Initial checkin of HetMet / -XModalTypes modifications
[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
267         tcg_doc_hdr   :: Maybe LHsDocString, -- ^ Maybe Haddock header docs
268         tcg_hpc       :: AnyHpcUsage,        -- ^ @True@ if any part of the
269                                              --  prog uses hpc instrumentation.
270
271         tcg_main      :: Maybe Name          -- ^ The Name of the main
272                                              -- function, if this module is
273                                              -- the main module.
274     }
275
276 data RecFieldEnv 
277   = RecFields (NameEnv [Name])  -- Maps a constructor name *in this module*
278                                 -- to the fields for that constructor
279               NameSet           -- Set of all fields declared *in this module*;
280                                 -- used to suppress name-shadowing complaints
281                                 -- when using record wild cards
282                                 -- E.g.  let fld = e in C {..}
283         -- This is used when dealing with ".." notation in record 
284         -- construction and pattern matching.
285         -- The FieldEnv deals *only* with constructors defined in *this*
286         -- module.  For imported modules, we get the same info from the
287         -- TypeEnv
288 \end{code}
289
290 %************************************************************************
291 %*                                                                      *
292                 The interface environments
293               Used when dealing with IfaceDecls
294 %*                                                                      *
295 %************************************************************************
296
297 \begin{code}
298 data IfGblEnv 
299   = IfGblEnv {
300         -- The type environment for the module being compiled,
301         -- in case the interface refers back to it via a reference that
302         -- was originally a hi-boot file.
303         -- We need the module name so we can test when it's appropriate
304         -- to look in this env.
305         if_rec_types :: Maybe (Module, IfG TypeEnv)
306                 -- Allows a read effect, so it can be in a mutable
307                 -- variable; c.f. handling the external package type env
308                 -- Nothing => interactive stuff, no loops possible
309     }
310
311 data IfLclEnv
312   = IfLclEnv {
313         -- The module for the current IfaceDecl
314         -- So if we see   f = \x -> x
315         -- it means M.f = \x -> x, where M is the if_mod
316         if_mod :: Module,
317
318         -- The field is used only for error reporting
319         -- if (say) there's a Lint error in it
320         if_loc :: SDoc,
321                 -- Where the interface came from:
322                 --      .hi file, or GHCi state, or ext core
323                 -- plus which bit is currently being examined
324
325         if_tv_env  :: UniqFM TyVar,     -- Nested tyvar bindings
326         if_id_env  :: UniqFM Id         -- Nested id binding
327     }
328 \end{code}
329
330
331 %************************************************************************
332 %*                                                                      *
333                 The local typechecker environment
334 %*                                                                      *
335 %************************************************************************
336
337 The Global-Env/Local-Env story
338 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
339 During type checking, we keep in the tcg_type_env
340         * All types and classes
341         * All Ids derived from types and classes (constructors, selectors)
342
343 At the end of type checking, we zonk the local bindings,
344 and as we do so we add to the tcg_type_env
345         * Locally defined top-level Ids
346
347 Why?  Because they are now Ids not TcIds.  This final GlobalEnv is
348         a) fed back (via the knot) to typechecking the 
349            unfoldings of interface signatures
350         b) used in the ModDetails of this module
351
352 \begin{code}
353 data TcLclEnv           -- Changes as we move inside an expression
354                         -- Discarded after typecheck/rename; not passed on to desugarer
355   = TcLclEnv {
356         tcl_loc  :: SrcSpan,            -- Source span
357         tcl_ctxt :: [ErrCtxt],          -- Error context, innermost on top
358         tcl_errs :: TcRef Messages,     -- Place to accumulate errors
359
360         tcl_th_ctxt    :: ThStage,            -- Template Haskell context
361         tcl_arrow_ctxt :: ArrowCtxt,          -- Arrow-notation context
362
363         tcl_rdr :: LocalRdrEnv,         -- Local name envt
364                 -- Maintained during renaming, of course, but also during
365                 -- type checking, solely so that when renaming a Template-Haskell
366                 -- splice we have the right environment for the renamer.
367                 -- 
368                 --   Does *not* include global name envt; may shadow it
369                 --   Includes both ordinary variables and type variables;
370                 --   they are kept distinct because tyvar have a different
371                 --   occurrence contructor (Name.TvOcc)
372                 -- We still need the unsullied global name env so that
373                 --   we can look up record field names
374
375         tcl_hetMetLevel  :: [TyVar],    -- The current environment classifier level (list-of-names)
376         tcl_env  :: TcTypeEnv,    -- The local type environment: Ids and
377                                   -- TyVars defined in this module
378                                         
379         tcl_tyvars :: TcRef TcTyVarSet, -- The "global tyvars"
380                         -- Namely, the in-scope TyVars bound in tcl_env, 
381                         -- plus the tyvars mentioned in the types of Ids bound
382                         -- in tcl_lenv. 
383                         -- Why mutable? see notes with tcGetGlobalTyVars
384
385         tcl_lie   :: TcRef WantedConstraints,    -- Place to accumulate type constraints
386
387         -- TcMetaTyVars have 
388         tcl_meta  :: TcRef Unique,  -- The next free unique for TcMetaTyVars
389                                     -- Guaranteed to be allocated linearly
390         tcl_untch :: Unique         -- Any TcMetaTyVar with 
391                                     --     unique >= tcl_untch is touchable
392                                     --     unique <  tcl_untch is untouchable
393     }
394
395 type TcTypeEnv = NameEnv TcTyThing
396
397
398 {- Note [Given Insts]
399    ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
400 Because of GADTs, we have to pass inwards the Insts provided by type signatures 
401 and existential contexts. Consider
402         data T a where { T1 :: b -> b -> T [b] }
403         f :: Eq a => T a -> Bool
404         f (T1 x y) = [x]==[y]
405
406 The constructor T1 binds an existential variable 'b', and we need Eq [b].
407 Well, we have it, because Eq a refines to Eq [b], but we can only spot that if we 
408 pass it inwards.
409
410 -}
411
412 ---------------------------
413 -- Template Haskell stages and levels 
414 ---------------------------
415
416 data ThStage    -- See Note [Template Haskell state diagram] in TcSplice
417   = Splice      -- Top-level splicing
418                 -- This code will be run *at compile time*;
419                 --   the result replaces the splice
420                 -- Binding level = 0
421  
422   | Comp        -- Ordinary Haskell code
423                 -- Binding level = 1
424
425   | Brack                       -- Inside brackets 
426       ThStage                   --   Binding level = level(stage) + 1
427       (TcRef [PendingSplice])   --   Accumulate pending splices here
428       (TcRef WantedConstraints) --     and type constraints here
429
430 topStage, topAnnStage, topSpliceStage :: ThStage
431 topStage       = Comp
432 topAnnStage    = Splice
433 topSpliceStage = Splice
434
435 instance Outputable ThStage where
436    ppr Splice        = text "Splice"
437    ppr Comp          = text "Comp"
438    ppr (Brack s _ _) = text "Brack" <> parens (ppr s)
439
440 type ThLevel = Int      
441         -- See Note [Template Haskell levels] in TcSplice
442         -- Incremented when going inside a bracket,
443         -- decremented when going inside a splice
444         -- NB: ThLevel is one greater than the 'n' in Fig 2 of the
445         --     original "Template meta-programming for Haskell" paper
446
447 impLevel, outerLevel :: ThLevel
448 impLevel = 0    -- Imported things; they can be used inside a top level splice
449 outerLevel = 1  -- Things defined outside brackets
450 -- NB: Things at level 0 are not *necessarily* imported.
451 --      eg  $( \b -> ... )   here b is bound at level 0
452 --
453 -- For example: 
454 --      f = ...
455 --      g1 = $(map ...)         is OK
456 --      g2 = $(f ...)           is not OK; because we havn't compiled f yet
457
458 thLevel :: ThStage -> ThLevel
459 thLevel Splice        = 0
460 thLevel Comp          = 1
461 thLevel (Brack s _ _) = thLevel s + 1
462
463 ---------------------------
464 -- Arrow-notation context
465 ---------------------------
466
467 {-
468 In arrow notation, a variable bound by a proc (or enclosed let/kappa)
469 is not in scope to the left of an arrow tail (-<) or the head of (|..|).
470 For example
471
472         proc x -> (e1 -< e2)
473
474 Here, x is not in scope in e1, but it is in scope in e2.  This can get
475 a bit complicated:
476
477         let x = 3 in
478         proc y -> (proc z -> e1) -< e2
479
480 Here, x and z are in scope in e1, but y is not.  We implement this by
481 recording the environment when passing a proc (using newArrowScope),
482 and returning to that (using escapeArrowScope) on the left of -< and the
483 head of (|..|).
484 -}
485
486 data ArrowCtxt
487   = NoArrowCtxt
488   | ArrowCtxt (Env TcGblEnv TcLclEnv)
489
490 -- Record the current environment (outside a proc)
491 newArrowScope :: TcM a -> TcM a
492 newArrowScope
493   = updEnv $ \env ->
494         env { env_lcl = (env_lcl env) { tcl_arrow_ctxt = ArrowCtxt env } }
495
496 -- Return to the stored environment (from the enclosing proc)
497 escapeArrowScope :: TcM a -> TcM a
498 escapeArrowScope
499   = updEnv $ \ env -> case tcl_arrow_ctxt (env_lcl env) of
500         NoArrowCtxt -> env
501         ArrowCtxt env' -> env'
502
503 ---------------------------
504 -- TcTyThing
505 ---------------------------
506
507 data TcTyThing
508   = AGlobal TyThing             -- Used only in the return type of a lookup
509
510   | ATcId   {           -- Ids defined in this module; may not be fully zonked
511         tct_id    :: TcId,              
512         tct_level :: ThLevel,
513         tct_hetMetLevel :: [TyVar]
514     }
515
516   | ATyVar  Name TcType         -- The type to which the lexically scoped type vaiable
517                                 -- is currently refined. We only need the Name
518                                 -- for error-message purposes; it is the corresponding
519                                 -- Name in the domain of the envt
520
521   | AThing  TcKind              -- Used temporarily, during kind checking, for the
522                                 --      tycons and clases in this recursive group
523
524 instance Outputable TcTyThing where     -- Debugging only
525    ppr (AGlobal g)      = pprTyThing g
526    ppr elt@(ATcId {})   = text "Identifier" <> 
527                           brackets (ppr (tct_id elt) <> dcolon 
528                                  <> ppr (varType (tct_id elt)) <> comma
529                                  <+> ppr (tct_level elt)
530                                  <+> ppr (tct_hetMetLevel elt))
531    ppr (ATyVar tv _)    = text "Type variable" <+> quotes (ppr tv)
532    ppr (AThing k)       = text "AThing" <+> ppr k
533
534 pprTcTyThingCategory :: TcTyThing -> SDoc
535 pprTcTyThingCategory (AGlobal thing) = pprTyThingCategory thing
536 pprTcTyThingCategory (ATyVar {})     = ptext (sLit "Type variable")
537 pprTcTyThingCategory (ATcId {})      = ptext (sLit "Local identifier")
538 pprTcTyThingCategory (AThing {})     = ptext (sLit "Kinded thing")
539 \end{code}
540
541 \begin{code}
542 type ErrCtxt = (Bool, TidyEnv -> TcM (TidyEnv, Message))
543         -- Monadic so that we have a chance
544         -- to deal with bound type variables just before error
545         -- message construction
546
547         -- Bool:  True <=> this is a landmark context; do not
548         --                 discard it when trimming for display
549 \end{code}
550
551
552 %************************************************************************
553 %*                                                                      *
554         Operations over ImportAvails
555 %*                                                                      *
556 %************************************************************************
557
558 \begin{code}
559 -- | 'ImportAvails' summarises what was imported from where, irrespective of
560 -- whether the imported things are actually used or not.  It is used:
561 --
562 --  * when processing the export list,
563 --
564 --  * when constructing usage info for the interface file,
565 --
566 --  * to identify the list of directly imported modules for initialisation
567 --    purposes and for optimised overlap checking of family instances,
568 --
569 --  * when figuring out what things are really unused
570 --
571 data ImportAvails 
572    = ImportAvails {
573         imp_mods :: ModuleEnv [(ModuleName, Bool, SrcSpan)],
574           -- ^ Domain is all directly-imported modules
575           -- The 'ModuleName' is what the module was imported as, e.g. in
576           -- @
577           --     import Foo as Bar
578           -- @
579           -- it is @Bar@.
580           --
581           -- The 'Bool' means:
582           --
583           --  - @True@ => import was @import Foo ()@
584           --
585           --  - @False@ => import was some other form
586           --
587           -- Used
588           --
589           --   (a) to help construct the usage information in the interface
590           --       file; if we import somethign we need to recompile if the
591           --       export version changes
592           --
593           --   (b) to specify what child modules to initialise
594           --
595           -- We need a full ModuleEnv rather than a ModuleNameEnv here,
596           -- because we might be importing modules of the same name from
597           -- different packages. (currently not the case, but might be in the
598           -- future).
599
600         imp_dep_mods :: ModuleNameEnv (ModuleName, IsBootInterface),
601           -- ^ Home-package modules needed by the module being compiled
602           --
603           -- It doesn't matter whether any of these dependencies
604           -- are actually /used/ when compiling the module; they
605           -- are listed if they are below it at all.  For
606           -- example, suppose M imports A which imports X.  Then
607           -- compiling M might not need to consult X.hi, but X
608           -- is still listed in M's dependencies.
609
610         imp_dep_pkgs :: [PackageId],
611           -- ^ Packages needed by the module being compiled, whether directly,
612           -- or via other modules in this package, or via modules imported
613           -- from other packages.
614
615         imp_orphs :: [Module],
616           -- ^ Orphan modules below us in the import tree (and maybe including
617           -- us for imported modules)
618
619         imp_finsts :: [Module]
620           -- ^ Family instance modules below us in the import tree (and maybe
621           -- including us for imported modules)
622       }
623
624 mkModDeps :: [(ModuleName, IsBootInterface)]
625           -> ModuleNameEnv (ModuleName, IsBootInterface)
626 mkModDeps deps = foldl add emptyUFM deps
627                where
628                  add env elt@(m,_) = addToUFM env m elt
629
630 emptyImportAvails :: ImportAvails
631 emptyImportAvails = ImportAvails { imp_mods     = emptyModuleEnv,
632                                    imp_dep_mods = emptyUFM,
633                                    imp_dep_pkgs = [],
634                                    imp_orphs    = [],
635                                    imp_finsts   = [] }
636
637 plusImportAvails ::  ImportAvails ->  ImportAvails ->  ImportAvails
638 plusImportAvails
639   (ImportAvails { imp_mods = mods1,
640                   imp_dep_mods = dmods1, imp_dep_pkgs = dpkgs1, 
641                   imp_orphs = orphs1, imp_finsts = finsts1 })
642   (ImportAvails { imp_mods = mods2,
643                   imp_dep_mods = dmods2, imp_dep_pkgs = dpkgs2,
644                   imp_orphs = orphs2, imp_finsts = finsts2 })
645   = ImportAvails { imp_mods     = plusModuleEnv_C (++) mods1 mods2,     
646                    imp_dep_mods = plusUFM_C plus_mod_dep dmods1 dmods2, 
647                    imp_dep_pkgs = dpkgs1 `unionLists` dpkgs2,
648                    imp_orphs    = orphs1 `unionLists` orphs2,
649                    imp_finsts   = finsts1 `unionLists` finsts2 }
650   where
651     plus_mod_dep (m1, boot1) (m2, boot2) 
652         = WARN( not (m1 == m2), (ppr m1 <+> ppr m2) $$ (ppr boot1 <+> ppr boot2) )
653                 -- Check mod-names match
654           (m1, boot1 && boot2)  -- If either side can "see" a non-hi-boot interface, use that
655 \end{code}
656
657 %************************************************************************
658 %*                                                                      *
659 \subsection{Where from}
660 %*                                                                      *
661 %************************************************************************
662
663 The @WhereFrom@ type controls where the renamer looks for an interface file
664
665 \begin{code}
666 data WhereFrom 
667   = ImportByUser IsBootInterface        -- Ordinary user import (perhaps {-# SOURCE #-})
668   | ImportBySystem                      -- Non user import.
669
670 instance Outputable WhereFrom where
671   ppr (ImportByUser is_boot) | is_boot     = ptext (sLit "{- SOURCE -}")
672                              | otherwise   = empty
673   ppr ImportBySystem                       = ptext (sLit "{- SYSTEM -}")
674 \end{code}
675
676
677 %************************************************************************
678 %*                                                                      *
679                 Wanted constraints
680
681      These are forced to be in TcRnTypes because
682            TcLclEnv mentions WantedConstraints
683            WantedConstraint mentions CtLoc
684            CtLoc mentions ErrCtxt
685            ErrCtxt mentions TcM
686 %*                                                                      *
687 v%************************************************************************
688
689 \begin{code}
690 data WantedConstraints
691   = WC { wc_flat  :: Bag WantedEvVar   -- Unsolved constraints, all wanted
692        , wc_impl  :: Bag Implication
693        , wc_insol :: Bag FlavoredEvVar -- Insoluble constraints, can be
694                                        -- wanted, given, or derived
695                                        -- See Note [Insoluble constraints]
696     }
697
698 emptyWC :: WantedConstraints
699 emptyWC = WC { wc_flat = emptyBag, wc_impl = emptyBag, wc_insol = emptyBag }
700
701 mkFlatWC :: Bag WantedEvVar -> WantedConstraints
702 mkFlatWC wevs = WC { wc_flat = wevs, wc_impl = emptyBag, wc_insol = emptyBag }
703
704 isEmptyWC :: WantedConstraints -> Bool
705 isEmptyWC (WC { wc_flat = f, wc_impl = i, wc_insol = n })
706   = isEmptyBag f && isEmptyBag i && isEmptyBag n
707
708 insolubleWC :: WantedConstraints -> Bool
709 -- True if there are any insoluble constraints in the wanted bag
710 insolubleWC wc = not (isEmptyBag (wc_insol wc))
711                || anyBag ic_insol (wc_impl wc)
712
713 andWC :: WantedConstraints -> WantedConstraints -> WantedConstraints
714 andWC (WC { wc_flat = f1, wc_impl = i1, wc_insol = n1 })
715       (WC { wc_flat = f2, wc_impl = i2, wc_insol = n2 })
716   = WC { wc_flat  = f1 `unionBags` f2
717        , wc_impl  = i1 `unionBags` i2
718        , wc_insol = n1 `unionBags` n2 }
719
720 addFlats :: WantedConstraints -> Bag WantedEvVar -> WantedConstraints
721 addFlats wc wevs = wc { wc_flat = wevs `unionBags` wc_flat wc }
722
723 addImplics :: WantedConstraints -> Bag Implication -> WantedConstraints
724 addImplics wc implic = wc { wc_impl = implic `unionBags` wc_impl wc }
725
726 instance Outputable WantedConstraints where
727   ppr (WC {wc_flat = f, wc_impl = i, wc_insol = n})
728    = ptext (sLit "WC") <+> braces (vcat
729         [ if isEmptyBag f then empty else
730           ptext (sLit "wc_flat =")  <+> pprBag pprWantedEvVar f
731         , if isEmptyBag i then empty else
732           ptext (sLit "wc_impl =")  <+> pprBag ppr i
733         , if isEmptyBag n then empty else
734           ptext (sLit "wc_insol =") <+> pprBag ppr n ])
735
736 pprBag :: (a -> SDoc) -> Bag a -> SDoc
737 pprBag pp b = foldrBag (($$) . pp) empty b
738 \end{code}
739  
740
741 \begin{code}
742 data Untouchables = NoUntouchables
743                   | TouchableRange
744                           Unique  -- Low end
745                           Unique  -- High end
746  -- A TcMetaTyvar is *touchable* iff its unique u satisfies
747  --   u >= low
748  --   u < high
749
750 instance Outputable Untouchables where
751   ppr NoUntouchables = ptext (sLit "No untouchables")
752   ppr (TouchableRange low high) = ptext (sLit "Touchable range:") <+> 
753                                   ppr low <+> char '-' <+> ppr high
754
755 isNoUntouchables :: Untouchables -> Bool
756 isNoUntouchables NoUntouchables      = True
757 isNoUntouchables (TouchableRange {}) = False
758
759 inTouchableRange :: Untouchables -> TcTyVar -> Bool
760 inTouchableRange NoUntouchables _ = True
761 inTouchableRange (TouchableRange low high) tv 
762   = uniq >= low && uniq < high
763   where
764     uniq = varUnique tv
765
766 -- EvVar defined in module Var.lhs:
767 -- Evidence variables include all *quantifiable* constraints
768 --   dictionaries
769 --   implicit parameters
770 --   coercion variables
771 \end{code}
772
773 %************************************************************************
774 %*                                                                      *
775                 Implication constraints
776 %*                                                                      *
777 %************************************************************************
778
779 \begin{code}
780 data Implication
781   = Implic {  
782       ic_untch :: Untouchables, -- Untouchables: unification variables
783                                 -- free in the environment
784       ic_env   :: TcTypeEnv,    -- The type environment
785                                 -- Used only when generating error messages
786           -- Generally, ic_untch is a superset of tvsof(ic_env)
787           -- However, we don't zonk ic_env when zonking the Implication
788           -- Instead we do that when generating a skolem-escape error message
789
790       ic_skols  :: TcTyVarSet,   -- Introduced skolems 
791                                  -- See Note [Skolems in an implication]
792
793       ic_given  :: [EvVar],      -- Given evidence variables
794                                  --   (order does not matter)
795       ic_loc   :: GivenLoc,      -- Binding location of the implication,
796                                  --   which is also the location of all the
797                                  --   given evidence variables
798
799       ic_wanted :: WantedConstraints,  -- The wanted
800       ic_insol  :: Bool,               -- True iff insolubleWC ic_wanted is true
801
802       ic_binds  :: EvBindsVar   -- Points to the place to fill in the
803                                 -- abstraction and bindings
804     }
805
806 instance Outputable Implication where
807   ppr (Implic { ic_untch = untch, ic_skols = skols, ic_given = given
808               , ic_wanted = wanted
809               , ic_binds = binds, ic_loc = loc })
810    = ptext (sLit "Implic") <+> braces 
811      (sep [ ptext (sLit "Untouchables = ") <+> ppr untch
812           , ptext (sLit "Skolems = ") <+> ppr skols
813           , ptext (sLit "Given = ") <+> pprEvVars given
814           , ptext (sLit "Wanted = ") <+> ppr wanted
815           , ptext (sLit "Binds = ") <+> ppr binds
816           , pprSkolInfo (ctLocOrigin loc)
817           , ppr (ctLocSpan loc) ])
818 \end{code}
819
820 Note [Skolems in an implication]
821 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
822 The skolems in an implication are not there to perform a skolem escape
823 check.  That happens because all the environment variables are in the
824 untouchables, and therefore cannot be unified with anything at all,
825 let alone the skolems.
826
827 Instead, ic_skols is used only when considering floating a constraint
828 outside the implication in TcSimplify.floatEqualities or 
829 TcSimplify.approximateImplications
830
831 Note [Insoluble constraints]
832 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
833 Some of the errors that we get during canonicalization are best
834 reported when all constraints have been simplified as much as
835 possible. For instance, assume that during simplification the
836 following constraints arise:
837    
838  [Wanted]   F alpha ~  uf1 
839  [Wanted]   beta ~ uf1 beta 
840
841 When canonicalizing the wanted (beta ~ uf1 beta), if we eagerly fail
842 we will simply see a message:
843     'Can't construct the infinite type  beta ~ uf1 beta' 
844 and the user has no idea what the uf1 variable is.
845
846 Instead our plan is that we will NOT fail immediately, but:
847     (1) Record the "frozen" error in the ic_insols field
848     (2) Isolate the offending constraint from the rest of the inerts 
849     (3) Keep on simplifying/canonicalizing
850
851 At the end, we will hopefully have substituted uf1 := F alpha, and we
852 will be able to report a more informative error:
853     'Can't construct the infinite type beta ~ F alpha beta'
854
855 %************************************************************************
856 %*                                                                      *
857             EvVarX, WantedEvVar, FlavoredEvVar
858 %*                                                                      *
859 %************************************************************************
860
861 \begin{code}
862 data EvVarX a = EvVarX EvVar a
863      -- An evidence variable with accompanying info
864
865 type WantedEvVar   = EvVarX WantedLoc     -- The location where it arose
866 type FlavoredEvVar = EvVarX CtFlavor
867
868 instance Outputable (EvVarX a) where
869   ppr (EvVarX ev _) = pprEvVarWithType ev
870   -- If you want to see the associated info,
871   -- use a more specific printing function
872
873 mkEvVarX :: EvVar -> a -> EvVarX a
874 mkEvVarX = EvVarX
875
876 evVarOf :: EvVarX a -> EvVar
877 evVarOf (EvVarX ev _) = ev
878
879 evVarX :: EvVarX a -> a
880 evVarX (EvVarX _ a) = a
881
882 evVarOfPred :: EvVarX a -> PredType
883 evVarOfPred wev = evVarPred (evVarOf wev)
884
885 wantedToFlavored :: WantedEvVar -> FlavoredEvVar
886 wantedToFlavored (EvVarX v wl) = EvVarX v (Wanted wl)
887
888 keepWanted :: Bag FlavoredEvVar -> Bag WantedEvVar
889 keepWanted flevs
890   = foldlBag keep_wanted emptyBag flevs
891   where
892     keep_wanted :: Bag WantedEvVar -> FlavoredEvVar -> Bag WantedEvVar
893     keep_wanted r (EvVarX ev (Wanted wloc)) = consBag (EvVarX ev wloc) r
894     keep_wanted r _ = r
895 \end{code}
896
897
898 \begin{code}
899 pprEvVars :: [EvVar] -> SDoc    -- Print with their types
900 pprEvVars ev_vars = vcat (map pprEvVarWithType ev_vars)
901
902 pprEvVarTheta :: [EvVar] -> SDoc
903 pprEvVarTheta ev_vars = pprTheta (map evVarPred ev_vars)
904                               
905 pprEvVarWithType :: EvVar -> SDoc
906 pprEvVarWithType v = ppr v <+> dcolon <+> pprPred (evVarPred v)
907
908 pprWantedsWithLocs :: WantedConstraints -> SDoc
909 pprWantedsWithLocs wcs
910   =  vcat [ pprBag pprWantedEvVarWithLoc (wc_flat wcs)
911           , pprBag ppr (wc_impl wcs)
912           , pprBag ppr (wc_insol wcs) ]
913
914 pprWantedEvVarWithLoc, pprWantedEvVar :: WantedEvVar -> SDoc
915 pprWantedEvVarWithLoc (EvVarX v loc) = hang (pprEvVarWithType v)
916                                           2 (pprArisingAt loc)
917 pprWantedEvVar        (EvVarX v _)   = pprEvVarWithType v
918 \end{code}
919
920 %************************************************************************
921 %*                                                                      *
922             CtLoc
923 %*                                                                      *
924 %************************************************************************
925
926 \begin{code}
927 data CtFlavor
928   = Given   GivenLoc  -- We have evidence for this constraint in TcEvBinds
929   | Derived WantedLoc 
930                       -- We have evidence for this constraint in TcEvBinds;
931                       --   *however* this evidence can contain wanteds, so 
932                       --   it's valid only provisionally to the solution of
933                       --   these wanteds 
934   | Wanted WantedLoc  -- We have no evidence bindings for this constraint. 
935
936 -- data DerivedOrig = DerSC | DerInst | DerSelf
937 -- Deriveds are either superclasses of other wanteds or deriveds, or partially
938 -- solved wanteds from instances, or 'self' dictionaries containing yet wanted
939 -- superclasses. 
940
941 instance Outputable CtFlavor where
942   ppr (Given _)    = ptext (sLit "[Given]")
943   ppr (Wanted _)   = ptext (sLit "[Wanted]")
944   ppr (Derived {}) = ptext (sLit "[Derived]") 
945
946 pprFlavorArising :: CtFlavor -> SDoc
947 pprFlavorArising (Derived wl )  = pprArisingAt wl
948 pprFlavorArising (Wanted  wl)   = pprArisingAt wl
949 pprFlavorArising (Given gl)     = pprArisingAt gl
950
951 isWanted :: CtFlavor -> Bool
952 isWanted (Wanted {}) = True
953 isWanted _           = False
954
955 isGiven :: CtFlavor -> Bool 
956 isGiven (Given {}) = True 
957 isGiven _          = False 
958
959 isDerived :: CtFlavor -> Bool 
960 isDerived (Derived {}) = True
961 isDerived _            = False
962 \end{code}
963
964 %************************************************************************
965 %*                                                                      *
966             CtLoc
967 %*                                                                      *
968 %************************************************************************
969
970 The 'CtLoc' gives information about where a constraint came from.
971 This is important for decent error message reporting because
972 dictionaries don't appear in the original source code.
973 type will evolve...
974
975 \begin{code}
976 data CtLoc orig = CtLoc orig SrcSpan [ErrCtxt]
977
978 type WantedLoc = CtLoc CtOrigin      -- Instantiation for wanted constraints
979 type GivenLoc  = CtLoc SkolemInfo    -- Instantiation for given constraints
980
981 ctLocSpan :: CtLoc o -> SrcSpan
982 ctLocSpan (CtLoc _ s _) = s
983
984 ctLocOrigin :: CtLoc o -> o
985 ctLocOrigin (CtLoc o _ _) = o
986
987 setCtLocOrigin :: CtLoc o -> o' -> CtLoc o'
988 setCtLocOrigin (CtLoc _ s c) o = CtLoc o s c
989
990 pushErrCtxt :: orig -> ErrCtxt -> CtLoc orig -> CtLoc orig
991 pushErrCtxt o err (CtLoc _ s errs) = CtLoc o s (err:errs)
992
993 pprArising :: CtOrigin -> SDoc
994 -- Used for the main, top-level error message
995 -- We've done special processing for TypeEq and FunDep origins
996 pprArising (TypeEqOrigin {}) = empty
997 pprArising FunDepOrigin      = empty
998 pprArising orig              = text "arising from" <+> ppr orig
999
1000 pprArisingAt :: Outputable o => CtLoc o -> SDoc
1001 pprArisingAt (CtLoc o s _) = sep [ text "arising from" <+> ppr o
1002                                  , text "at" <+> ppr s]
1003 \end{code}
1004
1005 %************************************************************************
1006 %*                                                                      *
1007                 SkolemInfo
1008 %*                                                                      *
1009 %************************************************************************
1010
1011 \begin{code}
1012 -- SkolemInfo gives the origin of *given* constraints
1013 --   a) type variables are skolemised
1014 --   b) an implication constraint is generated
1015 data SkolemInfo
1016   = SigSkol UserTypeCtxt        -- A skolem that is created by instantiating
1017             Type                -- a programmer-supplied type signature
1018                                 -- Location of the binding site is on the TyVar
1019
1020         -- The rest are for non-scoped skolems
1021   | ClsSkol Class       -- Bound at a class decl
1022   | InstSkol            -- Bound at an instance decl
1023   | DataSkol            -- Bound at a data type declaration
1024   | FamInstSkol         -- Bound at a family instance decl
1025   | PatSkol             -- An existential type variable bound by a pattern for
1026       DataCon           -- a data constructor with an existential type.
1027       (HsMatchContext Name)     
1028              -- e.g.   data T = forall a. Eq a => MkT a
1029              --        f (MkT x) = ...
1030              -- The pattern MkT x will allocate an existential type
1031              -- variable for 'a'.  
1032
1033   | ArrowSkol           -- An arrow form (see TcArrows)
1034
1035   | IPSkol [IPName Name]  -- Binding site of an implicit parameter
1036
1037   | RuleSkol RuleName   -- The LHS of a RULE
1038
1039   | InferSkol [(Name,TcType)]
1040                         -- We have inferred a type for these (mutually-recursivive)
1041                         -- polymorphic Ids, and are now checking that their RHS
1042                         -- constraints are satisfied.
1043
1044   | RuntimeUnkSkol      -- a type variable used to represent an unknown
1045                         -- runtime type (used in the GHCi debugger)
1046
1047   | BracketSkol         -- Template Haskell bracket
1048
1049   | UnkSkol             -- Unhelpful info (until I improve it)
1050
1051 instance Outputable SkolemInfo where
1052   ppr = pprSkolInfo
1053
1054 pprSkolInfo :: SkolemInfo -> SDoc
1055 -- Complete the sentence "is a rigid type variable bound by..."
1056 pprSkolInfo (SigSkol (FunSigCtxt f) ty)
1057                             = hang (ptext (sLit "the type signature for"))
1058                                  2 (ppr f <+> dcolon <+> ppr ty)
1059 pprSkolInfo (SigSkol cx ty) = hang (pprUserTypeCtxt cx <> colon)
1060                                  2 (ppr ty)
1061 pprSkolInfo (IPSkol ips)    = ptext (sLit "the implicit-parameter bindings for")
1062                               <+> pprWithCommas ppr ips
1063 pprSkolInfo (ClsSkol cls)   = ptext (sLit "the class declaration for") <+> quotes (ppr cls)
1064 pprSkolInfo InstSkol        = ptext (sLit "the instance declaration")
1065 pprSkolInfo DataSkol        = ptext (sLit "the data type declaration")
1066 pprSkolInfo FamInstSkol     = ptext (sLit "the family instance declaration")
1067 pprSkolInfo BracketSkol     = ptext (sLit "a Template Haskell bracket")
1068 pprSkolInfo (RuleSkol name) = ptext (sLit "the RULE") <+> doubleQuotes (ftext name)
1069 pprSkolInfo ArrowSkol       = ptext (sLit "the arrow form")
1070 pprSkolInfo (PatSkol dc mc)  = sep [ ptext (sLit "a pattern with constructor")
1071                                    , nest 2 $ ppr dc <+> dcolon
1072                                               <+> ppr (dataConUserType dc) <> comma
1073                                   , ptext (sLit "in") <+> pprMatchContext mc ]
1074 pprSkolInfo (InferSkol ids) = sep [ ptext (sLit "the inferred type of")
1075                                   , vcat [ ppr name <+> dcolon <+> ppr ty
1076                                          | (name,ty) <- ids ]]
1077
1078 -- UnkSkol
1079 -- For type variables the others are dealt with by pprSkolTvBinding.  
1080 -- For Insts, these cases should not happen
1081 pprSkolInfo UnkSkol        = WARN( True, text "pprSkolInfo: UnkSkol" ) ptext (sLit "UnkSkol")
1082 pprSkolInfo RuntimeUnkSkol = WARN( True, text "pprSkolInfo: RuntimeUnkSkol" ) ptext (sLit "RuntimeUnkSkol")
1083 \end{code}
1084
1085
1086 %************************************************************************
1087 %*                                                                      *
1088             CtOrigin
1089 %*                                                                      *
1090 %************************************************************************
1091
1092 \begin{code}
1093 -- CtOrigin gives the origin of *wanted* constraints
1094 data CtOrigin
1095   = OccurrenceOf Name           -- Occurrence of an overloaded identifier
1096   | AppOrigin                   -- An application of some kind
1097
1098   | SpecPragOrigin Name         -- Specialisation pragma for identifier
1099
1100   | TypeEqOrigin EqOrigin
1101
1102   | IPOccOrigin  (IPName Name)  -- Occurrence of an implicit parameter
1103
1104   | LiteralOrigin (HsOverLit Name)      -- Occurrence of a literal
1105   | NegateOrigin                        -- Occurrence of syntactic negation
1106
1107   | ArithSeqOrigin (ArithSeqInfo Name) -- [x..], [x..y] etc
1108   | PArrSeqOrigin  (ArithSeqInfo Name) -- [:x..y:] and [:x,y..z:]
1109   | SectionOrigin
1110   | TupleOrigin                        -- (..,..)
1111   | ExprSigOrigin       -- e :: ty
1112   | PatSigOrigin        -- p :: ty
1113   | PatOrigin           -- Instantiating a polytyped pattern at a constructor
1114   | RecordUpdOrigin
1115   | ViewPatOrigin
1116
1117   | ScOrigin            -- Typechecking superclasses of an instance declaration
1118   | DerivOrigin         -- Typechecking deriving
1119   | StandAloneDerivOrigin -- Typechecking stand-alone deriving
1120   | DefaultOrigin       -- Typechecking a default decl
1121   | DoOrigin            -- Arising from a do expression
1122   | IfOrigin            -- Arising from an if statement
1123   | ProcOrigin          -- Arising from a proc expression
1124   | AnnOrigin           -- An annotation
1125   | FunDepOrigin
1126
1127 data EqOrigin 
1128   = UnifyOrigin 
1129        { uo_actual   :: TcType
1130        , uo_expected :: TcType }
1131
1132 instance Outputable CtOrigin where
1133   ppr orig = pprO orig
1134
1135 pprO :: CtOrigin -> SDoc
1136 pprO (OccurrenceOf name)   = hsep [ptext (sLit "a use of"), quotes (ppr name)]
1137 pprO AppOrigin             = ptext (sLit "an application")
1138 pprO (SpecPragOrigin name) = hsep [ptext (sLit "a specialisation pragma for"), quotes (ppr name)]
1139 pprO (IPOccOrigin name)    = hsep [ptext (sLit "a use of implicit parameter"), quotes (ppr name)]
1140 pprO RecordUpdOrigin       = ptext (sLit "a record update")
1141 pprO ExprSigOrigin         = ptext (sLit "an expression type signature")
1142 pprO PatSigOrigin          = ptext (sLit "a pattern type signature")
1143 pprO PatOrigin             = ptext (sLit "a pattern")
1144 pprO ViewPatOrigin         = ptext (sLit "a view pattern")
1145 pprO IfOrigin              = ptext (sLit "an if statement")
1146 pprO (LiteralOrigin lit)   = hsep [ptext (sLit "the literal"), quotes (ppr lit)]
1147 pprO (ArithSeqOrigin seq)  = hsep [ptext (sLit "the arithmetic sequence"), quotes (ppr seq)]
1148 pprO (PArrSeqOrigin seq)   = hsep [ptext (sLit "the parallel array sequence"), quotes (ppr seq)]
1149 pprO SectionOrigin         = ptext (sLit "an operator section")
1150 pprO TupleOrigin           = ptext (sLit "a tuple")
1151 pprO NegateOrigin          = ptext (sLit "a use of syntactic negation")
1152 pprO ScOrigin              = ptext (sLit "the superclasses of an instance declaration")
1153 pprO DerivOrigin           = ptext (sLit "the 'deriving' clause of a data type declaration")
1154 pprO StandAloneDerivOrigin = ptext (sLit "a 'deriving' declaration")
1155 pprO DefaultOrigin         = ptext (sLit "a 'default' declaration")
1156 pprO DoOrigin              = ptext (sLit "a do statement")
1157 pprO ProcOrigin            = ptext (sLit "a proc expression")
1158 pprO (TypeEqOrigin eq)     = ptext (sLit "an equality") <+> ppr eq
1159 pprO AnnOrigin             = ptext (sLit "an annotation")
1160 pprO FunDepOrigin          = ptext (sLit "a functional dependency")
1161
1162 instance Outputable EqOrigin where
1163   ppr (UnifyOrigin t1 t2) = ppr t1 <+> char '~' <+> ppr t2
1164 \end{code}
1165