add -fsimpleopt-before-flatten
[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         TcTypeEnv, TcTyThing(..), pprTcTyThingCategory, 
22
23         -- Template Haskell
24         ThStage(..), topStage, topAnnStage, topSpliceStage,
25         ThLevel, impLevel, outerLevel, thLevel,
26
27         -- Arrows
28         ArrowCtxt(NoArrowCtxt), newArrowScope, escapeArrowScope,
29
30         -- Constraints
31         Untouchables(..), inTouchableRange, isNoUntouchables,
32
33         WantedConstraints(..), insolubleWC, emptyWC, isEmptyWC,
34         andWC, addFlats, addImplics, mkFlatWC,
35
36         EvVarX(..), mkEvVarX, evVarOf, evVarX, evVarOfPred,
37         WantedEvVar, wantedToFlavored,
38         keepWanted,
39
40         Implication(..),
41         CtLoc(..), ctLocSpan, ctLocOrigin, setCtLocOrigin,
42         CtOrigin(..), EqOrigin(..), 
43         WantedLoc, GivenLoc, pushErrCtxt,
44
45         SkolemInfo(..),
46
47         CtFlavor(..), pprFlavorArising, isWanted, isGiven, isDerived,
48         FlavoredEvVar,
49
50         -- Pretty printing
51         pprEvVarTheta, pprWantedEvVar, pprWantedsWithLocs,
52         pprEvVars, pprEvVarWithType,
53         pprArising, pprArisingAt,
54
55         -- Misc other types
56         TcId, TcIdSet, TcTyVarBind(..), TcTyVarBinds
57         
58   ) where
59
60 #include "HsVersions.h"
61
62 import HsSyn
63 import HscTypes
64 import Type
65 import Class    ( Class )
66 import DataCon  ( DataCon, dataConUserType )
67 import TcType
68 import Annotations
69 import InstEnv
70 import FamInstEnv
71 import IOEnv
72 import RdrName
73 import Name
74 import NameEnv
75 import NameSet
76 import Var
77 import VarEnv
78 import Module
79 import SrcLoc
80 import VarSet
81 import ErrUtils
82 import UniqFM
83 import UniqSupply
84 import Unique
85 import BasicTypes
86 import Bag
87 import Outputable
88 import ListSetOps
89 import FastString
90
91 import Data.Set (Set)
92 \end{code}
93
94
95 %************************************************************************
96 %*                                                                      *
97                Standard monad definition for TcRn
98     All the combinators for the monad can be found in TcRnMonad
99 %*                                                                      *
100 %************************************************************************
101
102 The monad itself has to be defined here, because it is mentioned by ErrCtxt
103
104 \begin{code}
105 type TcRef a     = IORef a
106 type TcId        = Id                   -- Type may be a TcType  DV: WHAT??????????
107 type TcIdSet     = IdSet
108
109
110 type TcRnIf a b c = IOEnv (Env a b) c
111 type IfM lcl a  = TcRnIf IfGblEnv lcl a         -- Iface stuff
112
113 type IfG a  = IfM () a                          -- Top level
114 type IfL a  = IfM IfLclEnv a                    -- Nested
115 type TcRn a = TcRnIf TcGblEnv TcLclEnv a
116 type RnM  a = TcRn a            -- Historical
117 type TcM  a = TcRn a            -- Historical
118 \end{code}
119
120 Representation of type bindings to uninstantiated meta variables used during
121 constraint solving.
122
123 \begin{code}
124 data TcTyVarBind = TcTyVarBind TcTyVar TcType
125
126 type TcTyVarBinds = Bag TcTyVarBind
127
128 instance Outputable TcTyVarBind where
129   ppr (TcTyVarBind tv ty) = ppr tv <+> text ":=" <+> ppr ty
130 \end{code}
131
132
133 %************************************************************************
134 %*                                                                      *
135                 The main environment types
136 %*                                                                      *
137 %************************************************************************
138
139 \begin{code}
140 data Env gbl lcl        -- Changes as we move into an expression
141   = Env {
142         env_top  :: HscEnv,     -- Top-level stuff that never changes
143                                 -- Includes all info about imported things
144
145         env_us   :: {-# UNPACK #-} !(IORef UniqSupply), 
146                                 -- Unique supply for local varibles
147
148         env_gbl  :: gbl,        -- Info about things defined at the top level
149                                 -- of the module being compiled
150
151         env_lcl  :: lcl         -- Nested stuff; changes as we go into 
152     }
153
154 -- TcGblEnv describes the top-level of the module at the 
155 -- point at which the typechecker is finished work.
156 -- It is this structure that is handed on to the desugarer
157
158 data TcGblEnv
159   = TcGblEnv {
160         tcg_mod     :: Module,         -- ^ Module being compiled
161         tcg_src     :: HscSource,
162           -- ^ What kind of module (regular Haskell, hs-boot, ext-core)
163
164         tcg_rdr_env :: GlobalRdrEnv,   -- ^ Top level envt; used during renaming
165         tcg_default :: Maybe [Type],
166           -- ^ Types used for defaulting. @Nothing@ => no @default@ decl
167
168         tcg_fix_env   :: FixityEnv,     -- ^ Just for things in this module
169         tcg_field_env :: RecFieldEnv,   -- ^ Just for things in this module
170
171         tcg_type_env :: TypeEnv,
172           -- ^ Global type env for the module we are compiling now.  All
173           -- TyCons and Classes (for this module) end up in here right away,
174           -- along with their derived constructors, selectors.
175           --
176           -- (Ids defined in this module start in the local envt, though they
177           --  move to the global envt during zonking)
178
179         tcg_type_env_var :: TcRef TypeEnv,
180                 -- Used only to initialise the interface-file
181                 -- typechecker in initIfaceTcRn, so that it can see stuff
182                 -- bound in this module when dealing with hi-boot recursions
183                 -- Updated at intervals (e.g. after dealing with types and classes)
184         
185         tcg_inst_env     :: InstEnv,
186           -- ^ Instance envt for /home-package/ modules; Includes the dfuns in
187           -- tcg_insts
188         tcg_fam_inst_env :: FamInstEnv, -- ^ Ditto for family instances
189
190                 -- Now a bunch of things about this module that are simply 
191                 -- accumulated, but never consulted until the end.  
192                 -- Nevertheless, it's convenient to accumulate them along 
193                 -- with the rest of the info from this module.
194         tcg_exports :: [AvailInfo],     -- ^ What is exported
195         tcg_imports :: ImportAvails,
196           -- ^ Information about what was imported from where, including
197           -- things bound in this module.
198
199         tcg_dus :: DefUses,
200           -- ^ What is defined in this module and what is used.
201           -- The latter is used to generate
202           --
203           --  (a) version tracking; no need to recompile if these things have
204           --      not changed version stamp
205           --
206           --  (b) unused-import info
207
208         tcg_keep :: TcRef NameSet,
209           -- ^ Locally-defined top-level names to keep alive.
210           --
211           -- "Keep alive" means give them an Exported flag, so that the
212           -- simplifier does not discard them as dead code, and so that they
213           -- are exposed in the interface file (but not to export to the
214           -- user).
215           --
216           -- Some things, like dict-fun Ids and default-method Ids are "born"
217           -- with the Exported flag on, for exactly the above reason, but some
218           -- we only discover as we go.  Specifically:
219           --
220           --   * The to/from functions for generic data types
221           --
222           --   * Top-level variables appearing free in the RHS of an orphan
223           --     rule
224           --
225           --   * Top-level variables appearing free in a TH bracket
226
227         tcg_th_used :: TcRef Bool,
228           -- ^ @True@ <=> Template Haskell syntax used.
229           --
230           -- We need this so that we can generate a dependency on the
231           -- Template Haskell package, becuase the desugarer is going
232           -- to emit loads of references to TH symbols.  The reference
233           -- is implicit rather than explicit, so we have to zap a
234           -- mutable variable.
235
236         tcg_dfun_n  :: TcRef OccSet,
237           -- ^ Allows us to choose unique DFun names.
238
239         -- The next fields accumulate the payload of the module
240         -- The binds, rules and foreign-decl fiels are collected
241         -- initially in un-zonked form and are finally zonked in tcRnSrcDecls
242
243         tcg_rn_exports :: Maybe [Located (IE Name)],
244         tcg_rn_imports :: [LImportDecl Name],
245                 -- Keep the renamed imports regardless.  They are not 
246                 -- voluminous and are needed if you want to report unused imports
247
248         tcg_used_rdrnames :: TcRef (Set RdrName),
249                 -- The set of used *imported* (not locally-defined) RdrNames
250                 -- Used only to report unused import declarations
251
252         tcg_rn_decls :: Maybe (HsGroup Name),
253           -- ^ Renamed decls, maybe.  @Nothing@ <=> Don't retain renamed
254           -- decls.
255
256         tcg_ev_binds  :: Bag EvBind,        -- Top-level evidence bindings
257         tcg_binds     :: LHsBinds Id,       -- Value bindings in this module
258         tcg_sigs      :: NameSet,           -- ...Top-level names that *lack* a signature
259         tcg_imp_specs :: [LTcSpecPrag],     -- ...SPECIALISE prags for imported Ids
260         tcg_warns     :: Warnings,          -- ...Warnings and deprecations
261         tcg_anns      :: [Annotation],      -- ...Annotations
262         tcg_insts     :: [Instance],        -- ...Instances
263         tcg_fam_insts :: [FamInst],         -- ...Family instances
264         tcg_rules     :: [LRuleDecl Id],    -- ...Rules
265         tcg_fords     :: [LForeignDecl Id], -- ...Foreign import & exports
266         tcg_vects     :: [LVectDecl Id],    -- ...Vectorisation declarations
267
268         tcg_doc_hdr   :: Maybe LHsDocString, -- ^ Maybe Haddock header docs
269         tcg_hpc       :: AnyHpcUsage,        -- ^ @True@ if any part of the
270                                              --  prog uses hpc instrumentation.
271
272         tcg_main      :: Maybe Name          -- ^ The Name of the main
273                                              -- function, if this module is
274                                              -- the main module.
275     }
276
277 data RecFieldEnv 
278   = RecFields (NameEnv [Name])  -- Maps a constructor name *in this module*
279                                 -- to the fields for that constructor
280               NameSet           -- Set of all fields declared *in this module*;
281                                 -- used to suppress name-shadowing complaints
282                                 -- when using record wild cards
283                                 -- E.g.  let fld = e in C {..}
284         -- This is used when dealing with ".." notation in record 
285         -- construction and pattern matching.
286         -- The FieldEnv deals *only* with constructors defined in *this*
287         -- module.  For imported modules, we get the same info from the
288         -- TypeEnv
289 \end{code}
290
291 %************************************************************************
292 %*                                                                      *
293                 The interface environments
294               Used when dealing with IfaceDecls
295 %*                                                                      *
296 %************************************************************************
297
298 \begin{code}
299 data IfGblEnv 
300   = IfGblEnv {
301         -- The type environment for the module being compiled,
302         -- in case the interface refers back to it via a reference that
303         -- was originally a hi-boot file.
304         -- We need the module name so we can test when it's appropriate
305         -- to look in this env.
306         if_rec_types :: Maybe (Module, IfG TypeEnv)
307                 -- Allows a read effect, so it can be in a mutable
308                 -- variable; c.f. handling the external package type env
309                 -- Nothing => interactive stuff, no loops possible
310     }
311
312 data IfLclEnv
313   = IfLclEnv {
314         -- The module for the current IfaceDecl
315         -- So if we see   f = \x -> x
316         -- it means M.f = \x -> x, where M is the if_mod
317         if_mod :: Module,
318
319         -- The field is used only for error reporting
320         -- if (say) there's a Lint error in it
321         if_loc :: SDoc,
322                 -- Where the interface came from:
323                 --      .hi file, or GHCi state, or ext core
324                 -- plus which bit is currently being examined
325
326         if_tv_env  :: UniqFM TyVar,     -- Nested tyvar bindings
327         if_id_env  :: UniqFM Id         -- Nested id binding
328     }
329 \end{code}
330
331
332 %************************************************************************
333 %*                                                                      *
334                 The local typechecker environment
335 %*                                                                      *
336 %************************************************************************
337
338 The Global-Env/Local-Env story
339 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
340 During type checking, we keep in the tcg_type_env
341         * All types and classes
342         * All Ids derived from types and classes (constructors, selectors)
343
344 At the end of type checking, we zonk the local bindings,
345 and as we do so we add to the tcg_type_env
346         * Locally defined top-level Ids
347
348 Why?  Because they are now Ids not TcIds.  This final GlobalEnv is
349         a) fed back (via the knot) to typechecking the 
350            unfoldings of interface signatures
351         b) used in the ModDetails of this module
352
353 \begin{code}
354 data TcLclEnv           -- Changes as we move inside an expression
355                         -- Discarded after typecheck/rename; not passed on to desugarer
356   = TcLclEnv {
357         tcl_loc  :: SrcSpan,            -- Source span
358         tcl_ctxt :: [ErrCtxt],          -- Error context, innermost on top
359         tcl_errs :: TcRef Messages,     -- Place to accumulate errors
360
361         tcl_th_ctxt    :: ThStage,            -- Template Haskell context
362         tcl_arrow_ctxt :: ArrowCtxt,          -- Arrow-notation context
363
364         tcl_rdr :: LocalRdrEnv,         -- Local name envt
365                 -- Maintained during renaming, of course, but also during
366                 -- type checking, solely so that when renaming a Template-Haskell
367                 -- splice we have the right environment for the renamer.
368                 -- 
369                 --   Does *not* include global name envt; may shadow it
370                 --   Includes both ordinary variables and type variables;
371                 --   they are kept distinct because tyvar have a different
372                 --   occurrence contructor (Name.TvOcc)
373                 -- We still need the unsullied global name env so that
374                 --   we can look up record field names
375
376         tcl_hetMetLevel  :: [TyVar],    -- The current environment classifier level (list-of-names)
377         tcl_env  :: TcTypeEnv,    -- The local type environment: Ids and
378                                   -- TyVars defined in this module
379                                         
380         tcl_tyvars :: TcRef TcTyVarSet, -- The "global tyvars"
381                         -- Namely, the in-scope TyVars bound in tcl_env, 
382                         -- plus the tyvars mentioned in the types of Ids bound
383                         -- in tcl_lenv. 
384                         -- Why mutable? see notes with tcGetGlobalTyVars
385
386         tcl_lie   :: TcRef WantedConstraints,    -- Place to accumulate type constraints
387
388         -- TcMetaTyVars have 
389         tcl_meta  :: TcRef Unique,  -- The next free unique for TcMetaTyVars
390                                     -- Guaranteed to be allocated linearly
391         tcl_untch :: Unique         -- Any TcMetaTyVar with 
392                                     --     unique >= tcl_untch is touchable
393                                     --     unique <  tcl_untch is untouchable
394     }
395
396 type TcTypeEnv = NameEnv TcTyThing
397
398
399 {- Note [Given Insts]
400    ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
401 Because of GADTs, we have to pass inwards the Insts provided by type signatures 
402 and existential contexts. Consider
403         data T a where { T1 :: b -> b -> T [b] }
404         f :: Eq a => T a -> Bool
405         f (T1 x y) = [x]==[y]
406
407 The constructor T1 binds an existential variable 'b', and we need Eq [b].
408 Well, we have it, because Eq a refines to Eq [b], but we can only spot that if we 
409 pass it inwards.
410
411 -}
412
413 ---------------------------
414 -- Template Haskell stages and levels 
415 ---------------------------
416
417 data ThStage    -- See Note [Template Haskell state diagram] in TcSplice
418   = Splice      -- Top-level splicing
419                 -- This code will be run *at compile time*;
420                 --   the result replaces the splice
421                 -- Binding level = 0
422  
423   | Comp        -- Ordinary Haskell code
424                 -- Binding level = 1
425
426   | Brack                       -- Inside brackets 
427       ThStage                   --   Binding level = level(stage) + 1
428       (TcRef [PendingSplice])   --   Accumulate pending splices here
429       (TcRef WantedConstraints) --     and type constraints here
430
431 topStage, topAnnStage, topSpliceStage :: ThStage
432 topStage       = Comp
433 topAnnStage    = Splice
434 topSpliceStage = Splice
435
436 instance Outputable ThStage where
437    ppr Splice        = text "Splice"
438    ppr Comp          = text "Comp"
439    ppr (Brack s _ _) = text "Brack" <> parens (ppr s)
440
441 type ThLevel = Int      
442         -- See Note [Template Haskell levels] in TcSplice
443         -- Incremented when going inside a bracket,
444         -- decremented when going inside a splice
445         -- NB: ThLevel is one greater than the 'n' in Fig 2 of the
446         --     original "Template meta-programming for Haskell" paper
447
448 impLevel, outerLevel :: ThLevel
449 impLevel = 0    -- Imported things; they can be used inside a top level splice
450 outerLevel = 1  -- Things defined outside brackets
451 -- NB: Things at level 0 are not *necessarily* imported.
452 --      eg  $( \b -> ... )   here b is bound at level 0
453 --
454 -- For example: 
455 --      f = ...
456 --      g1 = $(map ...)         is OK
457 --      g2 = $(f ...)           is not OK; because we havn't compiled f yet
458
459 thLevel :: ThStage -> ThLevel
460 thLevel Splice        = 0
461 thLevel Comp          = 1
462 thLevel (Brack s _ _) = thLevel s + 1
463
464 ---------------------------
465 -- Arrow-notation context
466 ---------------------------
467
468 {-
469 In arrow notation, a variable bound by a proc (or enclosed let/kappa)
470 is not in scope to the left of an arrow tail (-<) or the head of (|..|).
471 For example
472
473         proc x -> (e1 -< e2)
474
475 Here, x is not in scope in e1, but it is in scope in e2.  This can get
476 a bit complicated:
477
478         let x = 3 in
479         proc y -> (proc z -> e1) -< e2
480
481 Here, x and z are in scope in e1, but y is not.  We implement this by
482 recording the environment when passing a proc (using newArrowScope),
483 and returning to that (using escapeArrowScope) on the left of -< and the
484 head of (|..|).
485 -}
486
487 data ArrowCtxt
488   = NoArrowCtxt
489   | ArrowCtxt (Env TcGblEnv TcLclEnv)
490
491 -- Record the current environment (outside a proc)
492 newArrowScope :: TcM a -> TcM a
493 newArrowScope
494   = updEnv $ \env ->
495         env { env_lcl = (env_lcl env) { tcl_arrow_ctxt = ArrowCtxt env } }
496
497 -- Return to the stored environment (from the enclosing proc)
498 escapeArrowScope :: TcM a -> TcM a
499 escapeArrowScope
500   = updEnv $ \ env -> case tcl_arrow_ctxt (env_lcl env) of
501         NoArrowCtxt -> env
502         ArrowCtxt env' -> env'
503
504 ---------------------------
505 -- TcTyThing
506 ---------------------------
507
508 data TcTyThing
509   = AGlobal TyThing             -- Used only in the return type of a lookup
510
511   | ATcId   {           -- Ids defined in this module; may not be fully zonked
512         tct_id    :: TcId,              
513         tct_level :: ThLevel,
514         tct_hetMetLevel :: [TyVar]
515     }
516
517   | ATyVar  Name TcType         -- The type to which the lexically scoped type vaiable
518                                 -- is currently refined. We only need the Name
519                                 -- for error-message purposes; it is the corresponding
520                                 -- Name in the domain of the envt
521
522   | AThing  TcKind              -- Used temporarily, during kind checking, for the
523                                 --      tycons and clases in this recursive group
524
525 instance Outputable TcTyThing where     -- Debugging only
526    ppr (AGlobal g)      = pprTyThing g
527    ppr elt@(ATcId {})   = text "Identifier" <> 
528                           brackets (ppr (tct_id elt) <> dcolon 
529                                  <> ppr (varType (tct_id elt)) <> comma
530                                  <+> ppr (tct_level elt)
531                                  <+> ppr (tct_hetMetLevel elt))
532    ppr (ATyVar tv _)    = text "Type variable" <+> quotes (ppr tv)
533    ppr (AThing k)       = text "AThing" <+> ppr k
534
535 pprTcTyThingCategory :: TcTyThing -> SDoc
536 pprTcTyThingCategory (AGlobal thing) = pprTyThingCategory thing
537 pprTcTyThingCategory (ATyVar {})     = ptext (sLit "Type variable")
538 pprTcTyThingCategory (ATcId {})      = ptext (sLit "Local identifier")
539 pprTcTyThingCategory (AThing {})     = ptext (sLit "Kinded thing")
540 \end{code}
541
542 \begin{code}
543 type ErrCtxt = (Bool, TidyEnv -> TcM (TidyEnv, Message))
544         -- Monadic so that we have a chance
545         -- to deal with bound type variables just before error
546         -- message construction
547
548         -- Bool:  True <=> this is a landmark context; do not
549         --                 discard it when trimming for display
550 \end{code}
551
552
553 %************************************************************************
554 %*                                                                      *
555         Operations over ImportAvails
556 %*                                                                      *
557 %************************************************************************
558
559 \begin{code}
560 -- | 'ImportAvails' summarises what was imported from where, irrespective of
561 -- whether the imported things are actually used or not.  It is used:
562 --
563 --  * when processing the export list,
564 --
565 --  * when constructing usage info for the interface file,
566 --
567 --  * to identify the list of directly imported modules for initialisation
568 --    purposes and for optimised overlap checking of family instances,
569 --
570 --  * when figuring out what things are really unused
571 --
572 data ImportAvails 
573    = ImportAvails {
574         imp_mods :: ModuleEnv [(ModuleName, Bool, SrcSpan)],
575           -- ^ Domain is all directly-imported modules
576           -- The 'ModuleName' is what the module was imported as, e.g. in
577           -- @
578           --     import Foo as Bar
579           -- @
580           -- it is @Bar@.
581           --
582           -- The 'Bool' means:
583           --
584           --  - @True@ => import was @import Foo ()@
585           --
586           --  - @False@ => import was some other form
587           --
588           -- Used
589           --
590           --   (a) to help construct the usage information in the interface
591           --       file; if we import somethign we need to recompile if the
592           --       export version changes
593           --
594           --   (b) to specify what child modules to initialise
595           --
596           -- We need a full ModuleEnv rather than a ModuleNameEnv here,
597           -- because we might be importing modules of the same name from
598           -- different packages. (currently not the case, but might be in the
599           -- future).
600
601         imp_dep_mods :: ModuleNameEnv (ModuleName, IsBootInterface),
602           -- ^ Home-package modules needed by the module being compiled
603           --
604           -- It doesn't matter whether any of these dependencies
605           -- are actually /used/ when compiling the module; they
606           -- are listed if they are below it at all.  For
607           -- example, suppose M imports A which imports X.  Then
608           -- compiling M might not need to consult X.hi, but X
609           -- is still listed in M's dependencies.
610
611         imp_dep_pkgs :: [PackageId],
612           -- ^ Packages needed by the module being compiled, whether directly,
613           -- or via other modules in this package, or via modules imported
614           -- from other packages.
615
616         imp_orphs :: [Module],
617           -- ^ Orphan modules below us in the import tree (and maybe including
618           -- us for imported modules)
619
620         imp_finsts :: [Module]
621           -- ^ Family instance modules below us in the import tree (and maybe
622           -- including us for imported modules)
623       }
624
625 mkModDeps :: [(ModuleName, IsBootInterface)]
626           -> ModuleNameEnv (ModuleName, IsBootInterface)
627 mkModDeps deps = foldl add emptyUFM deps
628                where
629                  add env elt@(m,_) = addToUFM env m elt
630
631 emptyImportAvails :: ImportAvails
632 emptyImportAvails = ImportAvails { imp_mods     = emptyModuleEnv,
633                                    imp_dep_mods = emptyUFM,
634                                    imp_dep_pkgs = [],
635                                    imp_orphs    = [],
636                                    imp_finsts   = [] }
637
638 plusImportAvails ::  ImportAvails ->  ImportAvails ->  ImportAvails
639 plusImportAvails
640   (ImportAvails { imp_mods = mods1,
641                   imp_dep_mods = dmods1, imp_dep_pkgs = dpkgs1, 
642                   imp_orphs = orphs1, imp_finsts = finsts1 })
643   (ImportAvails { imp_mods = mods2,
644                   imp_dep_mods = dmods2, imp_dep_pkgs = dpkgs2,
645                   imp_orphs = orphs2, imp_finsts = finsts2 })
646   = ImportAvails { imp_mods     = plusModuleEnv_C (++) mods1 mods2,     
647                    imp_dep_mods = plusUFM_C plus_mod_dep dmods1 dmods2, 
648                    imp_dep_pkgs = dpkgs1 `unionLists` dpkgs2,
649                    imp_orphs    = orphs1 `unionLists` orphs2,
650                    imp_finsts   = finsts1 `unionLists` finsts2 }
651   where
652     plus_mod_dep (m1, boot1) (m2, boot2) 
653         = WARN( not (m1 == m2), (ppr m1 <+> ppr m2) $$ (ppr boot1 <+> ppr boot2) )
654                 -- Check mod-names match
655           (m1, boot1 && boot2)  -- If either side can "see" a non-hi-boot interface, use that
656 \end{code}
657
658 %************************************************************************
659 %*                                                                      *
660 \subsection{Where from}
661 %*                                                                      *
662 %************************************************************************
663
664 The @WhereFrom@ type controls where the renamer looks for an interface file
665
666 \begin{code}
667 data WhereFrom 
668   = ImportByUser IsBootInterface        -- Ordinary user import (perhaps {-# SOURCE #-})
669   | ImportBySystem                      -- Non user import.
670
671 instance Outputable WhereFrom where
672   ppr (ImportByUser is_boot) | is_boot     = ptext (sLit "{- SOURCE -}")
673                              | otherwise   = empty
674   ppr ImportBySystem                       = ptext (sLit "{- SYSTEM -}")
675 \end{code}
676
677
678 %************************************************************************
679 %*                                                                      *
680                 Wanted constraints
681
682      These are forced to be in TcRnTypes because
683            TcLclEnv mentions WantedConstraints
684            WantedConstraint mentions CtLoc
685            CtLoc mentions ErrCtxt
686            ErrCtxt mentions TcM
687 %*                                                                      *
688 v%************************************************************************
689
690 \begin{code}
691 data WantedConstraints
692   = WC { wc_flat  :: Bag WantedEvVar   -- Unsolved constraints, all wanted
693        , wc_impl  :: Bag Implication
694        , wc_insol :: Bag FlavoredEvVar -- Insoluble constraints, can be
695                                        -- wanted, given, or derived
696                                        -- See Note [Insoluble constraints]
697     }
698
699 emptyWC :: WantedConstraints
700 emptyWC = WC { wc_flat = emptyBag, wc_impl = emptyBag, wc_insol = emptyBag }
701
702 mkFlatWC :: Bag WantedEvVar -> WantedConstraints
703 mkFlatWC wevs = WC { wc_flat = wevs, wc_impl = emptyBag, wc_insol = emptyBag }
704
705 isEmptyWC :: WantedConstraints -> Bool
706 isEmptyWC (WC { wc_flat = f, wc_impl = i, wc_insol = n })
707   = isEmptyBag f && isEmptyBag i && isEmptyBag n
708
709 insolubleWC :: WantedConstraints -> Bool
710 -- True if there are any insoluble constraints in the wanted bag
711 insolubleWC wc = not (isEmptyBag (wc_insol wc))
712                || anyBag ic_insol (wc_impl wc)
713
714 andWC :: WantedConstraints -> WantedConstraints -> WantedConstraints
715 andWC (WC { wc_flat = f1, wc_impl = i1, wc_insol = n1 })
716       (WC { wc_flat = f2, wc_impl = i2, wc_insol = n2 })
717   = WC { wc_flat  = f1 `unionBags` f2
718        , wc_impl  = i1 `unionBags` i2
719        , wc_insol = n1 `unionBags` n2 }
720
721 addFlats :: WantedConstraints -> Bag WantedEvVar -> WantedConstraints
722 addFlats wc wevs = wc { wc_flat = wc_flat wc `unionBags` wevs }
723
724 addImplics :: WantedConstraints -> Bag Implication -> WantedConstraints
725 addImplics wc implic = wc { wc_impl = wc_impl wc `unionBags` implic }
726
727 instance Outputable WantedConstraints where
728   ppr (WC {wc_flat = f, wc_impl = i, wc_insol = n})
729    = ptext (sLit "WC") <+> braces (vcat
730         [ if isEmptyBag f then empty else
731           ptext (sLit "wc_flat =")  <+> pprBag pprWantedEvVar f
732         , if isEmptyBag i then empty else
733           ptext (sLit "wc_impl =")  <+> pprBag ppr i
734         , if isEmptyBag n then empty else
735           ptext (sLit "wc_insol =") <+> pprBag ppr n ])
736
737 pprBag :: (a -> SDoc) -> Bag a -> SDoc
738 pprBag pp b = foldrBag (($$) . pp) empty b
739 \end{code}
740  
741
742 \begin{code}
743 data Untouchables = NoUntouchables
744                   | TouchableRange
745                           Unique  -- Low end
746                           Unique  -- High end
747  -- A TcMetaTyvar is *touchable* iff its unique u satisfies
748  --   u >= low
749  --   u < high
750
751 instance Outputable Untouchables where
752   ppr NoUntouchables = ptext (sLit "No untouchables")
753   ppr (TouchableRange low high) = ptext (sLit "Touchable range:") <+> 
754                                   ppr low <+> char '-' <+> ppr high
755
756 isNoUntouchables :: Untouchables -> Bool
757 isNoUntouchables NoUntouchables      = True
758 isNoUntouchables (TouchableRange {}) = False
759
760 inTouchableRange :: Untouchables -> TcTyVar -> Bool
761 inTouchableRange NoUntouchables _ = True
762 inTouchableRange (TouchableRange low high) tv 
763   = uniq >= low && uniq < high
764   where
765     uniq = varUnique tv
766
767 -- EvVar defined in module Var.lhs:
768 -- Evidence variables include all *quantifiable* constraints
769 --   dictionaries
770 --   implicit parameters
771 --   coercion variables
772 \end{code}
773
774 %************************************************************************
775 %*                                                                      *
776                 Implication constraints
777 %*                                                                      *
778 %************************************************************************
779
780 \begin{code}
781 data Implication
782   = Implic {  
783       ic_untch :: Untouchables, -- Untouchables: unification variables
784                                 -- free in the environment
785       ic_env   :: TcTypeEnv,    -- The type environment
786                                 -- Used only when generating error messages
787           -- Generally, ic_untch is a superset of tvsof(ic_env)
788           -- However, we don't zonk ic_env when zonking the Implication
789           -- Instead we do that when generating a skolem-escape error message
790
791       ic_skols  :: TcTyVarSet,   -- Introduced skolems 
792                                  -- See Note [Skolems in an implication]
793
794       ic_given  :: [EvVar],      -- Given evidence variables
795                                  --   (order does not matter)
796       ic_loc   :: GivenLoc,      -- Binding location of the implication,
797                                  --   which is also the location of all the
798                                  --   given evidence variables
799
800       ic_wanted :: WantedConstraints,  -- The wanted
801       ic_insol  :: Bool,               -- True iff insolubleWC ic_wanted is true
802
803       ic_binds  :: EvBindsVar   -- Points to the place to fill in the
804                                 -- abstraction and bindings
805     }
806
807 instance Outputable Implication where
808   ppr (Implic { ic_untch = untch, ic_skols = skols, ic_given = given
809               , ic_wanted = wanted
810               , ic_binds = binds, ic_loc = loc })
811    = ptext (sLit "Implic") <+> braces 
812      (sep [ ptext (sLit "Untouchables = ") <+> ppr untch
813           , ptext (sLit "Skolems = ") <+> ppr skols
814           , ptext (sLit "Given = ") <+> pprEvVars given
815           , ptext (sLit "Wanted = ") <+> ppr wanted
816           , ptext (sLit "Binds = ") <+> ppr binds
817           , pprSkolInfo (ctLocOrigin loc)
818           , ppr (ctLocSpan loc) ])
819 \end{code}
820
821 Note [Skolems in an implication]
822 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
823 The skolems in an implication are not there to perform a skolem escape
824 check.  That happens because all the environment variables are in the
825 untouchables, and therefore cannot be unified with anything at all,
826 let alone the skolems.
827
828 Instead, ic_skols is used only when considering floating a constraint
829 outside the implication in TcSimplify.floatEqualities or 
830 TcSimplify.approximateImplications
831
832 Note [Insoluble constraints]
833 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
834 Some of the errors that we get during canonicalization are best
835 reported when all constraints have been simplified as much as
836 possible. For instance, assume that during simplification the
837 following constraints arise:
838    
839  [Wanted]   F alpha ~  uf1 
840  [Wanted]   beta ~ uf1 beta 
841
842 When canonicalizing the wanted (beta ~ uf1 beta), if we eagerly fail
843 we will simply see a message:
844     'Can't construct the infinite type  beta ~ uf1 beta' 
845 and the user has no idea what the uf1 variable is.
846
847 Instead our plan is that we will NOT fail immediately, but:
848     (1) Record the "frozen" error in the ic_insols field
849     (2) Isolate the offending constraint from the rest of the inerts 
850     (3) Keep on simplifying/canonicalizing
851
852 At the end, we will hopefully have substituted uf1 := F alpha, and we
853 will be able to report a more informative error:
854     'Can't construct the infinite type beta ~ F alpha beta'
855
856 %************************************************************************
857 %*                                                                      *
858             EvVarX, WantedEvVar, FlavoredEvVar
859 %*                                                                      *
860 %************************************************************************
861
862 \begin{code}
863 data EvVarX a = EvVarX EvVar a
864      -- An evidence variable with accompanying info
865
866 type WantedEvVar   = EvVarX WantedLoc     -- The location where it arose
867 type FlavoredEvVar = EvVarX CtFlavor
868
869 instance Outputable (EvVarX a) where
870   ppr (EvVarX ev _) = pprEvVarWithType ev
871   -- If you want to see the associated info,
872   -- use a more specific printing function
873
874 mkEvVarX :: EvVar -> a -> EvVarX a
875 mkEvVarX = EvVarX
876
877 evVarOf :: EvVarX a -> EvVar
878 evVarOf (EvVarX ev _) = ev
879
880 evVarX :: EvVarX a -> a
881 evVarX (EvVarX _ a) = a
882
883 evVarOfPred :: EvVarX a -> PredType
884 evVarOfPred wev = evVarPred (evVarOf wev)
885
886 wantedToFlavored :: WantedEvVar -> FlavoredEvVar
887 wantedToFlavored (EvVarX v wl) = EvVarX v (Wanted wl)
888
889 keepWanted :: Bag FlavoredEvVar -> Bag WantedEvVar
890 keepWanted flevs
891   = foldrBag keep_wanted emptyBag flevs
892     -- Important: use fold*r*Bag to preserve the order of the evidence variables.
893   where
894     keep_wanted :: FlavoredEvVar -> Bag WantedEvVar -> Bag WantedEvVar
895     keep_wanted (EvVarX ev (Wanted wloc)) r = consBag (EvVarX ev wloc) r
896     keep_wanted _                         r = r
897 \end{code}
898
899
900 \begin{code}
901 pprEvVars :: [EvVar] -> SDoc    -- Print with their types
902 pprEvVars ev_vars = vcat (map pprEvVarWithType ev_vars)
903
904 pprEvVarTheta :: [EvVar] -> SDoc
905 pprEvVarTheta ev_vars = pprTheta (map evVarPred ev_vars)
906                               
907 pprEvVarWithType :: EvVar -> SDoc
908 pprEvVarWithType v = ppr v <+> dcolon <+> pprPred (evVarPred v)
909
910 pprWantedsWithLocs :: WantedConstraints -> SDoc
911 pprWantedsWithLocs wcs
912   =  vcat [ pprBag pprWantedEvVarWithLoc (wc_flat wcs)
913           , pprBag ppr (wc_impl wcs)
914           , pprBag ppr (wc_insol wcs) ]
915
916 pprWantedEvVarWithLoc, pprWantedEvVar :: WantedEvVar -> SDoc
917 pprWantedEvVarWithLoc (EvVarX v loc) = hang (pprEvVarWithType v)
918                                           2 (pprArisingAt loc)
919 pprWantedEvVar        (EvVarX v _)   = pprEvVarWithType v
920 \end{code}
921
922 %************************************************************************
923 %*                                                                      *
924             CtLoc
925 %*                                                                      *
926 %************************************************************************
927
928 \begin{code}
929 data CtFlavor
930   = Given   GivenLoc  -- We have evidence for this constraint in TcEvBinds
931   | Derived WantedLoc 
932                       -- We have evidence for this constraint in TcEvBinds;
933                       --   *however* this evidence can contain wanteds, so 
934                       --   it's valid only provisionally to the solution of
935                       --   these wanteds 
936   | Wanted WantedLoc  -- We have no evidence bindings for this constraint. 
937
938 -- data DerivedOrig = DerSC | DerInst | DerSelf
939 -- Deriveds are either superclasses of other wanteds or deriveds, or partially
940 -- solved wanteds from instances, or 'self' dictionaries containing yet wanted
941 -- superclasses. 
942
943 instance Outputable CtFlavor where
944   ppr (Given {})   = ptext (sLit "[G]")
945   ppr (Wanted {})  = ptext (sLit "[W]")
946   ppr (Derived {}) = ptext (sLit "[D]") 
947 pprFlavorArising :: CtFlavor -> SDoc
948 pprFlavorArising (Derived wl )  = pprArisingAt wl
949 pprFlavorArising (Wanted  wl)   = pprArisingAt wl
950 pprFlavorArising (Given gl)     = pprArisingAt gl
951
952 isWanted :: CtFlavor -> Bool
953 isWanted (Wanted {}) = True
954 isWanted _           = False
955
956 isGiven :: CtFlavor -> Bool 
957 isGiven (Given {}) = True 
958 isGiven _          = False 
959
960 isDerived :: CtFlavor -> Bool 
961 isDerived (Derived {}) = True
962 isDerived _            = False
963 \end{code}
964
965 %************************************************************************
966 %*                                                                      *
967             CtLoc
968 %*                                                                      *
969 %************************************************************************
970
971 The 'CtLoc' gives information about where a constraint came from.
972 This is important for decent error message reporting because
973 dictionaries don't appear in the original source code.
974 type will evolve...
975
976 \begin{code}
977 data CtLoc orig = CtLoc orig SrcSpan [ErrCtxt]
978
979 type WantedLoc = CtLoc CtOrigin      -- Instantiation for wanted constraints
980 type GivenLoc  = CtLoc SkolemInfo    -- Instantiation for given constraints
981
982 ctLocSpan :: CtLoc o -> SrcSpan
983 ctLocSpan (CtLoc _ s _) = s
984
985 ctLocOrigin :: CtLoc o -> o
986 ctLocOrigin (CtLoc o _ _) = o
987
988 setCtLocOrigin :: CtLoc o -> o' -> CtLoc o'
989 setCtLocOrigin (CtLoc _ s c) o = CtLoc o s c
990
991 pushErrCtxt :: orig -> ErrCtxt -> CtLoc orig -> CtLoc orig
992 pushErrCtxt o err (CtLoc _ s errs) = CtLoc o s (err:errs)
993
994 pprArising :: CtOrigin -> SDoc
995 -- Used for the main, top-level error message
996 -- We've done special processing for TypeEq and FunDep origins
997 pprArising (TypeEqOrigin {}) = empty
998 pprArising FunDepOrigin      = empty
999 pprArising orig              = text "arising from" <+> ppr orig
1000
1001 pprArisingAt :: Outputable o => CtLoc o -> SDoc
1002 pprArisingAt (CtLoc o s _) = sep [ text "arising from" <+> ppr o
1003                                  , text "at" <+> ppr s]
1004 \end{code}
1005
1006 %************************************************************************
1007 %*                                                                      *
1008                 SkolemInfo
1009 %*                                                                      *
1010 %************************************************************************
1011
1012 \begin{code}
1013 -- SkolemInfo gives the origin of *given* constraints
1014 --   a) type variables are skolemised
1015 --   b) an implication constraint is generated
1016 data SkolemInfo
1017   = SigSkol UserTypeCtxt        -- A skolem that is created by instantiating
1018             Type                -- a programmer-supplied type signature
1019                                 -- Location of the binding site is on the TyVar
1020
1021         -- The rest are for non-scoped skolems
1022   | ClsSkol Class       -- Bound at a class decl
1023   | InstSkol            -- Bound at an instance decl
1024   | DataSkol            -- Bound at a data type declaration
1025   | FamInstSkol         -- Bound at a family instance decl
1026   | PatSkol             -- An existential type variable bound by a pattern for
1027       DataCon           -- a data constructor with an existential type.
1028       (HsMatchContext Name)     
1029              -- e.g.   data T = forall a. Eq a => MkT a
1030              --        f (MkT x) = ...
1031              -- The pattern MkT x will allocate an existential type
1032              -- variable for 'a'.  
1033
1034   | ArrowSkol           -- An arrow form (see TcArrows)
1035
1036   | IPSkol [IPName Name]  -- Binding site of an implicit parameter
1037
1038   | RuleSkol RuleName   -- The LHS of a RULE
1039
1040   | InferSkol [(Name,TcType)]
1041                         -- We have inferred a type for these (mutually-recursivive)
1042                         -- polymorphic Ids, and are now checking that their RHS
1043                         -- constraints are satisfied.
1044
1045   | BracketSkol         -- Template Haskell bracket
1046
1047   | UnkSkol             -- Unhelpful info (until I improve it)
1048
1049 instance Outputable SkolemInfo where
1050   ppr = pprSkolInfo
1051
1052 pprSkolInfo :: SkolemInfo -> SDoc
1053 -- Complete the sentence "is a rigid type variable bound by..."
1054 pprSkolInfo (SigSkol (FunSigCtxt f) ty)
1055                             = hang (ptext (sLit "the type signature for"))
1056                                  2 (ppr f <+> dcolon <+> ppr ty)
1057 pprSkolInfo (SigSkol cx ty) = hang (pprUserTypeCtxt cx <> colon)
1058                                  2 (ppr ty)
1059 pprSkolInfo (IPSkol ips)    = ptext (sLit "the implicit-parameter bindings for")
1060                               <+> pprWithCommas ppr ips
1061 pprSkolInfo (ClsSkol cls)   = ptext (sLit "the class declaration for") <+> quotes (ppr cls)
1062 pprSkolInfo InstSkol        = ptext (sLit "the instance declaration")
1063 pprSkolInfo DataSkol        = ptext (sLit "the data type declaration")
1064 pprSkolInfo FamInstSkol     = ptext (sLit "the family instance declaration")
1065 pprSkolInfo BracketSkol     = ptext (sLit "a Template Haskell bracket")
1066 pprSkolInfo (RuleSkol name) = ptext (sLit "the RULE") <+> doubleQuotes (ftext name)
1067 pprSkolInfo ArrowSkol       = ptext (sLit "the arrow form")
1068 pprSkolInfo (PatSkol dc mc)  = sep [ ptext (sLit "a pattern with constructor")
1069                                    , nest 2 $ ppr dc <+> dcolon
1070                                               <+> ppr (dataConUserType dc) <> comma
1071                                   , ptext (sLit "in") <+> pprMatchContext mc ]
1072 pprSkolInfo (InferSkol ids) = sep [ ptext (sLit "the inferred type of")
1073                                   , vcat [ ppr name <+> dcolon <+> ppr ty
1074                                          | (name,ty) <- ids ]]
1075
1076 -- UnkSkol
1077 -- For type variables the others are dealt with by pprSkolTvBinding.  
1078 -- For Insts, these cases should not happen
1079 pprSkolInfo UnkSkol = WARN( True, text "pprSkolInfo: UnkSkol" ) ptext (sLit "UnkSkol")
1080 \end{code}
1081
1082
1083 %************************************************************************
1084 %*                                                                      *
1085             CtOrigin
1086 %*                                                                      *
1087 %************************************************************************
1088
1089 \begin{code}
1090 -- CtOrigin gives the origin of *wanted* constraints
1091 data CtOrigin
1092   = OccurrenceOf Name           -- Occurrence of an overloaded identifier
1093   | AppOrigin                   -- An application of some kind
1094
1095   | SpecPragOrigin Name         -- Specialisation pragma for identifier
1096
1097   | TypeEqOrigin EqOrigin
1098
1099   | IPOccOrigin  (IPName Name)  -- Occurrence of an implicit parameter
1100
1101   | LiteralOrigin (HsOverLit Name)      -- Occurrence of a literal
1102   | NegateOrigin                        -- Occurrence of syntactic negation
1103
1104   | ArithSeqOrigin (ArithSeqInfo Name) -- [x..], [x..y] etc
1105   | PArrSeqOrigin  (ArithSeqInfo Name) -- [:x..y:] and [:x,y..z:]
1106   | SectionOrigin
1107   | TupleOrigin                        -- (..,..)
1108   | ExprSigOrigin       -- e :: ty
1109   | PatSigOrigin        -- p :: ty
1110   | PatOrigin           -- Instantiating a polytyped pattern at a constructor
1111   | RecordUpdOrigin
1112   | ViewPatOrigin
1113
1114   | ScOrigin            -- Typechecking superclasses of an instance declaration
1115   | DerivOrigin         -- Typechecking deriving
1116   | StandAloneDerivOrigin -- Typechecking stand-alone deriving
1117   | DefaultOrigin       -- Typechecking a default decl
1118   | DoOrigin            -- Arising from a do expression
1119   | IfOrigin            -- Arising from an if statement
1120   | ProcOrigin          -- Arising from a proc expression
1121   | AnnOrigin           -- An annotation
1122   | FunDepOrigin
1123
1124 data EqOrigin 
1125   = UnifyOrigin 
1126        { uo_actual   :: TcType
1127        , uo_expected :: TcType }
1128
1129 instance Outputable CtOrigin where
1130   ppr orig = pprO orig
1131
1132 pprO :: CtOrigin -> SDoc
1133 pprO (OccurrenceOf name)   = hsep [ptext (sLit "a use of"), quotes (ppr name)]
1134 pprO AppOrigin             = ptext (sLit "an application")
1135 pprO (SpecPragOrigin name) = hsep [ptext (sLit "a specialisation pragma for"), quotes (ppr name)]
1136 pprO (IPOccOrigin name)    = hsep [ptext (sLit "a use of implicit parameter"), quotes (ppr name)]
1137 pprO RecordUpdOrigin       = ptext (sLit "a record update")
1138 pprO ExprSigOrigin         = ptext (sLit "an expression type signature")
1139 pprO PatSigOrigin          = ptext (sLit "a pattern type signature")
1140 pprO PatOrigin             = ptext (sLit "a pattern")
1141 pprO ViewPatOrigin         = ptext (sLit "a view pattern")
1142 pprO IfOrigin              = ptext (sLit "an if statement")
1143 pprO (LiteralOrigin lit)   = hsep [ptext (sLit "the literal"), quotes (ppr lit)]
1144 pprO (ArithSeqOrigin seq)  = hsep [ptext (sLit "the arithmetic sequence"), quotes (ppr seq)]
1145 pprO (PArrSeqOrigin seq)   = hsep [ptext (sLit "the parallel array sequence"), quotes (ppr seq)]
1146 pprO SectionOrigin         = ptext (sLit "an operator section")
1147 pprO TupleOrigin           = ptext (sLit "a tuple")
1148 pprO NegateOrigin          = ptext (sLit "a use of syntactic negation")
1149 pprO ScOrigin              = ptext (sLit "the superclasses of an instance declaration")
1150 pprO DerivOrigin           = ptext (sLit "the 'deriving' clause of a data type declaration")
1151 pprO StandAloneDerivOrigin = ptext (sLit "a 'deriving' declaration")
1152 pprO DefaultOrigin         = ptext (sLit "a 'default' declaration")
1153 pprO DoOrigin              = ptext (sLit "a do statement")
1154 pprO ProcOrigin            = ptext (sLit "a proc expression")
1155 pprO (TypeEqOrigin eq)     = ptext (sLit "an equality") <+> ppr eq
1156 pprO AnnOrigin             = ptext (sLit "an annotation")
1157 pprO FunDepOrigin          = ptext (sLit "a functional dependency")
1158
1159 instance Outputable EqOrigin where
1160   ppr (UnifyOrigin t1 t2) = ppr t1 <+> char '~' <+> ppr t2
1161 \end{code}
1162