c9b5d6e6503cb226a9af402ff3bba4af37e21245
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcPat.lhs
1 %
2 % (c) The University of Glasgow 2006
3 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
4 %
5
6 TcPat: Typechecking patterns
7
8 \begin{code}
9 module TcPat ( tcLetPat, tcLamPat, tcLamPats, tcOverloadedLit,
10                addDataConStupidTheta, badFieldCon, polyPatSig ) where
11
12 #include "HsVersions.h"
13
14 import {-# SOURCE #-}   TcExpr( tcSyntaxOp )
15
16 import HsSyn
17 import TcHsSyn
18 import TcRnMonad
19 import Inst
20 import Id
21 import Var
22 import CoreFVs
23 import Name
24 import TcSimplify
25 import TcEnv
26 import TcMType
27 import TcType
28 import VarSet
29 import TcUnify
30 import TcHsType
31 import TysWiredIn
32 import TcGadt
33 import Type
34 import StaticFlags
35 import TyCon
36 import DataCon
37 import PrelNames
38 import BasicTypes hiding (SuccessFlag(..))
39 import SrcLoc
40 import ErrUtils
41 import Util
42 import Maybes
43 import Outputable
44 import FastString
45 \end{code}
46
47
48 %************************************************************************
49 %*                                                                      *
50                 External interface
51 %*                                                                      *
52 %************************************************************************
53
54 \begin{code}
55 tcLetPat :: (Name -> Maybe TcRhoType)
56          -> LPat Name -> BoxySigmaType 
57          -> TcM a
58          -> TcM (LPat TcId, a)
59 tcLetPat sig_fn pat pat_ty thing_inside
60   = do  { let init_state = PS { pat_ctxt = LetPat sig_fn, 
61                                 pat_reft = emptyRefinement }
62         ; (pat', ex_tvs, res) <- tc_lpat pat pat_ty init_state (\ _ -> thing_inside)
63
64         -- Don't know how to deal with pattern-bound existentials yet
65         ; checkTc (null ex_tvs) (existentialExplode pat)
66
67         ; return (pat', res) }
68
69 -----------------
70 tcLamPats :: [LPat Name]                                -- Patterns,
71           -> [BoxySigmaType]                            --   and their types
72           -> BoxyRhoType                                -- Result type,
73           -> ((Refinement, BoxyRhoType) -> TcM a)       --   and the checker for the body
74           -> TcM ([LPat TcId], a)
75
76 -- This is the externally-callable wrapper function
77 -- Typecheck the patterns, extend the environment to bind the variables,
78 -- do the thing inside, use any existentially-bound dictionaries to 
79 -- discharge parts of the returning LIE, and deal with pattern type
80 -- signatures
81
82 --   1. Initialise the PatState
83 --   2. Check the patterns
84 --   3. Apply the refinement to the environment and result type
85 --   4. Check the body
86 --   5. Check that no existentials escape
87
88 tcLamPats pats tys res_ty thing_inside
89   = tc_lam_pats (zipEqual "tcLamPats" pats tys)
90                 (emptyRefinement, res_ty) thing_inside
91
92 tcLamPat :: LPat Name -> BoxySigmaType 
93          -> (Refinement,BoxyRhoType)            -- Result type
94          -> ((Refinement,BoxyRhoType) -> TcM a) -- Checker for body, given its result type
95          -> TcM (LPat TcId, a)
96 tcLamPat pat pat_ty res_ty thing_inside
97   = do  { ([pat'],thing) <- tc_lam_pats [(pat, pat_ty)] res_ty thing_inside
98         ; return (pat', thing) }
99
100 -----------------
101 tc_lam_pats :: [(LPat Name,BoxySigmaType)]
102             -> (Refinement,BoxyRhoType)                 -- Result type
103             -> ((Refinement,BoxyRhoType) -> TcM a)      -- Checker for body, given its result type
104             -> TcM ([LPat TcId], a)
105 tc_lam_pats pat_ty_prs (reft, res_ty) thing_inside 
106   =  do { let init_state = PS { pat_ctxt = LamPat, pat_reft = reft }
107
108         ; (pats', ex_tvs, res) <- tcMultiple tc_lpat_pr pat_ty_prs init_state $ \ pstate' ->
109                                   refineEnvironment (pat_reft pstate') $
110                                   thing_inside (pat_reft pstate', res_ty)
111
112         ; let tys = map snd pat_ty_prs
113         ; tcCheckExistentialPat pats' ex_tvs tys res_ty
114
115         ; returnM (pats', res) }
116
117
118 -----------------
119 tcCheckExistentialPat :: [LPat TcId]            -- Patterns (just for error message)
120                       -> [TcTyVar]              -- Existentially quantified tyvars bound by pattern
121                       -> [BoxySigmaType]        -- Types of the patterns
122                       -> BoxyRhoType            -- Type of the body of the match
123                                                 -- Tyvars in either of these must not escape
124                       -> TcM ()
125 -- NB: we *must* pass "pats_tys" not just "body_ty" to tcCheckExistentialPat
126 -- For example, we must reject this program:
127 --      data C = forall a. C (a -> Int) 
128 --      f (C g) x = g x
129 -- Here, result_ty will be simply Int, but expected_ty is (C -> a -> Int).
130
131 tcCheckExistentialPat pats [] pat_tys body_ty
132   = return ()   -- Short cut for case when there are no existentials
133
134 tcCheckExistentialPat pats ex_tvs pat_tys body_ty
135   = addErrCtxtM (sigPatCtxt (collectPatsBinders pats) ex_tvs pat_tys body_ty)   $
136     checkSigTyVarsWrt (tcTyVarsOfTypes (body_ty:pat_tys)) ex_tvs
137
138 data PatState = PS {
139         pat_ctxt :: PatCtxt,
140         pat_reft :: Refinement  -- Binds rigid TcTyVars to their refinements
141   }
142
143 data PatCtxt 
144   = LamPat 
145   | LetPat (Name -> Maybe TcRhoType)    -- Used for let(rec) bindings
146
147 patSigCtxt :: PatState -> UserTypeCtxt
148 patSigCtxt (PS { pat_ctxt = LetPat _ }) = BindPatSigCtxt
149 patSigCtxt other                        = LamPatSigCtxt
150 \end{code}
151
152
153
154 %************************************************************************
155 %*                                                                      *
156                 Binders
157 %*                                                                      *
158 %************************************************************************
159
160 \begin{code}
161 tcPatBndr :: PatState -> Name -> BoxySigmaType -> TcM TcId
162 tcPatBndr (PS { pat_ctxt = LamPat }) bndr_name pat_ty
163   = do  { pat_ty' <- unBoxPatBndrType pat_ty bndr_name
164                 -- We have an undecorated binder, so we do rule ABS1,
165                 -- by unboxing the boxy type, forcing any un-filled-in
166                 -- boxes to become monotypes
167                 -- NB that pat_ty' can still be a polytype:
168                 --      data T = MkT (forall a. a->a)
169                 --      f t = case t of { MkT g -> ... }
170                 -- Here, the 'g' must get type (forall a. a->a) from the
171                 -- MkT context
172         ; return (Id.mkLocalId bndr_name pat_ty') }
173
174 tcPatBndr (PS { pat_ctxt = LetPat lookup_sig }) bndr_name pat_ty
175   | Just mono_ty <- lookup_sig bndr_name
176   = do  { mono_name <- newLocalName bndr_name
177         ; boxyUnify mono_ty pat_ty
178         ; return (Id.mkLocalId mono_name mono_ty) }
179
180   | otherwise
181   = do  { pat_ty' <- unBoxPatBndrType pat_ty bndr_name
182         ; mono_name <- newLocalName bndr_name
183         ; return (Id.mkLocalId mono_name pat_ty') }
184
185
186 -------------------
187 bindInstsOfPatId :: TcId -> TcM a -> TcM (a, LHsBinds TcId)
188 bindInstsOfPatId id thing_inside
189   | not (isOverloadedTy (idType id))
190   = do { res <- thing_inside; return (res, emptyLHsBinds) }
191   | otherwise
192   = do  { (res, lie) <- getLIE thing_inside
193         ; binds <- bindInstsOfLocalFuns lie [id]
194         ; return (res, binds) }
195
196 -------------------
197 unBoxPatBndrType  ty name = unBoxArgType ty (ptext SLIT("The variable") <+> quotes (ppr name))
198 unBoxWildCardType ty      = unBoxArgType ty (ptext SLIT("A wild-card pattern"))
199
200 unBoxArgType :: BoxyType -> SDoc -> TcM TcType
201 -- In addition to calling unbox, unBoxArgType ensures that the type is of ArgTypeKind; 
202 -- that is, it can't be an unboxed tuple.  For example, 
203 --      case (f x) of r -> ...
204 -- should fail if 'f' returns an unboxed tuple.
205 unBoxArgType ty pp_this
206   = do  { ty' <- unBox ty       -- Returns a zonked type
207
208         -- Neither conditional is strictly necesssary (the unify alone will do)
209         -- but they improve error messages, and allocate fewer tyvars
210         ; if isUnboxedTupleType ty' then
211                 failWithTc msg
212           else if isSubArgTypeKind (typeKind ty') then
213                 return ty'
214           else do       -- OpenTypeKind, so constrain it
215         { ty2 <- newFlexiTyVarTy argTypeKind
216         ; unifyType ty' ty2
217         ; return ty' }}
218   where
219     msg = pp_this <+> ptext SLIT("cannot be bound to an unboxed tuple")
220 \end{code}
221
222
223 %************************************************************************
224 %*                                                                      *
225                 The main worker functions
226 %*                                                                      *
227 %************************************************************************
228
229 Note [Nesting]
230 ~~~~~~~~~~~~~~
231 tcPat takes a "thing inside" over which the patter scopes.  This is partly
232 so that tcPat can extend the environment for the thing_inside, but also 
233 so that constraints arising in the thing_inside can be discharged by the
234 pattern.
235
236 This does not work so well for the ErrCtxt carried by the monad: we don't
237 want the error-context for the pattern to scope over the RHS. 
238 Hence the getErrCtxt/setErrCtxt stuff in tc_lpats.
239
240 \begin{code}
241 --------------------
242 type Checker inp out =  forall r.
243                           inp
244                        -> PatState
245                        -> (PatState -> TcM r)
246                        -> TcM (out, [TcTyVar], r)
247
248 tcMultiple :: Checker inp out -> Checker [inp] [out]
249 tcMultiple tc_pat args pstate thing_inside
250   = do  { err_ctxt <- getErrCtxt
251         ; let loop pstate []
252                 = do { res <- thing_inside pstate
253                      ; return ([], [], res) }
254
255               loop pstate (arg:args)
256                 = do { (p', p_tvs, (ps', ps_tvs, res)) 
257                                 <- tc_pat arg pstate $ \ pstate' ->
258                                    setErrCtxt err_ctxt $
259                                    loop pstate' args
260                 -- setErrCtxt: restore context before doing the next pattern
261                 -- See note [Nesting] above
262                                 
263                      ; return (p':ps', p_tvs ++ ps_tvs, res) }
264
265         ; loop pstate args }
266
267 --------------------
268 tc_lpat_pr :: (LPat Name, BoxySigmaType)
269            -> PatState
270            -> (PatState -> TcM a)
271            -> TcM (LPat TcId, [TcTyVar], a)
272 tc_lpat_pr (pat, ty) = tc_lpat pat ty
273
274 tc_lpat :: LPat Name 
275         -> BoxySigmaType
276         -> PatState
277         -> (PatState -> TcM a)
278         -> TcM (LPat TcId, [TcTyVar], a)
279 tc_lpat (L span pat) pat_ty pstate thing_inside
280   = setSrcSpan span               $
281     maybeAddErrCtxt (patCtxt pat) $
282     do  { let mb_reft = refineType (pat_reft pstate) pat_ty
283               pat_ty' = case mb_reft of { Just (_, ty') -> ty'; Nothing -> pat_ty }
284
285                 -- Make sure the result type reflects the current refinement
286                 -- We must do this here, so that it correctly ``sees'' all
287                 -- the refinements to the left.  Example:
288                 -- Suppose C :: forall a. T a -> a -> Foo
289                 -- Pattern      C a p1 True
290                 -- So p1 might refine 'a' to True, and the True 
291                 -- pattern had better see it.
292
293         ; (pat', tvs, res) <- tc_pat pstate pat pat_ty' thing_inside
294         ; let final_pat = case mb_reft of
295                                 Nothing     -> pat'
296                                 Just (co,_) -> CoPat (WpCo co) pat' pat_ty
297         ; return (L span final_pat, tvs, res) }
298
299 --------------------
300 tc_pat  :: PatState
301         -> Pat Name -> BoxySigmaType    -- Fully refined result type
302         -> (PatState -> TcM a)  -- Thing inside
303         -> TcM (Pat TcId,       -- Translated pattern
304                 [TcTyVar],      -- Existential binders
305                 a)              -- Result of thing inside
306
307 tc_pat pstate (VarPat name) pat_ty thing_inside
308   = do  { id <- tcPatBndr pstate name pat_ty
309         ; (res, binds) <- bindInstsOfPatId id $
310                           tcExtendIdEnv1 name id $
311                           (traceTc (text "binding" <+> ppr name <+> ppr (idType id))
312                            >> thing_inside pstate)
313         ; let pat' | isEmptyLHsBinds binds = VarPat id
314                    | otherwise             = VarPatOut id binds
315         ; return (pat', [], res) }
316
317 tc_pat pstate (ParPat pat) pat_ty thing_inside
318   = do  { (pat', tvs, res) <- tc_lpat pat pat_ty pstate thing_inside
319         ; return (ParPat pat', tvs, res) }
320
321 tc_pat pstate (BangPat pat) pat_ty thing_inside
322   = do  { (pat', tvs, res) <- tc_lpat pat pat_ty pstate thing_inside
323         ; return (BangPat pat', tvs, res) }
324
325 -- There's a wrinkle with irrefutable patterns, namely that we
326 -- must not propagate type refinement from them.  For example
327 --      data T a where { T1 :: Int -> T Int; ... }
328 --      f :: T a -> Int -> a
329 --      f ~(T1 i) y = y
330 -- It's obviously not sound to refine a to Int in the right
331 -- hand side, because the arugment might not match T1 at all!
332 --
333 -- Nor should a lazy pattern bind any existential type variables
334 -- because they won't be in scope when we do the desugaring
335 tc_pat pstate lpat@(LazyPat pat) pat_ty thing_inside
336   = do  { (pat', pat_tvs, res) <- tc_lpat pat pat_ty pstate $ \ _ ->
337                                   thing_inside pstate
338                                         -- Ignore refined pstate',
339                                         -- revert to pstate
340         -- Check no existentials
341         ; if (null pat_tvs) then return ()
342           else lazyPatErr lpat pat_tvs
343
344         -- Check that the pattern has a lifted type
345         ; pat_tv <- newBoxyTyVar liftedTypeKind
346         ; boxyUnify pat_ty (mkTyVarTy pat_tv)
347
348         ; return (LazyPat pat', [], res) }
349
350 tc_pat pstate (WildPat _) pat_ty thing_inside
351   = do  { pat_ty' <- unBoxWildCardType pat_ty   -- Make sure it's filled in with monotypes
352         ; res <- thing_inside pstate
353         ; return (WildPat pat_ty', [], res) }
354
355 tc_pat pstate (AsPat (L nm_loc name) pat) pat_ty thing_inside
356   = do  { bndr_id <- setSrcSpan nm_loc (tcPatBndr pstate name pat_ty)
357         ; (pat', tvs, res) <- tcExtendIdEnv1 name bndr_id $
358                               tc_lpat pat (idType bndr_id) pstate thing_inside
359             -- NB: if we do inference on:
360             --          \ (y@(x::forall a. a->a)) = e
361             -- we'll fail.  The as-pattern infers a monotype for 'y', which then
362             -- fails to unify with the polymorphic type for 'x'.  This could 
363             -- perhaps be fixed, but only with a bit more work.
364             --
365             -- If you fix it, don't forget the bindInstsOfPatIds!
366         ; return (AsPat (L nm_loc bndr_id) pat', tvs, res) }
367
368 -- Type signatures in patterns
369 -- See Note [Pattern coercions] below
370 tc_pat pstate (SigPatIn pat sig_ty) pat_ty thing_inside
371   = do  { (inner_ty, tv_binds) <- tcPatSig (patSigCtxt pstate) sig_ty pat_ty
372         ; (pat', tvs, res) <- tcExtendTyVarEnv2 tv_binds $
373                               tc_lpat pat inner_ty pstate thing_inside
374         ; return (SigPatOut pat' inner_ty, tvs, res) }
375
376 tc_pat pstate pat@(TypePat ty) pat_ty thing_inside
377   = failWithTc (badTypePat pat)
378
379 ------------------------
380 -- Lists, tuples, arrays
381 tc_pat pstate (ListPat pats _) pat_ty thing_inside
382   = do  { elt_ty <- boxySplitListTy pat_ty
383         ; (pats', pats_tvs, res) <- tcMultiple (\p -> tc_lpat p elt_ty)
384                                                 pats pstate thing_inside
385         ; return (ListPat pats' elt_ty, pats_tvs, res) }
386
387 tc_pat pstate (PArrPat pats _) pat_ty thing_inside
388   = do  { [elt_ty] <- boxySplitTyConApp parrTyCon pat_ty
389         ; (pats', pats_tvs, res) <- tcMultiple (\p -> tc_lpat p elt_ty)
390                                                 pats pstate thing_inside 
391         ; ifM (null pats) (zapToMonotype pat_ty)        -- c.f. ExplicitPArr in TcExpr
392         ; return (PArrPat pats' elt_ty, pats_tvs, res) }
393
394 tc_pat pstate (TuplePat pats boxity _) pat_ty thing_inside
395   = do  { arg_tys <- boxySplitTyConApp (tupleTyCon boxity (length pats)) pat_ty
396         ; (pats', pats_tvs, res) <- tcMultiple tc_lpat_pr (pats `zip` arg_tys)
397                                                pstate thing_inside
398
399         -- Under flag control turn a pattern (x,y,z) into ~(x,y,z)
400         -- so that we can experiment with lazy tuple-matching.
401         -- This is a pretty odd place to make the switch, but
402         -- it was easy to do.
403         ; let unmangled_result = TuplePat pats' boxity pat_ty
404               possibly_mangled_result
405                 | opt_IrrefutableTuples && isBoxed boxity = LazyPat (noLoc unmangled_result)
406                 | otherwise                               = unmangled_result
407
408         ; ASSERT( length arg_tys == length pats )       -- Syntactically enforced
409           return (possibly_mangled_result, pats_tvs, res) }
410
411 ------------------------
412 -- Data constructors
413 tc_pat pstate pat_in@(ConPatIn (L con_span con_name) arg_pats) pat_ty thing_inside
414   = do  { data_con <- tcLookupDataCon con_name
415         ; let tycon = dataConTyCon data_con
416         ; tcConPat pstate con_span data_con tycon pat_ty arg_pats thing_inside }
417
418 ------------------------
419 -- Literal patterns
420 tc_pat pstate (LitPat simple_lit) pat_ty thing_inside
421   = do  { boxyUnify (hsLitType simple_lit) pat_ty
422         ; res <- thing_inside pstate
423         ; returnM (LitPat simple_lit, [], res) }
424
425 ------------------------
426 -- Overloaded patterns: n, and n+k
427 tc_pat pstate pat@(NPat over_lit mb_neg eq _) pat_ty thing_inside
428   = do  { let orig = LiteralOrigin over_lit
429         ; lit'    <- tcOverloadedLit orig over_lit pat_ty
430         ; eq'     <- tcSyntaxOp orig eq (mkFunTys [pat_ty, pat_ty] boolTy)
431         ; mb_neg' <- case mb_neg of
432                         Nothing  -> return Nothing      -- Positive literal
433                         Just neg ->     -- Negative literal
434                                         -- The 'negate' is re-mappable syntax
435                             do { neg' <- tcSyntaxOp orig neg (mkFunTy pat_ty pat_ty)
436                                ; return (Just neg') }
437         ; res <- thing_inside pstate
438         ; returnM (NPat lit' mb_neg' eq' pat_ty, [], res) }
439
440 tc_pat pstate pat@(NPlusKPat (L nm_loc name) lit ge minus) pat_ty thing_inside
441   = do  { bndr_id <- setSrcSpan nm_loc (tcPatBndr pstate name pat_ty)
442         ; let pat_ty' = idType bndr_id
443               orig    = LiteralOrigin lit
444         ; lit' <- tcOverloadedLit orig lit pat_ty'
445
446         -- The '>=' and '-' parts are re-mappable syntax
447         ; ge'    <- tcSyntaxOp orig ge    (mkFunTys [pat_ty', pat_ty'] boolTy)
448         ; minus' <- tcSyntaxOp orig minus (mkFunTys [pat_ty', pat_ty'] pat_ty')
449
450         -- The Report says that n+k patterns must be in Integral
451         -- We may not want this when using re-mappable syntax, though (ToDo?)
452         ; icls <- tcLookupClass integralClassName
453         ; instStupidTheta orig [mkClassPred icls [pat_ty']]     
454     
455         ; res <- tcExtendIdEnv1 name bndr_id (thing_inside pstate)
456         ; returnM (NPlusKPat (L nm_loc bndr_id) lit' ge' minus', [], res) }
457
458 tc_pat _ _other_pat _ _ = panic "tc_pat"        -- DictPat, ConPatOut, SigPatOut, VarPatOut
459 \end{code}
460
461
462 %************************************************************************
463 %*                                                                      *
464         Most of the work for constructors is here
465         (the rest is in the ConPatIn case of tc_pat)
466 %*                                                                      *
467 %************************************************************************
468
469 [Pattern matching indexed data types]
470 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
471 Consider the following declarations:
472
473   data family Map k :: * -> *
474   data instance Map (a, b) v = MapPair (Map a (Pair b v))
475
476 and a case expression
477
478   case x :: Map (Int, c) w of MapPair m -> ...
479
480 As explained by [Wrappers for data instance tycons] in MkIds.lhs, the
481 worker/wrapper types for MapPair are
482
483   $WMapPair :: forall a b v. Map a (Map a b v) -> Map (a, b) v
484   $wMapPair :: forall a b v. Map a (Map a b v) -> :R123Map a b v
485
486 So, the type of the scrutinee is Map (Int, c) w, but the tycon of MapPair is
487 :R123Map, which means the straight use of boxySplitTyConApp would give a type
488 error.  Hence, the smart wrapper function boxySplitTyConAppWithFamily calls
489 boxySplitTyConApp with the family tycon Map instead, which gives us the family
490 type list {(Int, c), w}.  To get the correct split for :R123Map, we need to
491 unify the family type list {(Int, c), w} with the instance types {(a, b), v}
492 (provided by tyConFamInst_maybe together with the family tycon).  This
493 unification yields the substitution [a -> Int, b -> c, v -> w], which gives us
494 the split arguments for the representation tycon :R123Map as {Int, c, w}
495
496 In other words, boxySplitTyConAppWithFamily implicitly takes the coercion 
497
498   Co123Map a b v :: {Map (a, b) v :=: :R123Map a b v}
499
500 moving between representation and family type into account.  To produce type
501 correct Core, this coercion needs to be used to case the type of the scrutinee
502 from the family to the representation type.  This is achieved by
503 unwrapFamInstScrutinee using a CoPat around the result pattern.
504
505 Now it might appear seem as if we could have used the existing GADT type
506 refinement infrastructure of refineAlt and friends instead of the explicit
507 unification and CoPat generation.  However, that would be wrong.  Why?  The
508 whole point of GADT refinement is that the refinement is local to the case
509 alternative.  In contrast, the substitution generated by the unification of
510 the family type list and instance types needs to be propagated to the outside.
511 Imagine that in the above example, the type of the scrutinee would have been
512 (Map x w), then we would have unified {x, w} with {(a, b), v}, yielding the
513 substitution [x -> (a, b), v -> w].  In contrast to GADT matching, the
514 instantiation of x with (a, b) must be global; ie, it must be valid in *all*
515 alternatives of the case expression, whereas in the GADT case it might vary
516 between alternatives.
517
518 In fact, if we have a data instance declaration defining a GADT, eq_spec will
519 be non-empty and we will get a mixture of global instantiations and local
520 refinement from a single match.  This neatly reflects that, as soon as we
521 have constrained the type of the scrutinee to the required type index, all
522 further type refinement is local to the alternative.
523
524 \begin{code}
525 --      Running example:
526 -- MkT :: forall a b c. (a:=:[b]) => b -> c -> T a
527 --       with scrutinee of type (T ty)
528
529 tcConPat :: PatState -> SrcSpan -> DataCon -> TyCon 
530          -> BoxySigmaType       -- Type of the pattern
531          -> HsConDetails Name (LPat Name) -> (PatState -> TcM a)
532          -> TcM (Pat TcId, [TcTyVar], a)
533 tcConPat pstate con_span data_con tycon pat_ty arg_pats thing_inside
534   = do  { span <- getSrcSpanM   -- Span for the whole pattern
535         ; let (univ_tvs, ex_tvs, eq_spec, theta, arg_tys) = dataConFullSig data_con
536               skol_info = PatSkol data_con span
537               origin    = SigOrigin skol_info
538
539           -- Instantiate the constructor type variables [a->ty]
540         ; ctxt_res_tys <- boxySplitTyConAppWithFamily tycon pat_ty
541         ; ex_tvs' <- tcInstSkolTyVars skol_info ex_tvs
542         ; let tenv     = zipTopTvSubst (univ_tvs ++ ex_tvs)
543                                       (ctxt_res_tys ++ mkTyVarTys ex_tvs')
544               eq_spec' = substEqSpec tenv eq_spec
545               theta'   = substTheta  tenv theta
546               arg_tys' = substTys    tenv arg_tys
547
548         ; co_vars <- newCoVars eq_spec' -- Make coercion variables
549         ; pstate' <- refineAlt data_con pstate ex_tvs' co_vars pat_ty
550
551         ; ((arg_pats', inner_tvs, res), lie_req) <- getLIE $
552                 tcConArgs data_con arg_tys' arg_pats pstate' thing_inside
553
554         ; loc <- getInstLoc origin
555         ; dicts <- newDictBndrs loc theta'
556         ; dict_binds <- tcSimplifyCheck doc ex_tvs' dicts lie_req
557
558         ; addDataConStupidTheta data_con ctxt_res_tys
559
560         ; return
561             (unwrapFamInstScrutinee tycon ctxt_res_tys $
562                ConPatOut { pat_con = L con_span data_con, 
563                            pat_tvs = ex_tvs' ++ co_vars,
564                            pat_dicts = map instToId dicts, 
565                            pat_binds = dict_binds,
566                            pat_args = arg_pats', pat_ty = pat_ty },
567              ex_tvs' ++ inner_tvs, res)
568         }
569   where
570     doc = ptext SLIT("existential context for") <+> quotes (ppr data_con)
571
572     -- Split against the family tycon if the pattern constructor belongs to a
573     -- representation tycon.
574     --
575     boxySplitTyConAppWithFamily tycon pat_ty =
576       traceTc traceMsg >>
577       case tyConFamInst_maybe tycon of
578         Nothing                   -> boxySplitTyConApp tycon pat_ty
579         Just (fam_tycon, instTys) -> 
580           do { scrutinee_arg_tys <- boxySplitTyConApp fam_tycon pat_ty
581              ; (_, freshTvs, subst) <- tcInstTyVars (tyConTyVars tycon)
582              ; boxyUnifyList (substTys subst instTys) scrutinee_arg_tys
583              ; return freshTvs
584              }
585       where
586         traceMsg = sep [ text "tcConPat:boxySplitTyConAppWithFamily:" <+>
587                          ppr tycon <+> ppr pat_ty
588                        , text "  family instance:" <+> 
589                          ppr (tyConFamInst_maybe tycon)
590                        ]
591
592     -- Wraps the pattern (which must be a ConPatOut pattern) in a coercion
593     -- pattern if the tycon is an instance of a family.
594     --
595     unwrapFamInstScrutinee :: TyCon -> [Type] -> Pat Id -> Pat Id
596     unwrapFamInstScrutinee tycon args pat
597       | Just co_con <- tyConFamilyCoercion_maybe tycon 
598 --      , not (isNewTyCon tycon)       -- newtypes are explicitly unwrapped by
599                                      -- the desugarer
600           -- NB: We can use CoPat directly, rather than mkCoPat, as we know the
601           --     coercion is not the identity; mkCoPat is inconvenient as it
602           --     wants a located pattern.
603       = CoPat (WpCo $ mkTyConApp co_con args)       -- co fam ty to repr ty
604               (pat {pat_ty = mkTyConApp tycon args})    -- representation type
605               pat_ty                                    -- family inst type
606       | otherwise
607       = pat
608
609
610 tcConArgs :: DataCon -> [TcSigmaType]
611           -> Checker (HsConDetails Name (LPat Name)) 
612                      (HsConDetails Id (LPat Id))
613
614 tcConArgs data_con arg_tys (PrefixCon arg_pats) pstate thing_inside
615   = do  { checkTc (con_arity == no_of_args)     -- Check correct arity
616                   (arityErr "Constructor" data_con con_arity no_of_args)
617         ; let pats_w_tys = zipEqual "tcConArgs" arg_pats arg_tys
618         ; (arg_pats', tvs, res) <- tcMultiple tcConArg pats_w_tys
619                                               pstate thing_inside 
620         ; return (PrefixCon arg_pats', tvs, res) }
621   where
622     con_arity  = dataConSourceArity data_con
623     no_of_args = length arg_pats
624
625 tcConArgs data_con [arg_ty1,arg_ty2] (InfixCon p1 p2) pstate thing_inside
626   = do  { checkTc (con_arity == 2)      -- Check correct arity
627                   (arityErr "Constructor" data_con con_arity 2)
628         ; ([p1',p2'], tvs, res) <- tcMultiple tcConArg [(p1,arg_ty1),(p2,arg_ty2)]
629                                               pstate thing_inside
630         ; return (InfixCon p1' p2', tvs, res) }
631   where
632     con_arity  = dataConSourceArity data_con
633
634 tcConArgs data_con other_args (InfixCon p1 p2) pstate thing_inside
635   = pprPanic "tcConArgs" (ppr data_con) -- InfixCon always has two arguments
636
637 tcConArgs data_con arg_tys (RecCon rpats) pstate thing_inside
638   = do  { (rpats', tvs, res) <- tcMultiple tc_field rpats pstate thing_inside
639         ; return (RecCon rpats', tvs, res) }
640   where
641     -- doc comments are typechecked to Nothing here
642     tc_field :: Checker (HsRecField FieldLabel (LPat Name)) (HsRecField TcId (LPat TcId))
643     tc_field (HsRecField field_lbl pat _) pstate thing_inside
644       = do { (sel_id, pat_ty) <- wrapLocFstM find_field_ty field_lbl
645            ; (pat', tvs, res) <- tcConArg (pat, pat_ty) pstate thing_inside
646            ; return (mkRecField sel_id pat', tvs, res) }
647
648     find_field_ty :: FieldLabel -> TcM (Id, TcType)
649     find_field_ty field_lbl
650         = case [ty | (f,ty) <- field_tys, f == field_lbl] of
651
652                 -- No matching field; chances are this field label comes from some
653                 -- other record type (or maybe none).  As well as reporting an
654                 -- error we still want to typecheck the pattern, principally to
655                 -- make sure that all the variables it binds are put into the
656                 -- environment, else the type checker crashes later:
657                 --      f (R { foo = (a,b) }) = a+b
658                 -- If foo isn't one of R's fields, we don't want to crash when
659                 -- typechecking the "a+b".
660            [] -> do { addErrTc (badFieldCon data_con field_lbl)
661                     ; bogus_ty <- newFlexiTyVarTy liftedTypeKind
662                     ; return (error "Bogus selector Id", bogus_ty) }
663
664                 -- The normal case, when the field comes from the right constructor
665            (pat_ty : extras) -> 
666                 ASSERT( null extras )
667                 do { sel_id <- tcLookupField field_lbl
668                    ; return (sel_id, pat_ty) }
669
670     field_tys :: [(FieldLabel, TcType)]
671     field_tys = zip (dataConFieldLabels data_con) arg_tys
672         -- Don't use zipEqual! If the constructor isn't really a record, then
673         -- dataConFieldLabels will be empty (and each field in the pattern
674         -- will generate an error below).
675
676 tcConArg :: Checker (LPat Name, BoxySigmaType) (LPat Id)
677 tcConArg (arg_pat, arg_ty) pstate thing_inside
678   = tc_lpat arg_pat arg_ty pstate thing_inside
679         -- NB: the tc_lpat will refine pat_ty if necessary
680         --     based on the current pstate, which may include
681         --     refinements from peer argument patterns to the left
682 \end{code}
683
684 \begin{code}
685 addDataConStupidTheta :: DataCon -> [TcType] -> TcM ()
686 -- Instantiate the "stupid theta" of the data con, and throw 
687 -- the constraints into the constraint set
688 addDataConStupidTheta data_con inst_tys
689   | null stupid_theta = return ()
690   | otherwise         = instStupidTheta origin inst_theta
691   where
692     origin = OccurrenceOf (dataConName data_con)
693         -- The origin should always report "occurrence of C"
694         -- even when C occurs in a pattern
695     stupid_theta = dataConStupidTheta data_con
696     tenv = zipTopTvSubst (dataConUnivTyVars data_con) inst_tys
697     inst_theta = substTheta tenv stupid_theta
698 \end{code}
699
700
701 %************************************************************************
702 %*                                                                      *
703                 Type refinement
704 %*                                                                      *
705 %************************************************************************
706
707 \begin{code}
708 refineAlt :: DataCon            -- For tracing only
709           -> PatState 
710           -> [TcTyVar]          -- Existentials
711           -> [CoVar]            -- Equational constraints
712           -> BoxySigmaType      -- Pattern type
713           -> TcM PatState
714
715 refineAlt con pstate ex_tvs [] pat_ty
716   = return pstate       -- Common case: no equational constraints
717
718 refineAlt con pstate ex_tvs co_vars pat_ty
719   | not (isRigidTy pat_ty)
720   = failWithTc (nonRigidMatch con)
721         -- We are matching against a GADT constructor with non-trivial
722         -- constraints, but pattern type is wobbly.  For now we fail.
723         -- We can make sense of this, however:
724         -- Suppose MkT :: forall a b. (a:=:[b]) => b -> T a
725         --      (\x -> case x of { MkT v -> v })
726         -- We can infer that x must have type T [c], for some wobbly 'c'
727         -- and translate to
728         --      (\(x::T [c]) -> case x of
729         --                        MkT b (g::([c]:=:[b])) (v::b) -> v `cast` sym g
730         -- To implement this, we'd first instantiate the equational
731         -- constraints with *wobbly* type variables for the existentials;
732         -- then unify these constraints to make pat_ty the right shape;
733         -- then proceed exactly as in the rigid case
734
735   | otherwise   -- In the rigid case, we perform type refinement
736   = case gadtRefine (pat_reft pstate) ex_tvs co_vars of {
737             Failed msg     -> failWithTc (inaccessibleAlt msg) ;
738             Succeeded reft -> do { traceTc trace_msg
739                                  ; return (pstate { pat_reft = reft }) }
740                     -- DO NOT refine the envt right away, because we 
741                     -- might be inside a lazy pattern.  Instead, refine pstate
742                 where
743                     
744                     trace_msg = text "refineAlt:match" <+> 
745                                 vcat [ ppr con <+> ppr ex_tvs,
746                                        ppr [(v, tyVarKind v) | v <- co_vars],
747                                        ppr reft]
748         }
749 \end{code}
750
751
752 %************************************************************************
753 %*                                                                      *
754                 Overloaded literals
755 %*                                                                      *
756 %************************************************************************
757
758 In tcOverloadedLit we convert directly to an Int or Integer if we
759 know that's what we want.  This may save some time, by not
760 temporarily generating overloaded literals, but it won't catch all
761 cases (the rest are caught in lookupInst).
762
763 \begin{code}
764 tcOverloadedLit :: InstOrigin
765                  -> HsOverLit Name
766                  -> BoxyRhoType
767                  -> TcM (HsOverLit TcId)
768 tcOverloadedLit orig lit@(HsIntegral i fi) res_ty
769   | not (fi `isHsVar` fromIntegerName)  -- Do not generate a LitInst for rebindable syntax.  
770         -- Reason: If we do, tcSimplify will call lookupInst, which
771         --         will call tcSyntaxName, which does unification, 
772         --         which tcSimplify doesn't like
773         -- ToDo: noLoc sadness
774   = do  { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
775         ; fi' <- tcSyntaxOp orig fi (mkFunTy integer_ty res_ty)
776         ; return (HsIntegral i (HsApp (noLoc fi') (nlHsLit (HsInteger i integer_ty)))) }
777
778   | Just expr <- shortCutIntLit i res_ty 
779   = return (HsIntegral i expr)
780
781   | otherwise
782   = do  { expr <- newLitInst orig lit res_ty
783         ; return (HsIntegral i expr) }
784
785 tcOverloadedLit orig lit@(HsFractional r fr) res_ty
786   | not (fr `isHsVar` fromRationalName) -- c.f. HsIntegral case
787   = do  { rat_ty <- tcMetaTy rationalTyConName
788         ; fr' <- tcSyntaxOp orig fr (mkFunTy rat_ty res_ty)
789                 -- Overloaded literals must have liftedTypeKind, because
790                 -- we're instantiating an overloaded function here,
791                 -- whereas res_ty might be openTypeKind. This was a bug in 6.2.2
792                 -- However this'll be picked up by tcSyntaxOp if necessary
793         ; return (HsFractional r (HsApp (noLoc fr') (nlHsLit (HsRat r rat_ty)))) }
794
795   | Just expr <- shortCutFracLit r res_ty 
796   = return (HsFractional r expr)
797
798   | otherwise
799   = do  { expr <- newLitInst orig lit res_ty
800         ; return (HsFractional r expr) }
801
802 newLitInst :: InstOrigin -> HsOverLit Name -> BoxyRhoType -> TcM (HsExpr TcId)
803 newLitInst orig lit res_ty      -- Make a LitInst
804   = do  { loc <- getInstLoc orig
805         ; res_tau <- zapToMonotype res_ty
806         ; new_uniq <- newUnique
807         ; let   lit_nm   = mkSystemVarName new_uniq FSLIT("lit")
808                 lit_inst = LitInst {tci_name = lit_nm, tci_lit = lit, 
809                                     tci_ty = res_tau, tci_loc = loc}
810         ; extendLIE lit_inst
811         ; return (HsVar (instToId lit_inst)) }
812 \end{code}
813
814
815 %************************************************************************
816 %*                                                                      *
817                 Note [Pattern coercions]
818 %*                                                                      *
819 %************************************************************************
820
821 In principle, these program would be reasonable:
822         
823         f :: (forall a. a->a) -> Int
824         f (x :: Int->Int) = x 3
825
826         g :: (forall a. [a]) -> Bool
827         g [] = True
828
829 In both cases, the function type signature restricts what arguments can be passed
830 in a call (to polymorphic ones).  The pattern type signature then instantiates this
831 type.  For example, in the first case,  (forall a. a->a) <= Int -> Int, and we
832 generate the translated term
833         f = \x' :: (forall a. a->a).  let x = x' Int in x 3
834
835 From a type-system point of view, this is perfectly fine, but it's *very* seldom useful.
836 And it requires a significant amount of code to implement, becuase we need to decorate
837 the translated pattern with coercion functions (generated from the subsumption check 
838 by tcSub).  
839
840 So for now I'm just insisting on type *equality* in patterns.  No subsumption. 
841
842 Old notes about desugaring, at a time when pattern coercions were handled:
843
844 A SigPat is a type coercion and must be handled one at at time.  We can't
845 combine them unless the type of the pattern inside is identical, and we don't
846 bother to check for that.  For example:
847
848         data T = T1 Int | T2 Bool
849         f :: (forall a. a -> a) -> T -> t
850         f (g::Int->Int)   (T1 i) = T1 (g i)
851         f (g::Bool->Bool) (T2 b) = T2 (g b)
852
853 We desugar this as follows:
854
855         f = \ g::(forall a. a->a) t::T ->
856             let gi = g Int
857             in case t of { T1 i -> T1 (gi i)
858                            other ->
859             let gb = g Bool
860             in case t of { T2 b -> T2 (gb b)
861                            other -> fail }}
862
863 Note that we do not treat the first column of patterns as a
864 column of variables, because the coerced variables (gi, gb)
865 would be of different types.  So we get rather grotty code.
866 But I don't think this is a common case, and if it was we could
867 doubtless improve it.
868
869 Meanwhile, the strategy is:
870         * treat each SigPat coercion (always non-identity coercions)
871                 as a separate block
872         * deal with the stuff inside, and then wrap a binding round
873                 the result to bind the new variable (gi, gb, etc)
874
875
876 %************************************************************************
877 %*                                                                      *
878 \subsection{Errors and contexts}
879 %*                                                                      *
880 %************************************************************************
881
882 \begin{code}
883 patCtxt :: Pat Name -> Maybe Message    -- Not all patterns are worth pushing a context
884 patCtxt (VarPat _)  = Nothing
885 patCtxt (ParPat _)  = Nothing
886 patCtxt (AsPat _ _) = Nothing
887 patCtxt pat         = Just (hang (ptext SLIT("In the pattern:")) 
888                                4 (ppr pat))
889
890 -----------------------------------------------
891
892 existentialExplode pat
893   = hang (vcat [text "My brain just exploded.",
894                 text "I can't handle pattern bindings for existentially-quantified constructors.",
895                 text "In the binding group for"])
896         4 (ppr pat)
897
898 sigPatCtxt bound_ids bound_tvs pat_tys body_ty tidy_env 
899   = do  { pat_tys' <- mapM zonkTcType pat_tys
900         ; body_ty' <- zonkTcType body_ty
901         ; let (env1,  tidy_tys)    = tidyOpenTypes tidy_env (map idType show_ids)
902               (env2, tidy_pat_tys) = tidyOpenTypes env1 pat_tys'
903               (env3, tidy_body_ty) = tidyOpenType  env2 body_ty'
904         ; return (env3,
905                  sep [ptext SLIT("When checking an existential match that binds"),
906                       nest 4 (vcat (zipWith ppr_id show_ids tidy_tys)),
907                       ptext SLIT("The pattern(s) have type(s):") <+> vcat (map ppr tidy_pat_tys),
908                       ptext SLIT("The body has type:") <+> ppr tidy_body_ty
909                 ]) }
910   where
911     show_ids = filter is_interesting bound_ids
912     is_interesting id = any (`elemVarSet` idFreeTyVars id) bound_tvs
913
914     ppr_id id ty = ppr id <+> dcolon <+> ppr ty
915         -- Don't zonk the types so we get the separate, un-unified versions
916
917 badFieldCon :: DataCon -> Name -> SDoc
918 badFieldCon con field
919   = hsep [ptext SLIT("Constructor") <+> quotes (ppr con),
920           ptext SLIT("does not have field"), quotes (ppr field)]
921
922 polyPatSig :: TcType -> SDoc
923 polyPatSig sig_ty
924   = hang (ptext SLIT("Illegal polymorphic type signature in pattern:"))
925          4 (ppr sig_ty)
926
927 badTypePat pat = ptext SLIT("Illegal type pattern") <+> ppr pat
928
929 lazyPatErr pat tvs
930   = failWithTc $
931     hang (ptext SLIT("A lazy (~) pattern connot bind existential type variables"))
932        2 (vcat (map pprSkolTvBinding tvs))
933
934 nonRigidMatch con
935   =  hang (ptext SLIT("GADT pattern match in non-rigid context for") <+> quotes (ppr con))
936         2 (ptext SLIT("Tell GHC HQ if you'd like this to unify the context"))
937
938 inaccessibleAlt msg
939   = hang (ptext SLIT("Inaccessible case alternative:")) 2 msg
940 \end{code}