20262c968e256ecb7d51799f00c39ccee5187d84
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcRnTypes.lhs
1
2 % (c) The University of Glasgow 2006
3 % (c) The GRASP Project, Glasgow University, 1992-2002
4 %
5 \begin{code}
6 module TcRnTypes(
7         TcRnIf, TcRn, TcM, RnM, IfM, IfL, IfG, -- The monad is opaque outside this module
8         TcRef,
9
10         -- The environment types
11         Env(..), 
12         TcGblEnv(..), TcLclEnv(..), 
13         IfGblEnv(..), IfLclEnv(..), 
14
15         -- Ranamer types
16         ErrCtxt, RecFieldEnv,
17         ImportAvails(..), emptyImportAvails, plusImportAvails, 
18         WhereFrom(..), mkModDeps,
19
20         -- Typechecker types
21         TcTyThing(..), pprTcTyThingCategory, RefinementVisibility(..),
22
23         -- Template Haskell
24         ThStage(..), topStage, topSpliceStage,
25         ThLevel, impLevel, topLevel,
26
27         -- Arrows
28         ArrowCtxt(NoArrowCtxt), newArrowScope, escapeArrowScope,
29
30         -- Insts
31         Inst(..), InstOrigin(..), InstLoc(..), 
32         pprInstLoc, pprInstArising, instLocSpan, instLocOrigin,
33         LIE, emptyLIE, unitLIE, plusLIE, consLIE, instLoc, instSpan,
34         plusLIEs, mkLIE, isEmptyLIE, lieToList, listToLIE,
35
36         -- Misc other types
37         TcId, TcIdSet, TcDictBinds,
38         
39   ) where
40
41 #include "HsVersions.h"
42
43 import HsSyn hiding (LIE)
44 import HscTypes
45 import Type
46 import Coercion
47 import TcType
48 import InstEnv
49 import FamInstEnv
50 import IOEnv
51 import RdrName
52 import Name
53 import NameEnv
54 import NameSet
55 import Var
56 import VarEnv
57 import Module
58 import LazyUniqFM
59 import SrcLoc
60 import VarSet
61 import ErrUtils
62 import UniqSupply
63 import BasicTypes
64 import Util
65 import Bag
66 import Outputable
67 import ListSetOps
68 import FastString
69
70 import Data.Maybe
71 import Data.List
72 \end{code}
73
74
75 %************************************************************************
76 %*                                                                      *
77                Standard monad definition for TcRn
78     All the combinators for the monad can be found in TcRnMonad
79 %*                                                                      *
80 %************************************************************************
81
82 The monad itself has to be defined here, because it is mentioned by ErrCtxt
83
84 \begin{code}
85 type TcRef a     = IORef a
86 type TcId        = Id                   -- Type may be a TcType
87 type TcIdSet     = IdSet
88 type TcDictBinds = DictBinds TcId       -- Bag of dictionary bindings
89
90 type TcRnIf a b c = IOEnv (Env a b) c
91 type IfM lcl a  = TcRnIf IfGblEnv lcl a         -- Iface stuff
92
93 type IfG a  = IfM () a                          -- Top level
94 type IfL a  = IfM IfLclEnv a                    -- Nested
95 type TcRn a = TcRnIf TcGblEnv TcLclEnv a
96 type RnM  a = TcRn a            -- Historical
97 type TcM  a = TcRn a            -- Historical
98 \end{code}
99
100
101 %************************************************************************
102 %*                                                                      *
103                 The main environment types
104 %*                                                                      *
105 %************************************************************************
106
107 \begin{code}
108 data Env gbl lcl        -- Changes as we move into an expression
109   = Env {
110         env_top  :: HscEnv,     -- Top-level stuff that never changes
111                                 -- Includes all info about imported things
112
113         env_us   :: {-# UNPACK #-} !(IORef UniqSupply), 
114                                 -- Unique supply for local varibles
115
116         env_gbl  :: gbl,        -- Info about things defined at the top level
117                                 -- of the module being compiled
118
119         env_lcl  :: lcl         -- Nested stuff; changes as we go into 
120     }
121
122 -- TcGblEnv describes the top-level of the module at the 
123 -- point at which the typechecker is finished work.
124 -- It is this structure that is handed on to the desugarer
125
126 data TcGblEnv
127   = TcGblEnv {
128         tcg_mod     :: Module,          -- Module being compiled
129         tcg_src     :: HscSource,       -- What kind of module 
130                                         -- (regular Haskell, hs-boot, ext-core)
131
132         tcg_rdr_env :: GlobalRdrEnv,    -- Top level envt; used during renaming
133         tcg_default :: Maybe [Type],    -- Types used for defaulting
134                                         -- Nothing => no 'default' decl
135
136         tcg_fix_env   :: FixityEnv,     -- Just for things in this module
137         tcg_field_env :: RecFieldEnv,   -- Just for things in this module
138
139         tcg_type_env :: TypeEnv,        -- Global type env for the module we are compiling now
140                 -- All TyCons and Classes (for this module) end up in here right away,
141                 -- along with their derived constructors, selectors.
142                 --
143                 -- (Ids defined in this module start in the local envt, 
144                 --  though they move to the global envt during zonking)
145
146         tcg_type_env_var :: TcRef TypeEnv,
147                 -- Used only to initialise the interface-file
148                 -- typechecker in initIfaceTcRn, so that it can see stuff
149                 -- bound in this module when dealing with hi-boot recursions
150                 -- Updated at intervals (e.g. after dealing with types and classes)
151         
152         tcg_inst_env     :: InstEnv,    -- Instance envt for *home-package* 
153                                         -- modules; Includes the dfuns in 
154                                         -- tcg_insts
155         tcg_fam_inst_env :: FamInstEnv, -- Ditto for family instances
156
157                 -- Now a bunch of things about this module that are simply 
158                 -- accumulated, but never consulted until the end.  
159                 -- Nevertheless, it's convenient to accumulate them along 
160                 -- with the rest of the info from this module.
161         tcg_exports :: [AvailInfo],     -- What is exported
162         tcg_imports :: ImportAvails,    -- Information about what was imported 
163                                         --    from where, including things bound
164                                         --    in this module
165
166         tcg_dus :: DefUses,     -- What is defined in this module and what is used.
167                                 -- The latter is used to generate 
168                                 --      (a) version tracking; no need to recompile if these
169                                 --              things have not changed version stamp
170                                 --      (b) unused-import info
171
172         tcg_keep :: TcRef NameSet,      -- Locally-defined top-level names to keep alive
173                 -- "Keep alive" means give them an Exported flag, so
174                 -- that the simplifier does not discard them as dead 
175                 -- code, and so that they are exposed in the interface file
176                 -- (but not to export to the user).
177                 --
178                 -- Some things, like dict-fun Ids and default-method Ids are 
179                 -- "born" with the Exported flag on, for exactly the above reason,
180                 -- but some we only discover as we go.  Specifically:
181                 --      * The to/from functions for generic data types
182                 --      * Top-level variables appearing free in the RHS of an orphan rule
183                 --      * Top-level variables appearing free in a TH bracket
184
185         tcg_inst_uses :: TcRef NameSet, -- Home-package Dfuns actually used 
186                 -- Used to generate version dependencies
187                 -- This records usages, rather like tcg_dus, but it has to
188                 -- be a mutable variable so it can be augmented 
189                 -- when we look up an instance.  These uses of dfuns are
190                 -- rather like the free variables of the program, but
191                 -- are implicit instead of explicit.
192
193         tcg_th_used :: TcRef Bool,      -- True <=> Template Haskell syntax used
194                 -- We need this so that we can generate a dependency on the
195                 -- Template Haskell package, becuase the desugarer is going to
196                 -- emit loads of references to TH symbols.  It's rather like 
197                 -- tcg_inst_uses; the reference is implicit rather than explicit,
198                 -- so we have to zap a mutable variable.
199
200         tcg_dfun_n  :: TcRef Int,       -- Allows us to number off the names of DFuns
201                 -- It's convenient to allocate an External Name for a DFun, with
202                 -- a permanently-fixed unique, just like other top-level functions
203                 -- defined in this module.  But that means we need a canonical 
204                 -- occurrence name, distinct from all other dfuns in this module,
205                 -- and this name supply serves that purpose (df1, df2, etc).
206
207                 -- The next fields accumulate the payload of the module
208                 -- The binds, rules and foreign-decl fiels are collected
209                 -- initially in un-zonked form and are finally zonked in tcRnSrcDecls
210
211                 -- The next fields accumulate the payload of the
212                 -- module The binds, rules and foreign-decl fiels are
213                 -- collected initially in un-zonked form and are
214                 -- finally zonked in tcRnSrcDecls
215
216         tcg_rn_imports :: Maybe [LImportDecl Name],
217         tcg_rn_exports :: Maybe [Located (IE Name)],
218         tcg_rn_decls :: Maybe (HsGroup Name),   -- renamed decls, maybe
219                 -- Nothing <=> Don't retain renamed decls
220
221         tcg_binds     :: LHsBinds Id,       -- Value bindings in this module
222         tcg_deprecs   :: Deprecations,      -- ...Deprecations 
223         tcg_insts     :: [Instance],        -- ...Instances
224         tcg_fam_insts :: [FamInst],         -- ...Family instances
225         tcg_rules     :: [LRuleDecl Id],    -- ...Rules
226         tcg_fords     :: [LForeignDecl Id], -- ...Foreign import & exports
227
228         tcg_doc :: Maybe (HsDoc Name), -- Maybe Haddock documentation
229         tcg_hmi :: HaddockModInfo Name, -- Haddock module information
230         tcg_hpc :: AnyHpcUsage -- True if any part of the prog uses hpc instrumentation.
231     }
232
233 type RecFieldEnv = NameEnv [Name]       -- Maps a constructor name *in this module*
234                                         -- to the fields for that constructor
235         -- This is used when dealing with ".." notation in record 
236         -- construction and pattern matching.
237         -- The FieldEnv deals *only* with constructors defined in
238         -- *thie* module.  For imported modules, we get the same info
239         -- from the TypeEnv
240 \end{code}
241
242 %************************************************************************
243 %*                                                                      *
244                 The interface environments
245               Used when dealing with IfaceDecls
246 %*                                                                      *
247 %************************************************************************
248
249 \begin{code}
250 data IfGblEnv 
251   = IfGblEnv {
252         -- The type environment for the module being compiled,
253         -- in case the interface refers back to it via a reference that
254         -- was originally a hi-boot file.
255         -- We need the module name so we can test when it's appropriate
256         -- to look in this env.
257         if_rec_types :: Maybe (Module, IfG TypeEnv)
258                 -- Allows a read effect, so it can be in a mutable
259                 -- variable; c.f. handling the external package type env
260                 -- Nothing => interactive stuff, no loops possible
261     }
262
263 data IfLclEnv
264   = IfLclEnv {
265         -- The module for the current IfaceDecl
266         -- So if we see   f = \x -> x
267         -- it means M.f = \x -> x, where M is the if_mod
268         if_mod :: Module,
269
270         -- The field is used only for error reporting
271         -- if (say) there's a Lint error in it
272         if_loc :: SDoc,
273                 -- Where the interface came from:
274                 --      .hi file, or GHCi state, or ext core
275                 -- plus which bit is currently being examined
276
277         if_tv_env  :: UniqFM TyVar,     -- Nested tyvar bindings
278         if_id_env  :: UniqFM Id         -- Nested id binding
279     }
280 \end{code}
281
282
283 %************************************************************************
284 %*                                                                      *
285                 The local typechecker environment
286 %*                                                                      *
287 %************************************************************************
288
289 The Global-Env/Local-Env story
290 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
291 During type checking, we keep in the tcg_type_env
292         * All types and classes
293         * All Ids derived from types and classes (constructors, selectors)
294
295 At the end of type checking, we zonk the local bindings,
296 and as we do so we add to the tcg_type_env
297         * Locally defined top-level Ids
298
299 Why?  Because they are now Ids not TcIds.  This final GlobalEnv is
300         a) fed back (via the knot) to typechecking the 
301            unfoldings of interface signatures
302         b) used in the ModDetails of this module
303
304 \begin{code}
305 data TcLclEnv           -- Changes as we move inside an expression
306                         -- Discarded after typecheck/rename; not passed on to desugarer
307   = TcLclEnv {
308         tcl_loc  :: SrcSpan,            -- Source span
309         tcl_ctxt :: ErrCtxt,            -- Error context
310         tcl_errs :: TcRef Messages,     -- Place to accumulate errors
311
312         tcl_th_ctxt    :: ThStage,            -- Template Haskell context
313         tcl_arrow_ctxt :: ArrowCtxt,          -- Arrow-notation context
314
315         tcl_rdr :: LocalRdrEnv,         -- Local name envt
316                 -- Maintained during renaming, of course, but also during
317                 -- type checking, solely so that when renaming a Template-Haskell
318                 -- splice we have the right environment for the renamer.
319                 -- 
320                 --   Does *not* include global name envt; may shadow it
321                 --   Includes both ordinary variables and type variables;
322                 --   they are kept distinct because tyvar have a different
323                 --   occurrence contructor (Name.TvOcc)
324                 -- We still need the unsullied global name env so that
325                 --   we can look up record field names
326
327         tcl_env  :: NameEnv TcTyThing,  -- The local type environment: Ids and TyVars
328                                         -- defined in this module
329                                         
330         tcl_tyvars :: TcRef TcTyVarSet, -- The "global tyvars"
331                         -- Namely, the in-scope TyVars bound in tcl_env, 
332                         -- plus the tyvars mentioned in the types of Ids bound in tcl_lenv
333                         -- Why mutable? see notes with tcGetGlobalTyVars
334
335         tcl_lie   :: TcRef LIE          -- Place to accumulate type constraints
336     }
337
338
339 {- Note [Given Insts]
340    ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
341 Because of GADTs, we have to pass inwards the Insts provided by type signatures 
342 and existential contexts. Consider
343         data T a where { T1 :: b -> b -> T [b] }
344         f :: Eq a => T a -> Bool
345         f (T1 x y) = [x]==[y]
346
347 The constructor T1 binds an existential variable 'b', and we need Eq [b].
348 Well, we have it, because Eq a refines to Eq [b], but we can only spot that if we 
349 pass it inwards.
350
351 -}
352
353 ---------------------------
354 -- Template Haskell levels 
355 ---------------------------
356
357 type ThLevel = Int      
358         -- Indicates how many levels of brackets we are inside
359         --      (always >= 0)
360         -- Incremented when going inside a bracket,
361         -- decremented when going inside a splice
362         -- NB: ThLevel is one greater than the 'n' in Fig 2 of the
363         --     original "Template meta-programming for Haskell" paper
364
365 impLevel, topLevel :: ThLevel
366 topLevel = 1    -- Things defined at top level of this module
367 impLevel = 0    -- Imported things; they can be used inside a top level splice
368 --
369 -- For example: 
370 --      f = ...
371 --      g1 = $(map ...)         is OK
372 --      g2 = $(f ...)           is not OK; because we havn't compiled f yet
373
374
375 data ThStage
376   = Comp                                -- Ordinary compiling, at level topLevel
377   | Splice ThLevel                      -- Inside a splice
378   | Brack  ThLevel                      -- Inside brackets; 
379            (TcRef [PendingSplice])      --   accumulate pending splices here
380            (TcRef LIE)                  --   and type constraints here
381 topStage, topSpliceStage :: ThStage
382 topStage       = Comp
383 topSpliceStage = Splice (topLevel - 1)  -- Stage for the body of a top-level splice
384
385 ---------------------------
386 -- Arrow-notation context
387 ---------------------------
388
389 {-
390 In arrow notation, a variable bound by a proc (or enclosed let/kappa)
391 is not in scope to the left of an arrow tail (-<) or the head of (|..|).
392 For example
393
394         proc x -> (e1 -< e2)
395
396 Here, x is not in scope in e1, but it is in scope in e2.  This can get
397 a bit complicated:
398
399         let x = 3 in
400         proc y -> (proc z -> e1) -< e2
401
402 Here, x and z are in scope in e1, but y is not.  We implement this by
403 recording the environment when passing a proc (using newArrowScope),
404 and returning to that (using escapeArrowScope) on the left of -< and the
405 head of (|..|).
406 -}
407
408 data ArrowCtxt
409   = NoArrowCtxt
410   | ArrowCtxt (Env TcGblEnv TcLclEnv)
411
412 -- Record the current environment (outside a proc)
413 newArrowScope :: TcM a -> TcM a
414 newArrowScope
415   = updEnv $ \env ->
416         env { env_lcl = (env_lcl env) { tcl_arrow_ctxt = ArrowCtxt env } }
417
418 -- Return to the stored environment (from the enclosing proc)
419 escapeArrowScope :: TcM a -> TcM a
420 escapeArrowScope
421   = updEnv $ \ env -> case tcl_arrow_ctxt (env_lcl env) of
422         NoArrowCtxt -> env
423         ArrowCtxt env' -> env'
424
425 ---------------------------
426 -- TcTyThing
427 ---------------------------
428
429 data TcTyThing
430   = AGlobal TyThing             -- Used only in the return type of a lookup
431
432   | ATcId   {           -- Ids defined in this module; may not be fully zonked
433         tct_id :: TcId,         
434         tct_co :: RefinementVisibility, -- Previously: Maybe HsWrapper
435                                         -- Nothing <=>  Do not apply a GADT type refinement
436                                         --              I am wobbly, or have no free
437                                         --              type variables
438                                         -- Just co <=>  Apply any type refinement to me,
439                                         --              and record it in the coercion
440         tct_type  :: TcType,    -- Type of (coercion applied to id)
441         tct_level :: ThLevel }
442
443   | ATyVar  Name TcType         -- The type to which the lexically scoped type vaiable
444                                 -- is currently refined. We only need the Name
445                                 -- for error-message purposes
446
447   | AThing  TcKind              -- Used temporarily, during kind checking, for the
448                                 --      tycons and clases in this recursive group
449
450 data RefinementVisibility
451   = Unrefineable                        -- Do not apply a GADT refinement
452                                         -- I have no free variables     
453
454   | Rigid HsWrapper                     -- Apply any refinement to me
455                                         -- and record it in the coercion
456
457   | Wobbly                              -- Do not apply a GADT refinement
458                                         -- I am wobbly
459
460   | WobblyInvisible                     -- Wobbly type, not available inside current
461                                         -- GADT refinement
462
463 instance Outputable TcTyThing where     -- Debugging only
464    ppr (AGlobal g)      = pprTyThing g
465    ppr elt@(ATcId {})   = text "Identifier" <> 
466                           ifPprDebug (brackets (ppr (tct_id elt) <> dcolon <> ppr (tct_type elt) <> comma
467                                  <+> ppr (tct_level elt) <+> ppr (tct_co elt)))
468    ppr (ATyVar tv _)    = text "Type variable" <+> quotes (ppr tv)
469    ppr (AThing k)       = text "AThing" <+> ppr k
470
471 pprTcTyThingCategory :: TcTyThing -> SDoc
472 pprTcTyThingCategory (AGlobal thing) = pprTyThingCategory thing
473 pprTcTyThingCategory (ATyVar {})     = ptext (sLit "Type variable")
474 pprTcTyThingCategory (ATcId {})      = ptext (sLit "Local identifier")
475 pprTcTyThingCategory (AThing {})     = ptext (sLit "Kinded thing")
476
477 instance Outputable RefinementVisibility where
478     ppr Unrefineable          = ptext (sLit "unrefineable")
479     ppr (Rigid co)            = ptext (sLit "rigid") <+> ppr co
480     ppr Wobbly                = ptext (sLit "wobbly")
481     ppr WobblyInvisible       = ptext (sLit "wobbly-invisible")
482
483 \end{code}
484
485 \begin{code}
486 type ErrCtxt = [TidyEnv -> TcM (TidyEnv, Message)]      
487                         -- Innermost first.  Monadic so that we have a chance
488                         -- to deal with bound type variables just before error
489                         -- message construction
490 \end{code}
491
492
493 %************************************************************************
494 %*                                                                      *
495         Operations over ImportAvails
496 %*                                                                      *
497 %************************************************************************
498
499 ImportAvails summarises what was imported from where, irrespective
500 of whether the imported things are actually used or not
501 It is used      * when processing the export list
502                 * when constructing usage info for the inteface file
503                 * to identify the list of directly imported modules
504                         for initialisation purposes and
505                         for optimsed overlap checking of family instances
506                 * when figuring out what things are really unused
507
508 \begin{code}
509 data ImportAvails 
510    = ImportAvails {
511         imp_mods :: ModuleEnv [(ModuleName, Bool, SrcSpan)],
512                 -- Domain is all directly-imported modules
513         -- The ModuleName is what the module was imported as, e.g. in
514         --     import Foo as Bar
515         -- it is Bar.
516                 -- Bool means:
517                 --   True => import was "import Foo ()"
518                 --   False  => import was some other form
519                 --
520                 -- Used 
521                 --   (a) to help construct the usage information in 
522                 --       the interface file; if we import somethign we
523                 --       need to recompile if the export version changes
524                 --   (b) to specify what child modules to initialise
525                 --
526                 -- We need a full ModuleEnv rather than a ModuleNameEnv
527                 -- here, because we might be importing modules of the
528                 -- same name from different packages. (currently not the case,
529                 -- but might be in the future).
530
531         imp_dep_mods :: ModuleNameEnv (ModuleName, IsBootInterface),
532                 -- Home-package modules needed by the module being compiled
533                 --
534                 -- It doesn't matter whether any of these dependencies
535                 -- are actually *used* when compiling the module; they
536                 -- are listed if they are below it at all.  For
537                 -- example, suppose M imports A which imports X.  Then
538                 -- compiling M might not need to consult X.hi, but X
539                 -- is still listed in M's dependencies.
540
541         imp_dep_pkgs :: [PackageId],
542                 -- Packages needed by the module being compiled, whether
543                 -- directly, or via other modules in this package, or via
544                 -- modules imported from other packages.
545
546         imp_orphs :: [Module],
547                 -- Orphan modules below us in the import tree (and maybe
548                 -- including us for imported modules) 
549
550         imp_finsts :: [Module]
551                 -- Family instance modules below us in the import tree  (and
552                 -- maybe including us for imported modules)
553       }
554
555 mkModDeps :: [(ModuleName, IsBootInterface)]
556           -> ModuleNameEnv (ModuleName, IsBootInterface)
557 mkModDeps deps = foldl add emptyUFM deps
558                where
559                  add env elt@(m,_) = addToUFM env m elt
560
561 emptyImportAvails :: ImportAvails
562 emptyImportAvails = ImportAvails { imp_mods     = emptyModuleEnv,
563                                    imp_dep_mods = emptyUFM,
564                                    imp_dep_pkgs = [],
565                                    imp_orphs    = [],
566                                    imp_finsts   = [] }
567
568 plusImportAvails ::  ImportAvails ->  ImportAvails ->  ImportAvails
569 plusImportAvails
570   (ImportAvails { imp_mods = mods1,
571                   imp_dep_mods = dmods1, imp_dep_pkgs = dpkgs1, 
572                   imp_orphs = orphs1, imp_finsts = finsts1 })
573   (ImportAvails { imp_mods = mods2,
574                   imp_dep_mods = dmods2, imp_dep_pkgs = dpkgs2,
575                   imp_orphs = orphs2, imp_finsts = finsts2 })
576   = ImportAvails { imp_mods     = plusModuleEnv_C (++) mods1 mods2,     
577                    imp_dep_mods = plusUFM_C plus_mod_dep dmods1 dmods2, 
578                    imp_dep_pkgs = dpkgs1 `unionLists` dpkgs2,
579                    imp_orphs    = orphs1 `unionLists` orphs2,
580                    imp_finsts   = finsts1 `unionLists` finsts2 }
581   where
582     plus_mod_dep (m1, boot1) (m2, boot2) 
583         = WARN( not (m1 == m2), (ppr m1 <+> ppr m2) $$ (ppr boot1 <+> ppr boot2) )
584                 -- Check mod-names match
585           (m1, boot1 && boot2)  -- If either side can "see" a non-hi-boot interface, use that
586 \end{code}
587
588 %************************************************************************
589 %*                                                                      *
590 \subsection{Where from}
591 %*                                                                      *
592 %************************************************************************
593
594 The @WhereFrom@ type controls where the renamer looks for an interface file
595
596 \begin{code}
597 data WhereFrom 
598   = ImportByUser IsBootInterface        -- Ordinary user import (perhaps {-# SOURCE #-})
599   | ImportBySystem                      -- Non user import.
600
601 instance Outputable WhereFrom where
602   ppr (ImportByUser is_boot) | is_boot     = ptext (sLit "{- SOURCE -}")
603                              | otherwise   = empty
604   ppr ImportBySystem                       = ptext (sLit "{- SYSTEM -}")
605 \end{code}
606
607
608 %************************************************************************
609 %*                                                                      *
610 \subsection[Inst-types]{@Inst@ types}
611 %*                                                                      *
612 v%************************************************************************
613
614 An @Inst@ is either a dictionary, an instance of an overloaded
615 literal, or an instance of an overloaded value.  We call the latter a
616 ``method'' even though it may not correspond to a class operation.
617 For example, we might have an instance of the @double@ function at
618 type Int, represented by
619
620         Method 34 doubleId [Int] origin
621
622 In addition to the basic Haskell variants of 'Inst's, they can now also
623 represent implication constraints 'forall tvs. given => wanted'
624 and equality constraints 'co :: ty1 ~ ty2'.
625
626 NB: Equalities occur in two flavours:
627
628   (1) Dict {tci_pred = EqPred ty1 ty2}
629   (2) EqInst {tci_left = ty1, tci_right = ty2, tci_co = coe}
630
631 The former arises from equalities in contexts, whereas the latter is used
632 whenever the type checker introduces an equality (e.g., during deferring
633 unification).
634
635 I am not convinced that this duplication is necessary or useful! -=chak
636
637 \begin{code}
638 data Inst
639   = Dict {
640         tci_name :: Name,
641         tci_pred :: TcPredType,
642         tci_loc  :: InstLoc 
643     }
644
645   | ImplicInst {        -- An implication constraint
646                         -- forall tvs. given => wanted
647         tci_name   :: Name,
648         tci_tyvars :: [TcTyVar],    -- Quantified type variables
649         tci_given  :: [Inst],       -- Only Dicts and EqInsts
650                                     --   (no Methods, LitInsts, ImplicInsts)
651         tci_wanted :: [Inst],       -- Only Dicts, EqInst, and ImplicInsts
652                                     --   (no Methods or LitInsts)
653
654         tci_loc    :: InstLoc
655     }
656         -- NB: the tci_given are not necessarily rigid
657
658   | Method {
659         tci_id :: TcId,         -- The Id for the Inst
660
661         tci_oid :: TcId,        -- The overloaded function
662                 -- This function will be a global, local, or ClassOpId;
663                 --   inside instance decls (only) it can also be an InstId!
664                 -- The id needn't be completely polymorphic.
665                 -- You'll probably find its name (for documentation purposes)
666                 --        inside the InstOrigin
667
668         tci_tys :: [TcType],    -- The types to which its polymorphic tyvars
669                                 --      should be instantiated.
670                                 -- These types must saturate the Id's foralls.
671
672         tci_theta :: TcThetaType,       
673                         -- The (types of the) dictionaries to which the function
674                         -- must be applied to get the method
675
676         tci_loc :: InstLoc 
677     }
678         -- INVARIANT 1: in (Method m f tys theta tau loc)
679         --      type of m = type of (f tys dicts(from theta))
680
681         -- INVARIANT 2: type of m must not be of form (Pred -> Tau)
682         --   Reason: two methods are considered equal if the 
683         --           base Id matches, and the instantiating types
684         --           match.  The TcThetaType should then match too.
685         --   This only bites in the call to tcInstClassOp in TcClassDcl.mkMethodBind
686
687   | LitInst {
688         tci_name :: Name,
689         tci_lit  :: HsOverLit Name,     -- The literal from the occurrence site
690                         -- INVARIANT: never a rebindable-syntax literal
691                         -- Reason: tcSyntaxName does unification, and we
692                         --         don't want to deal with that during tcSimplify,
693                         --         when resolving LitInsts
694
695         tci_ty :: TcType,       -- The type at which the literal is used
696         tci_loc :: InstLoc
697     }
698
699   | EqInst {                      -- delayed unification of the form 
700                                   --    co :: ty1 ~ ty2
701         tci_left  :: TcType,      -- ty1    -- both types are...
702         tci_right :: TcType,      -- ty2    -- ...free of boxes
703         tci_co    :: Either       -- co
704                         TcTyVar   --  - a wanted equation, with a hole, to be 
705                                   --    filled with a witness for the equality;
706                                   --    for equation arising from deferring
707                                   --    unification, 'ty1' is the actual and
708                                   --    'ty2' the expected type
709                         Coercion, --  - a given equation, with a coercion
710                                   --    witnessing the equality;
711                                   --    a coercion that originates from a
712                                   --    signature or a GADT is a CoVar, but
713                                   --    after normalisation of coercions, they
714                                   --    can be arbitrary Coercions involving
715                                   --    constructors and pseudo-constructors 
716                                   --    like sym and trans.
717         tci_loc   :: InstLoc,
718
719         tci_name  :: Name       -- Debugging help only: this makes it easier to
720                                 -- follow where a constraint is used in a morass
721                                 -- of trace messages!  Unlike other Insts, it has
722                                 -- no semantic significance whatsoever.
723     }
724 \end{code}
725
726 @Insts@ are ordered by their class/type info, rather than by their
727 unique.  This allows the context-reduction mechanism to use standard finite
728 maps to do their stuff.  It's horrible that this code is here, rather
729 than with the Avails handling stuff in TcSimplify
730
731 \begin{code}
732 instance Ord Inst where
733   compare = cmpInst
734
735 instance Eq Inst where
736   (==) i1 i2 = case i1 `cmpInst` i2 of
737                EQ -> True
738                _  -> False
739
740 cmpInst :: Inst -> Inst -> Ordering
741 cmpInst d1@(Dict {})    d2@(Dict {})    = tci_pred d1 `tcCmpPred` tci_pred d2
742 cmpInst (Dict {})       _               = LT
743
744 cmpInst (Method {})     (Dict {})       = GT
745 cmpInst m1@(Method {})  m2@(Method {})  = (tci_oid m1 `compare` tci_oid m2) `thenCmp`
746                                           (tci_tys m1 `tcCmpTypes` tci_tys m2)
747 cmpInst (Method {})     _               = LT
748
749 cmpInst (LitInst {})    (Dict {})       = GT
750 cmpInst (LitInst {})    (Method {})     = GT
751 cmpInst l1@(LitInst {}) l2@(LitInst {}) = (tci_lit l1 `compare` tci_lit l2) `thenCmp`
752                                           (tci_ty l1 `tcCmpType` tci_ty l2)
753 cmpInst (LitInst {})    _               = LT
754
755         -- Implication constraints are compared by *name*
756         -- not by type; that is, we make no attempt to do CSE on them
757 cmpInst (ImplicInst {})    (Dict {})          = GT
758 cmpInst (ImplicInst {})    (Method {})        = GT
759 cmpInst (ImplicInst {})    (LitInst {})       = GT
760 cmpInst i1@(ImplicInst {}) i2@(ImplicInst {}) = tci_name i1 `compare` tci_name i2
761 cmpInst (ImplicInst {})    _                  = LT
762
763         -- same for Equality constraints
764 cmpInst (EqInst {})    (Dict {})              = GT
765 cmpInst (EqInst {})    (Method {})            = GT
766 cmpInst (EqInst {})    (LitInst {})           = GT
767 cmpInst (EqInst {})    (ImplicInst {})        = GT
768 cmpInst i1@(EqInst {}) i2@(EqInst {})         = tci_name i1 `compare` tci_name i2
769 \end{code}
770
771
772 %************************************************************************
773 %*                                                                      *
774 \subsection[Inst-collections]{LIE: a collection of Insts}
775 %*                                                                      *
776 %************************************************************************
777
778 \begin{code}
779 -- FIXME: Rename this. It clashes with (Located (IE ...))
780 type LIE = Bag Inst
781
782 isEmptyLIE :: LIE -> Bool
783 isEmptyLIE = isEmptyBag
784
785 emptyLIE :: LIE
786 emptyLIE = emptyBag
787
788 unitLIE :: Inst -> LIE
789 unitLIE inst = unitBag inst
790
791 mkLIE :: [Inst] -> LIE
792 mkLIE insts = listToBag insts
793
794 plusLIE :: LIE -> LIE -> LIE
795 plusLIE lie1 lie2 = lie1 `unionBags` lie2
796
797 plusLIEs :: [LIE] -> LIE
798 plusLIEs lies = unionManyBags lies
799
800 lieToList :: LIE -> [Inst]
801 lieToList = bagToList
802
803 listToLIE :: [Inst] -> LIE
804 listToLIE = listToBag
805
806 consLIE :: Inst -> LIE -> LIE
807 consLIE inst lie  = lie `snocBag` inst
808 -- Putting the new Inst at the *end* of the bag is a half-hearted attempt
809 -- to ensure that we tend to report the *leftmost* type-constraint error
810 -- E.g.         f :: [a]
811 --              f = [1,2,3]
812 -- we'd like to complain about the '1', not the '3'.
813 --
814 -- "Half-hearted" because the rest of the type checker makes no great
815 -- claims for retaining order in the constraint set.  Still, this 
816 -- seems to improve matters slightly.  Exampes: mdofail001, tcfail015
817 \end{code}
818
819
820 %************************************************************************
821 %*                                                                      *
822 \subsection[Inst-origin]{The @InstOrigin@ type}
823 %*                                                                      *
824 %************************************************************************
825
826 The @InstOrigin@ type gives information about where a dictionary came from.
827 This is important for decent error message reporting because dictionaries
828 don't appear in the original source code.  Doubtless this type will evolve...
829
830 It appears in TcMonad because there are a couple of error-message-generation
831 functions that deal with it.
832
833 \begin{code}
834 -------------------------------------------
835 data InstLoc = InstLoc InstOrigin SrcSpan ErrCtxt
836
837 instLoc :: Inst -> InstLoc
838 instLoc inst = tci_loc inst
839
840 instSpan :: Inst -> SrcSpan
841 instSpan wanted = instLocSpan (instLoc wanted)
842
843 instLocSpan :: InstLoc -> SrcSpan
844 instLocSpan (InstLoc _ s _) = s
845
846 instLocOrigin :: InstLoc -> InstOrigin
847 instLocOrigin (InstLoc o _ _) = o
848
849 pprInstArising :: Inst -> SDoc
850 pprInstArising loc = ptext (sLit "arising from") <+> pprInstLoc (tci_loc loc)
851
852 pprInstLoc :: InstLoc -> SDoc
853 pprInstLoc (InstLoc orig span _) = sep [ppr orig, text "at" <+> ppr span]
854
855 -------------------------------------------
856 data InstOrigin
857   = SigOrigin SkolemInfo        -- Pattern, class decl, inst decl etc;
858                                 -- Places that bind type variables and introduce
859                                 -- available constraints
860
861   | IPBindOrigin (IPName Name)  -- Binding site of an implicit parameter
862
863         -------------------------------------------------------
864         -- The rest are all occurrences: Insts that are 'wanted'
865         -------------------------------------------------------
866   | OccurrenceOf Name           -- Occurrence of an overloaded identifier
867   | SpecPragOrigin Name         -- Specialisation pragma for identifier
868
869   | IPOccOrigin  (IPName Name)  -- Occurrence of an implicit parameter
870
871   | LiteralOrigin (HsOverLit Name)      -- Occurrence of a literal
872   | NegateOrigin                        -- Occurrence of syntactic negation
873
874   | ArithSeqOrigin (ArithSeqInfo Name) -- [x..], [x..y] etc
875   | PArrSeqOrigin  (ArithSeqInfo Name) -- [:x..y:] and [:x,y..z:]
876   | TupleOrigin                        -- (..,..)
877
878   | InstSigOrigin       -- A dict occurrence arising from instantiating
879                         -- a polymorphic type during a subsumption check
880
881   | ExprSigOrigin       -- e :: ty
882   | RecordUpdOrigin
883   | ViewPatOrigin
884   | InstScOrigin        -- Typechecking superclasses of an instance declaration
885   | DerivOrigin         -- Typechecking deriving
886   | StandAloneDerivOrigin -- Typechecking stand-alone deriving
887   | DefaultOrigin       -- Typechecking a default decl
888   | DoOrigin            -- Arising from a do expression
889   | ProcOrigin          -- Arising from a proc expression
890   | ImplicOrigin SDoc   -- An implication constraint
891   | EqOrigin            -- A type equality
892
893 instance Outputable InstOrigin where
894     ppr (OccurrenceOf name)   = hsep [ptext (sLit "a use of"), quotes (ppr name)]
895     ppr (SpecPragOrigin name) = hsep [ptext (sLit "a specialisation pragma for"), quotes (ppr name)]
896     ppr (IPOccOrigin name)    = hsep [ptext (sLit "a use of implicit parameter"), quotes (ppr name)]
897     ppr (IPBindOrigin name)   = hsep [ptext (sLit "a binding for implicit parameter"), quotes (ppr name)]
898     ppr RecordUpdOrigin       = ptext (sLit "a record update")
899     ppr ExprSigOrigin         = ptext (sLit "an expression type signature")
900     ppr ViewPatOrigin         = ptext (sLit "a view pattern")
901     ppr (LiteralOrigin lit)   = hsep [ptext (sLit "the literal"), quotes (ppr lit)]
902     ppr (ArithSeqOrigin seq)  = hsep [ptext (sLit "the arithmetic sequence"), quotes (ppr seq)]
903     ppr (PArrSeqOrigin seq)   = hsep [ptext (sLit "the parallel array sequence"), quotes (ppr seq)]
904     ppr TupleOrigin           = ptext (sLit "a tuple")
905     ppr NegateOrigin          = ptext (sLit "a use of syntactic negation")
906     ppr InstScOrigin          = ptext (sLit "the superclasses of an instance declaration")
907     ppr DerivOrigin           = ptext (sLit "the 'deriving' clause of a data type declaration")
908     ppr StandAloneDerivOrigin = ptext (sLit "a 'deriving' declaration")
909     ppr DefaultOrigin         = ptext (sLit "a 'default' declaration")
910     ppr DoOrigin              = ptext (sLit "a do statement")
911     ppr ProcOrigin            = ptext (sLit "a proc expression")
912     ppr (ImplicOrigin doc)    = doc
913     ppr (SigOrigin info)      = pprSkolInfo info
914     ppr EqOrigin              = ptext (sLit "a type equality")
915     ppr InstSigOrigin         = panic "ppr InstSigOrigin"
916 \end{code}