85f0688b951f80d89749e37e84f5f1794d92a746
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcDeriv.lhs
1 %
2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
3 %
4 \section[TcDeriv]{Deriving}
5
6 Handles @deriving@ clauses on @data@ declarations.
7
8 \begin{code}
9 module TcDeriv ( tcDeriving ) where
10
11 #include "HsVersions.h"
12
13 import HsSyn
14 import CmdLineOpts      ( DynFlag(..) )
15
16 import Generics         ( mkTyConGenericBinds )
17 import TcRnMonad
18 import TcEnv            ( newDFunName, 
19                           InstInfo(..), InstBindings(..),
20                           pprInstInfoDetails, tcLookupTyCon, tcExtendTyVarEnv
21                         )
22 import TcGenDeriv       -- Deriv stuff
23 import InstEnv          ( simpleDFunClassTyCon, extendInstEnv )
24 import TcHsType         ( tcHsPred )
25 import TcSimplify       ( tcSimplifyDeriv )
26
27 import RnBinds          ( rnMethodBinds, rnTopBinds )
28 import RnEnv            ( bindLocalNames )
29 import TcRnMonad        ( thenM, returnM, mapAndUnzipM )
30 import HscTypes         ( DFunId, FixityEnv )
31
32 import BasicTypes       ( NewOrData(..) )
33 import Class            ( className, classArity, classKey, classTyVars, classSCTheta, Class )
34 import Subst            ( mkTyVarSubst, substTheta )
35 import ErrUtils         ( dumpIfSet_dyn )
36 import MkId             ( mkDictFunId )
37 import DataCon          ( dataConOrigArgTys, isNullaryDataCon, isExistentialDataCon )
38 import Maybes           ( catMaybes )
39 import RdrName          ( RdrName )
40 import Name             ( Name, getSrcLoc )
41 import NameSet          ( NameSet, emptyNameSet, duDefs )
42 import Unique           ( Unique, getUnique )
43
44 import TyCon            ( tyConTyVars, tyConDataCons, tyConArity, tyConHasGenerics,
45                           tyConTheta, isProductTyCon, isDataTyCon,
46                           isEnumerationTyCon, isRecursiveTyCon, TyCon
47                         )
48 import TcType           ( TcType, ThetaType, mkTyVarTy, mkTyVarTys, mkTyConApp, 
49                           getClassPredTys_maybe, tcTyConAppTyCon,
50                           isUnLiftedType, mkClassPred, tyVarsOfTypes, tcSplitFunTys, isTypeKind,
51                           tcEqTypes, tcSplitAppTys, mkAppTys, tcSplitDFunTy )
52 import Var              ( TyVar, tyVarKind, idType, varName )
53 import VarSet           ( mkVarSet, subVarSet )
54 import PrelNames
55 import SrcLoc           ( srcLocSpan, Located(..) )
56 import Util             ( zipWithEqual, sortLt, notNull )
57 import ListSetOps       ( removeDups,  assoc )
58 import Outputable
59 import Bag
60 \end{code}
61
62 %************************************************************************
63 %*                                                                      *
64 \subsection[TcDeriv-intro]{Introduction to how we do deriving}
65 %*                                                                      *
66 %************************************************************************
67
68 Consider
69
70         data T a b = C1 (Foo a) (Bar b)
71                    | C2 Int (T b a)
72                    | C3 (T a a)
73                    deriving (Eq)
74
75 [NOTE: See end of these comments for what to do with 
76         data (C a, D b) => T a b = ...
77 ]
78
79 We want to come up with an instance declaration of the form
80
81         instance (Ping a, Pong b, ...) => Eq (T a b) where
82                 x == y = ...
83
84 It is pretty easy, albeit tedious, to fill in the code "...".  The
85 trick is to figure out what the context for the instance decl is,
86 namely @Ping@, @Pong@ and friends.
87
88 Let's call the context reqd for the T instance of class C at types
89 (a,b, ...)  C (T a b).  Thus:
90
91         Eq (T a b) = (Ping a, Pong b, ...)
92
93 Now we can get a (recursive) equation from the @data@ decl:
94
95         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
96                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
97                    u Eq (T a a)                 -- From C3
98
99 Foo and Bar may have explicit instances for @Eq@, in which case we can
100 just substitute for them.  Alternatively, either or both may have
101 their @Eq@ instances given by @deriving@ clauses, in which case they
102 form part of the system of equations.
103
104 Now all we need do is simplify and solve the equations, iterating to
105 find the least fixpoint.  Notice that the order of the arguments can
106 switch around, as here in the recursive calls to T.
107
108 Let's suppose Eq (Foo a) = Eq a, and Eq (Bar b) = Ping b.
109
110 We start with:
111
112         Eq (T a b) = {}         -- The empty set
113
114 Next iteration:
115         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
116                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
117                    u Eq (T a a)                 -- From C3
118
119         After simplification:
120                    = Eq a u Ping b u {} u {} u {}
121                    = Eq a u Ping b
122
123 Next iteration:
124
125         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
126                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
127                    u Eq (T a a)                 -- From C3
128
129         After simplification:
130                    = Eq a u Ping b
131                    u (Eq b u Ping a)
132                    u (Eq a u Ping a)
133
134                    = Eq a u Ping b u Eq b u Ping a
135
136 The next iteration gives the same result, so this is the fixpoint.  We
137 need to make a canonical form of the RHS to ensure convergence.  We do
138 this by simplifying the RHS to a form in which
139
140         - the classes constrain only tyvars
141         - the list is sorted by tyvar (major key) and then class (minor key)
142         - no duplicates, of course
143
144 So, here are the synonyms for the ``equation'' structures:
145
146 \begin{code}
147 type DerivEqn = (Name, Class, TyCon, [TyVar], DerivRhs)
148                 -- The Name is the name for the DFun we'll build
149                 -- The tyvars bind all the variables in the RHS
150
151 pprDerivEqn (n,c,tc,tvs,rhs)
152   = parens (hsep [ppr n, ppr c, ppr tc, ppr tvs] <+> equals <+> ppr rhs)
153
154 type DerivRhs  = ThetaType
155 type DerivSoln = DerivRhs
156 \end{code}
157
158
159 [Data decl contexts] A note about contexts on data decls
160 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
161 Consider
162
163         data (RealFloat a) => Complex a = !a :+ !a deriving( Read )
164
165 We will need an instance decl like:
166
167         instance (Read a, RealFloat a) => Read (Complex a) where
168           ...
169
170 The RealFloat in the context is because the read method for Complex is bound
171 to construct a Complex, and doing that requires that the argument type is
172 in RealFloat. 
173
174 But this ain't true for Show, Eq, Ord, etc, since they don't construct
175 a Complex; they only take them apart.
176
177 Our approach: identify the offending classes, and add the data type
178 context to the instance decl.  The "offending classes" are
179
180         Read, Enum?
181
182 FURTHER NOTE ADDED March 2002.  In fact, Haskell98 now requires that
183 pattern matching against a constructor from a data type with a context
184 gives rise to the constraints for that context -- or at least the thinned
185 version.  So now all classes are "offending".
186
187
188
189 %************************************************************************
190 %*                                                                      *
191 \subsection[TcDeriv-driver]{Top-level function for \tr{derivings}}
192 %*                                                                      *
193 %************************************************************************
194
195 \begin{code}
196 tcDeriving  :: [LTyClDecl Name] -- All type constructors
197             -> TcM ([InstInfo],         -- The generated "instance decls"
198                     [HsBindGroup Name], -- Extra generated top-level bindings
199                     NameSet)            -- Binders to keep alive
200
201 tcDeriving tycl_decls
202   = recoverM (returnM ([], [], emptyNameSet)) $
203     do  {       -- Fish the "deriving"-related information out of the TcEnv
204                 -- and make the necessary "equations".
205         ; (ordinary_eqns, newtype_inst_info) <- makeDerivEqns tycl_decls
206
207         ; (ordinary_inst_info, deriv_binds) 
208                 <- extendLocalInstEnv (map iDFunId newtype_inst_info)  $
209                    deriveOrdinaryStuff ordinary_eqns
210                 -- Add the newtype-derived instances to the inst env
211                 -- before tacking the "ordinary" ones
212
213         -- Generate the generic to/from functions from each type declaration
214         ; gen_binds <- mkGenericBinds tycl_decls
215         ; let inst_info  = newtype_inst_info ++ ordinary_inst_info
216
217         -- Rename these extra bindings, discarding warnings about unused bindings etc
218         -- Set -fglasgow exts so that we can have type signatures in patterns,
219         -- which is used in the generic binds
220         ; (rn_binds, gen_bndrs) 
221                 <- discardWarnings $ setOptM Opt_GlasgowExts $ do
222                         { (rn_deriv, _dus1) <- rnTopBinds deriv_binds []
223                         ; (rn_gen, dus_gen) <- rnTopBinds gen_binds   []
224                         ; return (rn_deriv ++ rn_gen, duDefs dus_gen) }
225
226
227         ; dflags <- getDOpts
228         ; ioToTcRn (dumpIfSet_dyn dflags Opt_D_dump_deriv "Derived instances" 
229                    (ddump_deriving inst_info rn_binds))
230
231         ; returnM (inst_info, rn_binds, gen_bndrs)
232         }
233   where
234     ddump_deriving :: [InstInfo] -> [HsBindGroup Name] -> SDoc
235     ddump_deriving inst_infos extra_binds
236       = vcat (map pprInstInfoDetails inst_infos) $$ vcat (map ppr extra_binds)
237
238 -----------------------------------------
239 deriveOrdinaryStuff []  -- Short cut
240   = returnM ([], emptyBag)
241
242 deriveOrdinaryStuff eqns
243   = do  {       -- Take the equation list and solve it, to deliver a list of
244                 -- solutions, a.k.a. the contexts for the instance decls
245                 -- required for the corresponding equations.
246         ; new_dfuns <- solveDerivEqns eqns
247
248         -- Generate the InstInfo for each dfun, 
249         -- plus any auxiliary bindings it needs
250         ; (inst_infos, aux_binds_s) <- mapAndUnzipM genInst new_dfuns
251
252         -- Generate any extra not-one-inst-decl-specific binds, 
253         -- notably "con2tag" and/or "tag2con" functions.  
254         ; extra_binds <- genTaggeryBinds new_dfuns
255
256         -- Done
257         ; returnM (inst_infos, unionManyBags (extra_binds : aux_binds_s))
258    }
259
260 -----------------------------------------
261 mkGenericBinds tycl_decls
262   = do  { tcs <- mapM tcLookupTyCon 
263                         [ tc_name | 
264                           L _ (TyData { tcdLName = L _ tc_name }) <- tycl_decls]
265                 -- We are only interested in the data type declarations
266         ; return (unionManyBags [ mkTyConGenericBinds tc | 
267                                   tc <- tcs, tyConHasGenerics tc ]) }
268                 -- And then only in the ones whose 'has-generics' flag is on
269 \end{code}
270
271
272 %************************************************************************
273 %*                                                                      *
274 \subsection[TcDeriv-eqns]{Forming the equations}
275 %*                                                                      *
276 %************************************************************************
277
278 @makeDerivEqns@ fishes around to find the info about needed derived
279 instances.  Complicating factors:
280 \begin{itemize}
281 \item
282 We can only derive @Enum@ if the data type is an enumeration
283 type (all nullary data constructors).
284
285 \item
286 We can only derive @Ix@ if the data type is an enumeration {\em
287 or} has just one data constructor (e.g., tuples).
288 \end{itemize}
289
290 [See Appendix~E in the Haskell~1.2 report.] This code here deals w/
291 all those.
292
293 \begin{code}
294 makeDerivEqns :: [LTyClDecl Name] 
295               -> TcM ([DerivEqn],       -- Ordinary derivings
296                       [InstInfo])       -- Special newtype derivings
297
298 makeDerivEqns tycl_decls
299   = mapAndUnzipM mk_eqn derive_these            `thenM` \ (maybe_ordinaries, maybe_newtypes) ->
300     returnM (catMaybes maybe_ordinaries, catMaybes maybe_newtypes)
301   where
302     ------------------------------------------------------------------
303     derive_these :: [(NewOrData, Name, LHsPred Name)]
304         -- Find the (nd, TyCon, Pred) pairs that must be `derived'
305         -- NB: only source-language decls have deriving, no imported ones do
306     derive_these = [ (nd, tycon, pred) 
307                    | L _ (TyData { tcdND = nd, tcdLName = L _ tycon, 
308                                   tcdDerivs = Just (L _ preds) }) <- tycl_decls,
309                      pred <- preds ]
310
311     ------------------------------------------------------------------
312     mk_eqn :: (NewOrData, Name, LHsPred Name) -> TcM (Maybe DerivEqn, Maybe InstInfo)
313         -- We swizzle the tyvars and datacons out of the tycon
314         -- to make the rest of the equation
315
316     mk_eqn (new_or_data, tycon_name, pred)
317       = tcLookupTyCon tycon_name                `thenM` \ tycon ->
318         addSrcSpan (srcLocSpan (getSrcLoc tycon))               $
319         addErrCtxt (derivCtxt Nothing tycon)    $
320         tcExtendTyVarEnv (tyConTyVars tycon)    $       -- Deriving preds may (now) mention
321                                                         -- the type variables for the type constructor
322         tcHsPred pred                           `thenM` \ pred' ->
323         case getClassPredTys_maybe pred' of
324            Nothing          -> bale_out (malformedPredErr tycon pred)
325            Just (clas, tys) -> doptM Opt_GlasgowExts                    `thenM` \ gla_exts ->
326                                mk_eqn_help gla_exts new_or_data tycon clas tys
327
328     ------------------------------------------------------------------
329     mk_eqn_help gla_exts DataType tycon clas tys
330       | Just err <- checkSideConditions gla_exts clas tycon tys
331       = bale_out (derivingThingErr clas tys tycon tyvars err)
332       | otherwise 
333       = new_dfun_name clas tycon         `thenM` \ dfun_name ->
334         returnM (Just (dfun_name, clas, tycon, tyvars, constraints), Nothing)
335       where
336         tyvars      = tyConTyVars tycon
337         constraints = extra_constraints ++ ordinary_constraints
338                  -- "extra_constraints": see note [Data decl contexts] above
339         extra_constraints = tyConTheta tycon
340
341         ordinary_constraints
342           | clas `hasKey` typeableClassKey      -- For the Typeable class, the constraints
343                                                 -- don't involve the constructor ags, only 
344                                                 -- the tycon tyvars
345                                                 -- e.g.   data T a b = ...
346                                                 -- we want
347                                                 --      instance (Typeable a, Typable b)
348                                                 --               => Typeable (T a b) where
349           = [mkClassPred clas [mkTyVarTy tv] | tv <- tyvars]
350           | otherwise
351           = [ mkClassPred clas [arg_ty] 
352             | data_con <- tyConDataCons tycon,
353               arg_ty   <- dataConOrigArgTys data_con,
354                         -- Use the same type variables
355                         -- as the type constructor,
356                         -- hence no need to instantiate
357               not (isUnLiftedType arg_ty)       -- No constraints for unlifted types?
358             ]
359
360     mk_eqn_help gla_exts NewType tycon clas tys
361       | can_derive_via_isomorphism && (gla_exts || standard_class gla_exts clas)
362       =         -- Go ahead and use the isomorphism
363            traceTc (text "newtype deriving:" <+> ppr tycon <+> ppr rep_tys)     `thenM_`
364            new_dfun_name clas tycon             `thenM` \ dfun_name ->
365            returnM (Nothing, Just (InstInfo { iDFunId = mk_dfun dfun_name,
366                                               iBinds = NewTypeDerived rep_tys }))
367       | standard_class gla_exts clas
368       = mk_eqn_help gla_exts DataType tycon clas tys    -- Go via bale-out route
369
370       | otherwise                               -- Non-standard instance
371       = bale_out (if gla_exts then      
372                         cant_derive_err -- Too hard
373                   else
374                         non_std_err)    -- Just complain about being a non-std instance
375       where
376         -- Here is the plan for newtype derivings.  We see
377         --        newtype T a1...an = T (t ak...an) deriving (.., C s1 .. sm, ...)
378         -- where aj...an do not occur free in t, and the (C s1 ... sm) is a 
379         -- *partial applications* of class C with the last parameter missing
380         --
381         -- We generate the instances
382         --       instance C s1 .. sm (t ak...aj) => C s1 .. sm (T a1...aj)
383         -- where T a1...aj is the partial application of the LHS of the correct kind
384         --
385         -- Running example: newtype T s a = MkT (ST s a) deriving( Monad )
386         --      instance Monad (ST s) => Monad (T s) where 
387         --        fail = coerce ... (fail @ ST s)
388
389         clas_tyvars = classTyVars clas
390         kind = tyVarKind (last clas_tyvars)
391                 -- Kind of the thing we want to instance
392                 --   e.g. argument kind of Monad, *->*
393
394         (arg_kinds, _) = tcSplitFunTys kind
395         n_args_to_drop = length arg_kinds       
396                 -- Want to drop 1 arg from (T s a) and (ST s a)
397                 -- to get       instance Monad (ST s) => Monad (T s)
398
399         -- Note [newtype representation]
400         -- We must not use newTyConRep to get the representation 
401         -- type, because that looks through all intermediate newtypes
402         -- To get the RHS of *this* newtype, just look at the data
403         -- constructor.  For example
404         --      newtype B = MkB Int
405         --      newtype A = MkA B deriving( Num )
406         -- We want the Num instance of B, *not* the Num instance of Int,
407         -- when making the Num instance of A!
408         tyvars                = tyConTyVars tycon
409         rep_ty                = head (dataConOrigArgTys (head (tyConDataCons tycon)))
410         (rep_fn, rep_ty_args) = tcSplitAppTys rep_ty
411
412         n_tyvars_to_keep = tyConArity tycon  - n_args_to_drop
413         tyvars_to_drop   = drop n_tyvars_to_keep tyvars
414         tyvars_to_keep   = take n_tyvars_to_keep tyvars
415
416         n_args_to_keep = length rep_ty_args - n_args_to_drop
417         args_to_drop   = drop n_args_to_keep rep_ty_args
418         args_to_keep   = take n_args_to_keep rep_ty_args
419
420         rep_tys  = tys ++ [mkAppTys rep_fn args_to_keep]
421         rep_pred = mkClassPred clas rep_tys
422                 -- rep_pred is the representation dictionary, from where
423                 -- we are gong to get all the methods for the newtype dictionary
424
425         inst_tys = (tys ++ [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars_to_keep)])
426                 -- The 'tys' here come from the partial application
427                 -- in the deriving clause. The last arg is the new
428                 -- instance type.
429
430                 -- We must pass the superclasses; the newtype might be an instance
431                 -- of them in a different way than the representation type
432                 -- E.g.         newtype Foo a = Foo a deriving( Show, Num, Eq )
433                 -- Then the Show instance is not done via isomprphism; it shows
434                 --      Foo 3 as "Foo 3"
435                 -- The Num instance is derived via isomorphism, but the Show superclass
436                 -- dictionary must the Show instance for Foo, *not* the Show dictionary
437                 -- gotten from the Num dictionary. So we must build a whole new dictionary
438                 -- not just use the Num one.  The instance we want is something like:
439                 --      instance (Num a, Show (Foo a), Eq (Foo a)) => Num (Foo a) where
440                 --              (+) = ((+)@a)
441                 --              ...etc...
442                 -- There's no 'corece' needed because after the type checker newtypes
443                 -- are transparent.
444
445         sc_theta = substTheta (mkTyVarSubst clas_tyvars inst_tys)
446                               (classSCTheta clas)
447
448                 -- If there are no tyvars, there's no need
449                 -- to abstract over the dictionaries we need
450         dict_args | null tyvars = []
451                   | otherwise   = rep_pred : sc_theta
452
453                 -- Finally! Here's where we build the dictionary Id
454         mk_dfun dfun_name = mkDictFunId dfun_name tyvars dict_args clas inst_tys
455
456         -------------------------------------------------------------------
457         --  Figuring out whether we can only do this newtype-deriving thing
458
459         right_arity = length tys + 1 == classArity clas
460
461                 -- Never derive Read,Show,Typeable,Data this way 
462         non_iso_classes = [readClassKey, showClassKey, typeableClassKey, dataClassKey]
463         can_derive_via_isomorphism
464            =  not (getUnique clas `elem` non_iso_classes)
465            && right_arity                       -- Well kinded;
466                                                 -- eg not: newtype T ... deriving( ST )
467                                                 --      because ST needs *2* type params
468            && n_tyvars_to_keep >= 0             -- Type constructor has right kind:
469                                                 -- eg not: newtype T = T Int deriving( Monad )
470            && n_args_to_keep   >= 0             -- Rep type has right kind: 
471                                                 -- eg not: newtype T a = T Int deriving( Monad )
472            && eta_ok                            -- Eta reduction works
473            && not (isRecursiveTyCon tycon)      -- Does not work for recursive tycons:
474                                                 --      newtype A = MkA [A]
475                                                 -- Don't want
476                                                 --      instance Eq [A] => Eq A !!
477
478                         -- Here's a recursive newtype that's actually OK
479                         --      newtype S1 = S1 [T1 ()]
480                         --      newtype T1 a = T1 (StateT S1 IO a ) deriving( Monad )
481                         -- It's currently rejected.  Oh well.
482
483         -- Check that eta reduction is OK
484         --      (a) the dropped-off args are identical
485         --      (b) the remaining type args mention 
486         --          only the remaining type variables
487         eta_ok = (args_to_drop `tcEqTypes` mkTyVarTys tyvars_to_drop)
488               && (tyVarsOfTypes args_to_keep `subVarSet` mkVarSet tyvars_to_keep) 
489
490         cant_derive_err = derivingThingErr clas tys tycon tyvars_to_keep
491                                 (vcat [ptext SLIT("even with cunning newtype deriving:"),
492                                         if isRecursiveTyCon tycon then
493                                           ptext SLIT("the newtype is recursive")
494                                         else empty,
495                                         if not right_arity then 
496                                           quotes (ppr (mkClassPred clas tys)) <+> ptext SLIT("does not have arity 1")
497                                         else empty,
498                                         if not (n_tyvars_to_keep >= 0) then 
499                                           ptext SLIT("the type constructor has wrong kind")
500                                         else if not (n_args_to_keep >= 0) then
501                                           ptext SLIT("the representation type has wrong kind")
502                                         else if not eta_ok then 
503                                           ptext SLIT("the eta-reduction property does not hold")
504                                         else empty
505                                       ])
506
507         non_std_err = derivingThingErr clas tys tycon tyvars_to_keep
508                                 (vcat [non_std_why clas,
509                                        ptext SLIT("Try -fglasgow-exts for GHC's newtype-deriving extension")])
510
511     bale_out err = addErrTc err `thenM_` returnM (Nothing, Nothing) 
512     standard_class gla_exts clas =  key `elem` derivableClassKeys
513                                  || (gla_exts && (key == typeableClassKey || key == dataClassKey))
514         where
515           key = classKey clas
516
517
518
519
520 new_dfun_name clas tycon        -- Just a simple wrapper
521   = newDFunName clas [mkTyConApp tycon []] (getSrcLoc tycon)
522         -- The type passed to newDFunName is only used to generate
523         -- a suitable string; hence the empty type arg list
524
525 ------------------------------------------------------------------
526 -- Check side conditions that dis-allow derivability for particular classes
527 -- This is *apart* from the newtype-deriving mechanism
528
529 checkSideConditions :: Bool -> Class -> TyCon -> [TcType] -> Maybe SDoc
530 checkSideConditions gla_exts clas tycon tys
531   | notNull tys 
532   = Just ty_args_why    -- e.g. deriving( Foo s )
533   | otherwise
534   = case [cond | (key,cond) <- sideConditions, key == getUnique clas] of
535         []     -> Just (non_std_why clas)
536         [cond] -> cond (gla_exts, tycon)
537         other  -> pprPanic "checkSideConditions" (ppr clas)
538   where
539     ty_args_why      = quotes (ppr (mkClassPred clas tys)) <+> ptext SLIT("is not a class")
540
541 non_std_why clas = quotes (ppr clas) <+> ptext SLIT("is not a derivable class")
542
543 sideConditions :: [(Unique, Condition)]
544 sideConditions
545   = [   (eqClassKey,       cond_std),
546         (ordClassKey,      cond_std),
547         (readClassKey,     cond_std),
548         (showClassKey,     cond_std),
549         (enumClassKey,     cond_std `andCond` cond_isEnumeration),
550         (ixClassKey,       cond_std `andCond` (cond_isEnumeration `orCond` cond_isProduct)),
551         (boundedClassKey,  cond_std `andCond` (cond_isEnumeration `orCond` cond_isProduct)),
552         (typeableClassKey, cond_glaExts `andCond` cond_allTypeKind),
553         (dataClassKey,     cond_glaExts `andCond` cond_std)
554     ]
555
556 type Condition = (Bool, TyCon) -> Maybe SDoc    -- Nothing => OK
557
558 orCond :: Condition -> Condition -> Condition
559 orCond c1 c2 tc 
560   = case c1 tc of
561         Nothing -> Nothing              -- c1 succeeds
562         Just x  -> case c2 tc of        -- c1 fails
563                      Nothing -> Nothing
564                      Just y  -> Just (x $$ ptext SLIT("  and") $$ y)
565                                         -- Both fail
566
567 andCond c1 c2 tc = case c1 tc of
568                      Nothing -> c2 tc   -- c1 succeeds
569                      Just x  -> Just x  -- c1 fails
570
571 cond_std :: Condition
572 cond_std (gla_exts, tycon)
573   | any isExistentialDataCon data_cons  = Just existential_why     
574   | null data_cons                      = Just no_cons_why
575   | otherwise                           = Nothing
576   where
577     data_cons       = tyConDataCons tycon
578     no_cons_why     = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has no data constructors")
579     existential_why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has existentially-quantified constructor(s)")
580   
581 cond_isEnumeration :: Condition
582 cond_isEnumeration (gla_exts, tycon)
583   | isEnumerationTyCon tycon = Nothing
584   | otherwise                = Just why
585   where
586     why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has non-nullary constructors")
587
588 cond_isProduct :: Condition
589 cond_isProduct (gla_exts, tycon)
590   | isProductTyCon tycon = Nothing
591   | otherwise            = Just why
592   where
593     why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has more than one constructor")
594
595 cond_allTypeKind :: Condition
596 cond_allTypeKind (gla_exts, tycon)
597   | all (isTypeKind . tyVarKind) (tyConTyVars tycon) = Nothing
598   | otherwise                                        = Just why
599   where
600     why  = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("is parameterised over arguments of kind other than `*'")
601
602 cond_glaExts :: Condition
603 cond_glaExts (gla_exts, tycon) | gla_exts  = Nothing
604                                | otherwise = Just why
605   where
606     why  = ptext SLIT("You need -fglasgow-exts to derive an instance for this class")
607 \end{code}
608
609 %************************************************************************
610 %*                                                                      *
611 \subsection[TcDeriv-fixpoint]{Finding the fixed point of \tr{deriving} equations}
612 %*                                                                      *
613 %************************************************************************
614
615 A ``solution'' (to one of the equations) is a list of (k,TyVarTy tv)
616 terms, which is the final correct RHS for the corresponding original
617 equation.
618 \begin{itemize}
619 \item
620 Each (k,TyVarTy tv) in a solution constrains only a type
621 variable, tv.
622
623 \item
624 The (k,TyVarTy tv) pairs in a solution are canonically
625 ordered by sorting on type varible, tv, (major key) and then class, k,
626 (minor key)
627 \end{itemize}
628
629 \begin{code}
630 solveDerivEqns :: [DerivEqn]
631                -> TcM [DFunId]  -- Solns in same order as eqns.
632                                 -- This bunch is Absolutely minimal...
633
634 solveDerivEqns orig_eqns
635   = iterateDeriv 1 initial_solutions
636   where
637         -- The initial solutions for the equations claim that each
638         -- instance has an empty context; this solution is certainly
639         -- in canonical form.
640     initial_solutions :: [DerivSoln]
641     initial_solutions = [ [] | _ <- orig_eqns ]
642
643     ------------------------------------------------------------------
644         -- iterateDeriv calculates the next batch of solutions,
645         -- compares it with the current one; finishes if they are the
646         -- same, otherwise recurses with the new solutions.
647         -- It fails if any iteration fails
648     iterateDeriv :: Int -> [DerivSoln] ->TcM [DFunId]
649     iterateDeriv n current_solns
650       | n > 20  -- Looks as if we are in an infinite loop
651                 -- This can happen if we have -fallow-undecidable-instances
652                 -- (See TcSimplify.tcSimplifyDeriv.)
653       = pprPanic "solveDerivEqns: probable loop" 
654                  (vcat (map pprDerivEqn orig_eqns) $$ ppr current_solns)
655       | otherwise
656       = let 
657             dfuns = zipWithEqual "add_solns" mk_deriv_dfun orig_eqns current_solns
658         in
659         checkNoErrs (
660                   -- Extend the inst info from the explicit instance decls
661                   -- with the current set of solutions, and simplify each RHS
662             extendLocalInstEnv dfuns $
663             mappM gen_soln orig_eqns
664         )                               `thenM` \ new_solns ->
665         if (current_solns == new_solns) then
666             returnM dfuns
667         else
668             iterateDeriv (n+1) new_solns
669
670     ------------------------------------------------------------------
671
672     gen_soln (_, clas, tc,tyvars,deriv_rhs)
673       = addSrcSpan (srcLocSpan (getSrcLoc tc))          $
674         addErrCtxt (derivCtxt (Just clas) tc)   $
675         tcSimplifyDeriv tyvars deriv_rhs        `thenM` \ theta ->
676         returnM (sortLt (<) theta)      -- Canonicalise before returning the soluction
677
678 mk_deriv_dfun (dfun_name, clas, tycon, tyvars, _) theta
679   = mkDictFunId dfun_name tyvars theta
680                 clas [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars)] 
681
682 extendLocalInstEnv :: [DFunId] -> TcM a -> TcM a
683 -- Add new locall-defined instances; don't bother to check
684 -- for functional dependency errors -- that'll happen in TcInstDcls
685 extendLocalInstEnv dfuns thing_inside
686  = do { env <- getGblEnv
687       ; let  inst_env' = foldl extendInstEnv (tcg_inst_env env) dfuns 
688              env'      = env { tcg_inst_env = inst_env' }
689       ; setGblEnv env' thing_inside }
690 \end{code}
691
692 %************************************************************************
693 %*                                                                      *
694 \subsection[TcDeriv-normal-binds]{Bindings for the various classes}
695 %*                                                                      *
696 %************************************************************************
697
698 After all the trouble to figure out the required context for the
699 derived instance declarations, all that's left is to chug along to
700 produce them.  They will then be shoved into @tcInstDecls2@, which
701 will do all its usual business.
702
703 There are lots of possibilities for code to generate.  Here are
704 various general remarks.
705
706 PRINCIPLES:
707 \begin{itemize}
708 \item
709 We want derived instances of @Eq@ and @Ord@ (both v common) to be
710 ``you-couldn't-do-better-by-hand'' efficient.
711
712 \item
713 Deriving @Show@---also pretty common--- should also be reasonable good code.
714
715 \item
716 Deriving for the other classes isn't that common or that big a deal.
717 \end{itemize}
718
719 PRAGMATICS:
720
721 \begin{itemize}
722 \item
723 Deriving @Ord@ is done mostly with the 1.3 @compare@ method.
724
725 \item
726 Deriving @Eq@ also uses @compare@, if we're deriving @Ord@, too.
727
728 \item
729 We {\em normally} generate code only for the non-defaulted methods;
730 there are some exceptions for @Eq@ and (especially) @Ord@...
731
732 \item
733 Sometimes we use a @_con2tag_<tycon>@ function, which returns a data
734 constructor's numeric (@Int#@) tag.  These are generated by
735 @gen_tag_n_con_binds@, and the heuristic for deciding if one of
736 these is around is given by @hasCon2TagFun@.
737
738 The examples under the different sections below will make this
739 clearer.
740
741 \item
742 Much less often (really just for deriving @Ix@), we use a
743 @_tag2con_<tycon>@ function.  See the examples.
744
745 \item
746 We use the renamer!!!  Reason: we're supposed to be
747 producing @LHsBinds Name@ for the methods, but that means
748 producing correctly-uniquified code on the fly.  This is entirely
749 possible (the @TcM@ monad has a @UniqueSupply@), but it is painful.
750 So, instead, we produce @MonoBinds RdrName@ then heave 'em through
751 the renamer.  What a great hack!
752 \end{itemize}
753
754 \begin{code}
755 -- Generate the InstInfo for the required instance,
756 -- plus any auxiliary bindings required
757 genInst :: DFunId -> TcM (InstInfo, LHsBinds RdrName)
758 genInst dfun
759   = getFixityEnv                `thenM` \ fix_env -> 
760     let
761         (tyvars,_,clas,[ty])    = tcSplitDFunTy (idType dfun)
762         clas_nm                 = className clas
763         tycon                   = tcTyConAppTyCon ty 
764         (meth_binds, aux_binds) = assoc "gen_bind:bad derived class"
765                                   gen_list (getUnique clas) fix_env tycon
766     in
767         -- Bring the right type variables into 
768         -- scope, and rename the method binds
769     bindLocalNames (map varName tyvars)         $
770     rnMethodBinds clas_nm [] meth_binds         `thenM` \ (rn_meth_binds, _fvs) ->
771
772         -- Build the InstInfo
773     returnM (InstInfo { iDFunId = dfun, iBinds = VanillaInst rn_meth_binds [] }, 
774              aux_binds)
775
776 gen_list :: [(Unique, FixityEnv -> TyCon -> (LHsBinds RdrName, LHsBinds RdrName))]
777 gen_list = [(eqClassKey,      no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Eq_binds))
778            ,(ordClassKey,     no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Ord_binds))
779            ,(enumClassKey,    no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Enum_binds))
780            ,(boundedClassKey, no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Bounded_binds))
781            ,(ixClassKey,      no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Ix_binds))
782            ,(typeableClassKey,no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Typeable_binds))
783            ,(showClassKey,    no_aux_binds gen_Show_binds)
784            ,(readClassKey,    no_aux_binds gen_Read_binds)
785            ,(dataClassKey,    gen_Data_binds)
786            ]
787
788   -- no_aux_binds is used for generators that don't 
789   -- need to produce any auxiliary bindings
790 no_aux_binds f fix_env tc = (f fix_env tc, emptyBag)
791 ignore_fix_env f fix_env tc = f tc
792 \end{code}
793
794
795 %************************************************************************
796 %*                                                                      *
797 \subsection[TcDeriv-taggery-Names]{What con2tag/tag2con functions are available?}
798 %*                                                                      *
799 %************************************************************************
800
801
802 data Foo ... = ...
803
804 con2tag_Foo :: Foo ... -> Int#
805 tag2con_Foo :: Int -> Foo ...   -- easier if Int, not Int#
806 maxtag_Foo  :: Int              -- ditto (NB: not unlifted)
807
808
809 We have a @con2tag@ function for a tycon if:
810 \begin{itemize}
811 \item
812 We're deriving @Eq@ and the tycon has nullary data constructors.
813
814 \item
815 Or: we're deriving @Ord@ (unless single-constructor), @Enum@, @Ix@
816 (enum type only????)
817 \end{itemize}
818
819 We have a @tag2con@ function for a tycon if:
820 \begin{itemize}
821 \item
822 We're deriving @Enum@, or @Ix@ (enum type only???)
823 \end{itemize}
824
825 If we have a @tag2con@ function, we also generate a @maxtag@ constant.
826
827 \begin{code}
828 genTaggeryBinds :: [DFunId] -> TcM (LHsBinds RdrName)
829 genTaggeryBinds dfuns
830   = do  { names_so_far <- foldlM do_con2tag []           tycons_of_interest
831         ; nm_alist_etc <- foldlM do_tag2con names_so_far tycons_of_interest
832         ; return (listToBag (map gen_tag_n_con_monobind nm_alist_etc)) }
833   where
834     all_CTs = map simpleDFunClassTyCon dfuns
835     all_tycons              = map snd all_CTs
836     (tycons_of_interest, _) = removeDups compare all_tycons
837     
838     do_con2tag acc_Names tycon
839       | isDataTyCon tycon &&
840         ((we_are_deriving eqClassKey tycon
841             && any isNullaryDataCon (tyConDataCons tycon))
842          || (we_are_deriving ordClassKey  tycon
843             && not (isProductTyCon tycon))
844          || (we_are_deriving enumClassKey tycon)
845          || (we_are_deriving ixClassKey   tycon))
846         
847       = returnM ((con2tag_RDR tycon, tycon, GenCon2Tag)
848                    : acc_Names)
849       | otherwise
850       = returnM acc_Names
851
852     do_tag2con acc_Names tycon
853       | isDataTyCon tycon &&
854          (we_are_deriving enumClassKey tycon ||
855           we_are_deriving ixClassKey   tycon
856           && isEnumerationTyCon tycon)
857       = returnM ( (tag2con_RDR tycon, tycon, GenTag2Con)
858                  : (maxtag_RDR  tycon, tycon, GenMaxTag)
859                  : acc_Names)
860       | otherwise
861       = returnM acc_Names
862
863     we_are_deriving clas_key tycon
864       = is_in_eqns clas_key tycon all_CTs
865       where
866         is_in_eqns clas_key tycon [] = False
867         is_in_eqns clas_key tycon ((c,t):cts)
868           =  (clas_key == classKey c && tycon == t)
869           || is_in_eqns clas_key tycon cts
870 \end{code}
871
872 \begin{code}
873 derivingThingErr clas tys tycon tyvars why
874   = sep [hsep [ptext SLIT("Can't make a derived instance of"), quotes (ppr pred)],
875          parens why]
876   where
877     pred = mkClassPred clas (tys ++ [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars)])
878
879 malformedPredErr tycon pred = ptext SLIT("Illegal deriving item") <+> ppr pred
880
881 derivCtxt :: Maybe Class -> TyCon -> SDoc
882 derivCtxt maybe_cls tycon
883   = ptext SLIT("When deriving") <+> cls <+> ptext SLIT("for type") <+> quotes (ppr tycon)
884   where
885     cls = case maybe_cls of
886             Nothing -> ptext SLIT("instances")
887             Just c  -> ptext SLIT("the") <+> quotes (ppr c) <+> ptext SLIT("instance")
888 \end{code}
889