Simon's fixes to the generated type instances in Generics
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcInstDcls.lhs
1 %
2 % (c) The University of Glasgow 2006
3 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
4 %
5
6 TcInstDecls: Typechecking instance declarations
7
8 \begin{code}
9 module TcInstDcls ( tcInstDecls1, tcInstDecls2 ) where
10
11 import HsSyn
12 import TcBinds
13 import TcTyClsDecls
14 import TcClassDcl
15 import TcPat( addInlinePrags )
16 import TcRnMonad
17 import TcMType
18 import TcType
19 import BuildTyCl
20 import Inst
21 import InstEnv
22 import FamInst
23 import FamInstEnv
24 import TcDeriv
25 import TcEnv
26 import RnSource ( addTcgDUs )
27 import TcHsType
28 import TcUnify
29 import MkCore   ( nO_METHOD_BINDING_ERROR_ID )
30 import Type
31 import Coercion
32 import TyCon
33 import DataCon
34 import Class
35 import Var
36 import Pair
37 import VarSet
38 import CoreUtils  ( mkPiTypes )
39 import CoreUnfold ( mkDFunUnfolding )
40 import CoreSyn    ( Expr(Var), DFunArg(..), CoreExpr )
41 import Id
42 import MkId
43 import Name
44 import NameSet
45 import DynFlags
46 import SrcLoc
47 import Util
48 import Outputable
49 import Bag
50 import BasicTypes
51 import HscTypes
52 import FastString
53 import Maybes   ( orElse )
54 import Data.Maybe
55 import Control.Monad
56 import Data.List
57
58 #include "HsVersions.h"
59 \end{code}
60
61 Typechecking instance declarations is done in two passes. The first
62 pass, made by @tcInstDecls1@, collects information to be used in the
63 second pass.
64
65 This pre-processed info includes the as-yet-unprocessed bindings
66 inside the instance declaration.  These are type-checked in the second
67 pass, when the class-instance envs and GVE contain all the info from
68 all the instance and value decls.  Indeed that's the reason we need
69 two passes over the instance decls.
70
71
72 Note [How instance declarations are translated]
73 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
74 Here is how we translation instance declarations into Core
75
76 Running example:
77         class C a where
78            op1, op2 :: Ix b => a -> b -> b
79            op2 = <dm-rhs>
80
81         instance C a => C [a]
82            {-# INLINE [2] op1 #-}
83            op1 = <rhs>
84 ===>
85         -- Method selectors
86         op1,op2 :: forall a. C a => forall b. Ix b => a -> b -> b
87         op1 = ...
88         op2 = ...
89
90         -- Default methods get the 'self' dictionary as argument
91         -- so they can call other methods at the same type
92         -- Default methods get the same type as their method selector
93         $dmop2 :: forall a. C a => forall b. Ix b => a -> b -> b
94         $dmop2 = /\a. \(d:C a). /\b. \(d2: Ix b). <dm-rhs>
95                -- NB: type variables 'a' and 'b' are *both* in scope in <dm-rhs>
96                -- Note [Tricky type variable scoping]
97
98         -- A top-level definition for each instance method
99         -- Here op1_i, op2_i are the "instance method Ids"
100         -- The INLINE pragma comes from the user pragma
101         {-# INLINE [2] op1_i #-}  -- From the instance decl bindings
102         op1_i, op2_i :: forall a. C a => forall b. Ix b => [a] -> b -> b
103         op1_i = /\a. \(d:C a). 
104                let this :: C [a]
105                    this = df_i a d
106                      -- Note [Subtle interaction of recursion and overlap]
107
108                    local_op1 :: forall b. Ix b => [a] -> b -> b
109                    local_op1 = <rhs>
110                      -- Source code; run the type checker on this
111                      -- NB: Type variable 'a' (but not 'b') is in scope in <rhs>
112                      -- Note [Tricky type variable scoping]
113
114                in local_op1 a d
115
116         op2_i = /\a \d:C a. $dmop2 [a] (df_i a d) 
117
118         -- The dictionary function itself
119         {-# NOINLINE CONLIKE df_i #-}   -- Never inline dictionary functions
120         df_i :: forall a. C a -> C [a]
121         df_i = /\a. \d:C a. MkC (op1_i a d) (op2_i a d)
122                 -- But see Note [Default methods in instances]
123                 -- We can't apply the type checker to the default-method call
124
125         -- Use a RULE to short-circuit applications of the class ops
126         {-# RULE "op1@C[a]" forall a, d:C a. 
127                             op1 [a] (df_i d) = op1_i a d #-}
128
129 Note [Instances and loop breakers]
130 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
131 * Note that df_i may be mutually recursive with both op1_i and op2_i.
132   It's crucial that df_i is not chosen as the loop breaker, even 
133   though op1_i has a (user-specified) INLINE pragma.
134
135 * Instead the idea is to inline df_i into op1_i, which may then select
136   methods from the MkC record, and thereby break the recursion with
137   df_i, leaving a *self*-recurisve op1_i.  (If op1_i doesn't call op at
138   the same type, it won't mention df_i, so there won't be recursion in
139   the first place.)  
140
141 * If op1_i is marked INLINE by the user there's a danger that we won't
142   inline df_i in it, and that in turn means that (since it'll be a
143   loop-breaker because df_i isn't), op1_i will ironically never be 
144   inlined.  But this is OK: the recursion breaking happens by way of
145   a RULE (the magic ClassOp rule above), and RULES work inside InlineRule
146   unfoldings. See Note [RULEs enabled in SimplGently] in SimplUtils
147
148 Note [ClassOp/DFun selection]
149 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
150 One thing we see a lot is stuff like
151     op2 (df d1 d2)
152 where 'op2' is a ClassOp and 'df' is DFun.  Now, we could inline *both*
153 'op2' and 'df' to get
154      case (MkD ($cop1 d1 d2) ($cop2 d1 d2) ... of
155        MkD _ op2 _ _ _ -> op2
156 And that will reduce to ($cop2 d1 d2) which is what we wanted.
157
158 But it's tricky to make this work in practice, because it requires us to 
159 inline both 'op2' and 'df'.  But neither is keen to inline without having
160 seen the other's result; and it's very easy to get code bloat (from the 
161 big intermediate) if you inline a bit too much.
162
163 Instead we use a cunning trick.
164  * We arrange that 'df' and 'op2' NEVER inline.  
165
166  * We arrange that 'df' is ALWAYS defined in the sylised form
167       df d1 d2 = MkD ($cop1 d1 d2) ($cop2 d1 d2) ...
168
169  * We give 'df' a magical unfolding (DFunUnfolding [$cop1, $cop2, ..])
170    that lists its methods.
171
172  * We make CoreUnfold.exprIsConApp_maybe spot a DFunUnfolding and return
173    a suitable constructor application -- inlining df "on the fly" as it 
174    were.
175
176  * We give the ClassOp 'op2' a BuiltinRule that extracts the right piece
177    iff its argument satisfies exprIsConApp_maybe.  This is done in
178    MkId mkDictSelId
179
180  * We make 'df' CONLIKE, so that shared uses stil match; eg
181       let d = df d1 d2
182       in ...(op2 d)...(op1 d)...
183
184 Note [Single-method classes]
185 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
186 If the class has just one method (or, more accurately, just one element
187 of {superclasses + methods}), then we use a different strategy.
188
189    class C a where op :: a -> a
190    instance C a => C [a] where op = <blah>
191
192 We translate the class decl into a newtype, which just gives a
193 top-level axiom. The "constructor" MkC expands to a cast, as does the
194 class-op selector.
195
196    axiom Co:C a :: C a ~ (a->a)
197
198    op :: forall a. C a -> (a -> a)
199    op a d = d |> (Co:C a)
200
201    MkC :: forall a. (a->a) -> C a
202    MkC = /\a.\op. op |> (sym Co:C a)
203
204 The clever RULE stuff doesn't work now, because ($df a d) isn't
205 a constructor application, so exprIsConApp_maybe won't return 
206 Just <blah>.
207
208 Instead, we simply rely on the fact that casts are cheap:
209
210    $df :: forall a. C a => C [a]
211    {-# INLINE df #-}  -- NB: INLINE this
212    $df = /\a. \d. MkC [a] ($cop_list a d)
213        = $cop_list |> forall a. C a -> (sym (Co:C [a]))
214
215    $cop_list :: forall a. C a => [a] -> [a]
216    $cop_list = <blah>
217
218 So if we see
219    (op ($df a d))
220 we'll inline 'op' and '$df', since both are simply casts, and
221 good things happen.
222
223 Why do we use this different strategy?  Because otherwise we
224 end up with non-inlined dictionaries that look like
225     $df = $cop |> blah
226 which adds an extra indirection to every use, which seems stupid.  See
227 Trac #4138 for an example (although the regression reported there
228 wasn't due to the indirction).
229
230 There is an awkward wrinkle though: we want to be very 
231 careful when we have
232     instance C a => C [a] where
233       {-# INLINE op #-}
234       op = ...
235 then we'll get an INLINE pragma on $cop_list but it's important that
236 $cop_list only inlines when it's applied to *two* arguments (the
237 dictionary and the list argument).  So we nust not eta-expand $df
238 above.  We ensure that this doesn't happen by putting an INLINE 
239 pragma on the dfun itself; after all, it ends up being just a cast.
240
241 There is one more dark corner to the INLINE story, even more deeply 
242 buried.  Consider this (Trac #3772):
243
244     class DeepSeq a => C a where
245       gen :: Int -> a
246
247     instance C a => C [a] where
248       gen n = ...
249
250     class DeepSeq a where
251       deepSeq :: a -> b -> b
252
253     instance DeepSeq a => DeepSeq [a] where
254       {-# INLINE deepSeq #-}
255       deepSeq xs b = foldr deepSeq b xs
256
257 That gives rise to these defns:
258
259     $cdeepSeq :: DeepSeq a -> [a] -> b -> b
260     -- User INLINE( 3 args )!
261     $cdeepSeq a (d:DS a) b (x:[a]) (y:b) = ...
262
263     $fDeepSeq[] :: DeepSeq a -> DeepSeq [a]
264     -- DFun (with auto INLINE pragma)
265     $fDeepSeq[] a d = $cdeepSeq a d |> blah
266
267     $cp1 a d :: C a => DeepSep [a]
268     -- We don't want to eta-expand this, lest
269     -- $cdeepSeq gets inlined in it!
270     $cp1 a d = $fDeepSep[] a (scsel a d)
271
272     $fC[] :: C a => C [a]
273     -- Ordinary DFun
274     $fC[] a d = MkC ($cp1 a d) ($cgen a d)
275
276 Here $cp1 is the code that generates the superclass for C [a].  The
277 issue is this: we must not eta-expand $cp1 either, or else $fDeepSeq[]
278 and then $cdeepSeq will inline there, which is definitely wrong.  Like
279 on the dfun, we solve this by adding an INLINE pragma to $cp1.
280
281 Note [Subtle interaction of recursion and overlap]
282 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
283 Consider this
284   class C a where { op1,op2 :: a -> a }
285   instance C a => C [a] where
286     op1 x = op2 x ++ op2 x
287     op2 x = ...
288   instance C [Int] where
289     ...
290
291 When type-checking the C [a] instance, we need a C [a] dictionary (for
292 the call of op2).  If we look up in the instance environment, we find
293 an overlap.  And in *general* the right thing is to complain (see Note
294 [Overlapping instances] in InstEnv).  But in *this* case it's wrong to
295 complain, because we just want to delegate to the op2 of this same
296 instance.  
297
298 Why is this justified?  Because we generate a (C [a]) constraint in 
299 a context in which 'a' cannot be instantiated to anything that matches
300 other overlapping instances, or else we would not be excecuting this
301 version of op1 in the first place.
302
303 It might even be a bit disguised:
304
305   nullFail :: C [a] => [a] -> [a]
306   nullFail x = op2 x ++ op2 x
307
308   instance C a => C [a] where
309     op1 x = nullFail x
310
311 Precisely this is used in package 'regex-base', module Context.hs.
312 See the overlapping instances for RegexContext, and the fact that they
313 call 'nullFail' just like the example above.  The DoCon package also
314 does the same thing; it shows up in module Fraction.hs
315
316 Conclusion: when typechecking the methods in a C [a] instance, we want to
317 treat the 'a' as an *existential* type variable, in the sense described
318 by Note [Binding when looking up instances].  That is why isOverlappableTyVar
319 responds True to an InstSkol, which is the kind of skolem we use in
320 tcInstDecl2.
321
322
323 Note [Tricky type variable scoping]
324 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
325 In our example
326         class C a where
327            op1, op2 :: Ix b => a -> b -> b
328            op2 = <dm-rhs>
329
330         instance C a => C [a]
331            {-# INLINE [2] op1 #-}
332            op1 = <rhs>
333
334 note that 'a' and 'b' are *both* in scope in <dm-rhs>, but only 'a' is
335 in scope in <rhs>.  In particular, we must make sure that 'b' is in
336 scope when typechecking <dm-rhs>.  This is achieved by subFunTys,
337 which brings appropriate tyvars into scope. This happens for both
338 <dm-rhs> and for <rhs>, but that doesn't matter: the *renamer* will have
339 complained if 'b' is mentioned in <rhs>.
340
341
342
343 %************************************************************************
344 %*                                                                      *
345 \subsection{Extracting instance decls}
346 %*                                                                      *
347 %************************************************************************
348
349 Gather up the instance declarations from their various sources
350
351 \begin{code}
352 tcInstDecls1    -- Deal with both source-code and imported instance decls
353    :: [LTyClDecl Name]          -- For deriving stuff
354    -> [LInstDecl Name]          -- Source code instance decls
355    -> [LDerivDecl Name]         -- Source code stand-alone deriving decls
356    -> TcM (TcGblEnv,            -- The full inst env
357            [InstInfo Name],     -- Source-code instance decls to process;
358                                 -- contains all dfuns for this module
359            HsValBinds Name)     -- Supporting bindings for derived instances
360
361 tcInstDecls1 tycl_decls inst_decls deriv_decls
362   = checkNoErrs $
363     do {        -- Stop if addInstInfos etc discovers any errors
364                 -- (they recover, so that we get more than one error each
365                 -- round)
366
367                 -- (1) Do class and family instance declarations
368        ; idx_tycons        <- mapAndRecoverM (tcFamInstDecl TopLevel) $
369                               filter (isFamInstDecl . unLoc) tycl_decls 
370        ; local_info_tycons <- mapAndRecoverM tcLocalInstDecl1  inst_decls
371
372        ; let { (local_info,
373                 at_tycons_s)   = unzip local_info_tycons
374              ; at_idx_tycons   = concat at_tycons_s ++ idx_tycons
375              ; implicit_things = concatMap implicitTyConThings at_idx_tycons
376              ; aux_binds       = mkRecSelBinds at_idx_tycons  }
377
378                 -- (2) Add the tycons of indexed types and their implicit
379                 --     tythings to the global environment
380        ; tcExtendGlobalEnv (map ATyCon at_idx_tycons ++ implicit_things) $ do {
381
382
383                 -- Next, construct the instance environment so far, consisting
384                 -- of
385                 --   (a) local instance decls
386                 --   (b) local family instance decls
387        ; addInsts local_info         $
388          addFamInsts at_idx_tycons   $ do {
389
390                 -- (3) Compute instances from "deriving" clauses;
391                 -- This stuff computes a context for the derived instance
392                 -- decl, so it needs to know about all the instances possible
393                 -- NB: class instance declarations can contain derivings as
394                 --     part of associated data type declarations
395          failIfErrsM    -- If the addInsts stuff gave any errors, don't
396                         -- try the deriving stuff, because that may give
397                         -- more errors still
398        ; (deriv_inst_info, deriv_binds, deriv_dus, deriv_tys, deriv_ty_insts) 
399               <- tcDeriving tycl_decls inst_decls deriv_decls
400
401        -- Extend the global environment also with the generated datatypes for
402        -- the generic representation
403        ; let all_tycons = map ATyCon (deriv_tys ++ deriv_ty_insts)
404        ; gbl_env <- tcExtendGlobalEnv all_tycons $
405                     tcExtendGlobalEnv (concatMap implicitTyThings all_tycons) $
406                     addFamInsts deriv_ty_insts $
407                     addInsts deriv_inst_info getGblEnv
408        ; return ( addTcgDUs gbl_env deriv_dus,
409                   deriv_inst_info ++ local_info,
410                   aux_binds `plusHsValBinds` deriv_binds)
411     }}}
412
413 addInsts :: [InstInfo Name] -> TcM a -> TcM a
414 addInsts infos thing_inside
415   = tcExtendLocalInstEnv (map iSpec infos) thing_inside
416
417 addFamInsts :: [TyCon] -> TcM a -> TcM a
418 addFamInsts tycons thing_inside
419   = tcExtendLocalFamInstEnv (map mkLocalFamInst tycons) thing_inside
420 \end{code}
421
422 \begin{code}
423 tcLocalInstDecl1 :: LInstDecl Name
424                  -> TcM (InstInfo Name, [TyCon])
425         -- A source-file instance declaration
426         -- Type-check all the stuff before the "where"
427         --
428         -- We check for respectable instance type, and context
429 tcLocalInstDecl1 (L loc (InstDecl poly_ty binds uprags ats))
430   = setSrcSpan loc                      $
431     addErrCtxt (instDeclCtxt1 poly_ty)  $
432
433     do  { is_boot <- tcIsHsBoot
434         ; checkTc (not is_boot || (isEmptyLHsBinds binds && null uprags))
435                   badBootDeclErr
436
437         ; (tyvars, theta, clas, inst_tys) <- tcHsInstHead poly_ty
438         ; checkValidInstance poly_ty tyvars theta clas inst_tys
439
440         -- Next, process any associated types.
441         ; idx_tycons <- recoverM (return []) $
442                      do { idx_tycons <- checkNoErrs $ 
443                                         mapAndRecoverM (tcFamInstDecl NotTopLevel) ats
444                         ; checkValidAndMissingATs clas (tyvars, inst_tys)
445                                                   (zip ats idx_tycons)
446                         ; return idx_tycons }
447
448         -- Finally, construct the Core representation of the instance.
449         -- (This no longer includes the associated types.)
450         ; dfun_name <- newDFunName clas inst_tys (getLoc poly_ty)
451                 -- Dfun location is that of instance *header*
452         ; overlap_flag <- getOverlapFlag
453         ; let (eq_theta,dict_theta) = partition isEqPred theta
454               theta'         = eq_theta ++ dict_theta
455               dfun           = mkDictFunId dfun_name tyvars theta' clas inst_tys
456               ispec          = mkLocalInstance dfun overlap_flag
457
458         ; return (InstInfo { iSpec  = ispec, iBinds = VanillaInst binds uprags False },
459                   idx_tycons)
460         }
461   where
462     -- We pass in the source form and the type checked form of the ATs.  We
463     -- really need the source form only to be able to produce more informative
464     -- error messages.
465     checkValidAndMissingATs :: Class
466                             -> ([TyVar], [TcType])     -- instance types
467                             -> [(LTyClDecl Name,       -- source form of AT
468                                  TyCon)]               -- Core form of AT
469                             -> TcM ()
470     checkValidAndMissingATs clas inst_tys ats
471       = do { -- Issue a warning for each class AT that is not defined in this
472              -- instance.
473            ; let class_ats   = map tyConName (classATs clas)
474                  defined_ats = listToNameSet . map (tcdName.unLoc.fst)  $ ats
475                  omitted     = filterOut (`elemNameSet` defined_ats) class_ats
476            ; warn <- doptM Opt_WarnMissingMethods
477            ; mapM_ (warnTc warn . omittedATWarn) omitted
478
479              -- Ensure that all AT indexes that correspond to class parameters
480              -- coincide with the types in the instance head.  All remaining
481              -- AT arguments must be variables.  Also raise an error for any
482              -- type instances that are not associated with this class.
483            ; mapM_ (checkIndexes clas inst_tys) ats
484            }
485
486     checkIndexes clas inst_tys (hsAT, tycon)
487 -- !!!TODO: check that this does the Right Thing for indexed synonyms, too!
488       = checkIndexes' clas inst_tys hsAT
489                       (tyConTyVars tycon,
490                        snd . fromJust . tyConFamInst_maybe $ tycon)
491
492     checkIndexes' clas (instTvs, instTys) hsAT (atTvs, atTys)
493       = let atName = tcdName . unLoc $ hsAT
494         in
495         setSrcSpan (getLoc hsAT)       $
496         addErrCtxt (atInstCtxt atName) $
497         case find ((atName ==) . tyConName) (classATs clas) of
498           Nothing     -> addErrTc $ badATErr clas atName  -- not in this class
499           Just atycon ->
500                 -- The following is tricky!  We need to deal with three
501                 -- complications: (1) The AT possibly only uses a subset of
502                 -- the class parameters as indexes and those it uses may be in
503                 -- a different order; (2) the AT may have extra arguments,
504                 -- which must be type variables; and (3) variables in AT and
505                 -- instance head will be different `Name's even if their
506                 -- source lexemes are identical.
507                 --
508                 -- e.g.    class C a b c where 
509                 --           data D b a :: * -> *           -- NB (1) b a, omits c
510                 --         instance C [x] Bool Char where 
511                 --           data D Bool [x] v = MkD x [v]  -- NB (2) v
512                 --                -- NB (3) the x in 'instance C...' have differnt
513                 --                --        Names to x's in 'data D...'
514                 --
515                 -- Re (1), `poss' contains a permutation vector to extract the
516                 -- class parameters in the right order.
517                 --
518                 -- Re (2), we wrap the (permuted) class parameters in a Maybe
519                 -- type and use Nothing for any extra AT arguments.  (First
520                 -- equation of `checkIndex' below.)
521                 --
522                 -- Re (3), we replace any type variable in the AT parameters
523                 -- that has the same source lexeme as some variable in the
524                 -- instance types with the instance type variable sharing its
525                 -- source lexeme.
526                 --
527                 let poss :: [Int]
528                     -- For *associated* type families, gives the position
529                     -- of that 'TyVar' in the class argument list (0-indexed)
530                     -- e.g.  class C a b c where { type F c a :: *->* }
531                     --       Then we get Just [2,0]
532                     poss = catMaybes [ tv `elemIndex` classTyVars clas 
533                                      | tv <- tyConTyVars atycon]
534                        -- We will get Nothings for the "extra" type 
535                        -- variables in an associated data type
536                        -- e.g. class C a where { data D a :: *->* }
537                        -- here D gets arity 2 and has two tyvars
538
539                     relevantInstTys = map (instTys !!) poss
540                     instArgs        = map Just relevantInstTys ++
541                                       repeat Nothing  -- extra arguments
542                     renaming        = substSameTyVar atTvs instTvs
543                 in
544                 zipWithM_ checkIndex (substTys renaming atTys) instArgs
545
546     checkIndex ty Nothing
547       | isTyVarTy ty         = return ()
548       | otherwise            = addErrTc $ mustBeVarArgErr ty
549     checkIndex ty (Just instTy)
550       | ty `eqType` instTy = return ()
551       | otherwise          = addErrTc $ wrongATArgErr ty instTy
552
553     listToNameSet = addListToNameSet emptyNameSet
554
555     substSameTyVar []       _            = emptyTvSubst
556     substSameTyVar (tv:tvs) replacingTvs =
557       let replacement = case find (tv `sameLexeme`) replacingTvs of
558                         Nothing  -> mkTyVarTy tv
559                         Just rtv -> mkTyVarTy rtv
560           --
561           tv1 `sameLexeme` tv2 =
562             nameOccName (tyVarName tv1) == nameOccName (tyVarName tv2)
563       in
564       TcType.extendTvSubst (substSameTyVar tvs replacingTvs) tv replacement
565 \end{code}
566
567
568 %************************************************************************
569 %*                                                                      *
570                Type checking family instances
571 %*                                                                      *
572 %************************************************************************
573
574 Family instances are somewhat of a hybrid.  They are processed together with
575 class instance heads, but can contain data constructors and hence they share a
576 lot of kinding and type checking code with ordinary algebraic data types (and
577 GADTs).
578
579 \begin{code}
580 tcFamInstDecl :: TopLevelFlag -> LTyClDecl Name -> TcM TyCon
581 tcFamInstDecl top_lvl (L loc decl)
582   =     -- Prime error recovery, set source location
583     setSrcSpan loc                              $
584     tcAddDeclCtxt decl                          $
585     do { -- type family instances require -XTypeFamilies
586          -- and can't (currently) be in an hs-boot file
587        ; type_families <- xoptM Opt_TypeFamilies
588        ; is_boot  <- tcIsHsBoot   -- Are we compiling an hs-boot file?
589        ; checkTc type_families $ badFamInstDecl (tcdLName decl)
590        ; checkTc (not is_boot) $ badBootFamInstDeclErr
591
592          -- Perform kind and type checking
593        ; tc <- tcFamInstDecl1 decl
594        ; checkValidTyCon tc     -- Remember to check validity;
595                                 -- no recursion to worry about here
596
597        -- Check that toplevel type instances are not for associated types.
598        ; when (isTopLevel top_lvl && isAssocFamily tc)
599               (addErr $ assocInClassErr (tcdName decl))
600
601        ; return tc }
602
603 isAssocFamily :: TyCon -> Bool  -- Is an assocaited type
604 isAssocFamily tycon
605   = case tyConFamInst_maybe tycon of
606           Nothing       -> panic "isAssocFamily: no family?!?"
607           Just (fam, _) -> isTyConAssoc fam
608
609 assocInClassErr :: Name -> SDoc
610 assocInClassErr name
611  = ptext (sLit "Associated type") <+> quotes (ppr name) <+>
612    ptext (sLit "must be inside a class instance")
613
614
615
616 tcFamInstDecl1 :: TyClDecl Name -> TcM TyCon
617
618   -- "type instance"
619 tcFamInstDecl1 (decl@TySynonym {tcdLName = L loc tc_name})
620   = kcIdxTyPats decl $ \k_tvs k_typats resKind family ->
621     do { -- check that the family declaration is for a synonym
622          checkTc (isFamilyTyCon family) (notFamily family)
623        ; checkTc (isSynTyCon family) (wrongKindOfFamily family)
624
625        ; -- (1) kind check the right-hand side of the type equation
626        ; k_rhs <- kcCheckLHsType (tcdSynRhs decl) (EK resKind EkUnk)
627                   -- ToDo: the ExpKind could be better
628
629          -- we need the exact same number of type parameters as the family
630          -- declaration 
631        ; let famArity = tyConArity family
632        ; checkTc (length k_typats == famArity) $ 
633            wrongNumberOfParmsErr famArity
634
635          -- (2) type check type equation
636        ; tcTyVarBndrs k_tvs $ \t_tvs -> do {  -- turn kinded into proper tyvars
637        ; t_typats <- mapM tcHsKindedType k_typats
638        ; t_rhs    <- tcHsKindedType k_rhs
639
640          -- (3) check the well-formedness of the instance
641        ; checkValidTypeInst t_typats t_rhs
642
643          -- (4) construct representation tycon
644        ; rep_tc_name <- newFamInstTyConName tc_name t_typats loc
645        ; buildSynTyCon rep_tc_name t_tvs (SynonymTyCon t_rhs) 
646                        (typeKind t_rhs) 
647                        NoParentTyCon (Just (family, t_typats))
648        }}
649
650   -- "newtype instance" and "data instance"
651 tcFamInstDecl1 (decl@TyData {tcdND = new_or_data, tcdLName = L loc tc_name,
652                              tcdCons = cons})
653   = kcIdxTyPats decl $ \k_tvs k_typats resKind fam_tycon ->
654     do { -- check that the family declaration is for the right kind
655          checkTc (isFamilyTyCon fam_tycon) (notFamily fam_tycon)
656        ; checkTc (isAlgTyCon fam_tycon) (wrongKindOfFamily fam_tycon)
657
658        ; -- (1) kind check the data declaration as usual
659        ; k_decl <- kcDataDecl decl k_tvs
660        ; let k_ctxt = tcdCtxt k_decl
661              k_cons = tcdCons k_decl
662
663          -- result kind must be '*' (otherwise, we have too few patterns)
664        ; checkTc (isLiftedTypeKind resKind) $ tooFewParmsErr (tyConArity fam_tycon)
665
666          -- (2) type check indexed data type declaration
667        ; tcTyVarBndrs k_tvs $ \t_tvs -> do {  -- turn kinded into proper tyvars
668        ; unbox_strict <- doptM Opt_UnboxStrictFields
669
670          -- kind check the type indexes and the context
671        ; t_typats     <- mapM tcHsKindedType k_typats
672        ; stupid_theta <- tcHsKindedContext k_ctxt
673
674          -- (3) Check that
675          --     (a) left-hand side contains no type family applications
676          --         (vanilla synonyms are fine, though, and we checked for
677          --         foralls earlier)
678        ; mapM_ checkTyFamFreeness t_typats
679
680        ; dataDeclChecks tc_name new_or_data stupid_theta k_cons
681
682          -- (4) construct representation tycon
683        ; rep_tc_name <- newFamInstTyConName tc_name t_typats loc
684        ; let ex_ok = True       -- Existentials ok for type families!
685        ; fixM (\ rep_tycon -> do 
686              { let orig_res_ty = mkTyConApp fam_tycon t_typats
687              ; data_cons <- tcConDecls unbox_strict ex_ok rep_tycon
688                                        (t_tvs, orig_res_ty) k_cons
689              ; tc_rhs <-
690                  case new_or_data of
691                    DataType -> return (mkDataTyConRhs data_cons)
692                    NewType  -> ASSERT( not (null data_cons) )
693                                mkNewTyConRhs rep_tc_name rep_tycon (head data_cons)
694              ; buildAlgTyCon rep_tc_name t_tvs stupid_theta tc_rhs Recursive
695                              h98_syntax NoParentTyCon (Just (fam_tycon, t_typats))
696                  -- We always assume that indexed types are recursive.  Why?
697                  -- (1) Due to their open nature, we can never be sure that a
698                  -- further instance might not introduce a new recursive
699                  -- dependency.  (2) They are always valid loop breakers as
700                  -- they involve a coercion.
701              })
702        }}
703        where
704          h98_syntax = case cons of      -- All constructors have same shape
705                         L _ (ConDecl { con_res = ResTyGADT _ }) : _ -> False
706                         _ -> True
707
708 tcFamInstDecl1 d = pprPanic "tcFamInstDecl1" (ppr d)
709
710 -- Kind checking of indexed types
711 -- -
712
713 -- Kind check type patterns and kind annotate the embedded type variables.
714 --
715 -- * Here we check that a type instance matches its kind signature, but we do
716 --   not check whether there is a pattern for each type index; the latter
717 --   check is only required for type synonym instances.
718
719 kcIdxTyPats :: TyClDecl Name
720             -> ([LHsTyVarBndr Name] -> [LHsType Name] -> Kind -> TyCon -> TcM a)
721                -- ^^kinded tvs         ^^kinded ty pats  ^^res kind
722             -> TcM a
723 kcIdxTyPats decl thing_inside
724   = kcHsTyVars (tcdTyVars decl) $ \tvs -> 
725     do { let tc_name = tcdLName decl
726        ; fam_tycon <- tcLookupLocatedTyCon tc_name
727        ; let { (kinds, resKind) = splitKindFunTys (tyConKind fam_tycon)
728              ; hs_typats        = fromJust $ tcdTyPats decl }
729
730          -- we may not have more parameters than the kind indicates
731        ; checkTc (length kinds >= length hs_typats) $
732            tooManyParmsErr (tcdLName decl)
733
734          -- type functions can have a higher-kinded result
735        ; let resultKind = mkArrowKinds (drop (length hs_typats) kinds) resKind
736        ; typats <- zipWithM kcCheckLHsType hs_typats 
737                             [ EK kind (EkArg (ppr tc_name) n) 
738                             | (kind,n) <- kinds `zip` [1..]]
739        ; thing_inside tvs typats resultKind fam_tycon
740        }
741 \end{code}
742
743
744 %************************************************************************
745 %*                                                                      *
746       Type-checking instance declarations, pass 2
747 %*                                                                      *
748 %************************************************************************
749
750 \begin{code}
751 tcInstDecls2 :: [LTyClDecl Name] -> [InstInfo Name]
752              -> TcM (LHsBinds Id)
753 -- (a) From each class declaration,
754 --      generate any default-method bindings
755 -- (b) From each instance decl
756 --      generate the dfun binding
757
758 tcInstDecls2 tycl_decls inst_decls
759   = do  { -- (a) Default methods from class decls
760           let class_decls = filter (isClassDecl . unLoc) tycl_decls
761         ; dm_binds_s <- mapM tcClassDecl2 class_decls
762         ; let dm_binds = unionManyBags dm_binds_s
763                                     
764           -- (b) instance declarations
765         ; let dm_ids = collectHsBindsBinders dm_binds
766               -- Add the default method Ids (again)
767               -- See Note [Default methods and instances]
768         ; inst_binds_s <- tcExtendIdEnv dm_ids $
769                           mapM tcInstDecl2 inst_decls
770
771           -- Done
772         ; return (dm_binds `unionBags` unionManyBags inst_binds_s) }
773 \end{code}
774
775 See Note [Default methods and instances]
776 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
777 The default method Ids are already in the type environment (see Note
778 [Default method Ids and Template Haskell] in TcTyClsDcls), BUT they
779 don't have their InlinePragmas yet.  Usually that would not matter,
780 because the simplifier propagates information from binding site to
781 use.  But, unusually, when compiling instance decls we *copy* the
782 INLINE pragma from the default method to the method for that
783 particular operation (see Note [INLINE and default methods] below).
784
785 So right here in tcInstDecl2 we must re-extend the type envt with
786 the default method Ids replete with their INLINE pragmas.  Urk.
787
788 \begin{code}
789
790 tcInstDecl2 :: InstInfo Name -> TcM (LHsBinds Id)
791             -- Returns a binding for the dfun
792 tcInstDecl2 (InstInfo { iSpec = ispec, iBinds = ibinds })
793   = recoverM (return emptyLHsBinds)             $
794     setSrcSpan loc                              $
795     addErrCtxt (instDeclCtxt2 (idType dfun_id)) $ 
796     do {  -- Instantiate the instance decl with skolem constants
797        ; (inst_tyvars, dfun_theta, inst_head) <- tcSkolDFunType (idType dfun_id)
798        ; let (clas, inst_tys) = tcSplitDFunHead inst_head
799              (class_tyvars, sc_theta, _, op_items) = classBigSig clas
800              sc_theta' = substTheta (zipOpenTvSubst class_tyvars inst_tys) sc_theta
801              n_ty_args = length inst_tyvars
802              n_silent  = dfunNSilent dfun_id
803              (silent_theta, orig_theta) = splitAt n_silent dfun_theta
804
805        ; silent_ev_vars <- mapM newSilentGiven silent_theta
806        ; orig_ev_vars   <- newEvVars orig_theta
807        ; let dfun_ev_vars = silent_ev_vars ++ orig_ev_vars
808
809        ; (sc_dicts, sc_args)
810              <- mapAndUnzipM (tcSuperClass n_ty_args dfun_ev_vars) sc_theta'
811
812        -- Check that any superclasses gotten from a silent arguemnt
813        -- can be deduced from the originally-specified dfun arguments
814        ; ct_loc <- getCtLoc ScOrigin
815        ; _ <- checkConstraints skol_info inst_tyvars orig_ev_vars $
816               emitFlats $ listToBag $
817               [ mkEvVarX sc ct_loc | sc <- sc_dicts, isSilentEvVar sc ]
818
819        -- Deal with 'SPECIALISE instance' pragmas
820        -- See Note [SPECIALISE instance pragmas]
821        ; spec_info@(spec_inst_prags,_) <- tcSpecInstPrags dfun_id ibinds
822
823         -- Typecheck the methods
824        ; (meth_ids, meth_binds) 
825            <- tcExtendTyVarEnv inst_tyvars $
826                 -- The inst_tyvars scope over the 'where' part
827                 -- Those tyvars are inside the dfun_id's type, which is a bit
828                 -- bizarre, but OK so long as you realise it!
829               tcInstanceMethods dfun_id clas inst_tyvars dfun_ev_vars
830                                 inst_tys spec_info
831                                 op_items ibinds
832
833        -- Create the result bindings
834        ; self_dict <- newEvVar (ClassP clas inst_tys)
835        ; let class_tc      = classTyCon clas
836              [dict_constr] = tyConDataCons class_tc
837              dict_bind     = mkVarBind self_dict dict_rhs
838              dict_rhs      = foldl mk_app inst_constr $
839                              map HsVar sc_dicts ++ map (wrapId arg_wrapper) meth_ids
840              inst_constr   = L loc $ wrapId (mkWpTyApps inst_tys)
841                                             (dataConWrapId dict_constr)
842                      -- We don't produce a binding for the dict_constr; instead we
843                      -- rely on the simplifier to unfold this saturated application
844                      -- We do this rather than generate an HsCon directly, because
845                      -- it means that the special cases (e.g. dictionary with only one
846                      -- member) are dealt with by the common MkId.mkDataConWrapId 
847                      -- code rather than needing to be repeated here.
848
849              mk_app :: LHsExpr Id -> HsExpr Id -> LHsExpr Id
850              mk_app fun arg = L loc (HsApp fun (L loc arg))
851
852              arg_wrapper = mkWpEvVarApps dfun_ev_vars <.> mkWpTyApps (mkTyVarTys inst_tyvars)
853
854                 -- Do not inline the dfun; instead give it a magic DFunFunfolding
855                 -- See Note [ClassOp/DFun selection]
856                 -- See also note [Single-method classes]
857              dfun_id_w_fun
858                 | isNewTyCon class_tc
859                 = dfun_id `setInlinePragma` alwaysInlinePragma { inl_sat = Just 0 }
860                 | otherwise
861                 = dfun_id `setIdUnfolding`  mkDFunUnfolding dfun_ty (sc_args ++ meth_args)
862                           `setInlinePragma` dfunInlinePragma
863              meth_args = map (DFunPolyArg . Var) meth_ids
864
865              main_bind = AbsBinds { abs_tvs = inst_tyvars
866                                   , abs_ev_vars = dfun_ev_vars
867                                   , abs_exports = [(inst_tyvars, dfun_id_w_fun, self_dict,
868                                                     SpecPrags spec_inst_prags)]
869                                   , abs_ev_binds = emptyTcEvBinds
870                                   , abs_binds = unitBag dict_bind }
871
872        ; return (unitBag (L loc main_bind) `unionBags`
873                  listToBag meth_binds)
874        }
875  where
876    skol_info = InstSkol         -- See Note [Subtle interaction of recursion and overlap]
877    dfun_ty   = idType dfun_id
878    dfun_id   = instanceDFunId ispec
879    loc       = getSrcSpan dfun_id
880
881 ------------------------------
882 tcSuperClass :: Int -> [EvVar] -> PredType -> TcM (EvVar, DFunArg CoreExpr)
883 -- All superclasses should be either
884 --   (a) be one of the arguments to the dfun, of
885 --   (b) be a constant, soluble at top level
886 tcSuperClass n_ty_args ev_vars pred
887   | Just (ev, i) <- find n_ty_args ev_vars
888   = return (ev, DFunLamArg i)
889   | otherwise
890   = ASSERT2( isEmptyVarSet (tyVarsOfPred pred), ppr pred)       -- Constant!
891     do { sc_dict  <- emitWanted ScOrigin pred
892        ; return (sc_dict, DFunConstArg (Var sc_dict)) }
893   where
894     find _ [] = Nothing
895     find i (ev:evs) | pred `eqPred` evVarPred ev = Just (ev, i)
896                     | otherwise                  = find (i+1) evs
897
898 ------------------------------
899 tcSpecInstPrags :: DFunId -> InstBindings Name
900                 -> TcM ([Located TcSpecPrag], PragFun)
901 tcSpecInstPrags _ (NewTypeDerived {})
902   = return ([], \_ -> [])
903 tcSpecInstPrags dfun_id (VanillaInst binds uprags _)
904   = do { spec_inst_prags <- mapM (wrapLocM (tcSpecInst dfun_id)) $
905                             filter isSpecInstLSig uprags
906              -- The filter removes the pragmas for methods
907        ; return (spec_inst_prags, mkPragFun uprags binds) }
908 \end{code}
909
910 Note [Silent Superclass Arguments]
911 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
912 Consider the following (extreme) situation:
913         class C a => D a where ...
914         instance D [a] => D [a] where ...
915 Although this looks wrong (assume D [a] to prove D [a]), it is only a
916 more extreme case of what happens with recursive dictionaries.
917
918 To implement the dfun we must generate code for the superclass C [a],
919 which we can get by superclass selection from the supplied argument!
920 So we’d generate:
921        dfun :: forall a. D [a] -> D [a]
922        dfun = \d::D [a] -> MkD (scsel d) ..
923
924 However this means that if we later encounter a situation where
925 we have a [Wanted] dw::D [a] we could solve it thus:
926      dw := dfun dw
927 Although recursive, this binding would pass the TcSMonadisGoodRecEv
928 check because it appears as guarded.  But in reality, it will make a
929 bottom superclass. The trouble is that isGoodRecEv can't "see" the
930 superclass-selection inside dfun.
931
932 Our solution to this problem is to change the way â€˜dfuns’ are created
933 for instances, so that we pass as first arguments to the dfun some
934 ``silent superclass arguments’’, which are the immediate superclasses
935 of the dictionary we are trying to construct. In our example:
936        dfun :: forall a. (C [a], D [a] -> D [a]
937        dfun = \(dc::C [a]) (dd::D [a]) -> DOrd dc ...
938
939 This gives us:
940
941      -----------------------------------------------------------
942      DFun Superclass Invariant
943      ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
944      In the body of a DFun, every superclass argument to the
945      returned dictionary is
946        either   * one of the arguments of the DFun,
947        or       * constant, bound at top level
948      -----------------------------------------------------------
949
950 This means that no superclass is hidden inside a dfun application, so
951 the counting argument in isGoodRecEv (more dfun calls than superclass
952 selections) works correctly.
953
954 The extra arguments required to satisfy the DFun Superclass Invariant
955 always come first, and are called the "silent" arguments.  DFun types
956 are built (only) by MkId.mkDictFunId, so that is where we decide
957 what silent arguments are to be added.
958
959 This net effect is that it is safe to treat a dfun application as
960 wrapping a dictionary constructor around its arguments (in particular,
961 a dfun never picks superclasses from the arguments under the dictionary
962 constructor).
963
964 In our example, if we had  [Wanted] dw :: D [a] we would get via the instance:
965     dw := dfun d1 d2
966     [Wanted] (d1 :: C [a])
967     [Wanted] (d2 :: D [a])
968     [Derived] (d :: D [a])
969     [Derived] (scd :: C [a])   scd  := scsel d
970     [Derived] (scd2 :: C [a])  scd2 := scsel d2
971
972 And now, though we *can* solve: 
973      d2 := dw
974 we will get an isGoodRecEv failure when we try to solve:
975     d1 := scsel d 
976  or
977     d1 := scsel d2 
978
979 Test case SCLoop tests this fix. 
980          
981 Note [SPECIALISE instance pragmas]
982 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
983 Consider
984
985    instance (Ix a, Ix b) => Ix (a,b) where
986      {-# SPECIALISE instance Ix (Int,Int) #-}
987      range (x,y) = ...
988
989 We do *not* want to make a specialised version of the dictionary
990 function.  Rather, we want specialised versions of each method.
991 Thus we should generate something like this:
992
993   $dfIx :: (Ix a, Ix x) => Ix (a,b)
994   {- DFUN [$crange, ...] -}
995   $dfIx da db = Ix ($crange da db) (...other methods...)
996
997   $dfIxPair :: (Ix a, Ix x) => Ix (a,b)
998   {- DFUN [$crangePair, ...] -}
999   $dfIxPair = Ix ($crangePair da db) (...other methods...)
1000
1001   $crange :: (Ix a, Ix b) -> ((a,b),(a,b)) -> [(a,b)]
1002   {-# SPECIALISE $crange :: ((Int,Int),(Int,Int)) -> [(Int,Int)] #-}
1003   $crange da db = <blah>
1004
1005   {-# RULE  range ($dfIx da db) = $crange da db #-}
1006
1007 Note that  
1008
1009   * The RULE is unaffected by the specialisation.  We don't want to
1010     specialise $dfIx, because then it would need a specialised RULE
1011     which is a pain.  The single RULE works fine at all specialisations.
1012     See Note [How instance declarations are translated] above
1013
1014   * Instead, we want to specialise the *method*, $crange
1015
1016 In practice, rather than faking up a SPECIALISE pragama for each
1017 method (which is painful, since we'd have to figure out its
1018 specialised type), we call tcSpecPrag *as if* were going to specialise
1019 $dfIx -- you can see that in the call to tcSpecInst.  That generates a
1020 SpecPrag which, as it turns out, can be used unchanged for each method.
1021 The "it turns out" bit is delicate, but it works fine!
1022
1023 \begin{code}
1024 tcSpecInst :: Id -> Sig Name -> TcM TcSpecPrag
1025 tcSpecInst dfun_id prag@(SpecInstSig hs_ty) 
1026   = addErrCtxt (spec_ctxt prag) $
1027     do  { let name = idName dfun_id
1028         ; (tyvars, theta, clas, tys) <- tcHsInstHead hs_ty
1029         ; let (_, spec_dfun_ty) = mkDictFunTy tyvars theta clas tys
1030
1031         ; co_fn <- tcSubType (SpecPragOrigin name) SpecInstCtxt
1032                              (idType dfun_id) spec_dfun_ty
1033         ; return (SpecPrag dfun_id co_fn defaultInlinePragma) }
1034   where
1035     spec_ctxt prag = hang (ptext (sLit "In the SPECIALISE pragma")) 2 (ppr prag)
1036
1037 tcSpecInst _  _ = panic "tcSpecInst"
1038 \end{code}
1039
1040 %************************************************************************
1041 %*                                                                      *
1042       Type-checking an instance method
1043 %*                                                                      *
1044 %************************************************************************
1045
1046 tcInstanceMethod
1047 - Make the method bindings, as a [(NonRec, HsBinds)], one per method
1048 - Remembering to use fresh Name (the instance method Name) as the binder
1049 - Bring the instance method Ids into scope, for the benefit of tcInstSig
1050 - Use sig_fn mapping instance method Name -> instance tyvars
1051 - Ditto prag_fn
1052 - Use tcValBinds to do the checking
1053
1054 \begin{code}
1055 tcInstanceMethods :: DFunId -> Class -> [TcTyVar]
1056                   -> [EvVar]
1057                   -> [TcType]
1058                   -> ([Located TcSpecPrag], PragFun)
1059                   -> [(Id, DefMeth)]
1060                   -> InstBindings Name 
1061                   -> TcM ([Id], [LHsBind Id])
1062         -- The returned inst_meth_ids all have types starting
1063         --      forall tvs. theta => ...
1064 tcInstanceMethods dfun_id clas tyvars dfun_ev_vars inst_tys 
1065                   (spec_inst_prags, prag_fn)
1066                   op_items (VanillaInst binds _ standalone_deriv)
1067   = mapAndUnzipM tc_item op_items
1068   where
1069     ----------------------
1070     tc_item :: (Id, DefMeth) -> TcM (Id, LHsBind Id)
1071     tc_item (sel_id, dm_info)
1072       = case findMethodBind (idName sel_id) binds of
1073             Just user_bind -> tc_body sel_id standalone_deriv user_bind
1074             Nothing        -> tc_default sel_id dm_info
1075
1076     ----------------------
1077     tc_body :: Id -> Bool -> LHsBind Name -> TcM (TcId, LHsBind Id)
1078     tc_body sel_id generated_code rn_bind 
1079       = add_meth_ctxt sel_id generated_code rn_bind $
1080         do { (meth_id, local_meth_id) <- mkMethIds clas tyvars dfun_ev_vars 
1081                                                    inst_tys sel_id
1082            ; let prags = prag_fn (idName sel_id)
1083            ; meth_id1 <- addInlinePrags meth_id prags
1084            ; spec_prags <- tcSpecPrags meth_id1 prags
1085            ; bind <- tcInstanceMethodBody InstSkol
1086                           tyvars dfun_ev_vars
1087                           meth_id1 local_meth_id meth_sig_fn 
1088                           (mk_meth_spec_prags meth_id1 spec_prags)
1089                           rn_bind 
1090            ; return (meth_id1, bind) }
1091
1092     ----------------------
1093     tc_default :: Id -> DefMeth -> TcM (TcId, LHsBind Id)
1094
1095     tc_default sel_id (GenDefMeth dm_name)
1096       = do { meth_bind <- mkGenericDefMethBind clas inst_tys sel_id dm_name
1097            ; tc_body sel_id False {- Not generated code? -} meth_bind }
1098 {-
1099     tc_default sel_id GenDefMeth    -- Derivable type classes stuff
1100       = do { meth_bind <- mkGenericDefMethBind clas inst_tys sel_id
1101            ; tc_body sel_id False {- Not generated code? -} meth_bind }
1102 -}
1103     tc_default sel_id NoDefMeth     -- No default method at all
1104       = do { warnMissingMethod sel_id
1105            ; (meth_id, _) <- mkMethIds clas tyvars dfun_ev_vars 
1106                                          inst_tys sel_id
1107            ; return (meth_id, mkVarBind meth_id $ 
1108                               mkLHsWrap lam_wrapper error_rhs) }
1109       where
1110         error_rhs    = L loc $ HsApp error_fun error_msg
1111         error_fun    = L loc $ wrapId (WpTyApp meth_tau) nO_METHOD_BINDING_ERROR_ID
1112         error_msg    = L loc (HsLit (HsStringPrim (mkFastString error_string)))
1113         meth_tau     = funResultTy (applyTys (idType sel_id) inst_tys)
1114         error_string = showSDoc (hcat [ppr loc, text "|", ppr sel_id ])
1115         lam_wrapper  = mkWpTyLams tyvars <.> mkWpLams dfun_ev_vars
1116
1117     tc_default sel_id (DefMeth dm_name) -- A polymorphic default method
1118       = do {   -- Build the typechecked version directly, 
1119                  -- without calling typecheck_method; 
1120                  -- see Note [Default methods in instances]
1121                  -- Generate   /\as.\ds. let self = df as ds
1122                  --                      in $dm inst_tys self
1123                  -- The 'let' is necessary only because HsSyn doesn't allow
1124                  -- you to apply a function to a dictionary *expression*.
1125
1126            ; self_dict <- newEvVar (ClassP clas inst_tys)
1127            ; let self_ev_bind = EvBind self_dict $
1128                                 EvDFunApp dfun_id (mkTyVarTys tyvars) dfun_ev_vars
1129
1130            ; (meth_id, local_meth_id) <- mkMethIds clas tyvars dfun_ev_vars 
1131                                                    inst_tys sel_id
1132            ; dm_id <- tcLookupId dm_name
1133            ; let dm_inline_prag = idInlinePragma dm_id
1134                  rhs = HsWrap (mkWpEvVarApps [self_dict] <.> mkWpTyApps inst_tys) $
1135                          HsVar dm_id 
1136
1137                  meth_bind = L loc $ VarBind { var_id = local_meth_id
1138                                              , var_rhs = L loc rhs 
1139                                              , var_inline = False }
1140                  meth_id1 = meth_id `setInlinePragma` dm_inline_prag
1141                             -- Copy the inline pragma (if any) from the default
1142                             -- method to this version. Note [INLINE and default methods]
1143                             
1144                  bind = AbsBinds { abs_tvs = tyvars, abs_ev_vars =  dfun_ev_vars
1145                                  , abs_exports = [( tyvars, meth_id1, local_meth_id
1146                                                   , mk_meth_spec_prags meth_id1 [])]
1147                                  , abs_ev_binds = EvBinds (unitBag self_ev_bind)
1148                                  , abs_binds    = unitBag meth_bind }
1149              -- Default methods in an instance declaration can't have their own 
1150              -- INLINE or SPECIALISE pragmas. It'd be possible to allow them, but
1151              -- currently they are rejected with 
1152              --           "INLINE pragma lacks an accompanying binding"
1153
1154            ; return (meth_id1, L loc bind) } 
1155
1156     ----------------------
1157     mk_meth_spec_prags :: Id -> [LTcSpecPrag] -> TcSpecPrags
1158         -- Adapt the SPECIALISE pragmas to work for this method Id
1159         -- There are two sources: 
1160         --   * spec_inst_prags: {-# SPECIALISE instance :: <blah> #-}
1161         --     These ones have the dfun inside, but [perhaps surprisingly] 
1162         --     the correct wrapper
1163         --   * spec_prags_for_me: {-# SPECIALISE op :: <blah> #-}
1164     mk_meth_spec_prags meth_id spec_prags_for_me
1165       = SpecPrags (spec_prags_for_me ++ 
1166                    [ L loc (SpecPrag meth_id wrap inl)
1167                    | L loc (SpecPrag _ wrap inl) <- spec_inst_prags])
1168    
1169     loc = getSrcSpan dfun_id
1170     meth_sig_fn _ = Just ([],loc)       -- The 'Just' says "yes, there's a type sig"
1171         -- But there are no scoped type variables from local_method_id
1172         -- Only the ones from the instance decl itself, which are already
1173         -- in scope.  Example:
1174         --      class C a where { op :: forall b. Eq b => ... }
1175         --      instance C [c] where { op = <rhs> }
1176         -- In <rhs>, 'c' is scope but 'b' is not!
1177
1178         -- For instance decls that come from standalone deriving clauses
1179         -- we want to print out the full source code if there's an error
1180         -- because otherwise the user won't see the code at all
1181     add_meth_ctxt sel_id generated_code rn_bind thing 
1182       | generated_code = addLandmarkErrCtxt (derivBindCtxt sel_id clas inst_tys rn_bind) thing
1183       | otherwise      = thing
1184
1185
1186 tcInstanceMethods dfun_id clas tyvars dfun_ev_vars inst_tys 
1187                   _ op_items (NewTypeDerived coi _)
1188
1189 -- Running example:
1190 --   class Show b => Foo a b where
1191 --     op :: a -> b -> b
1192 --   newtype N a = MkN (Tree [a]) 
1193 --   deriving instance (Show p, Foo Int p) => Foo Int (N p)
1194 --               -- NB: standalone deriving clause means
1195 --               --     that the contex is user-specified
1196 -- Hence op :: forall a b. Foo a b => a -> b -> b
1197 --
1198 -- We're going to make an instance like
1199 --   instance (Show p, Foo Int p) => Foo Int (N p)
1200 --      op = $copT
1201 --
1202 --   $copT :: forall p. (Show p, Foo Int p) => Int -> N p -> N p
1203 --   $copT p (d1:Show p) (d2:Foo Int p) 
1204 --     = op Int (Tree [p]) rep_d |> op_co
1205 --     where 
1206 --       rep_d :: Foo Int (Tree [p]) = ...d1...d2...
1207 --       op_co :: (Int -> Tree [p] -> Tree [p]) ~ (Int -> T p -> T p)
1208 -- We get op_co by substituting [Int/a] and [co/b] in type for op
1209 -- where co : [p] ~ T p
1210 --
1211 -- Notice that the dictionary bindings "..d1..d2.." must be generated
1212 -- by the constraint solver, since the <context> may be
1213 -- user-specified.
1214
1215   = do { rep_d_stuff <- checkConstraints InstSkol tyvars dfun_ev_vars $
1216                         emitWanted ScOrigin rep_pred
1217                          
1218        ; mapAndUnzipM (tc_item rep_d_stuff) op_items }
1219   where
1220      loc = getSrcSpan dfun_id
1221
1222      inst_tvs = fst (tcSplitForAllTys (idType dfun_id))
1223      Just (init_inst_tys, _) = snocView inst_tys
1224      rep_ty   = pFst (coercionKind co)  -- [p]
1225      rep_pred = mkClassPred clas (init_inst_tys ++ [rep_ty])
1226
1227      -- co : [p] ~ T p
1228      co = substCoWithTys inst_tvs (mkTyVarTys tyvars) $
1229           mkSymCo coi
1230
1231      ----------------
1232      tc_item :: (TcEvBinds, EvVar) -> (Id, DefMeth) -> TcM (TcId, LHsBind TcId)
1233      tc_item (rep_ev_binds, rep_d) (sel_id, _)
1234        = do { (meth_id, local_meth_id) <- mkMethIds clas tyvars dfun_ev_vars 
1235                                                     inst_tys sel_id
1236
1237             ; let meth_rhs  = wrapId (mk_op_wrapper sel_id rep_d) sel_id
1238                   meth_bind = VarBind { var_id = local_meth_id
1239                                       , var_rhs = L loc meth_rhs
1240                                       , var_inline = False }
1241
1242                   bind = AbsBinds { abs_tvs = tyvars, abs_ev_vars = dfun_ev_vars
1243                                    , abs_exports = [(tyvars, meth_id, 
1244                                                      local_meth_id, noSpecPrags)]
1245                                    , abs_ev_binds = rep_ev_binds
1246                                    , abs_binds = unitBag $ L loc meth_bind }
1247
1248             ; return (meth_id, L loc bind) }
1249
1250      ----------------
1251      mk_op_wrapper :: Id -> EvVar -> HsWrapper
1252      mk_op_wrapper sel_id rep_d 
1253        = WpCast (liftCoSubstWith sel_tvs (map mkReflCo init_inst_tys ++ [co])
1254                                local_meth_ty)
1255          <.> WpEvApp (EvId rep_d)
1256          <.> mkWpTyApps (init_inst_tys ++ [rep_ty]) 
1257        where
1258          (sel_tvs, sel_rho) = tcSplitForAllTys (idType sel_id)
1259          (_, local_meth_ty) = tcSplitPredFunTy_maybe sel_rho
1260                               `orElse` pprPanic "tcInstanceMethods" (ppr sel_id)
1261
1262 ----------------------
1263 mkMethIds :: Class -> [TcTyVar] -> [EvVar] -> [TcType] -> Id -> TcM (TcId, TcId)
1264 mkMethIds clas tyvars dfun_ev_vars inst_tys sel_id
1265   = do  { uniq <- newUnique
1266         ; let meth_name = mkDerivedInternalName mkClassOpAuxOcc uniq sel_name
1267         ; local_meth_name <- newLocalName sel_name
1268                   -- Base the local_meth_name on the selector name, becuase
1269                   -- type errors from tcInstanceMethodBody come from here
1270
1271         ; let meth_id       = mkLocalId meth_name meth_ty
1272               local_meth_id = mkLocalId local_meth_name local_meth_ty
1273         ; return (meth_id, local_meth_id) }
1274   where
1275     local_meth_ty = instantiateMethod clas sel_id inst_tys
1276     meth_ty = mkForAllTys tyvars $ mkPiTypes dfun_ev_vars local_meth_ty
1277     sel_name = idName sel_id
1278
1279 ----------------------
1280 wrapId :: HsWrapper -> id -> HsExpr id
1281 wrapId wrapper id = mkHsWrap wrapper (HsVar id)
1282
1283 derivBindCtxt :: Id -> Class -> [Type ] -> LHsBind Name -> SDoc
1284 derivBindCtxt sel_id clas tys _bind
1285    = vcat [ ptext (sLit "When typechecking the code for ") <+> quotes (ppr sel_id)
1286           , nest 2 (ptext (sLit "in a standalone derived instance for")
1287                     <+> quotes (pprClassPred clas tys) <> colon)
1288           , nest 2 $ ptext (sLit "To see the code I am typechecking, use -ddump-deriv") ]
1289
1290 -- Too voluminous
1291 --        , nest 2 $ pprSetDepth AllTheWay $ ppr bind ]
1292
1293 warnMissingMethod :: Id -> TcM ()
1294 warnMissingMethod sel_id
1295   = do { warn <- doptM Opt_WarnMissingMethods           
1296        ; warnTc (warn  -- Warn only if -fwarn-missing-methods
1297                  && not (startsWithUnderscore (getOccName sel_id)))
1298                                         -- Don't warn about _foo methods
1299                 (ptext (sLit "No explicit method nor default method for")
1300                  <+> quotes (ppr sel_id)) }
1301 \end{code}
1302
1303 Note [Export helper functions]
1304 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1305 We arrange to export the "helper functions" of an instance declaration,
1306 so that they are not subject to preInlineUnconditionally, even if their
1307 RHS is trivial.  Reason: they are mentioned in the DFunUnfolding of
1308 the dict fun as Ids, not as CoreExprs, so we can't substitute a 
1309 non-variable for them.
1310
1311 We could change this by making DFunUnfoldings have CoreExprs, but it
1312 seems a bit simpler this way.
1313
1314 Note [Default methods in instances]
1315 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1316 Consider this
1317
1318    class Baz v x where
1319       foo :: x -> x
1320       foo y = <blah>
1321
1322    instance Baz Int Int
1323
1324 From the class decl we get
1325
1326    $dmfoo :: forall v x. Baz v x => x -> x
1327    $dmfoo y = <blah>
1328
1329 Notice that the type is ambiguous.  That's fine, though. The instance
1330 decl generates
1331
1332    $dBazIntInt = MkBaz fooIntInt
1333    fooIntInt = $dmfoo Int Int $dBazIntInt
1334
1335 BUT this does mean we must generate the dictionary translation of
1336 fooIntInt directly, rather than generating source-code and
1337 type-checking it.  That was the bug in Trac #1061. In any case it's
1338 less work to generate the translated version!
1339
1340 Note [INLINE and default methods]
1341 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1342 Default methods need special case.  They are supposed to behave rather like
1343 macros.  For exmample
1344
1345   class Foo a where
1346     op1, op2 :: Bool -> a -> a
1347
1348     {-# INLINE op1 #-}
1349     op1 b x = op2 (not b) x
1350
1351   instance Foo Int where
1352     -- op1 via default method
1353     op2 b x = <blah>
1354    
1355 The instance declaration should behave
1356
1357    just as if 'op1' had been defined with the
1358    code, and INLINE pragma, from its original
1359    definition. 
1360
1361 That is, just as if you'd written
1362
1363   instance Foo Int where
1364     op2 b x = <blah>
1365
1366     {-# INLINE op1 #-}
1367     op1 b x = op2 (not b) x
1368
1369 So for the above example we generate:
1370
1371
1372   {-# INLINE $dmop1 #-}
1373   -- $dmop1 has an InlineCompulsory unfolding
1374   $dmop1 d b x = op2 d (not b) x
1375
1376   $fFooInt = MkD $cop1 $cop2
1377
1378   {-# INLINE $cop1 #-}
1379   $cop1 = $dmop1 $fFooInt
1380
1381   $cop2 = <blah>
1382
1383 Note carefullly:
1384
1385 * We *copy* any INLINE pragma from the default method $dmop1 to the
1386   instance $cop1.  Otherwise we'll just inline the former in the
1387   latter and stop, which isn't what the user expected
1388
1389 * Regardless of its pragma, we give the default method an 
1390   unfolding with an InlineCompulsory source. That means
1391   that it'll be inlined at every use site, notably in
1392   each instance declaration, such as $cop1.  This inlining
1393   must happen even though 
1394     a) $dmop1 is not saturated in $cop1
1395     b) $cop1 itself has an INLINE pragma
1396
1397   It's vital that $dmop1 *is* inlined in this way, to allow the mutual
1398   recursion between $fooInt and $cop1 to be broken
1399
1400 * To communicate the need for an InlineCompulsory to the desugarer
1401   (which makes the Unfoldings), we use the IsDefaultMethod constructor
1402   in TcSpecPrags.
1403
1404
1405 %************************************************************************
1406 %*                                                                      *
1407 \subsection{Error messages}
1408 %*                                                                      *
1409 %************************************************************************
1410
1411 \begin{code}
1412 instDeclCtxt1 :: LHsType Name -> SDoc
1413 instDeclCtxt1 hs_inst_ty
1414   = inst_decl_ctxt (case unLoc hs_inst_ty of
1415                         HsForAllTy _ _ _ (L _ (HsPredTy pred)) -> ppr pred
1416                         HsPredTy pred                    -> ppr pred
1417                         _                                -> ppr hs_inst_ty)     -- Don't expect this
1418 instDeclCtxt2 :: Type -> SDoc
1419 instDeclCtxt2 dfun_ty
1420   = inst_decl_ctxt (ppr (mkClassPred cls tys))
1421   where
1422     (_,_,cls,tys) = tcSplitDFunTy dfun_ty
1423
1424 inst_decl_ctxt :: SDoc -> SDoc
1425 inst_decl_ctxt doc = ptext (sLit "In the instance declaration for") <+> quotes doc
1426
1427 atInstCtxt :: Name -> SDoc
1428 atInstCtxt name = ptext (sLit "In the associated type instance for") <+>
1429                   quotes (ppr name)
1430
1431 mustBeVarArgErr :: Type -> SDoc
1432 mustBeVarArgErr ty =
1433   sep [ ptext (sLit "Arguments that do not correspond to a class parameter") <+>
1434         ptext (sLit "must be variables")
1435       , ptext (sLit "Instead of a variable, found") <+> ppr ty
1436       ]
1437
1438 wrongATArgErr :: Type -> Type -> SDoc
1439 wrongATArgErr ty instTy =
1440   sep [ ptext (sLit "Type indexes must match class instance head")
1441       , ptext (sLit "Found") <+> quotes (ppr ty)
1442         <+> ptext (sLit "but expected") <+> quotes (ppr instTy)
1443       ]
1444
1445 tooManyParmsErr :: Located Name -> SDoc
1446 tooManyParmsErr tc_name
1447   = ptext (sLit "Family instance has too many parameters:") <+> 
1448     quotes (ppr tc_name)
1449
1450 tooFewParmsErr :: Arity -> SDoc
1451 tooFewParmsErr arity
1452   = ptext (sLit "Family instance has too few parameters; expected") <+> 
1453     ppr arity
1454
1455 wrongNumberOfParmsErr :: Arity -> SDoc
1456 wrongNumberOfParmsErr exp_arity
1457   = ptext (sLit "Number of parameters must match family declaration; expected")
1458     <+> ppr exp_arity
1459
1460 badBootFamInstDeclErr :: SDoc
1461 badBootFamInstDeclErr
1462   = ptext (sLit "Illegal family instance in hs-boot file")
1463
1464 notFamily :: TyCon -> SDoc
1465 notFamily tycon
1466   = vcat [ ptext (sLit "Illegal family instance for") <+> quotes (ppr tycon)
1467          , nest 2 $ parens (ppr tycon <+> ptext (sLit "is not an indexed type family"))]
1468   
1469 wrongKindOfFamily :: TyCon -> SDoc
1470 wrongKindOfFamily family
1471   = ptext (sLit "Wrong category of family instance; declaration was for a")
1472     <+> kindOfFamily
1473   where
1474     kindOfFamily | isSynTyCon family = ptext (sLit "type synonym")
1475                  | isAlgTyCon family = ptext (sLit "data type")
1476                  | otherwise = pprPanic "wrongKindOfFamily" (ppr family)
1477 \end{code}