Zap stray whitespace in lhs formatting
[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         -- Typecheck the instance type itself.  We can't use 
244         -- tcHsSigType, because it's not a valid user type.
245         ; kinded_ty <- kcHsSigType poly_ty
246         ; poly_ty'  <- tcHsKindedType kinded_ty
247         ; let (tyvars, theta, tau) = tcSplitSigmaTy poly_ty'
248         
249         -- Next, process any associated types.
250         ; idx_tycons <- mappM tcIdxTyInstDecl ats
251
252         -- Now, check the validity of the instance.
253         ; (clas, inst_tys) <- checkValidInstHead tau
254         ; checkValidInstance tyvars theta clas inst_tys
255         ; checkValidAndMissingATs clas (tyvars, inst_tys) 
256                                   (zip ats idx_tycons)
257
258         -- Finally, construct the Core representation of the instance.
259         -- (This no longer includes the associated types.)
260         ; dfun_name <- newDFunName clas inst_tys (srcSpanStart loc)
261         ; overlap_flag <- getOverlapFlag
262         ; let dfun           = mkDictFunId dfun_name tyvars theta clas inst_tys
263               ispec          = mkLocalInstance dfun overlap_flag
264
265         ; return ([InstInfo { iSpec  = ispec, 
266                               iBinds = VanillaInst binds uprags }],
267                   catMaybes idx_tycons)
268         }
269   where
270     -- We pass in the source form and the type checked form of the ATs.  We
271     -- really need the source form only to be able to produce more informative
272     -- error messages.
273     checkValidAndMissingATs :: Class
274                             -> ([TyVar], [TcType])     -- instance types
275                             -> [(LTyClDecl Name,       -- source form of AT
276                                  Maybe TyThing)]       -- Core form of AT
277                             -> TcM ()
278     checkValidAndMissingATs clas inst_tys ats
279       = do { -- Issue a warning for each class AT that is not defined in this
280              -- instance.
281            ; let classDefATs = listToNameSet . map tyConName . classATs $ clas
282                  definedATs  = listToNameSet . map (tcdName.unLoc.fst)  $ ats
283                  omitted     = classDefATs `minusNameSet` definedATs
284            ; warn <- doptM Opt_WarnMissingMethods
285            ; mapM_ (warnTc warn . omittedATWarn) (nameSetToList omitted)
286            
287              -- Ensure that all AT indexes that correspond to class parameters
288              -- coincide with the types in the instance head.  All remaining
289              -- AT arguments must be variables.  Also raise an error for any
290              -- type instances that are not associated with this class.
291            ; mapM_ (checkIndexes clas inst_tys) ats
292            }
293
294     checkIndexes _    _        (hsAT, Nothing)             = 
295       return ()    -- skip, we already had an error here
296     checkIndexes clas inst_tys (hsAT, Just (ATyCon tycon)) = 
297 -- !!!TODO: check that this does the Right Thing for indexed synonyms, too!
298       checkIndexes' clas inst_tys hsAT 
299                     (tyConTyVars tycon, 
300                      snd . fromJust . tyConFamInst_maybe $ tycon)
301     checkIndexes _ _ _ = panic "checkIndexes"
302
303     checkIndexes' clas (instTvs, instTys) hsAT (atTvs, atTys)
304       = let atName = tcdName . unLoc $ hsAT
305         in
306         setSrcSpan (getLoc hsAT)       $
307         addErrCtxt (atInstCtxt atName) $
308         case find ((atName ==) . tyConName) (classATs clas) of
309           Nothing     -> addErrTc $ badATErr clas atName  -- not in this class
310           Just atDecl -> 
311             case assocTyConArgPoss_maybe atDecl of
312               Nothing   -> panic "checkIndexes': AT has no args poss?!?"
313               Just poss -> 
314
315                 -- The following is tricky!  We need to deal with three
316                 -- complications: (1) The AT possibly only uses a subset of
317                 -- the class parameters as indexes and those it uses may be in
318                 -- a different order; (2) the AT may have extra arguments,
319                 -- which must be type variables; and (3) variables in AT and
320                 -- instance head will be different `Name's even if their
321                 -- source lexemes are identical.
322                 --
323                 -- Re (1), `poss' contains a permutation vector to extract the
324                 -- class parameters in the right order.
325                 --
326                 -- Re (2), we wrap the (permuted) class parameters in a Maybe
327                 -- type and use Nothing for any extra AT arguments.  (First
328                 -- equation of `checkIndex' below.)
329                 --
330                 -- Re (3), we replace any type variable in the AT parameters
331                 -- that has the same source lexeme as some variable in the
332                 -- instance types with the instance type variable sharing its
333                 -- source lexeme.
334                 --
335                 let relevantInstTys = map (instTys !!) poss
336                     instArgs        = map Just relevantInstTys ++ 
337                                       repeat Nothing  -- extra arguments
338                     renaming        = substSameTyVar atTvs instTvs
339                 in
340                 zipWithM_ checkIndex (substTys renaming atTys) instArgs
341
342     checkIndex ty Nothing 
343       | isTyVarTy ty         = return ()
344       | otherwise            = addErrTc $ mustBeVarArgErr ty
345     checkIndex ty (Just instTy) 
346       | ty `tcEqType` instTy = return ()
347       | otherwise            = addErrTc $ wrongATArgErr ty instTy
348
349     listToNameSet = addListToNameSet emptyNameSet 
350
351     substSameTyVar []       _            = emptyTvSubst
352     substSameTyVar (tv:tvs) replacingTvs = 
353       let replacement = case find (tv `sameLexeme`) replacingTvs of
354                           Nothing  -> mkTyVarTy tv
355                           Just rtv -> mkTyVarTy rtv
356           --
357           tv1 `sameLexeme` tv2 = 
358             nameOccName (tyVarName tv1) == nameOccName (tyVarName tv2)
359       in
360       extendTvSubst (substSameTyVar tvs replacingTvs) tv replacement
361 \end{code}
362
363
364 %************************************************************************
365 %*                                                                      *
366 \subsection{Type-checking instance declarations, pass 2}
367 %*                                                                      *
368 %************************************************************************
369
370 \begin{code}
371 tcInstDecls2 :: [LTyClDecl Name] -> [InstInfo] 
372              -> TcM (LHsBinds Id, TcLclEnv)
373 -- (a) From each class declaration, 
374 --      generate any default-method bindings
375 -- (b) From each instance decl
376 --      generate the dfun binding
377
378 tcInstDecls2 tycl_decls inst_decls
379   = do  {       -- (a) Default methods from class decls
380           (dm_binds_s, dm_ids_s) <- mapAndUnzipM tcClassDecl2 $
381                                     filter (isClassDecl.unLoc) tycl_decls
382         ; tcExtendIdEnv (concat dm_ids_s)       $ do 
383     
384                 -- (b) instance declarations
385         ; inst_binds_s <- mappM tcInstDecl2 inst_decls
386
387                 -- Done
388         ; let binds = unionManyBags dm_binds_s `unionBags` 
389                       unionManyBags inst_binds_s
390         ; tcl_env <- getLclEnv          -- Default method Ids in here
391         ; returnM (binds, tcl_env) }
392 \end{code}
393
394 ======= New documentation starts here (Sept 92)  ==============
395
396 The main purpose of @tcInstDecl2@ is to return a @HsBinds@ which defines
397 the dictionary function for this instance declaration.  For example
398 \begin{verbatim}
399         instance Foo a => Foo [a] where
400                 op1 x = ...
401                 op2 y = ...
402 \end{verbatim}
403 might generate something like
404 \begin{verbatim}
405         dfun.Foo.List dFoo_a = let op1 x = ...
406                                    op2 y = ...
407                                in
408                                    Dict [op1, op2]
409 \end{verbatim}
410
411 HOWEVER, if the instance decl has no context, then it returns a
412 bigger @HsBinds@ with declarations for each method.  For example
413 \begin{verbatim}
414         instance Foo [a] where
415                 op1 x = ...
416                 op2 y = ...
417 \end{verbatim}
418 might produce
419 \begin{verbatim}
420         dfun.Foo.List a = Dict [Foo.op1.List a, Foo.op2.List a]
421         const.Foo.op1.List a x = ...
422         const.Foo.op2.List a y = ...
423 \end{verbatim}
424 This group may be mutually recursive, because (for example) there may
425 be no method supplied for op2 in which case we'll get
426 \begin{verbatim}
427         const.Foo.op2.List a = default.Foo.op2 (dfun.Foo.List a)
428 \end{verbatim}
429 that is, the default method applied to the dictionary at this type.
430
431 What we actually produce in either case is:
432
433         AbsBinds [a] [dfun_theta_dicts]
434                  [(dfun.Foo.List, d)] ++ (maybe) [(const.Foo.op1.List, op1), ...]
435                  { d = (sd1,sd2, ..., op1, op2, ...)
436                    op1 = ...
437                    op2 = ...
438                  }
439
440 The "maybe" says that we only ask AbsBinds to make global constant methods
441 if the dfun_theta is empty.
442
443                 
444 For an instance declaration, say,
445
446         instance (C1 a, C2 b) => C (T a b) where
447                 ...
448
449 where the {\em immediate} superclasses of C are D1, D2, we build a dictionary
450 function whose type is
451
452         (C1 a, C2 b, D1 (T a b), D2 (T a b)) => C (T a b)
453
454 Notice that we pass it the superclass dictionaries at the instance type; this
455 is the ``Mark Jones optimisation''.  The stuff before the "=>" here
456 is the @dfun_theta@ below.
457
458 First comes the easy case of a non-local instance decl.
459
460
461 \begin{code}
462 tcInstDecl2 :: InstInfo -> TcM (LHsBinds Id)
463 -- Returns a binding for the dfun
464
465 ------------------------
466 -- Derived newtype instances; surprisingly tricky!
467 --
468 -- In the case of a newtype, things are rather easy
469 --      class Show a => Foo a b where ...
470 --      newtype T a = MkT (Tree [a]) deriving( Foo Int )
471 -- The newtype gives an FC axiom looking like
472 --      axiom CoT a ::  T a :=: Tree [a]
473 --   (see Note [Newtype coercions] in TyCon for this unusual form of axiom)
474 --
475 -- So all need is to generate a binding looking like: 
476 --      dfunFooT :: forall a. (Foo Int (Tree [a], Show (T a)) => Foo Int (T a)
477 --      dfunFooT = /\a. \(ds:Show (T a)) (df:Foo (Tree [a])).
478 --                case df `cast` (Foo Int (sym (CoT a))) of
479 --                   Foo _ op1 .. opn -> Foo ds op1 .. opn
480 --
481 -- If there are no superclasses, matters are simpler, because we don't need the case
482 -- see Note [Newtype deriving superclasses] in TcDeriv.lhs
483
484 tcInstDecl2 (InstInfo { iSpec = ispec, iBinds = NewTypeDerived mb_preds })
485   = do  { let dfun_id      = instanceDFunId ispec 
486               rigid_info   = InstSkol
487               origin       = SigOrigin rigid_info
488               inst_ty      = idType dfun_id
489         ; (tvs, theta, inst_head_ty) <- tcSkolSigType rigid_info inst_ty
490                 -- inst_head_ty is a PredType
491
492         ; inst_loc <- getInstLoc origin
493         ; (rep_dict_id : sc_dict_ids, wrap_fn, sc_binds)
494                 <- make_wrapper inst_loc tvs theta mb_preds
495                 -- Here, we are relying on the order of dictionary 
496                 -- arguments built by NewTypeDerived in TcDeriv; 
497                 -- namely, that the rep_dict_id comes first
498            
499         ; let (cls, cls_inst_tys) = tcSplitDFunHead inst_head_ty
500               cls_tycon           = classTyCon cls
501               the_coercion        = make_coercion cls_tycon cls_inst_tys
502               coerced_rep_dict    = mkHsWrap the_coercion (HsVar rep_dict_id)
503
504         ; body <- make_body cls_tycon cls_inst_tys sc_dict_ids coerced_rep_dict
505               
506         ; return (sc_binds `snocBag` (noLoc $ VarBind dfun_id $ noLoc $ mkHsWrap wrap_fn body)) }
507   where
508
509       -----------------------
510       --        make_wrapper
511       -- We distinguish two cases:
512       -- (a) there is no tyvar abstraction in the dfun, so all dicts are constant,
513       --     and the new dict can just be a constant
514       --        (mb_preds = Just preds)
515       -- (b) there are tyvars, so we must make a dict *fun*
516       --        (mb_preds = Nothing)
517       -- See the defn of NewTypeDerived for the meaning of mb_preds
518     make_wrapper inst_loc tvs theta (Just preds)        -- Case (a)
519       = ASSERT( null tvs && null theta )
520         do { dicts <- newDictBndrs inst_loc preds
521            ; sc_binds <- addErrCtxt superClassCtxt $
522                          tcSimplifySuperClasses inst_loc [] dicts
523                 -- Use tcSimplifySuperClasses to avoid creating loops, for the
524                 -- same reason as Note [SUPERCLASS-LOOP 1] in TcSimplify
525            ; return (map instToId dicts, idHsWrapper, sc_binds) }
526
527     make_wrapper inst_loc tvs theta Nothing     -- Case (b)
528       = do { dicts <- newDictBndrs inst_loc theta
529            ; let dict_ids = map instToId dicts
530            ; return (dict_ids, mkWpTyLams tvs <.> mkWpLams dict_ids, emptyBag) }
531
532       -----------------------
533       --        make_coercion
534       -- The inst_head looks like (C s1 .. sm (T a1 .. ak))
535       -- But we want the coercion (C s1 .. sm (sym (CoT a1 .. ak)))
536       --        with kind (C s1 .. sm (T a1 .. ak)  :=:  C s1 .. sm <rep_ty>)
537       --        where rep_ty is the (eta-reduced) type rep of T
538       -- So we just replace T with CoT, and insert a 'sym'
539       -- NB: we know that k will be >= arity of CoT, because the latter fully eta-reduced
540
541     make_coercion cls_tycon cls_inst_tys
542         | Just (all_tys_but_last, last_ty) <- snocView cls_inst_tys
543         , (tycon, tc_args) <- tcSplitTyConApp last_ty   -- Should not fail
544         , Just co_con <- newTyConCo_maybe tycon
545         , let co = mkSymCoercion (mkTyConApp co_con tc_args)
546         = WpCo (mkTyConApp cls_tycon (all_tys_but_last ++ [co]))
547         | otherwise     -- The newtype is transparent; no need for a cast
548         = idHsWrapper
549
550       -----------------------
551       --        make_body
552       -- Two cases; see Note [Newtype deriving superclasses] in TcDeriv.lhs
553       -- (a) no superclasses; then we can just use the coerced dict
554       -- (b) one or more superclasses; then new need to do the unpack/repack
555         
556     make_body cls_tycon cls_inst_tys sc_dict_ids coerced_rep_dict
557         | null sc_dict_ids              -- Case (a)
558         = return coerced_rep_dict
559         | otherwise                     -- Case (b)
560         = do { op_ids            <- newSysLocalIds FSLIT("op") op_tys
561              ; dummy_sc_dict_ids <- newSysLocalIds FSLIT("sc") (map idType sc_dict_ids)
562              ; let the_pat = ConPatOut { pat_con = noLoc cls_data_con, pat_tvs = [],
563                                          pat_dicts = dummy_sc_dict_ids,
564                                          pat_binds = emptyLHsBinds,
565                                          pat_args = PrefixCon (map nlVarPat op_ids),
566                                          pat_ty = pat_ty} 
567                    the_match = mkSimpleMatch [noLoc the_pat] the_rhs
568                    the_rhs = mkHsConApp cls_data_con cls_inst_tys $
569                              map HsVar (sc_dict_ids ++ op_ids)
570
571                 -- Warning: this HsCase scrutinises a value with a PredTy, which is
572                 --          never otherwise seen in Haskell source code. It'd be
573                 --          nicer to generate Core directly!
574              ; return (HsCase (noLoc coerced_rep_dict) $
575                        MatchGroup [the_match] (mkFunTy pat_ty pat_ty)) }
576         where
577           pat_ty       = mkTyConApp cls_tycon cls_inst_tys
578           cls_data_con = head (tyConDataCons cls_tycon)
579           cls_arg_tys  = dataConInstArgTys cls_data_con cls_inst_tys 
580           op_tys       = dropList sc_dict_ids cls_arg_tys
581
582 ------------------------
583 -- Ordinary instances
584
585 tcInstDecl2 (InstInfo { iSpec = ispec, iBinds = VanillaInst monobinds uprags })
586   = let 
587         dfun_id    = instanceDFunId ispec
588         rigid_info = InstSkol
589         inst_ty    = idType dfun_id
590     in
591          -- Prime error recovery
592     recoverM (returnM emptyLHsBinds)            $
593     setSrcSpan (srcLocSpan (getSrcLoc dfun_id)) $
594     addErrCtxt (instDeclCtxt2 (idType dfun_id)) $
595
596         -- Instantiate the instance decl with skolem constants 
597     tcSkolSigType rigid_info inst_ty    `thenM` \ (inst_tyvars', dfun_theta', inst_head') ->
598                 -- These inst_tyvars' scope over the 'where' part
599                 -- Those tyvars are inside the dfun_id's type, which is a bit
600                 -- bizarre, but OK so long as you realise it!
601     let
602         (clas, inst_tys') = tcSplitDFunHead inst_head'
603         (class_tyvars, sc_theta, _, op_items) = classBigSig clas
604
605         -- Instantiate the super-class context with inst_tys
606         sc_theta' = substTheta (zipOpenTvSubst class_tyvars inst_tys') sc_theta
607         origin    = SigOrigin rigid_info
608     in
609          -- Create dictionary Ids from the specified instance contexts.
610     getInstLoc InstScOrigin                             `thenM` \ sc_loc -> 
611     newDictBndrs sc_loc sc_theta'                       `thenM` \ sc_dicts ->
612     getInstLoc origin                                   `thenM` \ inst_loc -> 
613     newDictBndrs inst_loc dfun_theta'                   `thenM` \ dfun_arg_dicts ->
614     newDictBndr inst_loc (mkClassPred clas inst_tys')   `thenM` \ this_dict ->
615                 -- Default-method Ids may be mentioned in synthesised RHSs,
616                 -- but they'll already be in the environment.
617
618         -- Typecheck the methods
619     let         -- These insts are in scope; quite a few, eh?
620         avail_insts = [this_dict] ++ dfun_arg_dicts ++ sc_dicts
621     in
622     tcMethods origin clas inst_tyvars' 
623               dfun_theta' inst_tys' avail_insts 
624               op_items monobinds uprags         `thenM` \ (meth_ids, meth_binds) ->
625
626         -- Figure out bindings for the superclass context
627         -- Don't include this_dict in the 'givens', else
628         -- sc_dicts get bound by just selecting  from this_dict!!
629     addErrCtxt superClassCtxt
630         (tcSimplifySuperClasses inst_loc
631                          dfun_arg_dicts sc_dicts)       `thenM` \ sc_binds ->
632
633         -- It's possible that the superclass stuff might unified one
634         -- of the inst_tyavars' with something in the envt
635     checkSigTyVars inst_tyvars'         `thenM_`
636
637         -- Deal with 'SPECIALISE instance' pragmas 
638     tcPrags dfun_id (filter isSpecInstLSig uprags)      `thenM` \ prags -> 
639     
640         -- Create the result bindings
641     let
642         dict_constr   = classDataCon clas
643         scs_and_meths = map instToId sc_dicts ++ meth_ids
644         this_dict_id  = instToId this_dict
645         inline_prag | null dfun_arg_dicts = []
646                     | otherwise = [InlinePrag (Inline AlwaysActive True)]
647                 -- Always inline the dfun; this is an experimental decision
648                 -- because it makes a big performance difference sometimes.
649                 -- Often it means we can do the method selection, and then
650                 -- inline the method as well.  Marcin's idea; see comments below.
651                 --
652                 -- BUT: don't inline it if it's a constant dictionary;
653                 -- we'll get all the benefit without inlining, and we get
654                 -- a **lot** of code duplication if we inline it
655                 --
656                 --      See Note [Inline dfuns] below
657
658         dict_rhs
659           = mkHsConApp dict_constr inst_tys' (map HsVar scs_and_meths)
660                 -- We don't produce a binding for the dict_constr; instead we
661                 -- rely on the simplifier to unfold this saturated application
662                 -- We do this rather than generate an HsCon directly, because
663                 -- it means that the special cases (e.g. dictionary with only one
664                 -- member) are dealt with by the common MkId.mkDataConWrapId code rather
665                 -- than needing to be repeated here.
666
667         dict_bind  = noLoc (VarBind this_dict_id dict_rhs)
668         all_binds  = dict_bind `consBag` (sc_binds `unionBags` meth_binds)
669
670         main_bind = noLoc $ AbsBinds
671                             inst_tyvars'
672                             (map instToId dfun_arg_dicts)
673                             [(inst_tyvars', dfun_id, this_dict_id, 
674                                             inline_prag ++ prags)] 
675                             all_binds
676     in
677     showLIE (text "instance")           `thenM_`
678     returnM (unitBag main_bind)
679
680
681 tcMethods origin clas inst_tyvars' dfun_theta' inst_tys' 
682           avail_insts op_items monobinds uprags
683   =     -- Check that all the method bindings come from this class
684     let
685         sel_names = [idName sel_id | (sel_id, _) <- op_items]
686         bad_bndrs = collectHsBindBinders monobinds `minusList` sel_names
687     in
688     mappM (addErrTc . badMethodErr clas) bad_bndrs      `thenM_`
689
690         -- Make the method bindings
691     let
692         mk_method_bind = mkMethodBind origin clas inst_tys' monobinds
693     in
694     mapAndUnzipM mk_method_bind op_items        `thenM` \ (meth_insts, meth_infos) ->
695
696         -- And type check them
697         -- It's really worth making meth_insts available to the tcMethodBind
698         -- Consider     instance Monad (ST s) where
699         --                {-# INLINE (>>) #-}
700         --                (>>) = ...(>>=)...
701         -- If we don't include meth_insts, we end up with bindings like this:
702         --      rec { dict = MkD then bind ...
703         --            then = inline_me (... (GHC.Base.>>= dict) ...)
704         --            bind = ... }
705         -- The trouble is that (a) 'then' and 'dict' are mutually recursive, 
706         -- and (b) the inline_me prevents us inlining the >>= selector, which
707         -- would unravel the loop.  Result: (>>) ends up as a loop breaker, and
708         -- is not inlined across modules. Rather ironic since this does not
709         -- happen without the INLINE pragma!  
710         --
711         -- Solution: make meth_insts available, so that 'then' refers directly
712         --           to the local 'bind' rather than going via the dictionary.
713         --
714         -- BUT WATCH OUT!  If the method type mentions the class variable, then
715         -- this optimisation is not right.  Consider
716         --      class C a where
717         --        op :: Eq a => a
718         --
719         --      instance C Int where
720         --        op = op
721         -- The occurrence of 'op' on the rhs gives rise to a constraint
722         --      op at Int
723         -- The trouble is that the 'meth_inst' for op, which is 'available', also
724         -- looks like 'op at Int'.  But they are not the same.
725     let
726         prag_fn        = mkPragFun uprags
727         all_insts      = avail_insts ++ catMaybes meth_insts
728         sig_fn n       = Just []        -- No scoped type variables, but every method has
729                                         -- a type signature, in effect, so that we check
730                                         -- the method has the right type
731         tc_method_bind = tcMethodBind inst_tyvars' dfun_theta' all_insts sig_fn prag_fn
732         meth_ids       = [meth_id | (_,meth_id,_) <- meth_infos]
733     in
734
735     mapM tc_method_bind meth_infos              `thenM` \ meth_binds_s ->
736    
737     returnM (meth_ids, unionManyBags meth_binds_s)
738 \end{code}
739
740
741                 ------------------------------
742         [Inline dfuns] Inlining dfuns unconditionally
743                 ------------------------------
744
745 The code above unconditionally inlines dict funs.  Here's why.
746 Consider this program:
747
748     test :: Int -> Int -> Bool
749     test x y = (x,y) == (y,x) || test y x
750     -- Recursive to avoid making it inline.
751
752 This needs the (Eq (Int,Int)) instance.  If we inline that dfun
753 the code we end up with is good:
754
755     Test.$wtest =
756         \r -> case ==# [ww ww1] of wild {
757                 PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
758                 PrelBase.True ->
759                   case ==# [ww1 ww] of wild1 {
760                     PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
761                     PrelBase.True -> PrelBase.True [];
762                   };
763             };
764     Test.test = \r [w w1]
765             case w of w2 {
766               PrelBase.I# ww ->
767                   case w1 of w3 { PrelBase.I# ww1 -> Test.$wtest ww ww1; };
768             };
769
770 If we don't inline the dfun, the code is not nearly as good:
771
772     (==) = case PrelTup.$fEq(,) PrelBase.$fEqInt PrelBase.$fEqInt of tpl {
773               PrelBase.:DEq tpl1 tpl2 -> tpl2;
774             };
775     
776     Test.$wtest =
777         \r [ww ww1]
778             let { y = PrelBase.I#! [ww1]; } in
779             let { x = PrelBase.I#! [ww]; } in
780             let { sat_slx = PrelTup.(,)! [y x]; } in
781             let { sat_sly = PrelTup.(,)! [x y];
782             } in
783               case == sat_sly sat_slx of wild {
784                 PrelBase.False -> Test.$wtest ww1 ww;
785                 PrelBase.True -> PrelBase.True [];
786               };
787     
788     Test.test =
789         \r [w w1]
790             case w of w2 {
791               PrelBase.I# ww ->
792                   case w1 of w3 { PrelBase.I# ww1 -> Test.$wtest ww ww1; };
793             };
794
795 Why doesn't GHC inline $fEq?  Because it looks big:
796
797     PrelTup.zdfEqZ1T{-rcX-}
798         = \ @ a{-reT-} :: * @ b{-reS-} :: *
799             zddEq{-rf6-} _Ks :: {PrelBase.Eq{-23-} a{-reT-}}
800             zddEq1{-rf7-} _Ks :: {PrelBase.Eq{-23-} b{-reS-}} ->
801             let {
802               zeze{-rf0-} _Kl :: (b{-reS-} -> b{-reS-} -> PrelBase.Bool{-3c-})
803               zeze{-rf0-} = PrelBase.zeze{-01L-}@ b{-reS-} zddEq1{-rf7-} } in
804             let {
805               zeze1{-rf3-} _Kl :: (a{-reT-} -> a{-reT-} -> PrelBase.Bool{-3c-})
806               zeze1{-rf3-} = PrelBase.zeze{-01L-} @ a{-reT-} zddEq{-rf6-} } in
807             let {
808               zeze2{-reN-} :: ((a{-reT-}, b{-reS-}) -> (a{-reT-}, b{-reS-})-> PrelBase.Bool{-3c-})
809               zeze2{-reN-} = \ ds{-rf5-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-})
810                                ds1{-rf4-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-}) ->
811                              case ds{-rf5-}
812                              of wild{-reW-} _Kd { (a1{-rf2-} _Ks, a2{-reZ-} _Ks) ->
813                              case ds1{-rf4-}
814                              of wild1{-reX-} _Kd { (b1{-rf1-} _Ks, b2{-reY-} _Ks) ->
815                              PrelBase.zaza{-r4e-}
816                                (zeze1{-rf3-} a1{-rf2-} b1{-rf1-})
817                                (zeze{-rf0-} a2{-reZ-} b2{-reY-})
818                              }
819                              } } in     
820             let {
821               a1{-reR-} :: ((a{-reT-}, b{-reS-})-> (a{-reT-}, b{-reS-})-> PrelBase.Bool{-3c-})
822               a1{-reR-} = \ a2{-reV-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-})
823                             b1{-reU-} _Ks :: (a{-reT-}, b{-reS-}) ->
824                           PrelBase.not{-r6I-} (zeze2{-reN-} a2{-reV-} b1{-reU-})
825             } in
826               PrelBase.zdwZCDEq{-r8J-} @ (a{-reT-}, b{-reS-}) a1{-reR-} zeze2{-reN-})
827
828 and it's not as bad as it seems, because it's further dramatically
829 simplified: only zeze2 is extracted and its body is simplified.
830
831
832 %************************************************************************
833 %*                                                                      *
834 \subsection{Error messages}
835 %*                                                                      *
836 %************************************************************************
837
838 \begin{code}
839 instDeclCtxt1 hs_inst_ty 
840   = inst_decl_ctxt (case unLoc hs_inst_ty of
841                         HsForAllTy _ _ _ (L _ (HsPredTy pred)) -> ppr pred
842                         HsPredTy pred                    -> ppr pred
843                         other                            -> ppr hs_inst_ty)     -- Don't expect this
844 instDeclCtxt2 dfun_ty
845   = inst_decl_ctxt (ppr (mkClassPred cls tys))
846   where
847     (_,_,cls,tys) = tcSplitDFunTy dfun_ty
848
849 inst_decl_ctxt doc = ptext SLIT("In the instance declaration for") <+> quotes doc
850
851 superClassCtxt = ptext SLIT("When checking the super-classes of an instance declaration")
852
853 atInstCtxt name = ptext SLIT("In the associated type instance for") <+> 
854                   quotes (ppr name)
855
856 mustBeVarArgErr ty = 
857   sep [ ptext SLIT("Arguments that do not correspond to a class parameter") <+>
858         ptext SLIT("must be variables")
859       , ptext SLIT("Instead of a variable, found") <+> ppr ty
860       ]
861
862 wrongATArgErr ty instTy =
863   sep [ ptext SLIT("Type indexes must match class instance head")
864       , ptext SLIT("Found") <+> ppr ty <+> ptext SLIT("but expected") <+>
865          ppr instTy
866       ]
867 \end{code}