Big tidy-up of deriving code
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcInstDcls.lhs
1 %
2 % (c) The University of Glasgow 2006
3 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
4 %
5
6 TcInstDecls: Typechecking instance declarations
7
8 \begin{code}
9 module TcInstDcls ( tcInstDecls1, tcInstDecls2 ) where
10
11 #include "HsVersions.h"
12
13 import HsSyn
14 import TcBinds
15 import TcTyClsDecls
16 import TcClassDcl
17 import TcRnMonad       
18 import TcMType
19 import TcType
20 import Inst
21 import InstEnv
22 import FamInst
23 import FamInstEnv
24 import TcDeriv
25 import TcEnv
26 import TcHsType
27 import TcUnify
28 import TcSimplify
29 import Type
30 import Coercion
31 import TyCon
32 import DataCon
33 import Class
34 import Var
35 import MkId
36 import Name
37 import NameSet
38 import DynFlags
39 import SrcLoc
40 import ListSetOps
41 import Util
42 import Outputable
43 import Bag
44 import BasicTypes
45 import HscTypes
46 import FastString
47
48 import Data.Maybe
49 import Control.Monad hiding (zipWithM_, mapAndUnzipM)
50 import Data.List
51 \end{code}
52
53 Typechecking instance declarations is done in two passes. The first
54 pass, made by @tcInstDecls1@, collects information to be used in the
55 second pass.
56
57 This pre-processed info includes the as-yet-unprocessed bindings
58 inside the instance declaration.  These are type-checked in the second
59 pass, when the class-instance envs and GVE contain all the info from
60 all the instance and value decls.  Indeed that's the reason we need
61 two passes over the instance decls.
62
63 Here is the overall algorithm.
64 Assume that we have an instance declaration
65
66     instance c => k (t tvs) where b
67
68 \begin{enumerate}
69 \item
70 $LIE_c$ is the LIE for the context of class $c$
71 \item
72 $betas_bar$ is the free variables in the class method type, excluding the
73    class variable
74 \item
75 $LIE_cop$ is the LIE constraining a particular class method
76 \item
77 $tau_cop$ is the tau type of a class method
78 \item
79 $LIE_i$ is the LIE for the context of instance $i$
80 \item
81 $X$ is the instance constructor tycon
82 \item
83 $gammas_bar$ is the set of type variables of the instance
84 \item
85 $LIE_iop$ is the LIE for a particular class method instance
86 \item
87 $tau_iop$ is the tau type for this instance of a class method
88 \item
89 $alpha$ is the class variable
90 \item
91 $LIE_cop' = LIE_cop [X gammas_bar / alpha, fresh betas_bar]$
92 \item
93 $tau_cop' = tau_cop [X gammas_bar / alpha, fresh betas_bar]$
94 \end{enumerate}
95
96 ToDo: Update the list above with names actually in the code.
97
98 \begin{enumerate}
99 \item
100 First, make the LIEs for the class and instance contexts, which means
101 instantiate $thetaC [X inst_tyvars / alpha ]$, yielding LIElistC' and LIEC',
102 and make LIElistI and LIEI.
103 \item
104 Then process each method in turn.
105 \item
106 order the instance methods according to the ordering of the class methods
107 \item
108 express LIEC' in terms of LIEI, yielding $dbinds_super$ or an error
109 \item
110 Create final dictionary function from bindings generated already
111 \begin{pseudocode}
112 df = lambda inst_tyvars
113        lambda LIEI
114          let Bop1
115              Bop2
116              ...
117              Bopn
118          and dbinds_super
119               in <op1,op2,...,opn,sd1,...,sdm>
120 \end{pseudocode}
121 Here, Bop1 \ldots Bopn bind the methods op1 \ldots opn,
122 and $dbinds_super$ bind the superclass dictionaries sd1 \ldots sdm.
123 \end{enumerate}
124
125
126 %************************************************************************
127 %*                                                                      *
128 \subsection{Extracting instance decls}
129 %*                                                                      *
130 %************************************************************************
131
132 Gather up the instance declarations from their various sources
133
134 \begin{code}
135 tcInstDecls1    -- Deal with both source-code and imported instance decls
136    :: [LTyClDecl Name]          -- For deriving stuff
137    -> [LInstDecl Name]          -- Source code instance decls
138    -> [LDerivDecl Name]         -- Source code stand-alone deriving decls
139    -> TcM (TcGblEnv,            -- The full inst env
140            [InstInfo],          -- Source-code instance decls to process; 
141                                 -- contains all dfuns for this module
142            HsValBinds Name)     -- Supporting bindings for derived instances
143
144 tcInstDecls1 tycl_decls inst_decls deriv_decls
145   = checkNoErrs $
146     do {        -- Stop if addInstInfos etc discovers any errors
147                 -- (they recover, so that we get more than one error each
148                 -- round) 
149
150                 -- (1) Do class instance declarations and instances of indexed
151                 --     types 
152        ; let { idxty_decls = filter (isIdxTyDecl . unLoc) tycl_decls }
153        ; local_info_tycons <- mappM tcLocalInstDecl1  inst_decls
154        ; idx_tycons        <- mappM tcIdxTyInstDeclTL idxty_decls
155
156        ; let { (local_infos,
157                 at_tycons)     = unzip local_info_tycons
158              ; local_info      = concat local_infos
159              ; at_idx_tycon    = concat at_tycons ++ catMaybes idx_tycons
160              ; clas_decls      = filter (isClassDecl.unLoc) tycl_decls 
161              ; implicit_things = concatMap implicitTyThings at_idx_tycon
162              }
163
164                 -- (2) Add the tycons of indexed types and their implicit
165                 --     tythings to the global environment
166        ; tcExtendGlobalEnv (at_idx_tycon ++ implicit_things) $ do {
167
168                 -- (3) Instances from generic class declarations
169        ; generic_inst_info <- getGenericInstances clas_decls
170
171                 -- Next, construct the instance environment so far, consisting
172                 -- of 
173                 --   a) local instance decls
174                 --   b) generic instances
175                 --   c) local family instance decls
176        ; addInsts local_info         $ do {
177        ; addInsts generic_inst_info  $ do {
178        ; addFamInsts at_idx_tycon    $ do {
179
180                 -- (4) Compute instances from "deriving" clauses; 
181                 -- This stuff computes a context for the derived instance
182                 -- decl, so it needs to know about all the instances possible
183        ; (deriv_inst_info, deriv_binds) <- tcDeriving tycl_decls deriv_decls
184        ; addInsts deriv_inst_info   $ do {
185
186        ; gbl_env <- getGblEnv
187        ; returnM (gbl_env, 
188                   generic_inst_info ++ deriv_inst_info ++ local_info,
189                   deriv_binds) 
190     }}}}}}
191   where
192     -- Make sure that toplevel type instance are not for associated types.
193     -- !!!TODO: Need to perform this check for the TyThing of type functions,
194     --          too.
195     tcIdxTyInstDeclTL ldecl@(L loc decl) =
196       do { tything <- tcIdxTyInstDecl ldecl
197          ; setSrcSpan loc $
198              when (isAssocFamily tything) $
199                addErr $ assocInClassErr (tcdName decl)
200          ; return tything
201          }
202     isAssocFamily (Just (ATyCon tycon)) =
203       case tyConFamInst_maybe tycon of
204         Nothing       -> panic "isAssocFamily: no family?!?"
205         Just (fam, _) -> isTyConAssoc fam
206     isAssocFamily (Just _             ) = panic "isAssocFamily: no tycon?!?"
207     isAssocFamily Nothing               = False
208
209 assocInClassErr name = 
210   ptext SLIT("Associated type") <+> quotes (ppr name) <+> 
211   ptext SLIT("must be inside a class instance")
212
213 addInsts :: [InstInfo] -> TcM a -> TcM a
214 addInsts infos thing_inside
215   = tcExtendLocalInstEnv (map iSpec infos) thing_inside
216
217 addFamInsts :: [TyThing] -> TcM a -> TcM a
218 addFamInsts tycons thing_inside
219   = tcExtendLocalFamInstEnv (map mkLocalFamInstTyThing tycons) thing_inside
220   where
221     mkLocalFamInstTyThing (ATyCon tycon) = mkLocalFamInst tycon
222     mkLocalFamInstTyThing tything        = pprPanic "TcInstDcls.addFamInsts"
223                                                     (ppr tything)
224 \end{code}
225
226 \begin{code}
227 tcLocalInstDecl1 :: LInstDecl Name 
228                  -> TcM ([InstInfo], [TyThing]) -- [] if there was an error
229         -- A source-file instance declaration
230         -- Type-check all the stuff before the "where"
231         --
232         -- We check for respectable instance type, and context
233 tcLocalInstDecl1 decl@(L loc (InstDecl poly_ty binds uprags ats))
234   =     -- Prime error recovery, set source location
235     recoverM (returnM ([], []))         $
236     setSrcSpan loc                      $
237     addErrCtxt (instDeclCtxt1 poly_ty)  $
238
239     do  { is_boot <- tcIsHsBoot
240         ; checkTc (not is_boot || (isEmptyLHsBinds binds && null uprags))
241                   badBootDeclErr
242
243         ; (tyvars, theta, tau) <- tcHsInstHead poly_ty
244         
245         -- Next, process any associated types.
246         ; idx_tycons <- mappM tcIdxTyInstDecl ats
247
248         -- Now, check the validity of the instance.
249         ; (clas, inst_tys) <- checkValidInstHead tau
250         ; checkValidInstance tyvars theta clas inst_tys
251         ; checkValidAndMissingATs clas (tyvars, inst_tys) 
252                                   (zip ats idx_tycons)
253
254         -- Finally, construct the Core representation of the instance.
255         -- (This no longer includes the associated types.)
256         ; dfun_name <- newDFunName clas inst_tys (srcSpanStart loc)
257         ; overlap_flag <- getOverlapFlag
258         ; let dfun           = mkDictFunId dfun_name tyvars theta clas inst_tys
259               ispec          = mkLocalInstance dfun overlap_flag
260
261         ; return ([InstInfo { iSpec  = ispec, 
262                               iBinds = VanillaInst binds uprags }],
263                   catMaybes idx_tycons)
264         }
265   where
266     -- We pass in the source form and the type checked form of the ATs.  We
267     -- really need the source form only to be able to produce more informative
268     -- error messages.
269     checkValidAndMissingATs :: Class
270                             -> ([TyVar], [TcType])     -- instance types
271                             -> [(LTyClDecl Name,       -- source form of AT
272                                  Maybe TyThing)]       -- Core form of AT
273                             -> TcM ()
274     checkValidAndMissingATs clas inst_tys ats
275       = do { -- Issue a warning for each class AT that is not defined in this
276              -- instance.
277            ; let classDefATs = listToNameSet . map tyConName . classATs $ clas
278                  definedATs  = listToNameSet . map (tcdName.unLoc.fst)  $ ats
279                  omitted     = classDefATs `minusNameSet` definedATs
280            ; warn <- doptM Opt_WarnMissingMethods
281            ; mapM_ (warnTc warn . omittedATWarn) (nameSetToList omitted)
282            
283              -- Ensure that all AT indexes that correspond to class parameters
284              -- coincide with the types in the instance head.  All remaining
285              -- AT arguments must be variables.  Also raise an error for any
286              -- type instances that are not associated with this class.
287            ; mapM_ (checkIndexes clas inst_tys) ats
288            }
289
290     checkIndexes _    _        (hsAT, Nothing)             = 
291       return ()    -- skip, we already had an error here
292     checkIndexes clas inst_tys (hsAT, Just (ATyCon tycon)) = 
293 -- !!!TODO: check that this does the Right Thing for indexed synonyms, too!
294       checkIndexes' clas inst_tys hsAT 
295                     (tyConTyVars tycon, 
296                      snd . fromJust . tyConFamInst_maybe $ tycon)
297     checkIndexes _ _ _ = panic "checkIndexes"
298
299     checkIndexes' clas (instTvs, instTys) hsAT (atTvs, atTys)
300       = let atName = tcdName . unLoc $ hsAT
301         in
302         setSrcSpan (getLoc hsAT)       $
303         addErrCtxt (atInstCtxt atName) $
304         case find ((atName ==) . tyConName) (classATs clas) of
305           Nothing     -> addErrTc $ badATErr clas atName  -- not in this class
306           Just atDecl -> 
307             case assocTyConArgPoss_maybe atDecl of
308               Nothing   -> panic "checkIndexes': AT has no args poss?!?"
309               Just poss -> 
310
311                 -- The following is tricky!  We need to deal with three
312                 -- complications: (1) The AT possibly only uses a subset of
313                 -- the class parameters as indexes and those it uses may be in
314                 -- a different order; (2) the AT may have extra arguments,
315                 -- which must be type variables; and (3) variables in AT and
316                 -- instance head will be different `Name's even if their
317                 -- source lexemes are identical.
318                 --
319                 -- Re (1), `poss' contains a permutation vector to extract the
320                 -- class parameters in the right order.
321                 --
322                 -- Re (2), we wrap the (permuted) class parameters in a Maybe
323                 -- type and use Nothing for any extra AT arguments.  (First
324                 -- equation of `checkIndex' below.)
325                 --
326                 -- Re (3), we replace any type variable in the AT parameters
327                 -- that has the same source lexeme as some variable in the
328                 -- instance types with the instance type variable sharing its
329                 -- source lexeme.
330                 --
331                 let relevantInstTys = map (instTys !!) poss
332                     instArgs        = map Just relevantInstTys ++ 
333                                       repeat Nothing  -- extra arguments
334                     renaming        = substSameTyVar atTvs instTvs
335                 in
336                 zipWithM_ checkIndex (substTys renaming atTys) instArgs
337
338     checkIndex ty Nothing 
339       | isTyVarTy ty         = return ()
340       | otherwise            = addErrTc $ mustBeVarArgErr ty
341     checkIndex ty (Just instTy) 
342       | ty `tcEqType` instTy = return ()
343       | otherwise            = addErrTc $ wrongATArgErr ty instTy
344
345     listToNameSet = addListToNameSet emptyNameSet 
346
347     substSameTyVar []       _            = emptyTvSubst
348     substSameTyVar (tv:tvs) replacingTvs = 
349       let replacement = case find (tv `sameLexeme`) replacingTvs of
350                           Nothing  -> mkTyVarTy tv
351                           Just rtv -> mkTyVarTy rtv
352           --
353           tv1 `sameLexeme` tv2 = 
354             nameOccName (tyVarName tv1) == nameOccName (tyVarName tv2)
355       in
356       extendTvSubst (substSameTyVar tvs replacingTvs) tv replacement
357 \end{code}
358
359
360 %************************************************************************
361 %*                                                                      *
362 \subsection{Type-checking instance declarations, pass 2}
363 %*                                                                      *
364 %************************************************************************
365
366 \begin{code}
367 tcInstDecls2 :: [LTyClDecl Name] -> [InstInfo] 
368              -> TcM (LHsBinds Id, TcLclEnv)
369 -- (a) From each class declaration, 
370 --      generate any default-method bindings
371 -- (b) From each instance decl
372 --      generate the dfun binding
373
374 tcInstDecls2 tycl_decls inst_decls
375   = do  {       -- (a) Default methods from class decls
376           (dm_binds_s, dm_ids_s) <- mapAndUnzipM tcClassDecl2 $
377                                     filter (isClassDecl.unLoc) tycl_decls
378         ; tcExtendIdEnv (concat dm_ids_s)       $ do 
379     
380                 -- (b) instance declarations
381         ; inst_binds_s <- mappM tcInstDecl2 inst_decls
382
383                 -- Done
384         ; let binds = unionManyBags dm_binds_s `unionBags` 
385                       unionManyBags inst_binds_s
386         ; tcl_env <- getLclEnv          -- Default method Ids in here
387         ; returnM (binds, tcl_env) }
388 \end{code}
389
390 ======= New documentation starts here (Sept 92)  ==============
391
392 The main purpose of @tcInstDecl2@ is to return a @HsBinds@ which defines
393 the dictionary function for this instance declaration.  For example
394 \begin{verbatim}
395         instance Foo a => Foo [a] where
396                 op1 x = ...
397                 op2 y = ...
398 \end{verbatim}
399 might generate something like
400 \begin{verbatim}
401         dfun.Foo.List dFoo_a = let op1 x = ...
402                                    op2 y = ...
403                                in
404                                    Dict [op1, op2]
405 \end{verbatim}
406
407 HOWEVER, if the instance decl has no context, then it returns a
408 bigger @HsBinds@ with declarations for each method.  For example
409 \begin{verbatim}
410         instance Foo [a] where
411                 op1 x = ...
412                 op2 y = ...
413 \end{verbatim}
414 might produce
415 \begin{verbatim}
416         dfun.Foo.List a = Dict [Foo.op1.List a, Foo.op2.List a]
417         const.Foo.op1.List a x = ...
418         const.Foo.op2.List a y = ...
419 \end{verbatim}
420 This group may be mutually recursive, because (for example) there may
421 be no method supplied for op2 in which case we'll get
422 \begin{verbatim}
423         const.Foo.op2.List a = default.Foo.op2 (dfun.Foo.List a)
424 \end{verbatim}
425 that is, the default method applied to the dictionary at this type.
426
427 What we actually produce in either case is:
428
429         AbsBinds [a] [dfun_theta_dicts]
430                  [(dfun.Foo.List, d)] ++ (maybe) [(const.Foo.op1.List, op1), ...]
431                  { d = (sd1,sd2, ..., op1, op2, ...)
432                    op1 = ...
433                    op2 = ...
434                  }
435
436 The "maybe" says that we only ask AbsBinds to make global constant methods
437 if the dfun_theta is empty.
438
439                 
440 For an instance declaration, say,
441
442         instance (C1 a, C2 b) => C (T a b) where
443                 ...
444
445 where the {\em immediate} superclasses of C are D1, D2, we build a dictionary
446 function whose type is
447
448         (C1 a, C2 b, D1 (T a b), D2 (T a b)) => C (T a b)
449
450 Notice that we pass it the superclass dictionaries at the instance type; this
451 is the ``Mark Jones optimisation''.  The stuff before the "=>" here
452 is the @dfun_theta@ below.
453
454 First comes the easy case of a non-local instance decl.
455
456
457 \begin{code}
458 tcInstDecl2 :: InstInfo -> TcM (LHsBinds Id)
459 -- Returns a binding for the dfun
460
461 ------------------------
462 -- Derived newtype instances; surprisingly tricky!
463 --
464 -- In the case of a newtype, things are rather easy
465 --      class Show a => Foo a b where ...
466 --      newtype T a = MkT (Tree [a]) deriving( Foo Int )
467 -- The newtype gives an FC axiom looking like
468 --      axiom CoT a ::  T a :=: Tree [a]
469 --   (see Note [Newtype coercions] in TyCon for this unusual form of axiom)
470 --
471 -- So all need is to generate a binding looking like: 
472 --      dfunFooT :: forall a. (Foo Int (Tree [a], Show (T a)) => Foo Int (T a)
473 --      dfunFooT = /\a. \(ds:Show (T a)) (df:Foo (Tree [a])).
474 --                case df `cast` (Foo Int (sym (CoT a))) of
475 --                   Foo _ op1 .. opn -> Foo ds op1 .. opn
476 --
477 -- If there are no superclasses, matters are simpler, because we don't need the case
478 -- see Note [Newtype deriving superclasses] in TcDeriv.lhs
479
480 tcInstDecl2 (InstInfo { iSpec = ispec, iBinds = NewTypeDerived mb_preds })
481   = do  { let dfun_id      = instanceDFunId ispec 
482               rigid_info   = InstSkol
483               origin       = SigOrigin rigid_info
484               inst_ty      = idType dfun_id
485         ; (tvs, theta, inst_head_ty) <- tcSkolSigType rigid_info inst_ty
486                 -- inst_head_ty is a PredType
487
488         ; inst_loc <- getInstLoc origin
489         ; (rep_dict_id : sc_dict_ids, wrap_fn, sc_binds)
490                 <- make_wrapper inst_loc tvs theta mb_preds
491                 -- Here, we are relying on the order of dictionary 
492                 -- arguments built by NewTypeDerived in TcDeriv; 
493                 -- namely, that the rep_dict_id comes first
494            
495         ; let (cls, cls_inst_tys) = tcSplitDFunHead inst_head_ty
496               cls_tycon           = classTyCon cls
497               the_coercion        = make_coercion cls_tycon cls_inst_tys
498               coerced_rep_dict    = mkHsWrap the_coercion (HsVar rep_dict_id)
499
500         ; body <- make_body cls_tycon cls_inst_tys sc_dict_ids coerced_rep_dict
501               
502         ; return (sc_binds `snocBag` (noLoc $ VarBind dfun_id $ noLoc $ mkHsWrap wrap_fn body)) }
503   where
504
505       -----------------------
506       --        make_wrapper
507       -- We distinguish two cases:
508       -- (a) there is no tyvar abstraction in the dfun, so all dicts are constant,
509       --     and the new dict can just be a constant
510       --        (mb_preds = Just preds)
511       -- (b) there are tyvars, so we must make a dict *fun*
512       --        (mb_preds = Nothing)
513       -- See the defn of NewTypeDerived for the meaning of mb_preds
514     make_wrapper inst_loc tvs theta (Just preds)        -- Case (a)
515       = ASSERT( null tvs && null theta )
516         do { dicts <- newDictBndrs inst_loc preds
517            ; sc_binds <- addErrCtxt superClassCtxt $
518                          tcSimplifySuperClasses inst_loc [] dicts
519                 -- Use tcSimplifySuperClasses to avoid creating loops, for the
520                 -- same reason as Note [SUPERCLASS-LOOP 1] in TcSimplify
521            ; return (map instToId dicts, idHsWrapper, sc_binds) }
522
523     make_wrapper inst_loc tvs theta Nothing     -- Case (b)
524       = do { dicts <- newDictBndrs inst_loc theta
525            ; let dict_ids = map instToId dicts
526            ; return (dict_ids, mkWpTyLams tvs <.> mkWpLams dict_ids, emptyBag) }
527
528       -----------------------
529       --        make_coercion
530       -- The inst_head looks like (C s1 .. sm (T a1 .. ak))
531       -- But we want the coercion (C s1 .. sm (sym (CoT a1 .. ak)))
532       --        with kind (C s1 .. sm (T a1 .. ak)  :=:  C s1 .. sm <rep_ty>)
533       --        where rep_ty is the (eta-reduced) type rep of T
534       -- So we just replace T with CoT, and insert a 'sym'
535       -- NB: we know that k will be >= arity of CoT, because the latter fully eta-reduced
536
537     make_coercion cls_tycon cls_inst_tys
538         | Just (all_tys_but_last, last_ty) <- snocView cls_inst_tys
539         , (tycon, tc_args) <- tcSplitTyConApp last_ty   -- Should not fail
540         , Just co_con <- newTyConCo_maybe tycon
541         , let co = mkSymCoercion (mkTyConApp co_con tc_args)
542         = WpCo (mkTyConApp cls_tycon (all_tys_but_last ++ [co]))
543         | otherwise     -- The newtype is transparent; no need for a cast
544         = idHsWrapper
545
546       -----------------------
547       --        make_body
548       -- Two cases; see Note [Newtype deriving superclasses] in TcDeriv.lhs
549       -- (a) no superclasses; then we can just use the coerced dict
550       -- (b) one or more superclasses; then new need to do the unpack/repack
551         
552     make_body cls_tycon cls_inst_tys sc_dict_ids coerced_rep_dict
553         | null sc_dict_ids              -- Case (a)
554         = return coerced_rep_dict
555         | otherwise                     -- Case (b)
556         = do { op_ids            <- newSysLocalIds FSLIT("op") op_tys
557              ; dummy_sc_dict_ids <- newSysLocalIds FSLIT("sc") (map idType sc_dict_ids)
558              ; let the_pat = ConPatOut { pat_con = noLoc cls_data_con, pat_tvs = [],
559                                          pat_dicts = dummy_sc_dict_ids,
560                                          pat_binds = emptyLHsBinds,
561                                          pat_args = PrefixCon (map nlVarPat op_ids),
562                                          pat_ty = pat_ty} 
563                    the_match = mkSimpleMatch [noLoc the_pat] the_rhs
564                    the_rhs = mkHsConApp cls_data_con cls_inst_tys $
565                              map HsVar (sc_dict_ids ++ op_ids)
566
567                 -- Warning: this HsCase scrutinises a value with a PredTy, which is
568                 --          never otherwise seen in Haskell source code. It'd be
569                 --          nicer to generate Core directly!
570              ; return (HsCase (noLoc coerced_rep_dict) $
571                        MatchGroup [the_match] (mkFunTy pat_ty pat_ty)) }
572         where
573           pat_ty       = mkTyConApp cls_tycon cls_inst_tys
574           cls_data_con = head (tyConDataCons cls_tycon)
575           cls_arg_tys  = dataConInstArgTys cls_data_con cls_inst_tys 
576           op_tys       = dropList sc_dict_ids cls_arg_tys
577
578 ------------------------
579 -- Ordinary instances
580
581 tcInstDecl2 (InstInfo { iSpec = ispec, iBinds = VanillaInst monobinds uprags })
582   = let 
583         dfun_id    = instanceDFunId ispec
584         rigid_info = InstSkol
585         inst_ty    = idType dfun_id
586     in
587          -- Prime error recovery
588     recoverM (returnM emptyLHsBinds)            $
589     setSrcSpan (srcLocSpan (getSrcLoc dfun_id)) $
590     addErrCtxt (instDeclCtxt2 (idType dfun_id)) $
591
592         -- Instantiate the instance decl with skolem constants 
593     tcSkolSigType rigid_info inst_ty    `thenM` \ (inst_tyvars', dfun_theta', inst_head') ->
594                 -- These inst_tyvars' scope over the 'where' part
595                 -- Those tyvars are inside the dfun_id's type, which is a bit
596                 -- bizarre, but OK so long as you realise it!
597     let
598         (clas, inst_tys') = tcSplitDFunHead inst_head'
599         (class_tyvars, sc_theta, _, op_items) = classBigSig clas
600
601         -- Instantiate the super-class context with inst_tys
602         sc_theta' = substTheta (zipOpenTvSubst class_tyvars inst_tys') sc_theta
603         origin    = SigOrigin rigid_info
604     in
605          -- Create dictionary Ids from the specified instance contexts.
606     getInstLoc InstScOrigin                             `thenM` \ sc_loc -> 
607     newDictBndrs sc_loc sc_theta'                       `thenM` \ sc_dicts ->
608     getInstLoc origin                                   `thenM` \ inst_loc -> 
609     newDictBndrs inst_loc dfun_theta'                   `thenM` \ dfun_arg_dicts ->
610     newDictBndr inst_loc (mkClassPred clas inst_tys')   `thenM` \ this_dict ->
611                 -- Default-method Ids may be mentioned in synthesised RHSs,
612                 -- but they'll already be in the environment.
613
614         -- Typecheck the methods
615     let         -- These insts are in scope; quite a few, eh?
616         avail_insts = [this_dict] ++ dfun_arg_dicts ++ sc_dicts
617     in
618     tcMethods origin clas inst_tyvars' 
619               dfun_theta' inst_tys' avail_insts 
620               op_items monobinds uprags         `thenM` \ (meth_ids, meth_binds) ->
621
622         -- Figure out bindings for the superclass context
623         -- Don't include this_dict in the 'givens', else
624         -- sc_dicts get bound by just selecting  from this_dict!!
625     addErrCtxt superClassCtxt
626         (tcSimplifySuperClasses inst_loc
627                          dfun_arg_dicts sc_dicts)       `thenM` \ sc_binds ->
628
629         -- It's possible that the superclass stuff might unified one
630         -- of the inst_tyavars' with something in the envt
631     checkSigTyVars inst_tyvars'         `thenM_`
632
633         -- Deal with 'SPECIALISE instance' pragmas 
634     tcPrags dfun_id (filter isSpecInstLSig uprags)      `thenM` \ prags -> 
635     
636         -- Create the result bindings
637     let
638         dict_constr   = classDataCon clas
639         scs_and_meths = map instToId sc_dicts ++ meth_ids
640         this_dict_id  = instToId this_dict
641         inline_prag | null dfun_arg_dicts = []
642                     | otherwise = [InlinePrag (Inline AlwaysActive True)]
643                 -- Always inline the dfun; this is an experimental decision
644                 -- because it makes a big performance difference sometimes.
645                 -- Often it means we can do the method selection, and then
646                 -- inline the method as well.  Marcin's idea; see comments below.
647                 --
648                 -- BUT: don't inline it if it's a constant dictionary;
649                 -- we'll get all the benefit without inlining, and we get
650                 -- a **lot** of code duplication if we inline it
651                 --
652                 --      See Note [Inline dfuns] below
653
654         dict_rhs
655           = mkHsConApp dict_constr inst_tys' (map HsVar scs_and_meths)
656                 -- We don't produce a binding for the dict_constr; instead we
657                 -- rely on the simplifier to unfold this saturated application
658                 -- We do this rather than generate an HsCon directly, because
659                 -- it means that the special cases (e.g. dictionary with only one
660                 -- member) are dealt with by the common MkId.mkDataConWrapId code rather
661                 -- than needing to be repeated here.
662
663         dict_bind  = noLoc (VarBind this_dict_id dict_rhs)
664         all_binds  = dict_bind `consBag` (sc_binds `unionBags` meth_binds)
665
666         main_bind = noLoc $ AbsBinds
667                             inst_tyvars'
668                             (map instToId dfun_arg_dicts)
669                             [(inst_tyvars', dfun_id, this_dict_id, 
670                                             inline_prag ++ prags)] 
671                             all_binds
672     in
673     showLIE (text "instance")           `thenM_`
674     returnM (unitBag main_bind)
675
676
677 tcMethods origin clas inst_tyvars' dfun_theta' inst_tys' 
678           avail_insts op_items monobinds uprags
679   =     -- Check that all the method bindings come from this class
680     let
681         sel_names = [idName sel_id | (sel_id, _) <- op_items]
682         bad_bndrs = collectHsBindBinders monobinds `minusList` sel_names
683     in
684     mappM (addErrTc . badMethodErr clas) bad_bndrs      `thenM_`
685
686         -- Make the method bindings
687     let
688         mk_method_bind = mkMethodBind origin clas inst_tys' monobinds
689     in
690     mapAndUnzipM mk_method_bind op_items        `thenM` \ (meth_insts, meth_infos) ->
691
692         -- And type check them
693         -- It's really worth making meth_insts available to the tcMethodBind
694         -- Consider     instance Monad (ST s) where
695         --                {-# INLINE (>>) #-}
696         --                (>>) = ...(>>=)...
697         -- If we don't include meth_insts, we end up with bindings like this:
698         --      rec { dict = MkD then bind ...
699         --            then = inline_me (... (GHC.Base.>>= dict) ...)
700         --            bind = ... }
701         -- The trouble is that (a) 'then' and 'dict' are mutually recursive, 
702         -- and (b) the inline_me prevents us inlining the >>= selector, which
703         -- would unravel the loop.  Result: (>>) ends up as a loop breaker, and
704         -- is not inlined across modules. Rather ironic since this does not
705         -- happen without the INLINE pragma!  
706         --
707         -- Solution: make meth_insts available, so that 'then' refers directly
708         --           to the local 'bind' rather than going via the dictionary.
709         --
710         -- BUT WATCH OUT!  If the method type mentions the class variable, then
711         -- this optimisation is not right.  Consider
712         --      class C a where
713         --        op :: Eq a => a
714         --
715         --      instance C Int where
716         --        op = op
717         -- The occurrence of 'op' on the rhs gives rise to a constraint
718         --      op at Int
719         -- The trouble is that the 'meth_inst' for op, which is 'available', also
720         -- looks like 'op at Int'.  But they are not the same.
721     let
722         prag_fn        = mkPragFun uprags
723         all_insts      = avail_insts ++ catMaybes meth_insts
724         sig_fn n       = Just []        -- No scoped type variables, but every method has
725                                         -- a type signature, in effect, so that we check
726                                         -- the method has the right type
727         tc_method_bind = tcMethodBind inst_tyvars' dfun_theta' all_insts sig_fn prag_fn
728         meth_ids       = [meth_id | (_,meth_id,_) <- meth_infos]
729     in
730
731     mapM tc_method_bind meth_infos              `thenM` \ meth_binds_s ->
732    
733     returnM (meth_ids, unionManyBags meth_binds_s)
734 \end{code}
735
736
737                 ------------------------------
738         [Inline dfuns] Inlining dfuns unconditionally
739                 ------------------------------
740
741 The code above unconditionally inlines dict funs.  Here's why.
742 Consider this program:
743
744     test :: Int -> Int -> Bool
745     test x y = (x,y) == (y,x) || test y x
746     -- Recursive to avoid making it inline.
747
748 This needs the (Eq (Int,Int)) instance.  If we inline that dfun
749 the code we end up with is good:
750
751     Test.$wtest =
752         \r -> case ==# [ww ww1] of wild {
753                 PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
754                 PrelBase.True ->
755                   case ==# [ww1 ww] of wild1 {
756                     PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
757                     PrelBase.True -> PrelBase.True [];
758                   };
759             };
760     Test.test = \r [w w1]
761             case w of w2 {
762               PrelBase.I# ww ->
763                   case w1 of w3 { PrelBase.I# ww1 -> Test.$wtest ww ww1; };
764             };
765
766 If we don't inline the dfun, the code is not nearly as good:
767
768     (==) = case PrelTup.$fEq(,) PrelBase.$fEqInt PrelBase.$fEqInt of tpl {
769               PrelBase.:DEq tpl1 tpl2 -> tpl2;
770             };
771     
772     Test.$wtest =
773         \r [ww ww1]
774             let { y = PrelBase.I#! [ww1]; } in
775             let { x = PrelBase.I#! [ww]; } in
776             let { sat_slx = PrelTup.(,)! [y x]; } in
777             let { sat_sly = PrelTup.(,)! [x y];
778             } in
779               case == sat_sly sat_slx of wild {
780                 PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
781                 PrelBase.True -> PrelBase.True [];
782               };
783     
784     Test.test =
785         \r [w w1]
786             case w of w2 {
787               PrelBase.I# ww ->
788                   case w1 of w3 { PrelBase.I# ww1 -> Test.$wtest ww ww1; };
789             };
790
791 Why doesn't GHC inline $fEq?  Because it looks big:
792
793     PrelTup.zdfEqZ1T{-rcX-}
794         = \ @ a{-reT-} :: * @ b{-reS-} :: *
795             zddEq{-rf6-} _Ks :: {PrelBase.Eq{-23-} a{-reT-}}
796             zddEq1{-rf7-} _Ks :: {PrelBase.Eq{-23-} b{-reS-}} ->
797             let {
798               zeze{-rf0-} _Kl :: (b{-reS-} -> b{-reS-} -> PrelBase.Bool{-3c-})
799               zeze{-rf0-} = PrelBase.zeze{-01L-}@ b{-reS-} zddEq1{-rf7-} } in
800             let {
801               zeze1{-rf3-} _Kl :: (a{-reT-} -> a{-reT-} -> PrelBase.Bool{-3c-})
802               zeze1{-rf3-} = PrelBase.zeze{-01L-} @ a{-reT-} zddEq{-rf6-} } in
803             let {
804               zeze2{-reN-} :: ((a{-reT-}, b{-reS-}) -> (a{-reT-}, b{-reS-})-> PrelBase.Bool{-3c-})
805               zeze2{-reN-} = \ ds{-rf5-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-})
806                                ds1{-rf4-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-}) ->
807                              case ds{-rf5-}
808                              of wild{-reW-} _Kd { (a1{-rf2-} _Ks, a2{-reZ-} _Ks) ->
809                              case ds1{-rf4-}
810                              of wild1{-reX-} _Kd { (b1{-rf1-} _Ks, b2{-reY-} _Ks) ->
811                              PrelBase.zaza{-r4e-}
812                                (zeze1{-rf3-} a1{-rf2-} b1{-rf1-})
813                                (zeze{-rf0-} a2{-reZ-} b2{-reY-})
814                              }
815                              } } in     
816             let {
817               a1{-reR-} :: ((a{-reT-}, b{-reS-})-> (a{-reT-}, b{-reS-})-> PrelBase.Bool{-3c-})
818               a1{-reR-} = \ a2{-reV-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-})
819                             b1{-reU-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-}) ->
820                           PrelBase.not{-r6I-} (zeze2{-reN-} a2{-reV-} b1{-reU-})
821             } in
822               PrelBase.zdwZCDEq{-r8J-} @ (a{-reT-}, b{-reS-}) a1{-reR-} zeze2{-reN-})
823
824 and it's not as bad as it seems, because it's further dramatically
825 simplified: only zeze2 is extracted and its body is simplified.
826
827
828 %************************************************************************
829 %*                                                                      *
830 \subsection{Error messages}
831 %*                                                                      *
832 %************************************************************************
833
834 \begin{code}
835 instDeclCtxt1 hs_inst_ty 
836   = inst_decl_ctxt (case unLoc hs_inst_ty of
837                         HsForAllTy _ _ _ (L _ (HsPredTy pred)) -> ppr pred
838                         HsPredTy pred                    -> ppr pred
839                         other                            -> ppr hs_inst_ty)     -- Don't expect this
840 instDeclCtxt2 dfun_ty
841   = inst_decl_ctxt (ppr (mkClassPred cls tys))
842   where
843     (_,_,cls,tys) = tcSplitDFunTy dfun_ty
844
845 inst_decl_ctxt doc = ptext SLIT("In the instance declaration for") <+> quotes doc
846
847 superClassCtxt = ptext SLIT("When checking the super-classes of an instance declaration")
848
849 atInstCtxt name = ptext SLIT("In the associated type instance for") <+> 
850                   quotes (ppr name)
851
852 mustBeVarArgErr ty = 
853   sep [ ptext SLIT("Arguments that do not correspond to a class parameter") <+>
854         ptext SLIT("must be variables")
855       , ptext SLIT("Instead of a variable, found") <+> ppr ty
856       ]
857
858 wrongATArgErr ty instTy =
859   sep [ ptext SLIT("Type indexes must match class instance head")
860       , ptext SLIT("Found") <+> ppr ty <+> ptext SLIT("but expected") <+>
861          ppr instTy
862       ]
863 \end{code}