           checkValidInstHead )
19 import TcType           ( TcType, mkClassPred, tcSplitSigmaTy,
20                           tcSplitDFunHead,  SkolemInfo(InstSkol),
21                           tcSplitTyConApp, 
22                           tcSplitDFunTy, mkFunTy ) 
23 import Inst             ( newDictBndr, newDictBndrs, instToId, showLIE, 
24                           getOverlapFlag, tcExtendLocalInstEnv )
25 import InstEnv          ( mkLocalInstance, instanceDFunId )
26 import FamInst          ( tcExtendLocalFamInstEnv )
27 import FamInstEnv       ( extractFamInsts )
28 import TcDeriv          ( tcDeriving )
29 import TcEnv            ( InstInfo(..), InstBindings(..), 
30                           newDFunName, tcExtendIdEnv, tcExtendGlobalEnv
31                         )
32 import TcHsType         ( kcHsSigType, tcHsKindedType )
33 import TcUnify          ( checkSigTyVars )
34 import TcSimplify       ( tcSimplifySuperClasses )
35 import Type             ( zipOpenTvSubst, substTheta, mkTyConApp, mkTyVarTy,
36                           TyThing(ATyCon), isTyVarTy, tcEqType,
37                           substTys, emptyTvSubst, extendTvSubst )
38 import Coercion         ( mkSymCoercion )
39 import TyCon            ( TyCon, tyConName, newTyConCo_maybe, tyConTyVars,
40                           isTyConAssoc, tyConFamInst_maybe, tyConDataCons,
41                           assocTyConArgPoss_maybe )
42 import DataCon          ( classDataCon, dataConInstArgTys )
43 import Class            ( Class, classTyCon, classBigSig, classATs )
44 import Var              ( TyVar, Id, idName, idType, tyVarName )
45 import MkId             ( mkDictFunId )
46 import Name             ( Name, getSrcLoc, nameOccName )
47 import NameSet          ( addListToNameSet, emptyNameSet, minusNameSet,
48                           nameSetToList ) 
49 import Maybe            ( fromJust, catMaybes )
50 import Monad            ( when )
51 import List             ( find )
52 import DynFlags         ( DynFlag(Opt_WarnMissingMethods) )
53 import SrcLoc           ( srcLocSpan, unLoc, noLoc, Located(..), srcSpanStart,
54                           getLoc)
55 import ListSetOps       ( minusList )
56 import Util             ( snocView, dropList )
57 import Outputable
58 import Bag
59 import BasicTypes       ( Activation( AlwaysActive ), InlineSpec(..) )
60 import HscTypes         ( implicitTyThings )
61 import FastString
62 \end{code}
63
64 Typechecking instance declarations is done in two passes. The first
65 pass, made by @tcInstDecls1@, collects information to be used in the
66 second pass.
67
68 This pre-processed info includes the as-yet-unprocessed bindings
69 inside the instance declaration.  These are type-checked in the second
70 pass, when the class-instance envs and GVE contain all the info from
71 all the instance and value decls.  Indeed that's the reason we need
72 two passes over the instance decls.
73
74 Here is the overall algorithm.
75 Assume that we have an instance declaration
76
77     instance c => k (t tvs) where b
78
79 \begin{enumerate}
80 \item
81 $LIE_c$ is the LIE for the context of class $c$
82 \item
83 $betas_bar$ is the free variables in the class method type, excluding the
84    class variable
85 \item
86 $LIE_cop$ is the LIE constraining a particular class method
87 \item
88 $tau_cop$ is the tau type of a class method
89 \item
90 $LIE_i$ is the LIE for the context of instance $i$
91 \item
92 $X$ is the instance constructor tycon
93 \item
94 $gammas_bar$ is the set of type variables of the instance
95 \item
96 $LIE_iop$ is the LIE for a particular class method instance
97 \item
98 $tau_iop$ is the tau type for this instance of a class method
99 \item
100 $alpha$ is the class variable
101 \item
102 $LIE_cop' = LIE_cop [X gammas_bar / alpha, fresh betas_bar]$
103 \item
104 $tau_cop' = tau_cop [X gammas_bar / alpha, fresh betas_bar]$
105 \end{enumerate}
106
107 ToDo: Update the list above with names actually in the code.
108
109 \begin{enumerate}
110 \item
111 First, make the LIEs for the class and instance contexts, which means
112 instantiate $thetaC [X inst_tyvars / alpha ]$, yielding LIElistC' and LIEC',
113 and make LIElistI and LIEI.
114 \item
115 Then process each method in turn.
116 \item
117 order the instance methods according to the ordering of the class methods
118 \item
119 express LIEC' in terms of LIEI, yielding $dbinds_super$ or an error
120 \item
121 Create final dictionary function from bindings generated already
122 \begin{pseudocode}
123 df = lambda inst_tyvars
124        lambda LIEI
125          let Bop1
126              Bop2
127              ...
128              Bopn
129          and dbinds_super
130               in <op1,op2,...,opn,sd1,...,sdm>
131 \end{pseudocode}
132 Here, Bop1 \ldots Bopn bind the methods op1 \ldots opn,
133 and $dbinds_super$ bind the superclass dictionaries sd1 \ldots sdm.
134 \end{enumerate}
135
136
137 %************************************************************************
138 %*                                                                      *
139 \subsection{Extracting instance decls}
140 %*                                                                      *
141 %************************************************************************
142
143 Gather up the instance declarations from their various sources
144
145 \begin{code}
146 tcInstDecls1    -- Deal with both source-code and imported instance decls
147    :: [LTyClDecl Name]          -- For deriving stuff
148    -> [LInstDecl Name]          -- Source code instance decls
149    -> [LDerivDecl Name]         -- Source code stand-alone deriving decls
150    -> TcM (TcGblEnv,            -- The full inst env
151            [InstInfo],          -- Source-code instance decls to process; 
152                                 -- contains all dfuns for this module
153            HsValBinds Name)     -- Supporting bindings for derived instances
154
155 tcInstDecls1 tycl_decls inst_decls deriv_decls
156   = checkNoErrs $
157     do {        -- Stop if addInstInfos etc discovers any errors
158                 -- (they recover, so that we get more than one error each
159                 -- round) 
160
161                 -- (1) Do class instance declarations and instances of indexed
162                 --     types 
163        ; let { idxty_decls = filter (isIdxTyDecl . unLoc) tycl_decls }
164        ; local_info_tycons <- mappM tcLocalInstDecl1  inst_decls
165        ; idx_tycons        <- mappM tcIdxTyInstDeclTL idxty_decls
166
167        ; let { (local_infos,
168                 at_tycons)     = unzip local_info_tycons
169              ; local_info      = concat local_infos
170              ; at_idx_tycon    = concat at_tycons ++ catMaybes idx_tycons
171              ; clas_decls      = filter (isClassDecl.unLoc) tycl_decls 
172              ; implicit_things = concatMap implicitTyThings at_idx_tycon
173              }
174
175                 -- (2) Add the tycons of indexed types and their implicit
176                 --     tythings to the global environment
177        ; tcExtendGlobalEnv (at_idx_tycon ++ implicit_things) $ do {
178
179                 -- (3) Instances from generic class declarations
180        ; generic_inst_info <- getGenericInstances clas_decls
181
182         -- (3) Compute instances from "deriving" clauses; 
183         -- This stuff computes a context for the derived instance decl, so it
184         -- needs to know about all the instances possible; hence inst_env4
185     tcDeriving tycl_decls       `thenM` \ (deriv_inst_info, deriv_binds) ->
186     addInsts deriv_inst_info    $
187
188                 -- (4) Compute instances from "deriving" clauses; 
189                 -- This stuff computes a context for the derived instance
190                 -- decl, so it needs to know about all the instances possible
191        ; (deriv_inst_info, deriv_binds) <- tcDeriving tycl_decls
192        ; addInsts deriv_inst_info   $ do {
193
194        ; gbl_env <- getGblEnv
195        ; returnM (gbl_env, 
196                   generic_inst_info ++ deriv_inst_info ++ local_info,
197                   deriv_binds) 
198     }}}}}}
199   where
200     -- Make sure that toplevel type instance are not for associated types.
201     -- !!!TODO: Need to perform this check for the TyThing of type functions,
202     --          too.
203     tcIdxTyInstDeclTL ldecl@(L loc decl) =
204       do { tything <- tcIdxTyInstDecl ldecl
205          ; setSrcSpan loc $
206              when (isAssocFamily tything) $
207                addErr $ assocInClassErr (tcdName decl)
208          ; return tything
209          }
210     isAssocFamily (Just (ATyCon tycon)) =
211       case tyConFamInst_maybe tycon of
212         Nothing       -> panic "isAssocFamily: no family?!?"
213         Just (fam, _) -> isTyConAssoc fam
214     isAssocFamily (Just _             ) = panic "isAssocFamily: no tycon?!?"
215     isAssocFamily Nothing               = False
216
217 assocInClassErr name = 
218   ptext SLIT("Associated type") <+> quotes (ppr name) <+> 
219   ptext SLIT("must be inside a class instance")
220
221 addInsts :: [InstInfo] -> TcM a -> TcM a
222 addInsts infos thing_inside
223   = tcExtendLocalInstEnv (map iSpec infos) thing_inside
224
225 addFamInsts :: [TyThing] -> TcM a -> TcM a
226 addFamInsts tycons thing_inside
227   = tcExtendLocalFamInstEnv (extractFamInsts tycons) thing_inside
228 \end{code} 
229
230 \begin{code}
231 tcLocalInstDecl1 :: LInstDecl Name 
232                  -> TcM ([InstInfo], [TyThing]) -- [] if there was an error
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 decl@(L loc (InstDecl poly_ty binds uprags ats))
238   =     -- Prime error recovery, set source location
239     recoverM (returnM ([], []))         $
240     setSrcSpan loc                      $
241     addErrCtxt (instDeclCtxt1 poly_ty)  $
242
243     do  { is_boot <- tcIsHsBoot
244         ; checkTc (not is_boot || (isEmptyLHsBinds binds && null uprags))
245                   badBootDeclErr
246
247         -- Typecheck the instance type itself.  We can't use 
248         -- tcHsSigType, because it's not a valid user type.
249         ; kinded_ty <- kcHsSigType poly_ty
250         ; poly_ty'  <- tcHsKindedType kinded_ty
251         ; let (tyvars, theta, tau) = tcSplitSigmaTy poly_ty'
252         
253         -- Next, process any associated types.
254         ; idx_tycons <- mappM tcIdxTyInstDecl ats
255
256         -- Now, check the validity of the instance.
257         ; (clas, inst_tys) <- checkValidInstHead tau
258         ; checkValidInstance tyvars theta clas inst_tys
259         ; checkValidAndMissingATs clas (tyvars, inst_tys) 
260                                   (zip ats idx_tycons)
261
262         -- Finally, construct the Core representation of the instance.
263         -- (This no longer includes the associated types.)
264         ; dfun_name <- newDFunName clas inst_tys (srcSpanStart loc)
265         ; overlap_flag <- getOverlapFlag
266         ; let dfun           = mkDictFunId dfun_name tyvars theta clas inst_tys
267               ispec          = mkLocalInstance dfun overlap_flag
268
269         ; return ([InstInfo { iSpec  = ispec, 
270                               iBinds = VanillaInst binds uprags }],
271                   catMaybes idx_tycons)
272         }
273   where
274     -- We pass in the source form and the type checked form of the ATs.  We
275     -- really need the source form only to be able to produce more informative
276     -- error messages.
277     checkValidAndMissingATs :: Class
278                             -> ([TyVar], [TcType])     -- instance types
279                             -> [(LTyClDecl Name,       -- source form of AT
280                                  Maybe TyThing)]       -- Core form of AT
281                             -> TcM ()
282     checkValidAndMissingATs clas inst_tys ats
283       = do { -- Issue a warning for each class AT that is not defined in this
284              -- instance.
285            ; let classDefATs = listToNameSet . map tyConName . classATs $ clas
286                  definedATs  = listToNameSet . map (tcdName.unLoc.fst)  $ ats
287                  omitted     = classDefATs `minusNameSet` definedATs
288            ; warn <- doptM Opt_WarnMissingMethods
289            ; mapM_ (warnTc warn . omittedATWarn) (nameSetToList omitted)
290            
291              -- Ensure that all AT indexes that correspond to class parameters
292              -- coincide with the types in the instance head.  All remaining
293              -- AT arguments must be variables.  Also raise an error for any
294              -- type instances that are not associated with this class.
295            ; mapM_ (checkIndexes clas inst_tys) ats
296            }
297
298     checkIndexes _    _        (hsAT, Nothing)             = 
299       return ()    -- skip, we already had an error here
300     checkIndexes clas inst_tys (hsAT, Just (ATyCon tycon)) = 
301 -- !!!TODO: check that this does the Right Thing for indexed synonyms, too!
302       checkIndexes' clas inst_tys hsAT 
303                     (tyConTyVars tycon, 
304                      snd . fromJust . tyConFamInst_maybe $ tycon)
305     checkIndexes _ _ _ = panic "checkIndexes"
306
307     checkIndexes' clas (instTvs, instTys) hsAT (atTvs, atTys)
308       = let atName = tcdName . unLoc $ hsAT
309         in
310         setSrcSpan (getLoc hsAT)       $
311         addErrCtxt (atInstCtxt atName) $
312         case find ((atName ==) . tyConName) (classATs clas) of
313           Nothing     -> addErrTc $ badATErr clas atName  -- not in this class
314           Just atDecl -> 
315             case assocTyConArgPoss_maybe atDecl of
316               Nothing   -> panic "checkIndexes': AT has no args poss?!?"
317               Just poss -> 
318
319                 -- The following is tricky!  We need to deal with three
320                 -- complications: (1) The AT possibly only uses a subset of
321                 -- the class parameters as indexes and those it uses may be in
322                 -- a different order; (2) the AT may have extra arguments,
323                 -- which must be type variables; and (3) variables in AT and
324                 -- instance head will be different `Name's even if their
325                 -- source lexemes are identical.
326                 --
327                 -- Re (1), `poss' contains a permutation vector to extract the
328                 -- class parameters in the right order.
329                 --
330                 -- Re (2), we wrap the (permuted) class parameters in a Maybe
331                 -- type and use Nothing for any extra AT arguments.  (First
332                 -- equation of `checkIndex' below.)
333                 --
334                 -- Re (3), we replace any type variable in the AT parameters
335                 -- that has the same source lexeme as some variable in the
336                 -- instance types with the instance type variable sharing its
337                 -- source lexeme.
338                 --
339                 let relevantInstTys = map (instTys !!) poss
340                     instArgs        = map Just relevantInstTys ++ 
341                                       repeat Nothing  -- extra arguments
342                     renaming        = substSameTyVar atTvs instTvs
343                 in
344                 zipWithM_ checkIndex (substTys renaming atTys) instArgs
345
346     checkIndex ty Nothing 
347       | isTyVarTy ty         = return ()
348       | otherwise            = addErrTc $ mustBeVarArgErr ty
349     checkIndex ty (Just instTy) 
350       | ty `tcEqType` instTy = return ()
351       | otherwise            = addErrTc $ wrongATArgErr ty instTy
352
353     listToNameSet = addListToNameSet emptyNameSet 
354
355     substSameTyVar []       _            = emptyTvSubst
356     substSameTyVar (tv:tvs) replacingTvs = 
357       let replacement = case find (tv `sameLexeme`) replacingTvs of
358                           Nothing  -> mkTyVarTy tv
359                           Just rtv -> mkTyVarTy rtv
360           --
361           tv1 `sameLexeme` tv2 = 
362             nameOccName (tyVarName tv1) == nameOccName (tyVarName tv2)
363       in
364       extendTvSubst (substSameTyVar tvs replacingTvs) tv replacement
365 \end{code}
366
367
368 %************************************************************************
369 %*                                                                      *
370 \subsection{Type-checking instance declarations, pass 2}
371 %*                                                                      *
372 %************************************************************************
373
374 \begin{code}
375 tcInstDecls2 :: [LTyClDecl Name] -> [InstInfo] 
376              -> TcM (LHsBinds Id, TcLclEnv)
377 -- (a) From each class declaration, 
378 --      generate any default-method bindings
379 -- (b) From each instance decl
380 --      generate the dfun binding
381
382 tcInstDecls2 tycl_decls inst_decls
383   = do  {       -- (a) Default methods from class decls
384           (dm_binds_s, dm_ids_s) <- mapAndUnzipM tcClassDecl2 $
385                                     filter (isClassDecl.unLoc) tycl_decls
386         ; tcExtendIdEnv (concat dm_ids_s)       $ do 
387     
388                 -- (b) instance declarations
389         ; inst_binds_s <- mappM tcInstDecl2 inst_decls
390
391                 -- Done
392         ; let binds = unionManyBags dm_binds_s `unionBags` 
393                       unionManyBags inst_binds_s
394         ; tcl_env <- getLclEnv          -- Default method Ids in here
395         ; returnM (binds, tcl_env) }
396 \end{code}
397
398 ======= New documentation starts here (Sept 92)  ==============
399
400 The main purpose of @tcInstDecl2@ is to return a @HsBinds@ which defines
401 the dictionary function for this instance declaration.  For example
402 \begin{verbatim}
403         instance Foo a => Foo [a] where
404                 op1 x = ...
405                 op2 y = ...
406 \end{verbatim}
407 might generate something like
408 \begin{verbatim}
409         dfun.Foo.List dFoo_a = let op1 x = ...
410                                    op2 y = ...
411                                in
412                                    Dict [op1, op2]
413 \end{verbatim}
414
415 HOWEVER, if the instance decl has no context, then it returns a
416 bigger @HsBinds@ with declarations for each method.  For example
417 \begin{verbatim}
418         instance Foo [a] where
419                 op1 x = ...
420                 op2 y = ...
421 \end{verbatim}
422 might produce
423 \begin{verbatim}
424         dfun.Foo.List a = Dict [Foo.op1.List a, Foo.op2.List a]
425         const.Foo.op1.List a x = ...
426         const.Foo.op2.List a y = ...
427 \end{verbatim}
428 This group may be mutually recursive, because (for example) there may
429 be no method supplied for op2 in which case we'll get
430 \begin{verbatim}
431         const.Foo.op2.List a = default.Foo.op2 (dfun.Foo.List a)
432 \end{verbatim}
433 that is, the default method applied to the dictionary at this type.
434
435 What we actually produce in either case is:
436
437         AbsBinds [a] [dfun_theta_dicts]
438                  [(dfun.Foo.List, d)] ++ (maybe) [(const.Foo.op1.List, op1), ...]
439                  { d = (sd1,sd2, ..., op1, op2, ...)
440                    op1 = ...
441                    op2 = ...
442                  }
443
444 The "maybe" says that we only ask AbsBinds to make global constant methods
445 if the dfun_theta is empty.
446
447                 
448 For an instance declaration, say,
449
450         instance (C1 a, C2 b) => C (T a b) where
451                 ...
452
453 where the {\em immediate} superclasses of C are D1, D2, we build a dictionary
454 function whose type is
455
456         (C1 a, C2 b, D1 (T a b), D2 (T a b)) => C (T a b)
457
458 Notice that we pass it the superclass dictionaries at the instance type; this
459 is the ``Mark Jones optimisation''.  The stuff before the "=>" here
460 is the @dfun_theta@ below.
461
462 First comes the easy case of a non-local instance decl.
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 -- In the case of a newtype, things are rather easy
473 --      class Show a => Foo a b where ...
474 --      newtype T a = MkT (Tree [a]) deriving( Foo Int )
475 -- The newtype gives an FC axiom looking like
476 --      axiom CoT a ::  T 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 (T a)) => Foo Int (T a)
481 --      dfunFooT = /\a. \(ds:Show (T a)) (df:Foo (Tree [a])).
482 --                case df `cast` (Foo Int (sym (CoT 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 mb_preds })
489   = do  { let dfun_id      = instanceDFunId ispec 
490               rigid_info   = InstSkol dfun_id
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         ; inst_loc <- getInstLoc origin
497         ; (rep_dict_id : sc_dict_ids, wrap_fn, sc_binds)
498                 <- make_wrapper inst_loc tvs theta mb_preds
499                 -- Here, we are relying on the order of dictionary 
500                 -- arguments built by NewTypeDerived in TcDeriv; 
501                 -- namely, that the rep_dict_id comes first
502            
503         ; let (cls, cls_inst_tys) = tcSplitDFunHead inst_head_ty
504               cls_tycon           = classTyCon cls
505               the_coercion        = make_coercion cls_tycon cls_inst_tys
506               coerced_rep_dict    = mkHsWrap the_coercion (HsVar rep_dict_id)
507
508         ; body <- make_body cls_tycon cls_inst_tys sc_dict_ids coerced_rep_dict
509               
510         ; return (sc_binds `snocBag` (noLoc $ VarBind dfun_id $ noLoc $ mkHsWrap wrap_fn body)) }
511   where
512
513       -----------------------
514       --        make_wrapper
515       -- We distinguish two cases:
516       -- (a) there is no tyvar abstraction in the dfun, so all dicts are constant,
517       --     and the new dict can just be a constant
518       --        (mb_preds = Just preds)
519       -- (b) there are tyvars, so we must make a dict *fun*
520       --        (mb_preds = Nothing)
521       -- See the defn of NewTypeDerived for the meaning of mb_preds
522     make_wrapper inst_loc tvs theta (Just preds)        -- Case (a)
523       = ASSERT( null tvs && null theta )
524         do { dicts <- newDictBndrs inst_loc preds
525            ; sc_binds <- addErrCtxt superClassCtxt (tcSimplifySuperClasses [] [] dicts)
526                 -- Use tcSimplifySuperClasses to avoid creating loops, for the
527                 -- same reason as Note [SUPERCLASS-LOOP 1] in TcSimplify
528            ; return (map instToId dicts, idHsWrapper, sc_binds) }
529
530     make_wrapper inst_loc tvs theta Nothing     -- Case (b)
531       = do { dicts <- newDictBndrs inst_loc theta
532            ; let dict_ids = map instToId dicts
533            ; return (dict_ids, mkWpTyLams tvs <.> mkWpLams dict_ids, emptyBag) }
534
535       -----------------------
536       --        make_coercion
537       -- The inst_head looks like (C s1 .. sm (T a1 .. ak))
538       -- But we want the coercion (C s1 .. sm (sym (CoT a1 .. ak)))
539       --        with kind (C s1 .. sm (T a1 .. ak)  :=:  C s1 .. sm <rep_ty>)
540       --        where rep_ty is the (eta-reduced) type rep of T
541       -- So we just replace T with CoT, and insert a 'sym'
542       -- NB: we know that k will be >= arity of CoT, because the latter fully eta-reduced
543
544     make_coercion cls_tycon cls_inst_tys
545         | Just (all_tys_but_last, last_ty) <- snocView cls_inst_tys
546         , (tycon, tc_args) <- tcSplitTyConApp last_ty   -- Should not fail
547         , Just co_con <- newTyConCo_maybe tycon
548         , let co = mkSymCoercion (mkTyConApp co_con tc_args)
549         = WpCo (mkTyConApp cls_tycon (all_tys_but_last ++ [co]))
550         | otherwise     -- The newtype is transparent; no need for a cast
551         = idHsWrapper
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_tycon cls_inst_tys 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 = pat_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 pat_ty pat_ty)) }
579         where
580           pat_ty       = mkTyConApp cls_tycon cls_inst_tys
581           cls_data_con = head (tyConDataCons cls_tycon)
582           cls_arg_tys  = dataConInstArgTys cls_data_con cls_inst_tys 
583           op_tys       = dropList sc_dict_ids cls_arg_tys
584
585 ------------------------
586 -- Ordinary instances
587
588 tcInstDecl2 (InstInfo { iSpec = ispec, iBinds = VanillaInst monobinds uprags })
589   = let 
590         dfun_id    = instanceDFunId ispec
591         rigid_info = InstSkol dfun_id
592         inst_ty    = idType dfun_id
593     in
594          -- Prime error recovery
595     recoverM (returnM emptyLHsBinds)            $
596     setSrcSpan (srcLocSpan (getSrcLoc dfun_id)) $
597     addErrCtxt (instDeclCtxt2 (idType dfun_id)) $
598
599         -- Instantiate the instance decl with skolem constants 
600     tcSkolSigType rigid_info inst_ty    `thenM` \ (inst_tyvars', dfun_theta', inst_head') ->
601                 -- These inst_tyvars' scope over the 'where' part
602                 -- Those tyvars are inside the dfun_id's type, which is a bit
603                 -- bizarre, but OK so long as you realise it!
604     let
605         (clas, inst_tys') = tcSplitDFunHead inst_head'
606         (class_tyvars, sc_theta, _, op_items) = classBigSig clas
607
608         -- Instantiate the super-class context with inst_tys
609         sc_theta' = substTheta (zipOpenTvSubst class_tyvars inst_tys') sc_theta
610         origin    = SigOrigin rigid_info
611     in
612          -- Create dictionary Ids from the specified instance contexts.
613     getInstLoc InstScOrigin                             `thenM` \ sc_loc -> 
614     newDictBndrs sc_loc sc_theta'                       `thenM` \ sc_dicts ->
615     getInstLoc origin                                   `thenM` \ inst_loc -> 
616     newDictBndrs inst_loc dfun_theta'                   `thenM` \ dfun_arg_dicts ->
617     newDictBndr inst_loc (mkClassPred clas inst_tys')   `thenM` \ this_dict ->
618                 -- Default-method Ids may be mentioned in synthesised RHSs,
619                 -- but they'll already be in the environment.
620
621         -- Typecheck the methods
622     let         -- These insts are in scope; quite a few, eh?
623         avail_insts = [this_dict] ++ dfun_arg_dicts ++ sc_dicts
624     in
625     tcMethods origin clas inst_tyvars' 
626               dfun_theta' inst_tys' avail_insts 
627               op_items monobinds uprags         `thenM` \ (meth_ids, meth_binds) ->
628
629         -- Figure out bindings for the superclass context
630         -- Don't include this_dict in the 'givens', else
631         -- sc_dicts get bound by just selecting  from this_dict!!
632     addErrCtxt superClassCtxt
633         (tcSimplifySuperClasses inst_tyvars'
634                          dfun_arg_dicts
635                          sc_dicts)      `thenM` \ sc_binds ->
636
637         -- It's possible that the superclass stuff might unified one
638         -- of the inst_tyavars' with something in the envt
639     checkSigTyVars inst_tyvars'         `thenM_`
640
641         -- Deal with 'SPECIALISE instance' pragmas 
642     tcPrags dfun_id (filter isSpecInstLSig uprags)      `thenM` \ prags -> 
643     
644         -- Create the result bindings
645     let
646         dict_constr   = classDataCon clas
647         scs_and_meths = map instToId sc_dicts ++ meth_ids
648         this_dict_id  = instToId this_dict
649         inline_prag | null dfun_arg_dicts = []
650                     | otherwise = [InlinePrag (Inline AlwaysActive True)]
651                 -- Always inline the dfun; this is an experimental decision
652                 -- because it makes a big performance difference sometimes.
653                 -- Often it means we can do the method selection, and then
654                 -- inline the method as well.  Marcin's idea; see comments below.
655                 --
656                 -- BUT: don't inline it if it's a constant dictionary;
657                 -- we'll get all the benefit without inlining, and we get
658                 -- a **lot** of code duplication if we inline it
659                 --
660                 --      See Note [Inline dfuns] below
661
662         dict_rhs
663           = mkHsConApp dict_constr inst_tys' (map HsVar scs_and_meths)
664                 -- We don't produce a binding for the dict_constr; instead we
665                 -- rely on the simplifier to unfold this saturated application
666                 -- We do this rather than generate an HsCon directly, because
667                 -- it means that the special cases (e.g. dictionary with only one
668                 -- member) are dealt with by the common MkId.mkDataConWrapId code rather
669                 -- than needing to be repeated here.
670
671         dict_bind  = noLoc (VarBind this_dict_id dict_rhs)
672         all_binds  = dict_bind `consBag` (sc_binds `unionBags` meth_binds)
673
674         main_bind = noLoc $ AbsBinds
675                             inst_tyvars'
676                             (map instToId dfun_arg_dicts)
677                             [(inst_tyvars', dfun_id, this_dict_id, 
678                                             inline_prag ++ prags)] 
679                             all_binds
680     in
681     showLIE (text "instance")           `thenM_`
682     returnM (unitBag main_bind)
683
684
685 tcMethods origin clas inst_tyvars' dfun_theta' inst_tys' 
686           avail_insts op_items monobinds uprags
687   =     -- Check that all the method bindings come from this class
688     let
689         sel_names = [idName sel_id | (sel_id, _) <- op_items]
690         bad_bndrs = collectHsBindBinders monobinds `minusList` sel_names
691     in
692     mappM (addErrTc . badMethodErr clas) bad_bndrs      `thenM_`
693
694         -- Make the method bindings
695     let
696         mk_method_bind = mkMethodBind origin clas inst_tys' monobinds
697     in
698     mapAndUnzipM mk_method_bind op_items        `thenM` \ (meth_insts, meth_infos) ->
699
700         -- And type check them
701         -- It's really worth making meth_insts available to the tcMethodBind
702         -- Consider     instance Monad (ST s) where
703         --                {-# INLINE (>>) #-}
704         --                (>>) = ...(>>=)...
705         -- If we don't include meth_insts, we end up with bindings like this:
706         --      rec { dict = MkD then bind ...
707         --            then = inline_me (... (GHC.Base.>>= dict) ...)
708         --            bind = ... }
709         -- The trouble is that (a) 'then' and 'dict' are mutually recursive, 
710         -- and (b) the inline_me prevents us inlining the >>= selector, which
711         -- would unravel the loop.  Result: (>>) ends up as a loop breaker, and
712         -- is not inlined across modules. Rather ironic since this does not
713         -- happen without the INLINE pragma!  
714         --
715         -- Solution: make meth_insts available, so that 'then' refers directly
716         --           to the local 'bind' rather than going via the dictionary.
717         --
718         -- BUT WATCH OUT!  If the method type mentions the class variable, then
719         -- this optimisation is not right.  Consider
720         --      class C a where
721         --        op :: Eq a => a
722         --
723         --      instance C Int where
724         --        op = op
725         -- The occurrence of 'op' on the rhs gives rise to a constraint
726         --      op at Int
727         -- The trouble is that the 'meth_inst' for op, which is 'available', also
728         -- looks like 'op at Int'.  But they are not the same.
729     let
730         prag_fn        = mkPragFun uprags
731         all_insts      = avail_insts ++ catMaybes meth_insts
732         sig_fn n       = Just []        -- No scoped type variables, but every method has
733                                         -- a type signature, in effect, so that we check
734                                         -- the method has the right type
735         tc_method_bind = tcMethodBind inst_tyvars' dfun_theta' all_insts sig_fn prag_fn
736         meth_ids       = [meth_id | (_,meth_id,_) <- meth_infos]
737     in
738
739     mapM tc_method_bind meth_infos              `thenM` \ meth_binds_s ->
740    
741     returnM (meth_ids, unionManyBags meth_binds_s)
742 \end{code}
743
744
745                 ------------------------------
746         [Inline dfuns] Inlining dfuns unconditionally
747                 ------------------------------
748
749 The code above unconditionally inlines dict funs.  Here's why.
750 Consider this program:
751
752     test :: Int -> Int -> Bool
753     test x y = (x,y) == (y,x) || test y x
754     -- Recursive to avoid making it inline.
755
756 This needs the (Eq (Int,Int)) instance.  If we inline that dfun
757 the code we end up with is good:
758
759     Test.$wtest =
760         \r -> case ==# [ww ww1] of wild {
761                 PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
762                 PrelBase.True ->
763                   case ==# [ww1 ww] of wild1 {
764                     PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
765                     PrelBase.True -> PrelBase.True [];
766                   };
767             };
768     Test.test = \r [w w1]
769             case w of w2 {
770               PrelBase.I# ww ->
771                   case w1 of w3 { PrelBase.I# ww1 -> Test.$wtest ww ww1; };
772             };
773
774 If we don't inline the dfun, the code is not nearly as good:
775
776     (==) = case PrelTup.$fEq(,) PrelBase.$fEqInt PrelBase.$fEqInt of tpl {
777               PrelBase.:DEq tpl1 tpl2 -> tpl2;
778             };
779     
780     Test.$wtest =
781         \r [ww ww1]
782             let { y = PrelBase.I#! [ww1]; } in
783             let { x = PrelBase.I#! [ww]; } in
784             let { sat_slx = PrelTup.(,)! [y x]; } in
785             let { sat_sly = PrelTup.(,)! [x y];
786             } in
787               case == sat_sly sat_slx of wild {
788                 PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
789                 PrelBase.True -> PrelBase.True [];
790               };
791     
792     Test.test =
793         \r [w w1]
794             case w of w2 {
795               PrelBase.I# ww ->
796                   case w1 of w3 { PrelBase.I# ww1 -> Test.$wtest ww ww1; };
797             };
798
799 Why doesn't GHC inline $fEq?  Because it looks big:
800
801     PrelTup.zdfEqZ1T{-rcX-}
802         = \ @ a{-reT-} :: * @ b{-reS-} :: *
803             zddEq{-rf6-} _Ks :: {PrelBase.Eq{-23-} a{-reT-}}
804             zddEq1{-rf7-} _Ks :: {PrelBase.Eq{-23-} b{-reS-}} ->
805             let {
806               zeze{-rf0-} _Kl :: (b{-reS-} -> b{-reS-} -> PrelBase.Bool{-3c-})
807               zeze{-rf0-} = PrelBase.zeze{-01L-}@ b{-reS-} zddEq1{-rf7-} } in
808             let {
809               zeze1{-rf3-} _Kl :: (a{-reT-} -> a{-reT-} -> PrelBase.Bool{-3c-})
810               zeze1{-rf3-} = PrelBase.zeze{-01L-} @ a{-reT-} zddEq{-rf6-} } in
811             let {
812               zeze2{-reN-} :: ((a{-reT-}, b{-reS-}) -> (a{-reT-}, b{-reS-})-> PrelBase.Bool{-3c-})
813               zeze2{-reN-} = \ ds{-rf5-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-})
814                                ds1{-rf4-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-}) ->
815                              case ds{-rf5-}
816                              of wild{-reW-} _Kd { (a1{-rf2-} _Ks, a2{-reZ-} _Ks) ->
817                              case ds1{-rf4-}
818                              of wild1{-reX-} _Kd { (b1{-rf1-} _Ks, b2{-reY-} _Ks) ->
819                              PrelBase.zaza{-r4e-}
820                                (zeze1{-rf3-} a1{-rf2-} b1{-rf1-})
821                                (zeze{-rf0-} a2{-reZ-} b2{-reY-})
822                              }
823                              } } in     
824             let {
825               a1{-reR-} :: ((a{-reT-}, b{-reS-})-> (a{-reT-}, b{-reS-})-> PrelBase.Bool{-3c-})
826               a1{-reR-} = \ a2{-reV-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-})
827                             b1{-reU-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-}) ->
828                           PrelBase.not{-r6I-} (zeze2{-reN-} a2{-reV-} b1{-reU-})
829             } in
830               PrelBase.zdwZCDEq{-r8J-} @ (a{-reT-}, b{-reS-}) a1{-reR-} zeze2{-reN-})
831
832 and it's not as bad as it seems, because it's further dramatically
833 simplified: only zeze2 is extracted and its body is simplified.
834
835
836 %************************************************************************
837 %*                                                                      *
838 \subsection{Error messages}
839 %*                                                                      *
840 %************************************************************************
841
842 \begin{code}
843 instDeclCtxt1 hs_inst_ty 
844   = inst_decl_ctxt (case unLoc hs_inst_ty of
845                         HsForAllTy _ _ _ (L _ (HsPredTy pred)) -> ppr pred
846                         HsPredTy pred                    -> ppr pred
847                         other                            -> ppr hs_inst_ty)     -- Don't expect this
848 instDeclCtxt2 dfun_ty
849   = inst_decl_ctxt (ppr (mkClassPred cls tys))
850   where
851     (_,_,cls,tys) = tcSplitDFunTy dfun_ty
852
853 inst_decl_ctxt doc = ptext SLIT("In the instance declaration for") <+> quotes doc
854
855 superClassCtxt = ptext SLIT("When checking the super-classes of an instance declaration")
856
857 atInstCtxt name = ptext SLIT("In the associated type instance for") <+> 
858                   quotes (ppr name)
859
860 mustBeVarArgErr ty = 
861   sep [ ptext SLIT("Arguments that do not correspond to a class parameter") <+>
862         ptext SLIT("must be variables")
863       , ptext SLIT("Instead of a variable, found") <+> ppr ty
864       ]
865
866 wrongATArgErr ty instTy =
867   sep [ ptext SLIT("Type indexes must match class instance head")
868       , ptext SLIT("Found") <+> ppr ty <+> ptext SLIT("but expected") <+>
869          ppr instTy
870       ]
871 \end{code}