[project @ 2005-03-07 15:16:58 by simonpj]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcBinds.lhs
1 %
2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
3 %
4 \section[TcBinds]{TcBinds}
5
6 \begin{code}
7 module TcBinds ( tcBindsAndThen, tcTopBinds, tcHsBootSigs, tcMonoBinds, tcSpecSigs ) where
8
9 #include "HsVersions.h"
10
11 import {-# SOURCE #-} TcMatches ( tcGRHSsPat, tcMatchesFun )
12 import {-# SOURCE #-} TcExpr  ( tcCheckSigma, tcCheckRho )
13
14 import CmdLineOpts      ( DynFlag(Opt_MonomorphismRestriction) )
15 import HsSyn            ( HsExpr(..), HsBind(..), LHsBinds, Sig(..),
16                           LSig, Match(..), HsBindGroup(..), IPBind(..), 
17                           HsType(..), HsExplicitForAll(..), hsLTyVarNames, isVanillaLSig,
18                           LPat, GRHSs, MatchGroup(..), emptyLHsBinds, isEmptyLHsBinds,
19                           collectHsBindBinders, collectPatBinders, pprPatBind
20                         )
21 import TcHsSyn          ( TcId, TcDictBinds, zonkId, mkHsLet )
22
23 import TcRnMonad
24 import Inst             ( InstOrigin(..), newDictsAtLoc, newIPDict, instToId )
25 import TcEnv            ( tcExtendIdEnv, tcExtendIdEnv2, tcExtendTyVarEnv2, 
26                           newLocalName, tcLookupLocalIds, pprBinders,
27                           tcGetGlobalTyVars )
28 import TcUnify          ( Expected(..), tcInfer, unifyTheta, 
29                           bleatEscapedTvs, sigCtxt )
30 import TcSimplify       ( tcSimplifyInfer, tcSimplifyInferCheck, tcSimplifyRestricted, 
31                           tcSimplifyToDicts, tcSimplifyIPs )
32 import TcHsType         ( tcHsSigType, UserTypeCtxt(..), tcAddLetBoundTyVars,
33                           TcSigInfo(..), TcSigFun, lookupSig
34                         )
35 import TcPat            ( tcPat, PatCtxt(..) )
36 import TcSimplify       ( bindInstsOfLocalFuns )
37 import TcMType          ( newTyFlexiVarTy, zonkQuantifiedTyVar, 
38                           tcInstSigType, zonkTcTypes, zonkTcTyVar )
39 import TcType           ( TcTyVar, SkolemInfo(SigSkol), 
40                           TcTauType, TcSigmaType, 
41                           mkTyVarTy, mkForAllTys, mkFunTys, tyVarsOfType, 
42                           mkForAllTy, isUnLiftedType, tcGetTyVar, 
43                           mkTyVarTys, tidyOpenTyVar, tidyOpenType )
44 import Kind             ( argTypeKind )
45 import VarEnv           ( TyVarEnv, emptyVarEnv, lookupVarEnv, extendVarEnv, emptyTidyEnv ) 
46 import TysPrim          ( alphaTyVar )
47 import Id               ( mkLocalId, mkSpecPragmaId, setInlinePragma )
48 import Var              ( idType, idName )
49 import Name             ( Name )
50 import NameSet
51 import VarSet
52 import SrcLoc           ( Located(..), unLoc, noLoc, getLoc )
53 import Bag
54 import Util             ( isIn )
55 import BasicTypes       ( TopLevelFlag(..), RecFlag(..), isNonRec, isRec, 
56                           isNotTopLevel, isAlwaysActive )
57 import FiniteMap        ( listToFM, lookupFM )
58 import Outputable
59 \end{code}
60
61
62 %************************************************************************
63 %*                                                                      *
64 \subsection{Type-checking bindings}
65 %*                                                                      *
66 %************************************************************************
67
68 @tcBindsAndThen@ typechecks a @HsBinds@.  The "and then" part is because
69 it needs to know something about the {\em usage} of the things bound,
70 so that it can create specialisations of them.  So @tcBindsAndThen@
71 takes a function which, given an extended environment, E, typechecks
72 the scope of the bindings returning a typechecked thing and (most
73 important) an LIE.  It is this LIE which is then used as the basis for
74 specialising the things bound.
75
76 @tcBindsAndThen@ also takes a "combiner" which glues together the
77 bindings and the "thing" to make a new "thing".
78
79 The real work is done by @tcBindWithSigsAndThen@.
80
81 Recursive and non-recursive binds are handled in essentially the same
82 way: because of uniques there are no scoping issues left.  The only
83 difference is that non-recursive bindings can bind primitive values.
84
85 Even for non-recursive binding groups we add typings for each binder
86 to the LVE for the following reason.  When each individual binding is
87 checked the type of its LHS is unified with that of its RHS; and
88 type-checking the LHS of course requires that the binder is in scope.
89
90 At the top-level the LIE is sure to contain nothing but constant
91 dictionaries, which we resolve at the module level.
92
93 \begin{code}
94 tcTopBinds :: [HsBindGroup Name] -> TcM (LHsBinds TcId, TcLclEnv)
95         -- Note: returning the TcLclEnv is more than we really
96         --       want.  The bit we care about is the local bindings
97         --       and the free type variables thereof
98 tcTopBinds binds
99   = tc_binds_and_then TopLevel glue binds $
100             do  { env <- getLclEnv
101                 ; return (emptyLHsBinds, env) }
102   where
103         -- The top level bindings are flattened into a giant 
104         -- implicitly-mutually-recursive MonoBinds
105     glue (HsBindGroup binds1 _ _) (binds2, env) = (binds1 `unionBags` binds2, env)
106     glue (HsIPBinds _)            _             = panic "Top-level HsIpBinds"
107         -- Can't have a HsIPBinds at top level
108
109 tcHsBootSigs :: [HsBindGroup Name] -> TcM (LHsBinds TcId, TcLclEnv)
110 -- A hs-boot file has only one BindGroup, and it only has type
111 -- signatures in it.  The renamer checked all this
112 tcHsBootSigs [HsBindGroup _ sigs _]
113   = do  { ids <- mapM (addLocM tc_sig) (filter isVanillaLSig sigs)
114         ; tcExtendIdEnv ids $ do 
115         { env <- getLclEnv
116         ; return (emptyLHsBinds, env) }}
117   where
118     tc_sig (Sig (L _ name) ty)
119       = do { sigma_ty <- tcHsSigType (FunSigCtxt name) ty
120            ; return (mkLocalId name sigma_ty) }
121
122 tcBindsAndThen
123         :: (HsBindGroup TcId -> thing -> thing)         -- Combinator
124         -> [HsBindGroup Name]
125         -> TcM thing
126         -> TcM thing
127
128 tcBindsAndThen = tc_binds_and_then NotTopLevel
129
130 tc_binds_and_then top_lvl combiner [] do_next
131   = do_next
132 tc_binds_and_then top_lvl combiner (group : groups) do_next
133   = tc_bind_and_then top_lvl combiner group $ 
134     tc_binds_and_then top_lvl combiner groups do_next
135
136 tc_bind_and_then top_lvl combiner (HsIPBinds binds) do_next
137   = getLIE do_next                              `thenM` \ (result, expr_lie) ->
138     mapAndUnzipM (wrapLocSndM tc_ip_bind) binds `thenM` \ (avail_ips, binds') ->
139
140         -- If the binding binds ?x = E, we  must now 
141         -- discharge any ?x constraints in expr_lie
142     tcSimplifyIPs avail_ips expr_lie    `thenM` \ dict_binds ->
143
144     returnM (combiner (HsIPBinds binds') $
145              combiner (HsBindGroup dict_binds [] Recursive) result)
146   where
147         -- I wonder if we should do these one at at time
148         -- Consider     ?x = 4
149         --              ?y = ?x + 1
150     tc_ip_bind (IPBind ip expr)
151       = newTyFlexiVarTy argTypeKind             `thenM` \ ty ->
152         newIPDict (IPBindOrigin ip) ip ty       `thenM` \ (ip', ip_inst) ->
153         tcCheckRho expr ty                      `thenM` \ expr' ->
154         returnM (ip_inst, (IPBind ip' expr'))
155
156 tc_bind_and_then top_lvl combiner (HsBindGroup binds sigs is_rec) do_next
157   | isEmptyLHsBinds binds 
158   = do_next
159   | otherwise
160  =      -- BRING ANY SCOPED TYPE VARIABLES INTO SCOPE
161           -- Notice that they scope over 
162           --       a) the type signatures in the binding group
163           --       b) the bindings in the group
164           --       c) the scope of the binding group (the "in" part)
165       tcAddLetBoundTyVars binds  $
166  
167       case top_lvl of
168           TopLevel       -- For the top level don't bother will all this
169                          --  bindInstsOfLocalFuns stuff. All the top level 
170                          -- things are rec'd together anyway, so it's fine to
171                          -- leave them to the tcSimplifyTop, and quite a bit faster too
172                 -> tcBindWithSigs top_lvl binds sigs is_rec     `thenM` \ (poly_binds, poly_ids) ->
173                    tc_body poly_ids                             `thenM` \ (prag_binds, thing) ->
174                    returnM (combiner (HsBindGroup
175                                         (poly_binds `unionBags` prag_binds)
176                                         [] -- no sigs
177                                         Recursive)
178                                      thing)
179  
180           NotTopLevel   -- For nested bindings we must do the bindInstsOfLocalFuns thing.
181                 | not (isRec is_rec)            -- Non-recursive group
182                 ->      -- We want to keep non-recursive things non-recursive
183                         -- so that we desugar unlifted bindings correctly
184                     tcBindWithSigs top_lvl binds sigs is_rec    `thenM` \ (poly_binds, poly_ids) ->
185                     getLIE (tc_body poly_ids)                   `thenM` \ ((prag_binds, thing), lie) ->
186  
187                              -- Create specialisations of functions bound here
188                     bindInstsOfLocalFuns lie poly_ids `thenM` \ lie_binds ->
189  
190                     returnM (
191                         combiner (HsBindGroup poly_binds [] NonRecursive) $
192                         combiner (HsBindGroup prag_binds [] NonRecursive) $
193                         combiner (HsBindGroup lie_binds  [] Recursive)    $
194                          -- NB: the binds returned by tcSimplify and
195                          -- bindInstsOfLocalFuns aren't guaranteed in
196                          -- dependency order (though we could change that);
197                          -- hence the Recursive marker.
198                         thing)
199
200                 | otherwise
201                 ->      -- NB: polymorphic recursion means that a function
202                         -- may use an instance of itself, we must look at the LIE arising
203                         -- from the function's own right hand side.  Hence the getLIE
204                         -- encloses the tcBindWithSigs.
205
206                    getLIE (
207                       tcBindWithSigs top_lvl binds sigs is_rec  `thenM` \ (poly_binds, poly_ids) ->
208                       tc_body poly_ids                          `thenM` \ (prag_binds, thing) ->
209                       returnM (poly_ids, poly_binds `unionBags` prag_binds, thing)
210                    )   `thenM` \ ((poly_ids, extra_binds, thing), lie) ->
211  
212                    bindInstsOfLocalFuns lie poly_ids    `thenM` \ lie_binds ->
213
214                    returnM (combiner (HsBindGroup
215                                         (extra_binds `unionBags` lie_binds)
216                                         [] Recursive) thing
217                    )
218   where
219     tc_body poly_ids    -- Type check the pragmas and "thing inside"
220       =   -- Extend the environment to bind the new polymorphic Ids
221           tcExtendIdEnv poly_ids        $
222   
223           -- Build bindings and IdInfos corresponding to user pragmas
224           tcSpecSigs sigs               `thenM` \ prag_binds ->
225
226           -- Now do whatever happens next, in the augmented envt
227           do_next                       `thenM` \ thing ->
228
229           returnM (prag_binds, thing)
230 \end{code}
231
232
233 %************************************************************************
234 %*                                                                      *
235 \subsection{tcBindWithSigs}
236 %*                                                                      *
237 %************************************************************************
238
239 @tcBindWithSigs@ deals with a single binding group.  It does generalisation,
240 so all the clever stuff is in here.
241
242 * binder_names and mbind must define the same set of Names
243
244 * The Names in tc_ty_sigs must be a subset of binder_names
245
246 * The Ids in tc_ty_sigs don't necessarily have to have the same name
247   as the Name in the tc_ty_sig
248
249 \begin{code}
250 tcBindWithSigs  :: TopLevelFlag
251                 -> LHsBinds Name
252                 -> [LSig Name]
253                 -> RecFlag
254                 -> TcM (LHsBinds TcId, [TcId])
255         -- The returned TcIds are guaranteed zonked
256
257 tcBindWithSigs top_lvl mbind sigs is_rec = do   
258   {     -- TYPECHECK THE SIGNATURES
259     tc_ty_sigs <- recoverM (returnM []) $
260                   tcTySigs (filter isVanillaLSig sigs)
261   ; let lookup_sig = lookupSig tc_ty_sigs
262
263         -- SET UP THE MAIN RECOVERY; take advantage of any type sigs
264   ; recoverM (recoveryCode mbind lookup_sig) $ do
265
266   { traceTc (ptext SLIT("--------------------------------------------------------"))
267   ; traceTc (ptext SLIT("Bindings for") <+> ppr (collectHsBindBinders mbind))
268
269         -- TYPECHECK THE BINDINGS
270   ; ((mbind', mono_bind_infos), lie_req) 
271         <- getLIE (tcMonoBinds mbind lookup_sig is_rec)
272
273         -- CHECK FOR UNLIFTED BINDINGS
274         -- These must be non-recursive etc, and are not generalised
275         -- They desugar to a case expression in the end
276   ; zonked_mono_tys <- zonkTcTypes (map getMonoType mono_bind_infos)
277   ; if any isUnLiftedType zonked_mono_tys then
278     do  {       -- Unlifted bindings
279           checkUnliftedBinds top_lvl is_rec mbind
280         ; extendLIEs lie_req
281         ; let exports  = zipWith mk_export mono_bind_infos zonked_mono_tys
282               mk_export (name, Nothing,  mono_id) mono_ty = ([], mkLocalId name mono_ty, mono_id)
283               mk_export (name, Just sig, mono_id) mono_ty = ([], sig_id sig,             mono_id)
284
285         ; return ( unitBag $ noLoc $ AbsBinds [] [] exports emptyNameSet mbind',
286                    [poly_id | (_, poly_id, _) <- exports]) }    -- Guaranteed zonked
287
288     else do     -- The normal lifted case: GENERALISE
289   { is_unres <- isUnRestrictedGroup mbind tc_ty_sigs
290   ; (tyvars_to_gen, dict_binds, dict_ids)
291         <- setSrcSpan (getLoc (head (bagToList mbind)))     $
292                 -- TODO: location a bit awkward, but the mbinds have been
293                 --       dependency analysed and may no longer be adjacent
294            addErrCtxt (genCtxt (bndrNames mono_bind_infos)) $
295            generalise top_lvl is_unres mono_bind_infos tc_ty_sigs lie_req
296
297         -- FINALISE THE QUANTIFIED TYPE VARIABLES
298         -- The quantified type variables often include meta type variables
299         -- we want to freeze them into ordinary type variables, and
300         -- default their kind (e.g. from OpenTypeKind to TypeKind)
301   ; tyvars_to_gen' <- mappM zonkQuantifiedTyVar tyvars_to_gen
302
303         -- BUILD THE POLYMORPHIC RESULT IDs
304   ; let
305         exports  = map mk_export mono_bind_infos
306         poly_ids = [poly_id | (_, poly_id, _) <- exports]
307         dict_tys = map idType dict_ids
308
309         inlines = mkNameSet [ name
310                             | L _ (InlineSig True (L _ name) _) <- sigs]
311                         -- Any INLINE sig (regardless of phase control) 
312                         -- makes the RHS look small
313         inline_phases = listToFM [ (name, phase)
314                                  | L _ (InlineSig _ (L _ name) phase) <- sigs, 
315                                    not (isAlwaysActive phase)]
316                         -- Set the IdInfo field to control the inline phase
317                         -- AlwaysActive is the default, so don't bother with them
318         add_inlines id = attachInlinePhase inline_phases id
319
320         mk_export (binder_name, mb_sig, mono_id)
321           = case mb_sig of
322               Just sig -> (sig_tvs sig, add_inlines (sig_id sig),  mono_id)
323               Nothing  -> (tyvars_to_gen', add_inlines new_poly_id, mono_id)
324           where
325             new_poly_id = mkLocalId binder_name poly_ty
326             poly_ty = mkForAllTys tyvars_to_gen'
327                     $ mkFunTys dict_tys 
328                     $ idType mono_id
329
330         -- ZONK THE poly_ids, because they are used to extend the type 
331         -- environment; see the invariant on TcEnv.tcExtendIdEnv 
332   ; zonked_poly_ids <- mappM zonkId poly_ids
333
334   ; traceTc (text "binding:" <+> ppr ((dict_ids, dict_binds),
335                                       exports, map idType zonked_poly_ids))
336
337   ; return (
338             unitBag $ noLoc $
339             AbsBinds tyvars_to_gen'
340                      dict_ids
341                      exports
342                      inlines
343                      (dict_binds `unionBags` mbind'),
344             zonked_poly_ids
345         )
346   } } }
347
348 -- If typechecking the binds fails, then return with each
349 -- signature-less binder given type (forall a.a), to minimise 
350 -- subsequent error messages
351 recoveryCode mbind lookup_sig
352   = do  { traceTc (text "tcBindsWithSigs: error recovery" <+> ppr binder_names)
353         ; return (emptyLHsBinds, poly_ids) }
354   where
355     forall_a_a    = mkForAllTy alphaTyVar (mkTyVarTy alphaTyVar)
356     binder_names  = collectHsBindBinders mbind
357     poly_ids      = map mk_dummy binder_names
358     mk_dummy name = case lookup_sig name of
359                       Just sig -> sig_id sig                    -- Signature
360                       Nothing  -> mkLocalId name forall_a_a     -- No signature
361
362 attachInlinePhase inline_phases bndr
363   = case lookupFM inline_phases (idName bndr) of
364         Just prag -> bndr `setInlinePragma` prag
365         Nothing   -> bndr
366
367 -- Check that non-overloaded unlifted bindings are
368 --      a) non-recursive,
369 --      b) not top level, 
370 --      c) not a multiple-binding group (more or less implied by (a))
371
372 checkUnliftedBinds top_lvl is_rec mbind
373   = checkTc (isNotTopLevel top_lvl)
374             (unliftedBindErr "Top-level" mbind)         `thenM_`
375     checkTc (isNonRec is_rec)
376             (unliftedBindErr "Recursive" mbind)         `thenM_`
377     checkTc (isSingletonBag mbind)
378             (unliftedBindErr "Multiple" mbind)
379 \end{code}
380
381
382 Polymorphic recursion
383 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
384 The game plan for polymorphic recursion in the code above is 
385
386         * Bind any variable for which we have a type signature
387           to an Id with a polymorphic type.  Then when type-checking 
388           the RHSs we'll make a full polymorphic call.
389
390 This fine, but if you aren't a bit careful you end up with a horrendous
391 amount of partial application and (worse) a huge space leak. For example:
392
393         f :: Eq a => [a] -> [a]
394         f xs = ...f...
395
396 If we don't take care, after typechecking we get
397
398         f = /\a -> \d::Eq a -> let f' = f a d
399                                in
400                                \ys:[a] -> ...f'...
401
402 Notice the the stupid construction of (f a d), which is of course
403 identical to the function we're executing.  In this case, the
404 polymorphic recursion isn't being used (but that's a very common case).
405 We'd prefer
406
407         f = /\a -> \d::Eq a -> letrec
408                                  fm = \ys:[a] -> ...fm...
409                                in
410                                fm
411
412 This can lead to a massive space leak, from the following top-level defn
413 (post-typechecking)
414
415         ff :: [Int] -> [Int]
416         ff = f Int dEqInt
417
418 Now (f dEqInt) evaluates to a lambda that has f' as a free variable; but
419 f' is another thunk which evaluates to the same thing... and you end
420 up with a chain of identical values all hung onto by the CAF ff.
421
422         ff = f Int dEqInt
423
424            = let f' = f Int dEqInt in \ys. ...f'...
425
426            = let f' = let f' = f Int dEqInt in \ys. ...f'...
427                       in \ys. ...f'...
428
429 Etc.
430 Solution: when typechecking the RHSs we always have in hand the
431 *monomorphic* Ids for each binding.  So we just need to make sure that
432 if (Method f a d) shows up in the constraints emerging from (...f...)
433 we just use the monomorphic Id.  We achieve this by adding monomorphic Ids
434 to the "givens" when simplifying constraints.  That's what the "lies_avail"
435 is doing.
436
437
438 %************************************************************************
439 %*                                                                      *
440 \subsection{tcMonoBind}
441 %*                                                                      *
442 %************************************************************************
443
444 @tcMonoBinds@ deals with a single @MonoBind@.  
445 The signatures have been dealt with already.
446
447 \begin{code}
448 tcMonoBinds :: LHsBinds Name
449             -> TcSigFun -> RecFlag
450             -> TcM (LHsBinds TcId, [MonoBindInfo])
451
452 tcMonoBinds binds lookup_sig is_rec
453   = do  { tc_binds <- mapBagM (wrapLocM (tcLhs lookup_sig)) binds
454
455         -- Bring (a) the scoped type variables, and (b) the Ids, into scope for the RHSs
456         -- For (a) it's ok to bring them all into scope at once, even
457         -- though each type sig should scope only over its own RHS,
458         -- because the renamer has sorted all that out.
459         ; let mono_info  = getMonoBindInfo tc_binds
460               rhs_tvs    = [ (name, mkTyVarTy tv)
461                            | (_, Just sig, _) <- mono_info, 
462                              (name, tv) <- sig_scoped sig `zip` sig_tvs sig ]
463               rhs_id_env = map mk mono_info     -- A binding for each term variable
464
465         ; binds' <- tcExtendTyVarEnv2 rhs_tvs   $
466                     tcExtendIdEnv2   rhs_id_env $
467                     traceTc (text "tcMonoBinds" <+> vcat [ppr n <+> ppr id <+> ppr (idType id) | (n,id) <- rhs_id_env]) `thenM_`
468                     mapBagM (wrapLocM tcRhs) tc_binds
469         ; return (binds', mono_info) }
470    where
471     mk (name, Just sig, _)       = (name, sig_id sig)   -- Use the type sig if there is one
472     mk (name, Nothing,  mono_id) = (name, mono_id)      -- otherwise use a monomorphic version
473
474 ------------------------
475 -- tcLhs typechecks the LHS of the bindings, to construct the environment in which
476 -- we typecheck the RHSs.  Basically what we are doing is this: for each binder:
477 --      if there's a signature for it, use the instantiated signature type
478 --      otherwise invent a type variable
479 -- You see that quite directly in the FunBind case.
480 -- 
481 -- But there's a complication for pattern bindings:
482 --      data T = MkT (forall a. a->a)
483 --      MkT f = e
484 -- Here we can guess a type variable for the entire LHS (which will be refined to T)
485 -- but we want to get (f::forall a. a->a) as the RHS environment.
486 -- The simplest way to do this is to typecheck the pattern, and then look up the
487 -- bound mono-ids.  Then we want to retain the typechecked pattern to avoid re-doing
488 -- it; hence the TcMonoBind data type in which the LHS is done but the RHS isn't
489
490 data TcMonoBind         -- Half completed; LHS done, RHS not done
491   = TcFunBind  MonoBindInfo  (Located TcId) Bool (MatchGroup Name) 
492   | TcPatBind [MonoBindInfo] (LPat TcId) (GRHSs Name) TcSigmaType
493
494 type MonoBindInfo = (Name, Maybe TcSigInfo, TcId)
495         -- Type signature (if any), and
496         -- the monomorphic bound things
497
498 bndrNames :: [MonoBindInfo] -> [Name]
499 bndrNames mbi = [n | (n,_,_) <- mbi]
500
501 getMonoType :: MonoBindInfo -> TcTauType
502 getMonoType (_,_,mono_id) = idType mono_id
503
504 tcLhs :: TcSigFun -> HsBind Name -> TcM TcMonoBind
505 tcLhs lookup_sig (FunBind (L nm_loc name) inf matches)
506   = do  { let mb_sig = lookup_sig name
507         ; mono_name <- newLocalName name
508         ; mono_ty   <- mk_mono_ty mb_sig
509         ; let mono_id = mkLocalId mono_name mono_ty
510         ; return (TcFunBind (name, mb_sig, mono_id) (L nm_loc mono_id) inf matches) }
511   where
512     mk_mono_ty (Just sig) = return (sig_tau sig)
513     mk_mono_ty Nothing    = newTyFlexiVarTy argTypeKind
514
515 tcLhs lookup_sig bind@(PatBind pat grhss _)
516   = do  { let tc_pat exp_ty = tcPat (LetPat lookup_sig) pat exp_ty lookup_infos
517         ; ((pat', ex_tvs, infos), pat_ty) 
518                 <- addErrCtxt (patMonoBindsCtxt pat grhss)
519                               (tcInfer tc_pat)
520
521         -- Don't know how to deal with pattern-bound existentials yet
522         ; checkTc (null ex_tvs) (existentialExplode bind)
523
524         ; return (TcPatBind infos pat' grhss pat_ty) }
525   where
526     names = collectPatBinders pat
527
528         -- After typechecking the pattern, look up the binder
529         -- names, which the pattern has brought into scope.
530     lookup_infos :: TcM [MonoBindInfo]
531     lookup_infos = do { mono_ids <- tcLookupLocalIds names
532                       ; return [ (name, lookup_sig name, mono_id)
533                                | (name, mono_id) <- names `zip` mono_ids] }
534
535 -------------------
536 tcRhs :: TcMonoBind -> TcM (HsBind TcId)
537 tcRhs (TcFunBind info fun'@(L _ mono_id) inf matches)
538   = do  { matches' <- tcMatchesFun (idName mono_id) matches 
539                                    (Check (idType mono_id))
540         ; return (FunBind fun' inf matches') }
541
542 tcRhs bind@(TcPatBind _ pat' grhss pat_ty)
543   = do  { grhss' <- addErrCtxt (patMonoBindsCtxt pat' grhss) $
544                     tcGRHSsPat grhss (Check pat_ty)
545         ; return (PatBind pat' grhss' pat_ty) }
546
547
548 ---------------------
549 getMonoBindInfo :: Bag (Located TcMonoBind) -> [MonoBindInfo]
550 getMonoBindInfo tc_binds
551   = foldrBag (get_info . unLoc) [] tc_binds
552   where
553     get_info (TcFunBind info _ _ _)  rest = info : rest
554     get_info (TcPatBind infos _ _ _) rest = infos ++ rest
555 \end{code}
556
557
558 %************************************************************************
559 %*                                                                      *
560 \subsection{getTyVarsToGen}
561 %*                                                                      *
562 %************************************************************************
563
564 Type signatures are tricky.  See Note [Signature skolems] in TcType
565
566 \begin{code}
567 tcTySigs :: [LSig Name] -> TcM [TcSigInfo]
568 -- The trick here is that all the signatures should have the same
569 -- context, and we want to share type variables for that context, so that
570 -- all the right hand sides agree a common vocabulary for their type
571 -- constraints
572 tcTySigs [] = return []
573
574 tcTySigs sigs
575   = do  { (tc_sig1 : tc_sigs) <- mappM tcTySig sigs
576         ; mapM (check_ctxt tc_sig1) tc_sigs
577         ; return (tc_sig1 : tc_sigs) }
578   where
579         -- Check tha all the signature contexts are the same
580         -- The type signatures on a mutually-recursive group of definitions
581         -- must all have the same context (or none).
582         --
583         -- We unify them because, with polymorphic recursion, their types
584         -- might not otherwise be related.  This is a rather subtle issue.
585     check_ctxt :: TcSigInfo -> TcSigInfo -> TcM ()
586     check_ctxt sig1@(TcSigInfo { sig_theta = theta1 }) sig@(TcSigInfo { sig_theta = theta })
587         = setSrcSpan (instLocSrcSpan (sig_loc sig))     $
588           addErrCtxt (sigContextsCtxt sig1 sig)         $
589           unifyTheta theta1 theta
590
591
592 tcTySig :: LSig Name -> TcM TcSigInfo
593 tcTySig (L span (Sig (L _ name) ty))
594   = setSrcSpan span             $
595     do  { sigma_ty <- tcHsSigType (FunSigCtxt name) ty
596         ; (tvs, theta, tau) <- tcInstSigType name scoped_names sigma_ty
597         ; loc <- getInstLoc (SigOrigin (SigSkol name))
598         ; return (TcSigInfo { sig_id = mkLocalId name sigma_ty, 
599                               sig_tvs = tvs, sig_theta = theta, sig_tau = tau, 
600                               sig_scoped = scoped_names, sig_loc = loc }) }
601   where
602                 -- The scoped names are the ones explicitly mentioned
603                 -- in the HsForAll.  (There may be more in sigma_ty, because
604                 -- of nested type synonyms.  See Note [Scoped] with TcSigInfo.)
605     scoped_names = case ty of
606                         L _ (HsForAllTy Explicit tvs _ _) -> hsLTyVarNames tvs
607                         other                             -> []
608 \end{code}
609
610 \begin{code}
611 generalise :: TopLevelFlag -> Bool -> [MonoBindInfo] -> [TcSigInfo] -> [Inst]
612            -> TcM ([TcTyVar], TcDictBinds, [TcId])
613 generalise top_lvl is_unrestricted mono_infos sigs lie_req
614   | not is_unrestricted -- RESTRICTED CASE
615   =     -- Check signature contexts are empty 
616     do  { checkTc (all is_mono_sig sigs)
617                   (restrictedBindCtxtErr bndr_names)
618
619         -- Now simplify with exactly that set of tyvars
620         -- We have to squash those Methods
621         ; (qtvs, binds) <- tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndr_names 
622                                                 tau_tvs lie_req
623
624         -- Check that signature type variables are OK
625         ; final_qtvs <- checkSigsTyVars qtvs sigs
626
627         ; return (final_qtvs, binds, []) }
628
629   | null sigs   -- UNRESTRICTED CASE, NO TYPE SIGS
630   = tcSimplifyInfer doc tau_tvs lie_req
631
632   | otherwise   -- UNRESTRICTED CASE, WITH TYPE SIGS
633   = do  { let sig1 = head sigs
634         ; sig_lie <- newDictsAtLoc (sig_loc sig1) (sig_theta sig1)
635         ; let   -- The "sig_avails" is the stuff available.  We get that from
636                 -- the context of the type signature, BUT ALSO the lie_avail
637                 -- so that polymorphic recursion works right (see comments at end of fn)
638                 local_meths = [mkMethInst sig mono_id | (_, Just sig, mono_id) <- mono_infos]
639                 sig_avails = sig_lie ++ local_meths
640
641         -- Check that the needed dicts can be
642         -- expressed in terms of the signature ones
643         ; (forall_tvs, dict_binds) <- tcSimplifyInferCheck doc tau_tvs sig_avails lie_req
644         
645         -- Check that signature type variables are OK
646         ; final_qtvs <- checkSigsTyVars forall_tvs sigs
647
648         ; returnM (final_qtvs, dict_binds, map instToId sig_lie) }
649
650   where
651     bndr_names = bndrNames mono_infos
652     tau_tvs = foldr (unionVarSet . tyVarsOfType . getMonoType) emptyVarSet mono_infos
653     is_mono_sig sig = null (sig_theta sig)
654     doc = ptext SLIT("type signature(s) for") <+> pprBinders bndr_names
655
656     mkMethInst (TcSigInfo { sig_id = poly_id, sig_tvs = tvs, 
657                             sig_theta = theta, sig_tau = tau, sig_loc = loc }) mono_id
658       = Method mono_id poly_id (mkTyVarTys tvs) theta tau loc
659
660 checkSigsTyVars :: [TcTyVar] -> [TcSigInfo] -> TcM [TcTyVar]
661 checkSigsTyVars qtvs sigs 
662   = do  { gbl_tvs <- tcGetGlobalTyVars
663         ; sig_tvs_s <- mappM (check_sig gbl_tvs) sigs
664
665         ; let   -- Sigh.  Make sure that all the tyvars in the type sigs
666                 -- appear in the returned ty var list, which is what we are
667                 -- going to generalise over.  Reason: we occasionally get
668                 -- silly types like
669                 --      type T a = () -> ()
670                 --      f :: T a
671                 --      f () = ()
672                 -- Here, 'a' won't appear in qtvs, so we have to add it
673                 sig_tvs = foldl extendVarSetList emptyVarSet sig_tvs_s
674                 all_tvs = varSetElems (extendVarSetList sig_tvs qtvs)
675         ; returnM all_tvs }
676   where
677     check_sig gbl_tvs (TcSigInfo {sig_id = id, sig_tvs = tvs, 
678                                   sig_theta = theta, sig_tau = tau})
679       = addErrCtxt (ptext SLIT("In the type signature for") <+> quotes (ppr id))        $
680         addErrCtxtM (sigCtxt id tvs theta tau)                                          $
681         do { tvs' <- checkDistinctTyVars tvs
682            ; ifM (any (`elemVarSet` gbl_tvs) tvs')
683                  (bleatEscapedTvs gbl_tvs tvs tvs') 
684            ; return tvs' }
685
686 checkDistinctTyVars :: [TcTyVar] -> TcM [TcTyVar]
687 -- (checkDistinctTyVars tvs) checks that the tvs from one type signature
688 -- are still all type variables, and all distinct from each other.  
689 -- It returns a zonked set of type variables.
690 -- For example, if the type sig is
691 --      f :: forall a b. a -> b -> b
692 -- we want to check that 'a' and 'b' haven't 
693 --      (a) been unified with a non-tyvar type
694 --      (b) been unified with each other (all distinct)
695
696 checkDistinctTyVars sig_tvs
697   = do  { zonked_tvs <- mapM zonk_one sig_tvs
698         ; foldlM check_dup emptyVarEnv (sig_tvs `zip` zonked_tvs)
699         ; return zonked_tvs }
700   where
701     zonk_one sig_tv = do { ty <- zonkTcTyVar sig_tv
702                          ; return (tcGetTyVar "checkDistinctTyVars" ty) }
703         -- 'ty' is bound to be a type variable, because SigSkolTvs
704         -- can only be unified with type variables
705
706     check_dup :: TyVarEnv TcTyVar -> (TcTyVar, TcTyVar) -> TcM (TyVarEnv TcTyVar)
707         -- The TyVarEnv maps each zonked type variable back to its
708         -- corresponding user-written signature type variable
709     check_dup acc (sig_tv, zonked_tv)
710         = case lookupVarEnv acc zonked_tv of
711                 Just sig_tv' -> bomb_out sig_tv sig_tv'
712
713                 Nothing -> return (extendVarEnv acc zonked_tv sig_tv)
714
715     bomb_out sig_tv1 sig_tv2
716        = failWithTc (ptext SLIT("Quantified type variable") <+> quotes (ppr tidy_tv1) 
717                      <+> ptext SLIT("is unified with another quantified type variable") 
718                      <+> ppr tidy_tv2)
719        where
720          (env1,  tidy_tv1) = tidyOpenTyVar emptyTidyEnv sig_tv1
721          (_env2, tidy_tv2) = tidyOpenTyVar env1         sig_tv2
722 \end{code}    
723
724
725 @getTyVarsToGen@ decides what type variables to generalise over.
726
727 For a "restricted group" -- see the monomorphism restriction
728 for a definition -- we bind no dictionaries, and
729 remove from tyvars_to_gen any constrained type variables
730
731 *Don't* simplify dicts at this point, because we aren't going
732 to generalise over these dicts.  By the time we do simplify them
733 we may well know more.  For example (this actually came up)
734         f :: Array Int Int
735         f x = array ... xs where xs = [1,2,3,4,5]
736 We don't want to generate lots of (fromInt Int 1), (fromInt Int 2)
737 stuff.  If we simplify only at the f-binding (not the xs-binding)
738 we'll know that the literals are all Ints, and we can just produce
739 Int literals!
740
741 Find all the type variables involved in overloading, the
742 "constrained_tyvars".  These are the ones we *aren't* going to
743 generalise.  We must be careful about doing this:
744
745  (a) If we fail to generalise a tyvar which is not actually
746         constrained, then it will never, ever get bound, and lands
747         up printed out in interface files!  Notorious example:
748                 instance Eq a => Eq (Foo a b) where ..
749         Here, b is not constrained, even though it looks as if it is.
750         Another, more common, example is when there's a Method inst in
751         the LIE, whose type might very well involve non-overloaded
752         type variables.
753   [NOTE: Jan 2001: I don't understand the problem here so I'm doing 
754         the simple thing instead]
755
756  (b) On the other hand, we mustn't generalise tyvars which are constrained,
757         because we are going to pass on out the unmodified LIE, with those
758         tyvars in it.  They won't be in scope if we've generalised them.
759
760 So we are careful, and do a complete simplification just to find the
761 constrained tyvars. We don't use any of the results, except to
762 find which tyvars are constrained.
763
764 \begin{code}
765 isUnRestrictedGroup :: LHsBinds Name -> [TcSigInfo] -> TcM Bool
766 isUnRestrictedGroup binds sigs
767   = do  { mono_restriction <- doptM Opt_MonomorphismRestriction
768         ; return (not mono_restriction || all_unrestricted) }
769   where 
770     all_unrestricted = all (unrestricted . unLoc) (bagToList binds)
771     tysig_names      = map (idName . sig_id) sigs
772
773     unrestricted (PatBind other _ _)   = False
774     unrestricted (VarBind v _)         = v `is_elem` tysig_names
775     unrestricted (FunBind v _ matches) = unrestricted_match matches 
776                                          || unLoc v `is_elem` tysig_names
777
778     unrestricted_match (MatchGroup (L _ (Match [] _ _) : _) _) = False
779         -- No args => like a pattern binding
780     unrestricted_match other              = True
781         -- Some args => a function binding
782
783 is_elem v vs = isIn "isUnResMono" v vs
784 \end{code}
785
786
787 %************************************************************************
788 %*                                                                      *
789 \subsection{SPECIALIZE pragmas}
790 %*                                                                      *
791 %************************************************************************
792
793 @tcSpecSigs@ munches up the specialisation "signatures" that arise through *user*
794 pragmas.  It is convenient for them to appear in the @[RenamedSig]@
795 part of a binding because then the same machinery can be used for
796 moving them into place as is done for type signatures.
797
798 They look like this:
799
800 \begin{verbatim}
801         f :: Ord a => [a] -> b -> b
802         {-# SPECIALIZE f :: [Int] -> b -> b #-}
803 \end{verbatim}
804
805 For this we generate:
806 \begin{verbatim}
807         f* = /\ b -> let d1 = ...
808                      in f Int b d1
809 \end{verbatim}
810
811 where f* is a SpecPragmaId.  The **sole** purpose of SpecPragmaIds is to
812 retain a right-hand-side that the simplifier will otherwise discard as
813 dead code... the simplifier has a flag that tells it not to discard
814 SpecPragmaId bindings.
815
816 In this case the f* retains a call-instance of the overloaded
817 function, f, (including appropriate dictionaries) so that the
818 specialiser will subsequently discover that there's a call of @f@ at
819 Int, and will create a specialisation for @f@.  After that, the
820 binding for @f*@ can be discarded.
821
822 We used to have a form
823         {-# SPECIALISE f :: <type> = g #-}
824 which promised that g implemented f at <type>, but we do that with 
825 a RULE now:
826         {-# RULES (f::<type>) = g #-}
827
828 \begin{code}
829 tcSpecSigs :: [LSig Name] -> TcM (LHsBinds TcId)
830 tcSpecSigs (L loc (SpecSig (L nm_loc name) poly_ty) : sigs)
831   =     -- SPECIALISE f :: forall b. theta => tau  =  g
832     setSrcSpan loc                              $
833     addErrCtxt (valSpecSigCtxt name poly_ty)    $
834
835         -- Get and instantiate its alleged specialised type
836     tcHsSigType (FunSigCtxt name) poly_ty       `thenM` \ sig_ty ->
837
838         -- Check that f has a more general type, and build a RHS for
839         -- the spec-pragma-id at the same time
840     getLIE (tcCheckSigma (L nm_loc (HsVar name)) sig_ty)        `thenM` \ (spec_expr, spec_lie) ->
841
842         -- Squeeze out any Methods (see comments with tcSimplifyToDicts)
843     tcSimplifyToDicts spec_lie                  `thenM` \ spec_binds ->
844
845         -- Just specialise "f" by building a SpecPragmaId binding
846         -- It is the thing that makes sure we don't prematurely 
847         -- dead-code-eliminate the binding we are really interested in.
848     newLocalName name                   `thenM` \ spec_name ->
849     let
850         spec_bind = VarBind (mkSpecPragmaId spec_name sig_ty)
851                                 (mkHsLet spec_binds spec_expr)
852     in
853
854         -- Do the rest and combine
855     tcSpecSigs sigs                     `thenM` \ binds_rest ->
856     returnM (binds_rest `snocBag` L loc spec_bind)
857
858 tcSpecSigs (other_sig : sigs) = tcSpecSigs sigs
859 tcSpecSigs []                 = returnM emptyLHsBinds
860 \end{code}
861
862 %************************************************************************
863 %*                                                                      *
864 \subsection[TcBinds-errors]{Error contexts and messages}
865 %*                                                                      *
866 %************************************************************************
867
868
869 \begin{code}
870 -- This one is called on LHS, when pat and grhss are both Name 
871 -- and on RHS, when pat is TcId and grhss is still Name
872 patMonoBindsCtxt pat grhss
873   = hang (ptext SLIT("In a pattern binding:")) 4 (pprPatBind pat grhss)
874
875 -----------------------------------------------
876 valSpecSigCtxt v ty
877   = sep [ptext SLIT("In a SPECIALIZE pragma for a value:"),
878          nest 4 (ppr v <+> dcolon <+> ppr ty)]
879
880 -----------------------------------------------
881 sigContextsCtxt sig1 sig2
882   = vcat [ptext SLIT("When matching the contexts of the signatures for"), 
883           nest 2 (vcat [ppr id1 <+> dcolon <+> ppr (idType id1),
884                         ppr id2 <+> dcolon <+> ppr (idType id2)]),
885           ptext SLIT("The signature contexts in a mutually recursive group should all be identical")]
886   where
887     id1 = sig_id sig1
888     id2 = sig_id sig2
889
890
891 -----------------------------------------------
892 unliftedBindErr flavour mbind
893   = hang (text flavour <+> ptext SLIT("bindings for unlifted types aren't allowed:"))
894          4 (ppr mbind)
895
896 -----------------------------------------------
897 existentialExplode mbinds
898   = hang (vcat [text "My brain just exploded.",
899                 text "I can't handle pattern bindings for existentially-quantified constructors.",
900                 text "In the binding group"])
901         4 (ppr mbinds)
902
903 -----------------------------------------------
904 restrictedBindCtxtErr binder_names
905   = hang (ptext SLIT("Illegal overloaded type signature(s)"))
906        4 (vcat [ptext SLIT("in a binding group for") <+> pprBinders binder_names,
907                 ptext SLIT("that falls under the monomorphism restriction")])
908
909 genCtxt binder_names
910   = ptext SLIT("When generalising the type(s) for") <+> pprBinders binder_names
911 \end{code}