[project @ 2000-06-27 09:08:32 by lewie]
[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, tcTopBindsAndThen,
8                  tcSpecSigs, tcBindWithSigs ) where
9
10 #include "HsVersions.h"
11
12 import {-# SOURCE #-} TcMatches ( tcGRHSs, tcMatchesFun )
13 import {-# SOURCE #-} TcExpr  ( tcExpr )
14
15 import HsSyn            ( HsExpr(..), HsBinds(..), MonoBinds(..), Sig(..), InPat(..), StmtCtxt(..),
16                           Match(..), collectMonoBinders, andMonoBindList, andMonoBinds
17                         )
18 import RnHsSyn          ( RenamedHsBinds, RenamedSig, RenamedMonoBinds )
19 import TcHsSyn          ( TcHsBinds, TcMonoBinds, TcId, zonkId, mkHsLet )
20
21 import TcMonad
22 import Inst             ( Inst, LIE, emptyLIE, mkLIE, plusLIE, plusLIEs, InstOrigin(..),
23                           newDicts, tyVarsOfInst, instToId,
24                           getAllFunDepsOfLIE, getIPsOfLIE, zonkFunDeps
25                         )
26 import TcEnv            ( tcExtendLocalValEnv,
27                           newSpecPragmaId, newLocalId,
28                           tcLookupTyConByKey, 
29                           tcGetGlobalTyVars, tcExtendGlobalTyVars
30                         )
31 import TcSimplify       ( tcSimplify, tcSimplifyAndCheck, tcSimplifyToDicts )
32 import TcImprove        ( tcImprove )
33 import TcMonoType       ( tcHsSigType, checkSigTyVars,
34                           TcSigInfo(..), tcTySig, maybeSig, sigCtxt
35                         )
36 import TcPat            ( tcPat )
37 import TcSimplify       ( bindInstsOfLocalFuns )
38 import TcType           ( TcType, TcThetaType,
39                           TcTyVar,
40                           newTyVarTy, newTyVar, newTyVarTy_OpenKind, tcInstTcType,
41                           zonkTcType, zonkTcTypes, zonkTcThetaType, zonkTcTyVarToTyVar
42                         )
43 import TcUnify          ( unifyTauTy, unifyTauTyLists )
44
45 import Id               ( Id, mkVanillaId, setInlinePragma, idFreeTyVars )
46 import Var              ( idType, idName )
47 import IdInfo           ( setInlinePragInfo, InlinePragInfo(..) )
48 import Name             ( Name, getName, getOccName, getSrcLoc )
49 import NameSet
50 import Type             ( mkTyVarTy, tyVarsOfTypes, mkTyConApp,
51                           splitSigmaTy, mkForAllTys, mkFunTys, getTyVar, 
52                           mkPredTy, splitRhoTy, mkForAllTy, isUnLiftedType, 
53                           isUnboxedType, unboxedTypeKind, boxedTypeKind
54                         )
55 import FunDeps          ( tyVarFunDep, oclose )
56 import Var              ( TyVar, tyVarKind )
57 import VarSet
58 import Bag
59 import Util             ( isIn )
60 import Maybes           ( maybeToBool )
61 import BasicTypes       ( TopLevelFlag(..), RecFlag(..), isNotTopLevel )
62 import FiniteMap        ( listToFM, lookupFM )
63 import Unique           ( ioTyConKey, mainKey, hasKey, Uniquable(..) )
64 import SrcLoc           ( SrcLoc )
65 import Outputable
66 \end{code}
67
68
69 %************************************************************************
70 %*                                                                      *
71 \subsection{Type-checking bindings}
72 %*                                                                      *
73 %************************************************************************
74
75 @tcBindsAndThen@ typechecks a @HsBinds@.  The "and then" part is because
76 it needs to know something about the {\em usage} of the things bound,
77 so that it can create specialisations of them.  So @tcBindsAndThen@
78 takes a function which, given an extended environment, E, typechecks
79 the scope of the bindings returning a typechecked thing and (most
80 important) an LIE.  It is this LIE which is then used as the basis for
81 specialising the things bound.
82
83 @tcBindsAndThen@ also takes a "combiner" which glues together the
84 bindings and the "thing" to make a new "thing".
85
86 The real work is done by @tcBindWithSigsAndThen@.
87
88 Recursive and non-recursive binds are handled in essentially the same
89 way: because of uniques there are no scoping issues left.  The only
90 difference is that non-recursive bindings can bind primitive values.
91
92 Even for non-recursive binding groups we add typings for each binder
93 to the LVE for the following reason.  When each individual binding is
94 checked the type of its LHS is unified with that of its RHS; and
95 type-checking the LHS of course requires that the binder is in scope.
96
97 At the top-level the LIE is sure to contain nothing but constant
98 dictionaries, which we resolve at the module level.
99
100 \begin{code}
101 tcTopBindsAndThen, tcBindsAndThen
102         :: (RecFlag -> TcMonoBinds -> thing -> thing)           -- Combinator
103         -> RenamedHsBinds
104         -> TcM s (thing, LIE)
105         -> TcM s (thing, LIE)
106
107 tcTopBindsAndThen = tc_binds_and_then TopLevel
108 tcBindsAndThen    = tc_binds_and_then NotTopLevel
109
110 tc_binds_and_then top_lvl combiner EmptyBinds do_next
111   = do_next
112 tc_binds_and_then top_lvl combiner (MonoBind EmptyMonoBinds sigs is_rec) do_next
113   = do_next
114
115 tc_binds_and_then top_lvl combiner (ThenBinds b1 b2) do_next
116   = tc_binds_and_then top_lvl combiner b1       $
117     tc_binds_and_then top_lvl combiner b2       $
118     do_next
119
120 tc_binds_and_then top_lvl combiner (MonoBind bind sigs is_rec) do_next
121   =     -- TYPECHECK THE SIGNATURES
122       mapTc tcTySig [sig | sig@(Sig name _ _) <- sigs]  `thenTc` \ tc_ty_sigs ->
123   
124       tcBindWithSigs top_lvl bind tc_ty_sigs
125                      sigs is_rec                        `thenTc` \ (poly_binds, poly_lie, poly_ids) ->
126   
127           -- Extend the environment to bind the new polymorphic Ids
128       tcExtendLocalValEnv [(idName poly_id, poly_id) | poly_id <- poly_ids] $
129   
130           -- Build bindings and IdInfos corresponding to user pragmas
131       tcSpecSigs sigs           `thenTc` \ (prag_binds, prag_lie) ->
132
133         -- Now do whatever happens next, in the augmented envt
134       do_next                   `thenTc` \ (thing, thing_lie) ->
135
136         -- Create specialisations of functions bound here
137         -- We want to keep non-recursive things non-recursive
138         -- so that we desugar unboxed bindings correctly
139       case (top_lvl, is_rec) of
140
141                 -- For the top level don't bother will all this bindInstsOfLocalFuns stuff
142                 -- All the top level things are rec'd together anyway, so it's fine to
143                 -- leave them to the tcSimplifyTop, and quite a bit faster too
144         (TopLevel, _)
145                 -> returnTc (combiner Recursive (poly_binds `andMonoBinds` prag_binds) thing,
146                              thing_lie `plusLIE` prag_lie `plusLIE` poly_lie)
147
148         (NotTopLevel, NonRecursive) 
149                 -> bindInstsOfLocalFuns 
150                                 (thing_lie `plusLIE` prag_lie)
151                                 poly_ids                        `thenTc` \ (thing_lie', lie_binds) ->
152
153                    returnTc (
154                         combiner NonRecursive poly_binds $
155                         combiner NonRecursive prag_binds $
156                         combiner Recursive lie_binds  $
157                                 -- NB: the binds returned by tcSimplify and bindInstsOfLocalFuns
158                                 -- aren't guaranteed in dependency order (though we could change
159                                 -- that); hence the Recursive marker.
160                         thing,
161
162                         thing_lie' `plusLIE` poly_lie
163                    )
164
165         (NotTopLevel, Recursive)
166                 -> bindInstsOfLocalFuns 
167                                 (thing_lie `plusLIE` poly_lie `plusLIE` prag_lie) 
168                                 poly_ids                        `thenTc` \ (final_lie, lie_binds) ->
169
170                    returnTc (
171                         combiner Recursive (
172                                 poly_binds `andMonoBinds`
173                                 lie_binds  `andMonoBinds`
174                                 prag_binds) thing,
175                         final_lie
176                    )
177 \end{code}
178
179 An aside.  The original version of @tcBindsAndThen@ which lacks a
180 combiner function, appears below.  Though it is perfectly well
181 behaved, it cannot be typed by Haskell, because the recursive call is
182 at a different type to the definition itself.  There aren't too many
183 examples of this, which is why I thought it worth preserving! [SLPJ]
184
185 \begin{pseudocode}
186 % tcBindsAndThen
187 %       :: RenamedHsBinds
188 %       -> TcM s (thing, LIE, thing_ty))
189 %       -> TcM s ((TcHsBinds, thing), LIE, thing_ty)
190
191 % tcBindsAndThen EmptyBinds do_next
192 %   = do_next           `thenTc` \ (thing, lie, thing_ty) ->
193 %     returnTc ((EmptyBinds, thing), lie, thing_ty)
194
195 % tcBindsAndThen (ThenBinds binds1 binds2) do_next
196 %   = tcBindsAndThen binds1 (tcBindsAndThen binds2 do_next)
197 %       `thenTc` \ ((binds1', (binds2', thing')), lie1, thing_ty) ->
198
199 %     returnTc ((binds1' `ThenBinds` binds2', thing'), lie1, thing_ty)
200
201 % tcBindsAndThen (MonoBind bind sigs is_rec) do_next
202 %   = tcBindAndThen bind sigs do_next
203 \end{pseudocode}
204
205
206 %************************************************************************
207 %*                                                                      *
208 \subsection{tcBindWithSigs}
209 %*                                                                      *
210 %************************************************************************
211
212 @tcBindWithSigs@ deals with a single binding group.  It does generalisation,
213 so all the clever stuff is in here.
214
215 * binder_names and mbind must define the same set of Names
216
217 * The Names in tc_ty_sigs must be a subset of binder_names
218
219 * The Ids in tc_ty_sigs don't necessarily have to have the same name
220   as the Name in the tc_ty_sig
221
222 \begin{code}
223 tcBindWithSigs  
224         :: TopLevelFlag
225         -> RenamedMonoBinds
226         -> [TcSigInfo]
227         -> [RenamedSig]         -- Used solely to get INLINE, NOINLINE sigs
228         -> RecFlag
229         -> TcM s (TcMonoBinds, LIE, [TcId])
230
231 tcBindWithSigs top_lvl mbind tc_ty_sigs inline_sigs is_rec
232   = recoverTc (
233         -- If typechecking the binds fails, then return with each
234         -- signature-less binder given type (forall a.a), to minimise subsequent
235         -- error messages
236         newTyVar boxedTypeKind          `thenNF_Tc` \ alpha_tv ->
237         let
238           forall_a_a    = mkForAllTy alpha_tv (mkTyVarTy alpha_tv)
239           binder_names  = map fst (bagToList (collectMonoBinders mbind))
240           poly_ids      = map mk_dummy binder_names
241           mk_dummy name = case maybeSig tc_ty_sigs name of
242                             Just (TySigInfo _ poly_id _ _ _ _ _ _) -> poly_id   -- Signature
243                             Nothing -> mkVanillaId name forall_a_a              -- No signature
244         in
245         returnTc (EmptyMonoBinds, emptyLIE, poly_ids)
246     ) $
247
248         -- TYPECHECK THE BINDINGS
249     tcMonoBinds mbind tc_ty_sigs is_rec         `thenTc` \ (mbind', lie_req, binder_names, mono_ids) ->
250
251         -- CHECK THAT THE SIGNATURES MATCH
252         -- (must do this before getTyVarsToGen)
253     checkSigMatch top_lvl binder_names mono_ids tc_ty_sigs      `thenTc` \ maybe_sig_theta ->   
254
255         -- IMPROVE the LIE
256         -- Force any unifications dictated by functional dependencies.
257         -- Because unification may happen, it's important that this step
258         -- come before:
259         --   - computing vars over which to quantify
260         --   - zonking the generalized type vars
261     let lie_avail = case maybe_sig_theta of
262                       Nothing      -> emptyLIE
263                       Just (_, la) -> la
264         lie_avail_req = lie_avail `plusLIE` lie_req in
265     tcImprove lie_avail_req                             `thenTc_`
266
267         -- COMPUTE VARIABLES OVER WHICH TO QUANTIFY, namely tyvars_to_gen
268         -- The tyvars_not_to_gen are free in the environment, and hence
269         -- candidates for generalisation, but sometimes the monomorphism
270         -- restriction means we can't generalise them nevertheless
271     let
272         mono_id_tys = map idType mono_ids
273     in
274     getTyVarsToGen is_unrestricted mono_id_tys lie_req  `thenNF_Tc` \ (tyvars_not_to_gen, tyvars_to_gen) ->
275
276         -- Finally, zonk the generalised type variables to real TyVars
277         -- This commits any unbound kind variables to boxed kind
278         -- I'm a little worried that such a kind variable might be
279         -- free in the environment, but I don't think it's possible for
280         -- this to happen when the type variable is not free in the envt
281         -- (which it isn't).            SLPJ Nov 98
282     mapTc zonkTcTyVarToTyVar (varSetElems tyvars_to_gen)        `thenTc` \ real_tyvars_to_gen_list ->
283     let
284         real_tyvars_to_gen = mkVarSet real_tyvars_to_gen_list
285                 -- It's important that the final list 
286                 -- (real_tyvars_to_gen and real_tyvars_to_gen_list) is fully
287                 -- zonked, *including boxity*, because they'll be included in the forall types of
288                 -- the polymorphic Ids, and instances of these Ids will be generated from them.
289                 -- 
290                 -- Also NB that tcSimplify takes zonked tyvars as its arg, hence we pass
291                 -- real_tyvars_to_gen
292     in
293
294         -- SIMPLIFY THE LIE
295     tcExtendGlobalTyVars tyvars_not_to_gen (
296         let ips = getIPsOfLIE lie_avail_req in
297         if null real_tyvars_to_gen_list && (null ips || not is_unrestricted) then
298                 -- No polymorphism, and no IPs, so no need to simplify context
299             returnTc (lie_req, EmptyMonoBinds, [])
300         else
301         case maybe_sig_theta of
302           Nothing ->
303                 -- No signatures, so just simplify the lie
304                 -- NB: no signatures => no polymorphic recursion, so no
305                 -- need to use lie_avail (which will be empty anyway)
306             tcSimplify (text "tcBinds1" <+> ppr binder_names)
307                        real_tyvars_to_gen lie_req       `thenTc` \ (lie_free, dict_binds, lie_bound) ->
308             returnTc (lie_free, dict_binds, map instToId (bagToList lie_bound))
309
310           Just (sig_theta, lie_avail) ->
311                 -- There are signatures, and their context is sig_theta
312                 -- Furthermore, lie_avail is an LIE containing the 'method insts'
313                 -- for the things bound here
314
315             zonkTcThetaType sig_theta                   `thenNF_Tc` \ sig_theta' ->
316             newDicts SignatureOrigin sig_theta'         `thenNF_Tc` \ (dicts_sig, dict_ids) ->
317                 -- It's important that sig_theta is zonked, because
318                 -- dict_id is later used to form the type of the polymorphic thing,
319                 -- and forall-types must be zonked so far as their bound variables
320                 -- are concerned
321
322             let
323                 -- The "givens" is the stuff available.  We get that from
324                 -- the context of the type signature, BUT ALSO the lie_avail
325                 -- so that polymorphic recursion works right (see comments at end of fn)
326                 givens = dicts_sig `plusLIE` lie_avail
327             in
328
329                 -- Check that the needed dicts can be expressed in
330                 -- terms of the signature ones
331             tcAddErrCtxt  (bindSigsCtxt tysig_names) $
332             tcSimplifyAndCheck
333                 (ptext SLIT("type signature for") <+> pprQuotedList binder_names)
334                 real_tyvars_to_gen givens lie_req       `thenTc` \ (lie_free, dict_binds) ->
335
336             returnTc (lie_free, dict_binds, dict_ids)
337
338     )                                           `thenTc` \ (lie_free, dict_binds, dicts_bound) ->
339
340         -- GET THE FINAL MONO_ID_TYS
341     zonkTcTypes mono_id_tys                     `thenNF_Tc` \ zonked_mono_id_types ->
342
343
344         -- CHECK FOR BOGUS UNPOINTED BINDINGS
345     (if any isUnLiftedType zonked_mono_id_types then
346                 -- Unlifted bindings must be non-recursive,
347                 -- not top level, and non-polymorphic
348         checkTc (isNotTopLevel top_lvl)
349                 (unliftedBindErr "Top-level" mbind)             `thenTc_`
350         checkTc (case is_rec of {Recursive -> False; NonRecursive -> True})
351                 (unliftedBindErr "Recursive" mbind)             `thenTc_`
352         checkTc (null real_tyvars_to_gen_list)
353                 (unliftedBindErr "Polymorphic" mbind)
354      else
355         returnTc ()
356     )                                                   `thenTc_`
357
358     ASSERT( not (any ((== unboxedTypeKind) . tyVarKind) real_tyvars_to_gen_list) )
359                 -- The instCantBeGeneralised stuff in tcSimplify should have
360                 -- already raised an error if we're trying to generalise an 
361                 -- unboxed tyvar (NB: unboxed tyvars are always introduced 
362                 -- along with a class constraint) and it's better done there 
363                 -- because we have more precise origin information.
364                 -- That's why we just use an ASSERT here.
365
366
367          -- BUILD THE POLYMORPHIC RESULT IDs
368     mapNF_Tc zonkId mono_ids            `thenNF_Tc` \ zonked_mono_ids ->
369     let
370         exports  = zipWith mk_export binder_names zonked_mono_ids
371         dict_tys = map idType dicts_bound
372
373         inlines    = mkNameSet [name | InlineSig name _ loc <- inline_sigs]
374         no_inlines = listToFM ([(name, IMustNotBeINLINEd False phase) | NoInlineSig name phase loc <- inline_sigs] ++
375                                [(name, IMustNotBeINLINEd True  phase) | InlineSig   name phase loc <- inline_sigs, maybeToBool phase])
376                 -- "INLINE n foo" means inline foo, but not until at least phase n
377                 -- "NOINLINE n foo" means don't inline foo until at least phase n, and even 
378                 --                  then only if it is small enough etc.
379                 -- "NOINLINE foo" means don't inline foo ever, which we signal with a (IMustNotBeINLINEd Nothing)
380                 -- See comments in CoreUnfold.blackListed for the Authorised Version
381
382         mk_export binder_name zonked_mono_id
383           = (tyvars, 
384              attachNoInlinePrag no_inlines poly_id,
385              zonked_mono_id)
386           where
387             (tyvars, poly_id) = 
388                 case maybeSig tc_ty_sigs binder_name of
389                   Just (TySigInfo _ sig_poly_id sig_tyvars _ _ _ _ _) -> 
390                         (sig_tyvars, sig_poly_id)
391                   Nothing -> (real_tyvars_to_gen_list, new_poly_id)
392
393             new_poly_id = mkVanillaId binder_name poly_ty
394             poly_ty = mkForAllTys real_tyvars_to_gen_list 
395                         $ mkFunTys dict_tys 
396                         $ idType (zonked_mono_id)
397                 -- It's important to build a fully-zonked poly_ty, because
398                 -- we'll slurp out its free type variables when extending the
399                 -- local environment (tcExtendLocalValEnv); if it's not zonked
400                 -- it appears to have free tyvars that aren't actually free 
401                 -- at all.
402         
403         pat_binders :: [Name]
404         pat_binders = map fst $ bagToList $ collectMonoBinders $ 
405                       (justPatBindings mbind EmptyMonoBinds)
406     in
407         -- CHECK FOR UNBOXED BINDERS IN PATTERN BINDINGS
408     mapTc (\id -> checkTc (not (idName id `elem` pat_binders
409                                 && isUnboxedType (idType id)))
410                           (unboxedPatBindErr id)) zonked_mono_ids
411                                 `thenTc_`
412
413          -- BUILD RESULTS
414     returnTc (
415          -- pprTrace "binding.." (ppr ((dicts_bound, dict_binds), exports, [idType poly_id | (_, poly_id, _) <- exports])) $
416          AbsBinds real_tyvars_to_gen_list
417                   dicts_bound
418                   exports
419                   inlines
420                   (dict_binds `andMonoBinds` mbind'),
421          lie_free,
422          [poly_id | (_, poly_id, _) <- exports]
423     )
424   where
425     tysig_names     = [name | (TySigInfo name _ _ _ _ _ _ _) <- tc_ty_sigs]
426     is_unrestricted = isUnRestrictedGroup tysig_names mbind
427
428 justPatBindings bind@(PatMonoBind _ _ _) binds = bind `andMonoBinds` binds
429 justPatBindings (AndMonoBinds b1 b2) binds = 
430         justPatBindings b1 (justPatBindings b2 binds) 
431 justPatBindings other_bind binds = binds
432
433 attachNoInlinePrag no_inlines bndr
434   = case lookupFM no_inlines (idName bndr) of
435         Just prag -> bndr `setInlinePragma` prag
436         Nothing   -> bndr
437 \end{code}
438
439 Polymorphic recursion
440 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
441 The game plan for polymorphic recursion in the code above is 
442
443         * Bind any variable for which we have a type signature
444           to an Id with a polymorphic type.  Then when type-checking 
445           the RHSs we'll make a full polymorphic call.
446
447 This fine, but if you aren't a bit careful you end up with a horrendous
448 amount of partial application and (worse) a huge space leak. For example:
449
450         f :: Eq a => [a] -> [a]
451         f xs = ...f...
452
453 If we don't take care, after typechecking we get
454
455         f = /\a -> \d::Eq a -> let f' = f a d
456                                in
457                                \ys:[a] -> ...f'...
458
459 Notice the the stupid construction of (f a d), which is of course
460 identical to the function we're executing.  In this case, the
461 polymorphic recursion isn't being used (but that's a very common case).
462 We'd prefer
463
464         f = /\a -> \d::Eq a -> letrec
465                                  fm = \ys:[a] -> ...fm...
466                                in
467                                fm
468
469 This can lead to a massive space leak, from the following top-level defn
470 (post-typechecking)
471
472         ff :: [Int] -> [Int]
473         ff = f Int dEqInt
474
475 Now (f dEqInt) evaluates to a lambda that has f' as a free variable; but
476 f' is another thunk which evaluates to the same thing... and you end
477 up with a chain of identical values all hung onto by the CAF ff.
478
479         ff = f Int dEqInt
480
481            = let f' = f Int dEqInt in \ys. ...f'...
482
483            = let f' = let f' = f Int dEqInt in \ys. ...f'...
484                       in \ys. ...f'...
485
486 Etc.
487 Solution: when typechecking the RHSs we always have in hand the
488 *monomorphic* Ids for each binding.  So we just need to make sure that
489 if (Method f a d) shows up in the constraints emerging from (...f...)
490 we just use the monomorphic Id.  We achieve this by adding monomorphic Ids
491 to the "givens" when simplifying constraints.  That's what the "lies_avail"
492 is doing.
493
494
495 %************************************************************************
496 %*                                                                      *
497 \subsection{getTyVarsToGen}
498 %*                                                                      *
499 %************************************************************************
500
501 @getTyVarsToGen@ decides what type variables to generalise over.
502
503 For a "restricted group" -- see the monomorphism restriction
504 for a definition -- we bind no dictionaries, and
505 remove from tyvars_to_gen any constrained type variables
506
507 *Don't* simplify dicts at this point, because we aren't going
508 to generalise over these dicts.  By the time we do simplify them
509 we may well know more.  For example (this actually came up)
510         f :: Array Int Int
511         f x = array ... xs where xs = [1,2,3,4,5]
512 We don't want to generate lots of (fromInt Int 1), (fromInt Int 2)
513 stuff.  If we simplify only at the f-binding (not the xs-binding)
514 we'll know that the literals are all Ints, and we can just produce
515 Int literals!
516
517 Find all the type variables involved in overloading, the
518 "constrained_tyvars".  These are the ones we *aren't* going to
519 generalise.  We must be careful about doing this:
520
521  (a) If we fail to generalise a tyvar which is not actually
522         constrained, then it will never, ever get bound, and lands
523         up printed out in interface files!  Notorious example:
524                 instance Eq a => Eq (Foo a b) where ..
525         Here, b is not constrained, even though it looks as if it is.
526         Another, more common, example is when there's a Method inst in
527         the LIE, whose type might very well involve non-overloaded
528         type variables.
529
530  (b) On the other hand, we mustn't generalise tyvars which are constrained,
531         because we are going to pass on out the unmodified LIE, with those
532         tyvars in it.  They won't be in scope if we've generalised them.
533
534 So we are careful, and do a complete simplification just to find the
535 constrained tyvars. We don't use any of the results, except to
536 find which tyvars are constrained.
537
538 \begin{code}
539 getTyVarsToGen is_unrestricted mono_id_tys lie
540   = tcGetGlobalTyVars                   `thenNF_Tc` \ free_tyvars ->
541     zonkTcTypes mono_id_tys             `thenNF_Tc` \ zonked_mono_id_tys ->
542     let
543         body_tyvars = tyVarsOfTypes zonked_mono_id_tys `minusVarSet` free_tyvars
544         fds         = getAllFunDepsOfLIE lie
545     in
546     if is_unrestricted
547     then
548           -- We need to augment the type variables that appear explicitly in
549           -- the type by those that are determined by the functional dependencies.
550           -- e.g. suppose our type is   C a b => a -> a
551           --    with the fun-dep  a->b
552           -- Then we should generalise over b too; otherwise it will be
553           -- reported as ambiguous.
554         zonkFunDeps fds         `thenNF_Tc` \ fds' ->
555         let tvFundep        = tyVarFunDep fds'
556             extended_tyvars = oclose tvFundep body_tyvars
557         in
558         returnNF_Tc (emptyVarSet, extended_tyvars)
559     else
560         -- This recover and discard-errs is to avoid duplicate error
561         -- messages; this, after all, is an "extra" call to tcSimplify
562         recoverNF_Tc (returnNF_Tc (emptyVarSet, body_tyvars))           $
563         discardErrsTc                                                   $
564
565         tcSimplify (text "getTVG") body_tyvars lie    `thenTc` \ (_, _, constrained_dicts) ->
566         let
567           -- ASSERT: dicts_sig is already zonked!
568             constrained_tyvars    = foldrBag (unionVarSet . tyVarsOfInst) emptyVarSet constrained_dicts
569             reduced_tyvars_to_gen = body_tyvars `minusVarSet` constrained_tyvars
570         in
571         returnTc (constrained_tyvars, reduced_tyvars_to_gen)
572 \end{code}
573
574
575 \begin{code}
576 isUnRestrictedGroup :: [Name]           -- Signatures given for these
577                     -> RenamedMonoBinds
578                     -> Bool
579
580 is_elem v vs = isIn "isUnResMono" v vs
581
582 isUnRestrictedGroup sigs (PatMonoBind other        _ _) = False
583 isUnRestrictedGroup sigs (VarMonoBind v _)              = v `is_elem` sigs
584 isUnRestrictedGroup sigs (FunMonoBind v _ matches _)    = any isUnRestrictedMatch matches || 
585                                                           v `is_elem` sigs
586 isUnRestrictedGroup sigs (AndMonoBinds mb1 mb2)         = isUnRestrictedGroup sigs mb1 &&
587                                                           isUnRestrictedGroup sigs mb2
588 isUnRestrictedGroup sigs EmptyMonoBinds                 = True
589
590 isUnRestrictedMatch (Match _ [] Nothing _) = False      -- No args, no signature
591 isUnRestrictedMatch other                  = True       -- Some args or a signature
592 \end{code}
593
594
595 %************************************************************************
596 %*                                                                      *
597 \subsection{tcMonoBind}
598 %*                                                                      *
599 %************************************************************************
600
601 @tcMonoBinds@ deals with a single @MonoBind@.  
602 The signatures have been dealt with already.
603
604 \begin{code}
605 tcMonoBinds :: RenamedMonoBinds 
606             -> [TcSigInfo]
607             -> RecFlag
608             -> TcM s (TcMonoBinds, 
609                       LIE,              -- LIE required
610                       [Name],           -- Bound names
611                       [TcId])   -- Corresponding monomorphic bound things
612
613 tcMonoBinds mbinds tc_ty_sigs is_rec
614   = tc_mb_pats mbinds           `thenTc` \ (complete_it, lie_req_pat, tvs, ids, lie_avail) ->
615     let
616         tv_list           = bagToList tvs
617         id_list           = bagToList ids
618         (names, mono_ids) = unzip id_list
619
620                 -- This last defn is the key one:
621                 -- extend the val envt with bindings for the 
622                 -- things bound in this group, overriding the monomorphic
623                 -- ids with the polymorphic ones from the pattern
624         extra_val_env = case is_rec of
625                           Recursive    -> map mk_bind id_list
626                           NonRecursive -> []
627     in
628         -- Don't know how to deal with pattern-bound existentials yet
629     checkTc (isEmptyBag tvs && isEmptyBag lie_avail) 
630             (existentialExplode mbinds)                 `thenTc_` 
631
632         -- *Before* checking the RHSs, but *after* checking *all* the patterns,
633         -- extend the envt with bindings for all the bound ids;
634         --   and *then* override with the polymorphic Ids from the signatures
635         -- That is the whole point of the "complete_it" stuff.
636         --
637         -- There's a further wrinkle: we have to delay extending the environment
638         -- until after we've dealt with any pattern-bound signature type variables
639         -- Consider  f (x::a) = ...f...
640         -- We're going to check that a isn't unified with anything in the envt, 
641         -- so f itself had better not be!  So we pass the envt binding f into
642         -- complete_it, which extends the actual envt in TcMatches.tcMatch, after
643         -- dealing with the signature tyvars
644
645     complete_it extra_val_env                           `thenTc` \ (mbinds', lie_req_rhss) ->
646
647     returnTc (mbinds', lie_req_pat `plusLIE` lie_req_rhss, names, mono_ids)
648   where
649
650         -- This function is used when dealing with a LHS binder; we make a monomorphic
651         -- version of the Id.  We check for type signatures
652     tc_pat_bndr name pat_ty
653         = case maybeSig tc_ty_sigs name of
654             Nothing
655                 -> newLocalId (getOccName name) pat_ty (getSrcLoc name)
656
657             Just (TySigInfo _ _ _ _ _ mono_id _ _)
658                 -> tcAddSrcLoc (getSrcLoc name)                         $
659                    unifyTauTy (idType mono_id) pat_ty   `thenTc_`
660                    returnTc mono_id
661
662     mk_bind (name, mono_id) = case maybeSig tc_ty_sigs name of
663                                 Nothing                                   -> (name, mono_id)
664                                 Just (TySigInfo name poly_id _ _ _ _ _ _) -> (name, poly_id)
665
666     tc_mb_pats EmptyMonoBinds
667       = returnTc (\ xve -> returnTc (EmptyMonoBinds, emptyLIE), emptyLIE, emptyBag, emptyBag, emptyLIE)
668
669     tc_mb_pats (AndMonoBinds mb1 mb2)
670       = tc_mb_pats mb1          `thenTc` \ (complete_it1, lie_req1, tvs1, ids1, lie_avail1) ->
671         tc_mb_pats mb2          `thenTc` \ (complete_it2, lie_req2, tvs2, ids2, lie_avail2) ->
672         let
673            complete_it xve = complete_it1 xve   `thenTc` \ (mb1', lie1) ->
674                              complete_it2 xve   `thenTc` \ (mb2', lie2) ->
675                              returnTc (AndMonoBinds mb1' mb2', lie1 `plusLIE` lie2)
676         in
677         returnTc (complete_it,
678                   lie_req1 `plusLIE` lie_req2,
679                   tvs1 `unionBags` tvs2,
680                   ids1 `unionBags` ids2,
681                   lie_avail1 `plusLIE` lie_avail2)
682
683     tc_mb_pats (FunMonoBind name inf matches locn)
684       = new_lhs_ty                      `thenNF_Tc` \ bndr_ty ->
685         tc_pat_bndr name bndr_ty        `thenTc` \ bndr_id ->
686         let
687            complete_it xve = tcAddSrcLoc locn                           $
688                              tcMatchesFun xve name bndr_ty  matches     `thenTc` \ (matches', lie) ->
689                              returnTc (FunMonoBind bndr_id inf matches' locn, lie)
690         in
691         returnTc (complete_it, emptyLIE, emptyBag, unitBag (name, bndr_id), emptyLIE)
692
693     tc_mb_pats bind@(PatMonoBind pat grhss locn)
694       = tcAddSrcLoc locn                $
695         new_lhs_ty                      `thenNF_Tc` \ pat_ty -> 
696
697                 --      Now typecheck the pattern
698                 -- We don't support binding fresh type variables in the
699                 -- pattern of a pattern binding.  For example, this is illegal:
700                 --      (x::a, y::b) = e
701                 -- whereas this is ok
702                 --      (x::Int, y::Bool) = e
703                 --
704                 -- We don't check explicitly for this problem.  Instead, we simply
705                 -- type check the pattern with tcPat.  If the pattern mentions any
706                 -- fresh tyvars we simply get an out-of-scope type variable error
707         tcPat tc_pat_bndr pat pat_ty            `thenTc` \ (pat', lie_req, tvs, ids, lie_avail) ->
708         let
709            complete_it xve = tcAddSrcLoc locn                           $
710                              tcAddErrCtxt (patMonoBindsCtxt bind)       $
711                              tcExtendLocalValEnv xve                    $
712                              tcGRHSs grhss pat_ty PatBindRhs            `thenTc` \ (grhss', lie) ->
713                              returnTc (PatMonoBind pat' grhss' locn, lie)
714         in
715         returnTc (complete_it, lie_req, tvs, ids, lie_avail)
716
717         -- Figure out the appropriate kind for the pattern,
718         -- and generate a suitable type variable 
719     new_lhs_ty = case is_rec of
720                      Recursive    -> newTyVarTy boxedTypeKind   -- Recursive, so no unboxed types
721                      NonRecursive -> newTyVarTy_OpenKind        -- Non-recursive, so we permit unboxed types
722 \end{code}
723
724 %************************************************************************
725 %*                                                                      *
726 \subsection{Signatures}
727 %*                                                                      *
728 %************************************************************************
729
730 @checkSigMatch@ does the next step in checking signature matching.
731 The tau-type part has already been unified.  What we do here is to
732 check that this unification has not over-constrained the (polymorphic)
733 type variables of the original signature type.
734
735 The error message here is somewhat unsatisfactory, but it'll do for
736 now (ToDo).
737
738 \begin{code}
739 checkSigMatch :: TopLevelFlag -> [Name] -> [TcId] -> [TcSigInfo] -> TcM s (Maybe (TcThetaType, LIE))
740 checkSigMatch top_lvl binder_names mono_ids sigs
741   | main_bound_here
742   =     -- First unify the main_id with IO t, for any old t
743     tcSetErrCtxt mainTyCheckCtxt (
744         tcLookupTyConByKey ioTyConKey           `thenTc`    \ ioTyCon ->
745         newTyVarTy boxedTypeKind                `thenNF_Tc` \ t_tv ->
746         unifyTauTy ((mkTyConApp ioTyCon [t_tv]))
747                    (idType main_mono_id)
748     )                                           `thenTc_`
749
750         -- Now check the signatures
751         -- Must do this after the unification with IO t, 
752         -- in case of a silly signature like
753         --      main :: forall a. a
754         -- The unification to IO t will bind the type variable 'a',
755         -- which is just waht check_one_sig looks for
756     mapTc check_one_sig sigs                    `thenTc_`
757     mapTc check_main_ctxt sigs                  `thenTc_` 
758
759             returnTc (Just ([], emptyLIE))
760
761   | not (null sigs)
762   = mapTc check_one_sig sigs                    `thenTc_`
763     mapTc check_one_ctxt all_sigs_but_first     `thenTc_`
764     returnTc (Just (theta1, sig_lie))
765
766   | otherwise
767   = returnTc Nothing            -- No constraints from type sigs
768
769   where
770     (TySigInfo _ id1 _ theta1 _ _ _ _ : all_sigs_but_first) = sigs
771
772     sig1_dict_tys       = mk_dict_tys theta1
773     n_sig1_dict_tys     = length sig1_dict_tys
774     sig_lie             = mkLIE (concat [insts | TySigInfo _ _ _ _ _ _ insts _ <- sigs])
775
776     maybe_main        = find_main top_lvl binder_names mono_ids
777     main_bound_here   = maybeToBool maybe_main
778     Just main_mono_id = maybe_main
779                       
780         -- CHECK THAT THE SIGNATURE TYVARS AND TAU_TYPES ARE OK
781         -- Doesn't affect substitution
782     check_one_sig (TySigInfo _ id sig_tyvars sig_theta sig_tau _ _ src_loc)
783       = tcAddSrcLoc src_loc                                     $
784         tcAddErrCtxtM (sigCtxt (sig_msg id) sig_tyvars sig_theta sig_tau)       $
785         checkSigTyVars sig_tyvars (idFreeTyVars id)
786
787
788         -- CHECK THAT ALL THE SIGNATURE CONTEXTS ARE UNIFIABLE
789         -- The type signatures on a mutually-recursive group of definitions
790         -- must all have the same context (or none).
791         --
792         -- We unify them because, with polymorphic recursion, their types
793         -- might not otherwise be related.  This is a rather subtle issue.
794         -- ToDo: amplify
795     check_one_ctxt sig@(TySigInfo _ id _ theta _ _ _ src_loc)
796        = tcAddSrcLoc src_loc    $
797          tcAddErrCtxt (sigContextsCtxt id1 id) $
798          checkTc (length this_sig_dict_tys == n_sig1_dict_tys)
799                                 sigContextsErr          `thenTc_`
800          unifyTauTyLists sig1_dict_tys this_sig_dict_tys
801       where
802          this_sig_dict_tys = mk_dict_tys theta
803
804         -- CHECK THAT FOR A GROUP INVOLVING Main.main, all 
805         -- the signature contexts are empty (what a bore)
806     check_main_ctxt sig@(TySigInfo _ id _ theta _ _ _ src_loc)
807         = tcAddSrcLoc src_loc   $
808           checkTc (null theta) (mainContextsErr id)
809
810     mk_dict_tys theta = map mkPredTy theta
811
812     sig_msg id = ptext SLIT("When checking the type signature for") <+> quotes (ppr id)
813
814         -- Search for Main.main in the binder_names, return corresponding mono_id
815     find_main NotTopLevel binder_names mono_ids = Nothing
816     find_main TopLevel    binder_names mono_ids = go binder_names mono_ids
817     go [] [] = Nothing
818     go (n:ns) (m:ms) | n `hasKey` mainKey = Just m
819                      | otherwise          = go ns ms
820 \end{code}
821
822
823 %************************************************************************
824 %*                                                                      *
825 \subsection{SPECIALIZE pragmas}
826 %*                                                                      *
827 %************************************************************************
828
829 @tcSpecSigs@ munches up the specialisation "signatures" that arise through *user*
830 pragmas.  It is convenient for them to appear in the @[RenamedSig]@
831 part of a binding because then the same machinery can be used for
832 moving them into place as is done for type signatures.
833
834 They look like this:
835
836 \begin{verbatim}
837         f :: Ord a => [a] -> b -> b
838         {-# SPECIALIZE f :: [Int] -> b -> b #-}
839 \end{verbatim}
840
841 For this we generate:
842 \begin{verbatim}
843         f* = /\ b -> let d1 = ...
844                      in f Int b d1
845 \end{verbatim}
846
847 where f* is a SpecPragmaId.  The **sole** purpose of SpecPragmaIds is to
848 retain a right-hand-side that the simplifier will otherwise discard as
849 dead code... the simplifier has a flag that tells it not to discard
850 SpecPragmaId bindings.
851
852 In this case the f* retains a call-instance of the overloaded
853 function, f, (including appropriate dictionaries) so that the
854 specialiser will subsequently discover that there's a call of @f@ at
855 Int, and will create a specialisation for @f@.  After that, the
856 binding for @f*@ can be discarded.
857
858 We used to have a form
859         {-# SPECIALISE f :: <type> = g #-}
860 which promised that g implemented f at <type>, but we do that with 
861 a RULE now:
862         {-# SPECIALISE (f::<type) = g #-}
863
864 \begin{code}
865 tcSpecSigs :: [RenamedSig] -> TcM s (TcMonoBinds, LIE)
866 tcSpecSigs (SpecSig name poly_ty src_loc : sigs)
867   =     -- SPECIALISE f :: forall b. theta => tau  =  g
868     tcAddSrcLoc src_loc                         $
869     tcAddErrCtxt (valSpecSigCtxt name poly_ty)  $
870
871         -- Get and instantiate its alleged specialised type
872     tcHsSigType poly_ty                         `thenTc` \ sig_ty ->
873
874         -- Check that f has a more general type, and build a RHS for
875         -- the spec-pragma-id at the same time
876     tcExpr (HsVar name) sig_ty                  `thenTc` \ (spec_expr, spec_lie) ->
877
878         -- Squeeze out any Methods (see comments with tcSimplifyToDicts)
879     tcSimplifyToDicts spec_lie                  `thenTc` \ (spec_lie1, spec_binds) ->
880
881         -- Just specialise "f" by building a SpecPragmaId binding
882         -- It is the thing that makes sure we don't prematurely 
883         -- dead-code-eliminate the binding we are really interested in.
884     newSpecPragmaId name sig_ty         `thenNF_Tc` \ spec_id ->
885
886         -- Do the rest and combine
887     tcSpecSigs sigs                     `thenTc` \ (binds_rest, lie_rest) ->
888     returnTc (binds_rest `andMonoBinds` VarMonoBind spec_id (mkHsLet spec_binds spec_expr),
889               lie_rest   `plusLIE`      spec_lie1)
890
891 tcSpecSigs (other_sig : sigs) = tcSpecSigs sigs
892 tcSpecSigs []                 = returnTc (EmptyMonoBinds, emptyLIE)
893 \end{code}
894
895
896 %************************************************************************
897 %*                                                                      *
898 \subsection[TcBinds-errors]{Error contexts and messages}
899 %*                                                                      *
900 %************************************************************************
901
902
903 \begin{code}
904 patMonoBindsCtxt bind
905   = hang (ptext SLIT("In a pattern binding:")) 4 (ppr bind)
906
907 -----------------------------------------------
908 valSpecSigCtxt v ty
909   = sep [ptext SLIT("In a SPECIALIZE pragma for a value:"),
910          nest 4 (ppr v <+> dcolon <+> ppr ty)]
911
912 -----------------------------------------------
913 notAsPolyAsSigErr sig_tau mono_tyvars
914   = hang (ptext SLIT("A type signature is more polymorphic than the inferred type"))
915         4  (vcat [text "Can't for-all the type variable(s)" <+> 
916                   pprQuotedList mono_tyvars,
917                   text "in the type" <+> quotes (ppr sig_tau)
918            ])
919
920 -----------------------------------------------
921 badMatchErr sig_ty inferred_ty
922   = hang (ptext SLIT("Type signature doesn't match inferred type"))
923          4 (vcat [hang (ptext SLIT("Signature:")) 4 (ppr sig_ty),
924                       hang (ptext SLIT("Inferred :")) 4 (ppr inferred_ty)
925            ])
926
927 -----------------------------------------------
928 unboxedPatBindErr id
929   = ptext SLIT("variable in a lazy pattern binding has unboxed type: ")
930          <+> quotes (ppr id)
931
932 -----------------------------------------------
933 bindSigsCtxt ids
934   = ptext SLIT("When checking the type signature(s) for") <+> pprQuotedList ids
935
936 -----------------------------------------------
937 sigContextsErr
938   = ptext SLIT("Mismatched contexts")
939
940 sigContextsCtxt s1 s2
941   = hang (hsep [ptext SLIT("When matching the contexts of the signatures for"), 
942                 quotes (ppr s1), ptext SLIT("and"), quotes (ppr s2)])
943          4 (ptext SLIT("(the signature contexts in a mutually recursive group should all be identical)"))
944
945 mainContextsErr id
946   | id `hasKey` mainKey = ptext SLIT("Main.main cannot be overloaded")
947   | otherwise
948   = quotes (ppr id) <+> ptext SLIT("cannot be overloaded") <> char ',' <> -- sigh; workaround for cpp's inability to deal
949     ptext SLIT("because it is mutually recursive with Main.main")         -- with commas inside SLIT strings.
950
951 mainTyCheckCtxt
952   = hsep [ptext SLIT("When checking that"), quotes (ptext SLIT("main")),
953           ptext SLIT("has the required type")]
954
955 -----------------------------------------------
956 unliftedBindErr flavour mbind
957   = hang (text flavour <+> ptext SLIT("bindings for unlifted types aren't allowed"))
958          4 (ppr mbind)
959
960 existentialExplode mbinds
961   = hang (vcat [text "My brain just exploded.",
962                 text "I can't handle pattern bindings for existentially-quantified constructors.",
963                 text "In the binding group"])
964         4 (ppr mbinds)
965 \end{code}