[project @ 2002-02-21 14:42:17 by sewardj]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / deSugar / DsForeign.lhs
1 %
2 % (c) The AQUA Project, Glasgow University, 1998
3 %
4 \section[DsCCall]{Desugaring \tr{foreign} declarations}
5
6 Expanding out @foreign import@ and @foreign export@ declarations.
7
8 \begin{code}
9 module DsForeign ( dsForeigns ) where
10
11 #include "HsVersions.h"
12
13 import CoreSyn
14
15 import DsCCall          ( dsCCall, mkFCall, boxResult, unboxArg, resultWrapper )
16 import DsMonad
17
18 import HsSyn            ( ForeignDecl(..), ForeignExport(..),
19                           ForeignImport(..), CImportSpec(..) )
20 import TcHsSyn          ( TypecheckedForeignDecl )
21 import CoreUtils        ( exprType, mkInlineMe )
22 import Id               ( Id, idType, idName, mkVanillaGlobal, mkSysLocal,
23                           setInlinePragma )
24 import IdInfo           ( vanillaIdInfo )
25 import Literal          ( Literal(..) )
26 import Module           ( Module, moduleUserString )
27 import Name             ( mkGlobalName, nameModule, nameOccName, getOccString, 
28                           mkForeignExportOcc, isLocalName,
29                           NamedThing(..),
30                         )
31 import Type             ( repType, eqType )
32 import TcType           ( Type, mkFunTys, mkForAllTys, mkTyConApp,
33                           mkFunTy, applyTy, 
34                           tcSplitForAllTys, tcSplitFunTys, tcTyConAppArgs,
35                           tcSplitTyConApp_maybe, tcSplitAppTy,
36                           tcFunResultTy
37                         )
38
39 import ForeignCall      ( ForeignCall(..), CCallSpec(..), 
40                           Safety(..), playSafe,
41                           CExportSpec(..),
42                           CCallConv(..), ccallConvToInt,
43                           ccallConvAttribute
44                         )
45 import CStrings         ( CLabelString )
46 import TysWiredIn       ( addrTy, unitTy, stablePtrTyCon )
47 import TysPrim          ( addrPrimTy )
48 import PrelNames        ( hasKey, ioTyConKey, deRefStablePtrName, newStablePtrName,
49                           bindIOName, returnIOName
50                         )
51 import BasicTypes       ( Activation( NeverActive ) )
52 import ErrUtils         ( addShortWarnLocLine )
53 import Outputable
54 import Maybe            ( fromJust )
55 \end{code}
56
57 Desugaring of @foreign@ declarations is naturally split up into
58 parts, an @import@ and an @export@  part. A @foreign import@ 
59 declaration
60 \begin{verbatim}
61   foreign import cc nm f :: prim_args -> IO prim_res
62 \end{verbatim}
63 is the same as
64 \begin{verbatim}
65   f :: prim_args -> IO prim_res
66   f a1 ... an = _ccall_ nm cc a1 ... an
67 \end{verbatim}
68 so we reuse the desugaring code in @DsCCall@ to deal with these.
69
70 \begin{code}
71 type Binding = (Id, CoreExpr)   -- No rec/nonrec structure;
72                                 -- the occurrence analyser will sort it all out
73
74 dsForeigns :: Module
75            -> [TypecheckedForeignDecl] 
76            -> DsM ( [Id]                -- Foreign-exported binders; 
77                                         -- we have to generate code to register these
78                   , [Binding]
79                   , SDoc              -- Header file prototypes for
80                                       -- "foreign exported" functions.
81                   , SDoc              -- C stubs to use when calling
82                                       -- "foreign exported" functions.
83                   , [FAST_STRING]     -- headers that need to be included
84                                       -- into C code generated for this module
85                   )
86 dsForeigns mod_name fos
87   = foldlDs combine ([], [], empty, empty, []) fos
88  where
89   combine (acc_feb, acc_f, acc_h, acc_c, acc_header) 
90           (ForeignImport id _ spec depr loc)
91     = dsFImport mod_name id spec                   `thenDs` \(bs, h, c, hd) -> 
92       warnDepr depr loc                            `thenDs` \_              ->
93       returnDs (acc_feb, bs ++ acc_f, h $$ acc_h, c $$ acc_c, hd ++ acc_header)
94
95   combine (acc_feb, acc_f, acc_h, acc_c, acc_header) 
96           (ForeignExport id _ (CExport (CExportStatic ext_nm cconv)) depr loc)
97     = dsFExport mod_name id (idType id) 
98                 ext_nm cconv False                 `thenDs` \(feb, b, h, c) ->
99       warnDepr depr loc                            `thenDs` \_              ->
100       returnDs (feb:acc_feb, b:acc_f, h $$ acc_h, c $$ acc_c, acc_header)
101
102   warnDepr False _   = returnDs ()
103   warnDepr True  loc = dsWarn (addShortWarnLocLine loc msg)
104    where
105     msg = ptext SLIT("foreign declaration uses deprecated non-standard syntax")
106 \end{code}
107
108
109 %************************************************************************
110 %*                                                                      *
111 \subsection{Foreign import}
112 %*                                                                      *
113 %************************************************************************
114
115 Desugaring foreign imports is just the matter of creating a binding
116 that on its RHS unboxes its arguments, performs the external call
117 (using the @CCallOp@ primop), before boxing the result up and returning it.
118
119 However, we create a worker/wrapper pair, thus:
120
121         foreign import f :: Int -> IO Int
122 ==>
123         f x = IO ( \s -> case x of { I# x# ->
124                          case fw s x# of { (# s1, y# #) ->
125                          (# s1, I# y# #)}})
126
127         fw s x# = ccall f s x#
128
129 The strictness/CPR analyser won't do this automatically because it doesn't look
130 inside returned tuples; but inlining this wrapper is a Really Good Idea 
131 because it exposes the boxing to the call site.
132
133 \begin{code}
134 dsFImport :: Module
135           -> Id
136           -> ForeignImport
137           -> DsM ([Binding], SDoc, SDoc, [FAST_STRING])
138 dsFImport modName id (CImport cconv safety header lib spec)
139   = dsCImport modName id spec cconv safety        `thenDs` \(ids, h, c) ->
140     returnDs (ids, h, c, if _NULL_ header then [] else [header])
141   -- FIXME: the `lib' field is needed for .NET ILX generation when invoking
142   --        routines that are external to the .NET runtime, but GHC doesn't
143   --        support such calls yet; if `_NULL_ lib', the value was not given
144 dsFImport modName id (DNImport spec)
145   = dsFCall modName id (DNCall spec)              `thenDs` \(ids, h, c) ->
146     returnDs (ids, h, c, [])
147
148 dsCImport :: Module
149           -> Id
150           -> CImportSpec
151           -> CCallConv
152           -> Safety
153           -> DsM ([Binding], SDoc, SDoc)
154 dsCImport modName id (CLabel cid)       _     _
155  = ASSERT(fromJust resTy `eqType` addrPrimTy)    -- typechecker ensures this
156    returnDs ([(id, rhs)], empty, empty)
157  where
158    (resTy, foRhs) = resultWrapper (idType id)
159    rhs            = foRhs (mkLit (MachLabel cid))
160 dsCImport modName id (CFunction target) cconv safety
161   = dsFCall modName id (CCall (CCallSpec target cconv safety))
162 dsCImport modName id CWrapper           cconv _
163   = dsFExportDynamic modName id cconv
164 \end{code}
165
166
167 %************************************************************************
168 %*                                                                      *
169 \subsection{Foreign calls}
170 %*                                                                      *
171 %************************************************************************
172
173 \begin{code}
174 dsFCall mod_Name fn_id fcall
175   = let
176         ty                   = idType fn_id
177         (tvs, fun_ty)        = tcSplitForAllTys ty
178         (arg_tys, io_res_ty) = tcSplitFunTys fun_ty
179                 -- Must use tcSplit* functions because we want to 
180                 -- see that (IO t) in the corner
181     in
182     newSysLocalsDs arg_tys                      `thenDs` \ args ->
183     mapAndUnzipDs unboxArg (map Var args)       `thenDs` \ (val_args, arg_wrappers) ->
184
185     let
186         work_arg_ids  = [v | Var v <- val_args] -- All guaranteed to be vars
187
188         -- These are the ids we pass to boxResult, which are used to decide
189         -- whether to touch# an argument after the call (used to keep
190         -- ForeignObj#s live across a 'safe' foreign import).
191         maybe_arg_ids | unsafe_call fcall = work_arg_ids
192                       | otherwise         = []
193     in
194     boxResult maybe_arg_ids io_res_ty           `thenDs` \ (ccall_result_ty, res_wrapper) ->
195
196     getUniqueDs                                 `thenDs` \ ccall_uniq ->
197     getUniqueDs                                 `thenDs` \ work_uniq ->
198     let
199         -- Build the worker
200         worker_ty     = mkForAllTys tvs (mkFunTys (map idType work_arg_ids) ccall_result_ty)
201         the_ccall_app = mkFCall ccall_uniq fcall val_args ccall_result_ty
202         work_rhs      = mkLams tvs (mkLams work_arg_ids the_ccall_app)
203         work_id       = mkSysLocal SLIT("$wccall") work_uniq worker_ty
204
205         -- Build the wrapper
206         work_app     = mkApps (mkVarApps (Var work_id) tvs) val_args
207         wrapper_body = foldr ($) (res_wrapper work_app) arg_wrappers
208         wrap_rhs     = mkInlineMe (mkLams (tvs ++ args) wrapper_body)
209     in
210     returnDs ([(work_id, work_rhs), (fn_id, wrap_rhs)], empty, empty)
211
212 unsafe_call (CCall (CCallSpec _ _ safety)) = playSafe safety
213 unsafe_call (DNCall _)                     = False
214 \end{code}
215
216
217 %************************************************************************
218 %*                                                                      *
219 \subsection{Foreign export}
220 %*                                                                      *
221 %************************************************************************
222
223 The function that does most of the work for `@foreign export@' declarations.
224 (see below for the boilerplate code a `@foreign export@' declaration expands
225  into.)
226
227 For each `@foreign export foo@' in a module M we generate:
228 \begin{itemize}
229 \item a C function `@foo@', which calls
230 \item a Haskell stub `@M.$ffoo@', which calls
231 \end{itemize}
232 the user-written Haskell function `@M.foo@'.
233
234 \begin{code}
235 dsFExport :: Module
236           -> Id                 -- Either the exported Id, 
237                                 -- or the foreign-export-dynamic constructor
238           -> Type               -- The type of the thing callable from C
239           -> CLabelString       -- The name to export to C land
240           -> CCallConv
241           -> Bool               -- True => foreign export dynamic
242                                 --         so invoke IO action that's hanging off 
243                                 --         the first argument's stable pointer
244           -> DsM ( Id           -- The foreign-exported Id
245                  , Binding
246                  , SDoc
247                  , SDoc
248                  )
249 dsFExport mod_name fn_id ty ext_name cconv isDyn
250   =     -- BUILD THE returnIO WRAPPER, if necessary
251         -- Look at the result type of the exported function, orig_res_ty
252         -- If it's IO t, return         (\x.x,          IO t, t)
253         -- If it's plain t, return      (\x.returnIO x, IO t, t)
254      (case tcSplitTyConApp_maybe orig_res_ty of
255         -- We must use tcSplit here so that we see the (IO t) in
256         -- the type.  [IO t is transparent to plain splitTyConApp.]
257
258         Just (ioTyCon, [res_ty])
259               -> ASSERT( ioTyCon `hasKey` ioTyConKey )
260                         -- The function already returns IO t
261                  returnDs (\body -> body, orig_res_ty, res_ty)
262
263         other ->        -- The function returns t, so wrap the call in returnIO
264                  dsLookupGlobalValue returnIOName       `thenDs` \ retIOId ->
265                  returnDs (\body -> mkApps (Var retIOId) [Type orig_res_ty, body],
266                            tcFunResultTy (applyTy (idType retIOId) orig_res_ty), 
267                                 -- We don't have ioTyCon conveniently to hand
268                            orig_res_ty)
269
270      )          `thenDs` \ (return_io_wrapper,  -- Either identity or returnIO
271                             io_res_ty,          -- IO t
272                             res_ty) ->          -- t
273
274
275         -- BUILD THE deRefStablePtr WRAPPER, if necessary
276      (if isDyn then 
277         newSysLocalDs stbl_ptr_ty                       `thenDs` \ stbl_ptr ->
278         newSysLocalDs stbl_ptr_to_ty                    `thenDs` \ stbl_value ->
279         dsLookupGlobalValue deRefStablePtrName          `thenDs` \ deRefStablePtrId ->
280         dsLookupGlobalValue bindIOName                  `thenDs` \ bindIOId ->
281         let
282          the_deref_app = mkApps (Var deRefStablePtrId)
283                                 [ Type stbl_ptr_to_ty, Var stbl_ptr ]
284
285          stbl_app cont = mkApps (Var bindIOId)
286                                 [ Type stbl_ptr_to_ty
287                                 , Type res_ty
288                                 , the_deref_app
289                                 , mkLams [stbl_value] cont]
290         in
291         returnDs (stbl_value, stbl_app, stbl_ptr)
292       else
293         returnDs (fn_id, 
294                   \ body -> body,
295                   panic "stbl_ptr"  -- should never be touched.
296                   ))                    `thenDs` \ (i, getFun_wrapper, stbl_ptr) ->
297
298
299         -- BUILD THE HELPER
300      getModuleDs                        `thenDs` \ mod -> 
301      getUniqueDs                        `thenDs` \ uniq ->
302      getSrcLocDs                        `thenDs` \ src_loc ->
303      newSysLocalsDs fe_arg_tys          `thenDs` \ fe_args ->
304      let
305         wrapper_args | isDyn      = stbl_ptr:fe_args
306                      | otherwise  = fe_args
307
308         wrapper_arg_tys | isDyn      = stbl_ptr_ty:fe_arg_tys
309                         | otherwise  = fe_arg_tys
310
311         helper_ty =  mkForAllTys tvs $
312                      mkFunTys wrapper_arg_tys io_res_ty
313
314         f_helper_glob = mkVanillaGlobal helper_name helper_ty vanillaIdInfo
315                       where
316                         name                = idName fn_id
317                         mod     
318                          | isLocalName name = mod_name
319                          | otherwise        = nameModule name
320
321                         occ                 = mkForeignExportOcc (nameOccName name)
322                         helper_name         = mkGlobalName uniq mod occ src_loc
323
324         the_app = getFun_wrapper (return_io_wrapper (mkVarApps (Var i) (tvs ++ fe_args)))
325         the_body = mkLams (tvs ++ wrapper_args) the_app
326   
327         (h_stub, c_stub) = fexportEntry (moduleUserString mod)
328                                         ext_name 
329                                         (if isDyn then Nothing else Just f_helper_glob)
330                                         fe_arg_tys res_ty cconv
331      in
332      returnDs (f_helper_glob, (f_helper_glob, the_body), h_stub, c_stub)
333
334   where
335    (tvs,sans_foralls)           = tcSplitForAllTys ty
336    (fe_arg_tys', orig_res_ty)   = tcSplitFunTys sans_foralls
337         -- We must use tcSplits here, because we want to see 
338         -- the (IO t) in the corner of the type!
339
340    fe_arg_tys | isDyn     = tail fe_arg_tys'
341               | otherwise = fe_arg_tys'
342
343    stbl_ptr_ty | isDyn     = head fe_arg_tys'
344                | otherwise = error "stbl_ptr_ty"
345
346    (_, stbl_ptr_ty')            = tcSplitForAllTys stbl_ptr_ty
347    (_, stbl_ptr_to_ty)          = tcSplitAppTy stbl_ptr_ty'
348         -- Again, stable pointers are just newtypes, 
349         -- so we must see them!  Hence tcSplit*
350 \end{code}
351
352 @foreign export dynamic@ lets you dress up Haskell IO actions
353 of some fixed type behind an externally callable interface (i.e.,
354 as a C function pointer). Useful for callbacks and stuff.
355
356 \begin{verbatim}
357 foreign export dynamic f :: (Addr -> Int -> IO Int) -> IO Addr
358
359 -- Haskell-visible constructor, which is generated from the above:
360 -- SUP: No check for NULL from createAdjustor anymore???
361
362 f :: (Addr -> Int -> IO Int) -> IO Addr
363 f cback =
364    bindIO (newStablePtr cback)
365           (\StablePtr sp# -> IO (\s1# ->
366               case _ccall_ createAdjustor cconv sp# ``f_helper'' s1# of
367                  (# s2#, a# #) -> (# s2#, A# a# #)))
368
369 foreign export "f_helper" f_helper :: StablePtr (Addr -> Int -> IO Int) -> Addr -> Int -> IO Int
370 -- `special' foreign export that invokes the closure pointed to by the
371 -- first argument.
372 \end{verbatim}
373
374 \begin{code}
375 dsFExportDynamic :: Module
376                  -> Id
377                  -> CCallConv
378                  -> DsM ([Binding], SDoc, SDoc)
379 dsFExportDynamic mod_name id cconv
380   =  newSysLocalDs ty                                    `thenDs` \ fe_id ->
381      let 
382         -- hack: need to get at the name of the C stub we're about to generate.
383        fe_nm       = _PK_ (moduleUserString mod_name ++ "_" ++ toCName fe_id)
384      in
385      dsFExport mod_name id export_ty fe_nm cconv True   `thenDs` \ ({-feb-}_, {-fe-}_, h_code, c_code) ->
386      newSysLocalDs arg_ty                               `thenDs` \ cback ->
387      dsLookupGlobalValue newStablePtrName               `thenDs` \ newStablePtrId ->
388      let
389         mk_stbl_ptr_app    = mkApps (Var newStablePtrId) [ Type arg_ty, Var cback ]
390      in
391      dsLookupGlobalValue bindIOName                     `thenDs` \ bindIOId ->
392      newSysLocalDs (mkTyConApp stablePtrTyCon [arg_ty]) `thenDs` \ stbl_value ->
393      let
394       stbl_app cont ret_ty 
395         = mkApps (Var bindIOId)
396                  [ Type (mkTyConApp stablePtrTyCon [arg_ty])
397                  , Type ret_ty
398                  , mk_stbl_ptr_app
399                  , cont
400                  ]
401
402        {-
403         The arguments to the external function which will
404         create a little bit of (template) code on the fly
405         for allowing the (stable pointed) Haskell closure
406         to be entered using an external calling convention
407         (stdcall, ccall).
408        -}
409       adj_args      = [ mkIntLitInt (ccallConvToInt cconv)
410                       , Var stbl_value
411                       , mkLit (MachLabel fe_nm)
412                       ]
413         -- name of external entry point providing these services.
414         -- (probably in the RTS.) 
415       adjustor      = SLIT("createAdjustor")
416      in
417      dsCCall adjustor adj_args PlayRisky False io_res_ty        `thenDs` \ ccall_adj ->
418         -- PlayRisky: the adjustor doesn't allocate in the Haskell heap or do a callback
419      let ccall_adj_ty = exprType ccall_adj
420          ccall_io_adj = mkLams [stbl_value]                  $
421                         Note (Coerce io_res_ty ccall_adj_ty)
422                              ccall_adj
423          io_app = mkLams tvs     $
424                   mkLams [cback] $
425                   stbl_app ccall_io_adj res_ty
426          fed = (id `setInlinePragma` NeverActive, io_app)
427                 -- Never inline the f.e.d. function, because the litlit
428                 -- might not be in scope in other modules.
429      in
430      returnDs ([fed] {-[fed, fe]-}, h_code, c_code)
431
432  where
433   ty                    = idType id
434   (tvs,sans_foralls)    = tcSplitForAllTys ty
435   ([arg_ty], io_res_ty) = tcSplitFunTys sans_foralls
436   [res_ty]              = tcTyConAppArgs io_res_ty
437         -- Must use tcSplit* to see the (IO t), which is a newtype
438   export_ty             = mkFunTy (mkTyConApp stablePtrTyCon [arg_ty]) arg_ty
439
440 toCName :: Id -> String
441 toCName i = showSDoc (pprCode CStyle (ppr (idName i)))
442 \end{code}
443
444 %*
445 %
446 \subsection{Generating @foreign export@ stubs}
447 %
448 %*
449
450 For each @foreign export@ function, a C stub function is generated.
451 The C stub constructs the application of the exported Haskell function 
452 using the hugs/ghc rts invocation API.
453
454 \begin{code}
455 fexportEntry :: String
456              -> FAST_STRING
457              -> Maybe Id        -- Just==static, Nothing==dynamic
458              -> [Type] 
459              -> Type 
460              -> CCallConv 
461              -> (SDoc, SDoc)
462 fexportEntry mod_nm c_nm maybe_target arg_htys res_hty cc = (header_bits, c_bits)
463  where
464   -- Create up types and names for the real args
465   arg_cnames, arg_ctys :: [SDoc]
466   arg_cnames = mkCArgNames 1 arg_htys
467   arg_ctys   = map showStgType arg_htys
468
469   -- and also for auxiliary ones; the stable ptr in the dynamic case, and
470   -- a slot for the dummy return address in the dynamic + ccall case
471   extra_cnames_and_ctys
472      = case maybe_target of
473           Nothing -> [(text "the_stableptr", text "StgStablePtr")]
474           other   -> []
475        ++
476        case (maybe_target, cc) of
477           (Nothing, CCallConv) -> [(text "original_return_addr", text "void*")]
478           other                -> []
479
480   all_cnames_and_ctys :: [(SDoc, SDoc)]
481   all_cnames_and_ctys 
482      = extra_cnames_and_ctys ++ zip arg_cnames arg_ctys
483
484   -- stuff to do with the return type of the C function
485   res_hty_is_unit = res_hty `eqType` unitTy     -- Look through any newtypes
486
487   cResType | res_hty_is_unit = text "void"
488            | otherwise       = showStgType res_hty
489
490   -- Now we can cook up the prototype for the exported function.
491   pprCconv = case cc of
492                 CCallConv   -> empty
493                 StdCallConv -> text (ccallConvAttribute cc)
494
495   header_bits = ptext SLIT("extern") <+> fun_proto <> semi
496
497   fun_proto = cResType <+> pprCconv <+> ptext c_nm <>
498               parens (hsep (punctuate comma (map (\(nm,ty) -> ty <+> nm) 
499                                                  all_cnames_and_ctys)))
500
501   -- the target which will form the root of what we ask rts_evalIO to run
502   the_cfun
503      = case maybe_target of
504           Nothing    -> text "(StgClosure*)deRefStablePtr(the_stableptr)"
505           Just hs_fn -> ppr hs_fn <> text "_closure"
506
507   -- the expression we give to rts_evalIO
508   expr_to_run
509      = foldl appArg the_cfun (zip arg_cnames arg_htys)
510        where
511           appArg acc (arg_cname, arg_hty) 
512              = text "rts_apply" 
513                <> parens (acc <> comma <> mkHObj arg_hty <> parens arg_cname)
514
515   -- various other bits for inside the fn
516   declareResult = text "HaskellObj ret;"
517
518   return_what | res_hty_is_unit = empty
519               | otherwise       = parens (unpackHObj res_hty <> parens (text "ret"))
520
521   -- an extern decl for the fn being called
522   extern_decl
523      = case maybe_target of
524           Nothing -> empty
525           Just hs_fn -> text "extern StgClosure* " <> ppr hs_fn <> text "_closure" <> semi
526
527   -- finally, the whole darn thing
528   c_bits =
529     extern_decl $$
530     fun_proto  $$
531     vcat 
532      [ lbrace
533      ,   text "SchedulerStatus rc;"
534      ,   declareResult
535           -- create the application + perform it.
536      ,   text "rc=rts_evalIO" 
537          <> parens (expr_to_run <+> comma <> text "&ret")
538          <> semi
539      ,   text "rts_checkSchedStatus" <> parens (doubleQuotes (ptext c_nm)
540                                                 <> comma <> text "rc") <> semi
541      ,   text "return" <> return_what <> semi
542      , rbrace
543      ]
544
545
546 mkCArgNames :: Int -> [a] -> [SDoc]
547 mkCArgNames n as = zipWith (\ _ n -> text ('a':show n)) as [n..] 
548
549 mkHObj :: Type -> SDoc
550 mkHObj t = text "rts_mk" <> text (showFFIType t)
551
552 unpackHObj :: Type -> SDoc
553 unpackHObj t = text "rts_get" <> text (showFFIType t)
554
555 showStgType :: Type -> SDoc
556 showStgType t = text "Hs" <> text (showFFIType t)
557
558 showFFIType :: Type -> String
559 showFFIType t = getOccString (getName tc)
560  where
561   tc = case tcSplitTyConApp_maybe (repType t) of
562             Just (tc,_) -> tc
563             Nothing     -> pprPanic "showFFIType" (ppr t)
564 \end{code}