a2b84cac04e4401cb936c6189bce22714d8bb5ee
[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, pprInstInfoDetails, 
19                           InstInfo(..), InstBindings(..),
20                           tcLookupClass, tcLookupTyCon, tcExtendTyVarEnv
21                         )
22 import TcGenDeriv       -- Deriv stuff
23 import InstEnv          ( simpleDFunClassTyCon, extendInstEnv )
24 import TcHsType         ( tcHsDeriv )
25 import TcSimplify       ( tcSimplifyDeriv )
26
27 import RnBinds          ( rnMethodBinds, rnTopBinds )
28 import RnEnv            ( bindLocalNames )
29 import HscTypes         ( DFunId, FixityEnv )
30
31 import Class            ( className, classArity, classKey, classTyVars, classSCTheta, Class )
32 import Type             ( zipTvSubst, substTheta )
33 import ErrUtils         ( dumpIfSet_dyn )
34 import MkId             ( mkDictFunId )
35 import DataCon          ( isNullarySrcDataCon, isVanillaDataCon, dataConOrigArgTys )
36 import Maybes           ( catMaybes )
37 import RdrName          ( RdrName )
38 import Name             ( Name, getSrcLoc )
39 import NameSet          ( NameSet, emptyNameSet, duDefs )
40 import Kind             ( splitKindFunTys )
41 import TyCon            ( tyConTyVars, tyConDataCons, tyConArity, tyConHasGenerics,
42                           tyConStupidTheta, isProductTyCon, isDataTyCon, newTyConRhs,
43                           isEnumerationTyCon, isRecursiveTyCon, TyCon
44                         )
45 import TcType           ( TcType, ThetaType, mkTyVarTys, mkTyConApp, tcTyConAppTyCon,
46                           isUnLiftedType, mkClassPred, tyVarsOfTypes, isArgTypeKind,
47                           tcEqTypes, tcSplitAppTys, mkAppTys, tcSplitDFunTy )
48 import Var              ( TyVar, tyVarKind, idType, varName )
49 import VarSet           ( mkVarSet, subVarSet )
50 import PrelNames
51 import SrcLoc           ( srcLocSpan, Located(..) )
52 import Util             ( zipWithEqual, sortLe, notNull )
53 import ListSetOps       ( removeDups,  assocMaybe )
54 import Outputable
55 import Bag
56 \end{code}
57
58 %************************************************************************
59 %*                                                                      *
60 \subsection[TcDeriv-intro]{Introduction to how we do deriving}
61 %*                                                                      *
62 %************************************************************************
63
64 Consider
65
66         data T a b = C1 (Foo a) (Bar b)
67                    | C2 Int (T b a)
68                    | C3 (T a a)
69                    deriving (Eq)
70
71 [NOTE: See end of these comments for what to do with 
72         data (C a, D b) => T a b = ...
73 ]
74
75 We want to come up with an instance declaration of the form
76
77         instance (Ping a, Pong b, ...) => Eq (T a b) where
78                 x == y = ...
79
80 It is pretty easy, albeit tedious, to fill in the code "...".  The
81 trick is to figure out what the context for the instance decl is,
82 namely @Ping@, @Pong@ and friends.
83
84 Let's call the context reqd for the T instance of class C at types
85 (a,b, ...)  C (T a b).  Thus:
86
87         Eq (T a b) = (Ping a, Pong b, ...)
88
89 Now we can get a (recursive) equation from the @data@ decl:
90
91         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
92                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
93                    u Eq (T a a)                 -- From C3
94
95 Foo and Bar may have explicit instances for @Eq@, in which case we can
96 just substitute for them.  Alternatively, either or both may have
97 their @Eq@ instances given by @deriving@ clauses, in which case they
98 form part of the system of equations.
99
100 Now all we need do is simplify and solve the equations, iterating to
101 find the least fixpoint.  Notice that the order of the arguments can
102 switch around, as here in the recursive calls to T.
103
104 Let's suppose Eq (Foo a) = Eq a, and Eq (Bar b) = Ping b.
105
106 We start with:
107
108         Eq (T a b) = {}         -- The empty set
109
110 Next iteration:
111         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
112                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
113                    u Eq (T a a)                 -- From C3
114
115         After simplification:
116                    = Eq a u Ping b u {} u {} u {}
117                    = Eq a u Ping b
118
119 Next iteration:
120
121         Eq (T a b) = Eq (Foo a) u Eq (Bar b)    -- From C1
122                    u Eq (T b a) u Eq Int        -- From C2
123                    u Eq (T a a)                 -- From C3
124
125         After simplification:
126                    = Eq a u Ping b
127                    u (Eq b u Ping a)
128                    u (Eq a u Ping a)
129
130                    = Eq a u Ping b u Eq b u Ping a
131
132 The next iteration gives the same result, so this is the fixpoint.  We
133 need to make a canonical form of the RHS to ensure convergence.  We do
134 this by simplifying the RHS to a form in which
135
136         - the classes constrain only tyvars
137         - the list is sorted by tyvar (major key) and then class (minor key)
138         - no duplicates, of course
139
140 So, here are the synonyms for the ``equation'' structures:
141
142 \begin{code}
143 type DerivEqn = (Name, Class, TyCon, [TyVar], DerivRhs)
144                 -- The Name is the name for the DFun we'll build
145                 -- The tyvars bind all the variables in the RHS
146
147 pprDerivEqn (n,c,tc,tvs,rhs)
148   = parens (hsep [ppr n, ppr c, ppr tc, ppr tvs] <+> equals <+> ppr rhs)
149
150 type DerivRhs  = ThetaType
151 type DerivSoln = DerivRhs
152 \end{code}
153
154
155 [Data decl contexts] A note about contexts on data decls
156 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
157 Consider
158
159         data (RealFloat a) => Complex a = !a :+ !a deriving( Read )
160
161 We will need an instance decl like:
162
163         instance (Read a, RealFloat a) => Read (Complex a) where
164           ...
165
166 The RealFloat in the context is because the read method for Complex is bound
167 to construct a Complex, and doing that requires that the argument type is
168 in RealFloat. 
169
170 But this ain't true for Show, Eq, Ord, etc, since they don't construct
171 a Complex; they only take them apart.
172
173 Our approach: identify the offending classes, and add the data type
174 context to the instance decl.  The "offending classes" are
175
176         Read, Enum?
177
178 FURTHER NOTE ADDED March 2002.  In fact, Haskell98 now requires that
179 pattern matching against a constructor from a data type with a context
180 gives rise to the constraints for that context -- or at least the thinned
181 version.  So now all classes are "offending".
182
183 [Newtype deriving]
184 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
185 Consider this:
186     class C a b
187     instance C [a] Char
188     newtype T = T Char deriving( C [a] )
189
190 Notice the free 'a' in the deriving.  We have to fill this out to 
191     newtype T = T Char deriving( forall a. C [a] )
192
193 And then translate it to:
194     instance C [a] Char => C [a] T where ...
195     
196         
197
198
199 %************************************************************************
200 %*                                                                      *
201 \subsection[TcDeriv-driver]{Top-level function for \tr{derivings}}
202 %*                                                                      *
203 %************************************************************************
204
205 \begin{code}
206 tcDeriving  :: [LTyClDecl Name] -- All type constructors
207             -> TcM ([InstInfo],         -- The generated "instance decls"
208                     [HsBindGroup Name]) -- Extra generated top-level bindings
209
210 tcDeriving tycl_decls
211   = recoverM (returnM ([], [])) $
212     do  {       -- Fish the "deriving"-related information out of the TcEnv
213                 -- and make the necessary "equations".
214         ; (ordinary_eqns, newtype_inst_info) <- makeDerivEqns tycl_decls
215
216         ; (ordinary_inst_info, deriv_binds) 
217                 <- extendLocalInstEnv (map iDFunId newtype_inst_info)  $
218                    deriveOrdinaryStuff ordinary_eqns
219                 -- Add the newtype-derived instances to the inst env
220                 -- before tacking the "ordinary" ones
221
222         -- Generate the generic to/from functions from each type declaration
223         ; gen_binds <- mkGenericBinds tycl_decls
224         ; let inst_info  = newtype_inst_info ++ ordinary_inst_info
225
226         -- Rename these extra bindings, discarding warnings about unused bindings etc
227         -- Set -fglasgow exts so that we can have type signatures in patterns,
228         -- which is used in the generic binds
229         ; rn_binds
230                 <- discardWarnings $ setOptM Opt_GlasgowExts $ do
231                         { (rn_deriv, _dus1) <- rnTopBinds deriv_binds []
232                         ; (rn_gen, dus_gen) <- rnTopBinds gen_binds   []
233                         ; keepAliveSetTc (duDefs dus_gen)       -- Mark these guys to
234                                                                 -- be kept alive
235                         ; return (rn_deriv ++ rn_gen) }
236
237
238         ; dflags <- getDOpts
239         ; ioToTcRn (dumpIfSet_dyn dflags Opt_D_dump_deriv "Derived instances" 
240                    (ddump_deriving inst_info rn_binds))
241
242         ; returnM (inst_info, rn_binds)
243         }
244   where
245     ddump_deriving :: [InstInfo] -> [HsBindGroup Name] -> SDoc
246     ddump_deriving inst_infos extra_binds
247       = vcat (map pprInstInfoDetails inst_infos) $$ vcat (map ppr extra_binds)
248
249 -----------------------------------------
250 deriveOrdinaryStuff []  -- Short cut
251   = returnM ([], emptyLHsBinds)
252
253 deriveOrdinaryStuff eqns
254   = do  {       -- Take the equation list and solve it, to deliver a list of
255                 -- solutions, a.k.a. the contexts for the instance decls
256                 -- required for the corresponding equations.
257         ; new_dfuns <- solveDerivEqns eqns
258
259         -- Generate the InstInfo for each dfun, 
260         -- plus any auxiliary bindings it needs
261         ; (inst_infos, aux_binds_s) <- mapAndUnzipM genInst new_dfuns
262
263         -- Generate any extra not-one-inst-decl-specific binds, 
264         -- notably "con2tag" and/or "tag2con" functions.  
265         ; extra_binds <- genTaggeryBinds new_dfuns
266
267         -- Done
268         ; returnM (inst_infos, unionManyBags (extra_binds : aux_binds_s))
269    }
270
271 -----------------------------------------
272 mkGenericBinds tycl_decls
273   = do  { tcs <- mapM tcLookupTyCon 
274                         [ tc_name | 
275                           L _ (TyData { tcdLName = L _ tc_name }) <- tycl_decls]
276                 -- We are only interested in the data type declarations
277         ; return (unionManyBags [ mkTyConGenericBinds tc | 
278                                   tc <- tcs, tyConHasGenerics tc ]) }
279                 -- And then only in the ones whose 'has-generics' flag is on
280 \end{code}
281
282
283 %************************************************************************
284 %*                                                                      *
285 \subsection[TcDeriv-eqns]{Forming the equations}
286 %*                                                                      *
287 %************************************************************************
288
289 @makeDerivEqns@ fishes around to find the info about needed derived
290 instances.  Complicating factors:
291 \begin{itemize}
292 \item
293 We can only derive @Enum@ if the data type is an enumeration
294 type (all nullary data constructors).
295
296 \item
297 We can only derive @Ix@ if the data type is an enumeration {\em
298 or} has just one data constructor (e.g., tuples).
299 \end{itemize}
300
301 [See Appendix~E in the Haskell~1.2 report.] This code here deals w/
302 all those.
303
304 \begin{code}
305 makeDerivEqns :: [LTyClDecl Name] 
306               -> TcM ([DerivEqn],       -- Ordinary derivings
307                       [InstInfo])       -- Special newtype derivings
308
309 makeDerivEqns tycl_decls
310   = mapAndUnzipM mk_eqn derive_these            `thenM` \ (maybe_ordinaries, maybe_newtypes) ->
311     returnM (catMaybes maybe_ordinaries, catMaybes maybe_newtypes)
312   where
313     ------------------------------------------------------------------
314     derive_these :: [(NewOrData, Name, LHsType Name)]
315         -- Find the (nd, TyCon, Pred) pairs that must be `derived'
316     derive_these = [ (nd, tycon, pred) 
317                    | L _ (TyData { tcdND = nd, tcdLName = L _ tycon, 
318                                   tcdDerivs = Just preds }) <- tycl_decls,
319                      pred <- preds ]
320
321     ------------------------------------------------------------------
322     mk_eqn :: (NewOrData, Name, LHsType Name) -> TcM (Maybe DerivEqn, Maybe InstInfo)
323         -- We swizzle the tyvars and datacons out of the tycon
324         -- to make the rest of the equation
325         --
326         -- The "deriv_ty" is a LHsType to take account of the fact that for newtype derivign
327         -- we allow deriving (forall a. C [a]).
328
329     mk_eqn (new_or_data, tycon_name, hs_deriv_ty)
330       = tcLookupTyCon tycon_name                `thenM` \ tycon ->
331         setSrcSpan (srcLocSpan (getSrcLoc tycon))               $
332         addErrCtxt (derivCtxt Nothing tycon)    $
333         tcExtendTyVarEnv (tyConTyVars tycon)    $       -- Deriving preds may (now) mention
334                                                         -- the type variables for the type constructor
335         tcHsDeriv hs_deriv_ty                   `thenM` \ (deriv_tvs, clas, tys) ->
336         doptM Opt_GlasgowExts                   `thenM` \ gla_exts ->
337         mk_eqn_help gla_exts new_or_data tycon deriv_tvs clas tys
338
339     ------------------------------------------------------------------
340     mk_eqn_help gla_exts DataType tycon deriv_tvs clas tys
341       | Just err <- checkSideConditions gla_exts tycon deriv_tvs clas tys
342       = bale_out (derivingThingErr clas tys tycon (tyConTyVars tycon) err)
343       | otherwise 
344       = do { eqn <- mkDataTypeEqn tycon clas
345            ; returnM (Just eqn, Nothing) }
346
347     mk_eqn_help gla_exts NewType tycon deriv_tvs clas tys
348       | can_derive_via_isomorphism && (gla_exts || std_class_via_iso clas)
349       =         -- Go ahead and use the isomorphism
350            traceTc (text "newtype deriving:" <+> ppr tycon <+> ppr rep_tys)     `thenM_`
351            new_dfun_name clas tycon             `thenM` \ dfun_name ->
352            returnM (Nothing, Just (InstInfo { iDFunId = mk_dfun dfun_name,
353                                               iBinds = NewTypeDerived rep_tys }))
354       | std_class gla_exts clas
355       = mk_eqn_help gla_exts DataType tycon deriv_tvs clas tys  -- Go via bale-out route
356
357       | otherwise                               -- Non-standard instance
358       = bale_out (if gla_exts then      
359                         cant_derive_err -- Too hard
360                   else
361                         non_std_err)    -- Just complain about being a non-std instance
362       where
363         -- Here is the plan for newtype derivings.  We see
364         --        newtype T a1...an = T (t ak...an) deriving (.., C s1 .. sm, ...)
365         -- where t is a type,
366         --       ak...an is a suffix of a1..an
367         --       ak...an do not occur free in t, 
368         --       (C s1 ... sm) is a  *partial applications* of class C 
369         --                      with the last parameter missing
370         --
371         -- We generate the instances
372         --       instance C s1 .. sm (t ak...ap) => C s1 .. sm (T a1...ap)
373         -- where T a1...ap is the partial application of the LHS of the correct kind
374         -- and p >= k
375         --
376         -- Running example: newtype T s a = MkT (ST s a) deriving( Monad )
377         --      instance Monad (ST s) => Monad (T s) where 
378         --        fail = coerce ... (fail @ ST s)
379         -- (Actually we don't need the coerce, because non-rec newtypes are transparent
380
381         clas_tyvars = classTyVars clas
382         kind = tyVarKind (last clas_tyvars)
383                 -- Kind of the thing we want to instance
384                 --   e.g. argument kind of Monad, *->*
385
386         (arg_kinds, _) = splitKindFunTys kind
387         n_args_to_drop = length arg_kinds       
388                 -- Want to drop 1 arg from (T s a) and (ST s a)
389                 -- to get       instance Monad (ST s) => Monad (T s)
390
391         -- Note [newtype representation]
392         -- Need newTyConRhs *not* newTyConRep to get the representation 
393         -- type, because the latter looks through all intermediate newtypes
394         -- For example
395         --      newtype B = MkB Int
396         --      newtype A = MkA B deriving( Num )
397         -- We want the Num instance of B, *not* the Num instance of Int,
398         -- when making the Num instance of A!
399         (tc_tvs, rep_ty)      = newTyConRhs tycon
400         (rep_fn, rep_ty_args) = tcSplitAppTys rep_ty
401
402         n_tyvars_to_keep = tyConArity tycon  - n_args_to_drop
403         tyvars_to_drop   = drop n_tyvars_to_keep tc_tvs
404         tyvars_to_keep   = take n_tyvars_to_keep tc_tvs
405
406         n_args_to_keep = length rep_ty_args - n_args_to_drop
407         args_to_drop   = drop n_args_to_keep rep_ty_args
408         args_to_keep   = take n_args_to_keep rep_ty_args
409
410         rep_tys  = tys ++ [mkAppTys rep_fn args_to_keep]
411         rep_pred = mkClassPred clas rep_tys
412                 -- rep_pred is the representation dictionary, from where
413                 -- we are gong to get all the methods for the newtype dictionary
414
415         inst_tys = (tys ++ [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars_to_keep)])
416                 -- The 'tys' here come from the partial application
417                 -- in the deriving clause. The last arg is the new
418                 -- instance type.
419
420                 -- We must pass the superclasses; the newtype might be an instance
421                 -- of them in a different way than the representation type
422                 -- E.g.         newtype Foo a = Foo a deriving( Show, Num, Eq )
423                 -- Then the Show instance is not done via isomprphism; it shows
424                 --      Foo 3 as "Foo 3"
425                 -- The Num instance is derived via isomorphism, but the Show superclass
426                 -- dictionary must the Show instance for Foo, *not* the Show dictionary
427                 -- gotten from the Num dictionary. So we must build a whole new dictionary
428                 -- not just use the Num one.  The instance we want is something like:
429                 --      instance (Num a, Show (Foo a), Eq (Foo a)) => Num (Foo a) where
430                 --              (+) = ((+)@a)
431                 --              ...etc...
432                 -- There's no 'corece' needed because after the type checker newtypes
433                 -- are transparent.
434
435         sc_theta = substTheta (zipTvSubst clas_tyvars inst_tys)
436                               (classSCTheta clas)
437
438                 -- If there are no tyvars, there's no need
439                 -- to abstract over the dictionaries we need
440         dict_tvs = deriv_tvs ++ tc_tvs
441         dict_args | null dict_tvs = []
442                   | otherwise     = rep_pred : sc_theta
443
444                 -- Finally! Here's where we build the dictionary Id
445         mk_dfun dfun_name = mkDictFunId dfun_name dict_tvs dict_args clas inst_tys
446
447         -------------------------------------------------------------------
448         --  Figuring out whether we can only do this newtype-deriving thing
449
450         right_arity = length tys + 1 == classArity clas
451
452                 -- Never derive Read,Show,Typeable,Data this way 
453         non_iso_classes = [readClassKey, showClassKey, typeableClassKey, dataClassKey]
454         can_derive_via_isomorphism
455            =  not (getUnique clas `elem` non_iso_classes)
456            && right_arity                       -- Well kinded;
457                                                 -- eg not: newtype T ... deriving( ST )
458                                                 --      because ST needs *2* type params
459            && n_tyvars_to_keep >= 0             -- Type constructor has right kind:
460                                                 -- eg not: newtype T = T Int deriving( Monad )
461            && n_args_to_keep   >= 0             -- Rep type has right kind: 
462                                                 -- eg not: newtype T a = T Int deriving( Monad )
463            && eta_ok                            -- Eta reduction works
464            && not (isRecursiveTyCon tycon)      -- Does not work for recursive tycons:
465                                                 --      newtype A = MkA [A]
466                                                 -- Don't want
467                                                 --      instance Eq [A] => Eq A !!
468                         -- Here's a recursive newtype that's actually OK
469                         --      newtype S1 = S1 [T1 ()]
470                         --      newtype T1 a = T1 (StateT S1 IO a ) deriving( Monad )
471                         -- It's currently rejected.  Oh well.
472                         -- In fact we generate an instance decl that has method of form
473                         --      meth @ instTy = meth @ repTy
474                         -- (no coerce's).  We'd need a coerce if we wanted to handle
475                         -- recursive newtypes too
476
477         -- Check that eta reduction is OK
478         --      (a) the dropped-off args are identical
479         --      (b) the remaining type args mention 
480         --          only the remaining type variables
481         eta_ok = (args_to_drop `tcEqTypes` mkTyVarTys tyvars_to_drop)
482               && (tyVarsOfTypes args_to_keep `subVarSet` mkVarSet tyvars_to_keep) 
483
484         cant_derive_err = derivingThingErr clas tys tycon tyvars_to_keep
485                                 (vcat [ptext SLIT("even with cunning newtype deriving:"),
486                                         if isRecursiveTyCon tycon then
487                                           ptext SLIT("the newtype is recursive")
488                                         else empty,
489                                         if not right_arity then 
490                                           quotes (ppr (mkClassPred clas tys)) <+> ptext SLIT("does not have arity 1")
491                                         else empty,
492                                         if not (n_tyvars_to_keep >= 0) then 
493                                           ptext SLIT("the type constructor has wrong kind")
494                                         else if not (n_args_to_keep >= 0) then
495                                           ptext SLIT("the representation type has wrong kind")
496                                         else if not eta_ok then 
497                                           ptext SLIT("the eta-reduction property does not hold")
498                                         else empty
499                                       ])
500
501         non_std_err = derivingThingErr clas tys tycon tyvars_to_keep
502                                 (vcat [non_std_why clas,
503                                        ptext SLIT("Try -fglasgow-exts for GHC's newtype-deriving extension")])
504
505     bale_out err = addErrTc err `thenM_` returnM (Nothing, Nothing) 
506
507 std_class gla_exts clas 
508   =  key `elem` derivableClassKeys
509   || (gla_exts && (key == typeableClassKey || key == dataClassKey))
510   where
511      key = classKey clas
512     
513 std_class_via_iso clas  -- These standard classes can be derived for a newtype
514                         -- using the isomorphism trick *even if no -fglasgow-exts*
515   = classKey clas `elem`  [eqClassKey, ordClassKey, ixClassKey, boundedClassKey]
516         -- Not Read/Show because they respect the type
517         -- Not Enum, becuase newtypes are never in Enum
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 mkDataTypeEqn :: TyCon -> Class -> TcM DerivEqn
527 mkDataTypeEqn tycon clas
528   | clas `hasKey` typeableClassKey
529   =     -- The Typeable class is special in several ways
530         --        data T a b = ... deriving( Typeable )
531         -- gives
532         --        instance Typeable2 T where ...
533         -- Notice that:
534         -- 1. There are no constraints in the instance
535         -- 2. There are no type variables either
536         -- 3. The actual class we want to generate isn't necessarily
537         --      Typeable; it depends on the arity of the type
538     do  { real_clas <- tcLookupClass (typeableClassNames !! tyConArity tycon)
539         ; dfun_name <- new_dfun_name real_clas tycon
540         ; return (dfun_name, real_clas, tycon, [], []) }
541
542   | otherwise
543   = do  { dfun_name <- new_dfun_name clas tycon
544         ; return (dfun_name, clas, tycon, tyvars, constraints) }
545   where
546     tyvars            = tyConTyVars tycon
547     constraints       = extra_constraints ++ ordinary_constraints
548     extra_constraints = tyConStupidTheta tycon
549          -- "extra_constraints": see note [Data decl contexts] above
550
551     ordinary_constraints
552       = [ mkClassPred clas [arg_ty] 
553         | data_con <- tyConDataCons tycon,
554           arg_ty   <- dataConOrigArgTys data_con,
555           not (isUnLiftedType arg_ty)   -- No constraints for unlifted types?
556         ]
557
558
559 ------------------------------------------------------------------
560 -- Check side conditions that dis-allow derivability for particular classes
561 -- This is *apart* from the newtype-deriving mechanism
562
563 checkSideConditions :: Bool -> TyCon -> [TyVar] -> Class -> [TcType] -> Maybe SDoc
564 checkSideConditions gla_exts tycon deriv_tvs clas tys
565   | notNull deriv_tvs || notNull tys    
566   = Just ty_args_why    -- e.g. deriving( Foo s )
567   | otherwise
568   = case [cond | (key,cond) <- sideConditions, key == getUnique clas] of
569         []     -> Just (non_std_why clas)
570         [cond] -> cond (gla_exts, tycon)
571         other  -> pprPanic "checkSideConditions" (ppr clas)
572   where
573     ty_args_why = quotes (ppr (mkClassPred clas tys)) <+> ptext SLIT("is not a class")
574
575 non_std_why clas = quotes (ppr clas) <+> ptext SLIT("is not a derivable class")
576
577 sideConditions :: [(Unique, Condition)]
578 sideConditions
579   = [   (eqClassKey,       cond_std),
580         (ordClassKey,      cond_std),
581         (readClassKey,     cond_std),
582         (showClassKey,     cond_std),
583         (enumClassKey,     cond_std `andCond` cond_isEnumeration),
584         (ixClassKey,       cond_std `andCond` (cond_isEnumeration `orCond` cond_isProduct)),
585         (boundedClassKey,  cond_std `andCond` (cond_isEnumeration `orCond` cond_isProduct)),
586         (typeableClassKey, cond_glaExts `andCond` cond_typeableOK),
587         (dataClassKey,     cond_glaExts `andCond` cond_std)
588     ]
589
590 type Condition = (Bool, TyCon) -> Maybe SDoc    -- Nothing => OK
591
592 orCond :: Condition -> Condition -> Condition
593 orCond c1 c2 tc 
594   = case c1 tc of
595         Nothing -> Nothing              -- c1 succeeds
596         Just x  -> case c2 tc of        -- c1 fails
597                      Nothing -> Nothing
598                      Just y  -> Just (x $$ ptext SLIT("  and") $$ y)
599                                         -- Both fail
600
601 andCond c1 c2 tc = case c1 tc of
602                      Nothing -> c2 tc   -- c1 succeeds
603                      Just x  -> Just x  -- c1 fails
604
605 cond_std :: Condition
606 cond_std (gla_exts, tycon)
607   | any (not . isVanillaDataCon) data_cons = Just existential_why     
608   | null data_cons                         = Just no_cons_why
609   | otherwise                              = Nothing
610   where
611     data_cons       = tyConDataCons tycon
612     no_cons_why     = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has no data constructors")
613     existential_why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has existentially-quantified constructor(s)")
614   
615 cond_isEnumeration :: Condition
616 cond_isEnumeration (gla_exts, tycon)
617   | isEnumerationTyCon tycon = Nothing
618   | otherwise                = Just why
619   where
620     why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has non-nullary constructors")
621
622 cond_isProduct :: Condition
623 cond_isProduct (gla_exts, tycon)
624   | isProductTyCon tycon = Nothing
625   | otherwise            = Just why
626   where
627     why = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has more than one constructor")
628
629 cond_typeableOK :: Condition
630 -- OK for Typeable class
631 -- Currently: (a) args all of kind *
632 --            (b) 7 or fewer args
633 cond_typeableOK (gla_exts, tycon)
634   | tyConArity tycon > 7                                      = Just too_many
635   | not (all (isArgTypeKind . tyVarKind) (tyConTyVars tycon)) = Just bad_kind
636   | otherwise                                                 = Nothing
637   where
638     too_many = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has too many arguments")
639     bad_kind = quotes (ppr tycon) <+> ptext SLIT("has arguments of kind other than `*'")
640
641 cond_glaExts :: Condition
642 cond_glaExts (gla_exts, tycon) | gla_exts  = Nothing
643                                | otherwise = Just why
644   where
645     why  = ptext SLIT("You need -fglasgow-exts to derive an instance for this class")
646 \end{code}
647
648 %************************************************************************
649 %*                                                                      *
650 \subsection[TcDeriv-fixpoint]{Finding the fixed point of \tr{deriving} equations}
651 %*                                                                      *
652 %************************************************************************
653
654 A ``solution'' (to one of the equations) is a list of (k,TyVarTy tv)
655 terms, which is the final correct RHS for the corresponding original
656 equation.
657 \begin{itemize}
658 \item
659 Each (k,TyVarTy tv) in a solution constrains only a type
660 variable, tv.
661
662 \item
663 The (k,TyVarTy tv) pairs in a solution are canonically
664 ordered by sorting on type varible, tv, (major key) and then class, k,
665 (minor key)
666 \end{itemize}
667
668 \begin{code}
669 solveDerivEqns :: [DerivEqn]
670                -> TcM [DFunId]  -- Solns in same order as eqns.
671                                 -- This bunch is Absolutely minimal...
672
673 solveDerivEqns orig_eqns
674   = iterateDeriv 1 initial_solutions
675   where
676         -- The initial solutions for the equations claim that each
677         -- instance has an empty context; this solution is certainly
678         -- in canonical form.
679     initial_solutions :: [DerivSoln]
680     initial_solutions = [ [] | _ <- orig_eqns ]
681
682     ------------------------------------------------------------------
683         -- iterateDeriv calculates the next batch of solutions,
684         -- compares it with the current one; finishes if they are the
685         -- same, otherwise recurses with the new solutions.
686         -- It fails if any iteration fails
687     iterateDeriv :: Int -> [DerivSoln] ->TcM [DFunId]
688     iterateDeriv n current_solns
689       | n > 20  -- Looks as if we are in an infinite loop
690                 -- This can happen if we have -fallow-undecidable-instances
691                 -- (See TcSimplify.tcSimplifyDeriv.)
692       = pprPanic "solveDerivEqns: probable loop" 
693                  (vcat (map pprDerivEqn orig_eqns) $$ ppr current_solns)
694       | otherwise
695       = let 
696             dfuns = zipWithEqual "add_solns" mk_deriv_dfun orig_eqns current_solns
697         in
698         checkNoErrs (
699                   -- Extend the inst info from the explicit instance decls
700                   -- with the current set of solutions, and simplify each RHS
701             extendLocalInstEnv dfuns $
702             mappM gen_soln orig_eqns
703         )                               `thenM` \ new_solns ->
704         if (current_solns == new_solns) then
705             returnM dfuns
706         else
707             iterateDeriv (n+1) new_solns
708
709     ------------------------------------------------------------------
710
711     gen_soln (_, clas, tc,tyvars,deriv_rhs)
712       = setSrcSpan (srcLocSpan (getSrcLoc tc))          $
713         addErrCtxt (derivCtxt (Just clas) tc)   $
714         tcSimplifyDeriv tyvars deriv_rhs        `thenM` \ theta ->
715         returnM (sortLe (<=) theta)     -- Canonicalise before returning the soluction
716
717 mk_deriv_dfun (dfun_name, clas, tycon, tyvars, _) theta
718   = mkDictFunId dfun_name tyvars theta
719                 clas [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars)] 
720
721 extendLocalInstEnv :: [DFunId] -> TcM a -> TcM a
722 -- Add new locall-defined instances; don't bother to check
723 -- for functional dependency errors -- that'll happen in TcInstDcls
724 extendLocalInstEnv dfuns thing_inside
725  = do { env <- getGblEnv
726       ; let  inst_env' = foldl extendInstEnv (tcg_inst_env env) dfuns 
727              env'      = env { tcg_inst_env = inst_env' }
728       ; setGblEnv env' thing_inside }
729 \end{code}
730
731 %************************************************************************
732 %*                                                                      *
733 \subsection[TcDeriv-normal-binds]{Bindings for the various classes}
734 %*                                                                      *
735 %************************************************************************
736
737 After all the trouble to figure out the required context for the
738 derived instance declarations, all that's left is to chug along to
739 produce them.  They will then be shoved into @tcInstDecls2@, which
740 will do all its usual business.
741
742 There are lots of possibilities for code to generate.  Here are
743 various general remarks.
744
745 PRINCIPLES:
746 \begin{itemize}
747 \item
748 We want derived instances of @Eq@ and @Ord@ (both v common) to be
749 ``you-couldn't-do-better-by-hand'' efficient.
750
751 \item
752 Deriving @Show@---also pretty common--- should also be reasonable good code.
753
754 \item
755 Deriving for the other classes isn't that common or that big a deal.
756 \end{itemize}
757
758 PRAGMATICS:
759
760 \begin{itemize}
761 \item
762 Deriving @Ord@ is done mostly with the 1.3 @compare@ method.
763
764 \item
765 Deriving @Eq@ also uses @compare@, if we're deriving @Ord@, too.
766
767 \item
768 We {\em normally} generate code only for the non-defaulted methods;
769 there are some exceptions for @Eq@ and (especially) @Ord@...
770
771 \item
772 Sometimes we use a @_con2tag_<tycon>@ function, which returns a data
773 constructor's numeric (@Int#@) tag.  These are generated by
774 @gen_tag_n_con_binds@, and the heuristic for deciding if one of
775 these is around is given by @hasCon2TagFun@.
776
777 The examples under the different sections below will make this
778 clearer.
779
780 \item
781 Much less often (really just for deriving @Ix@), we use a
782 @_tag2con_<tycon>@ function.  See the examples.
783
784 \item
785 We use the renamer!!!  Reason: we're supposed to be
786 producing @LHsBinds Name@ for the methods, but that means
787 producing correctly-uniquified code on the fly.  This is entirely
788 possible (the @TcM@ monad has a @UniqueSupply@), but it is painful.
789 So, instead, we produce @MonoBinds RdrName@ then heave 'em through
790 the renamer.  What a great hack!
791 \end{itemize}
792
793 \begin{code}
794 -- Generate the InstInfo for the required instance,
795 -- plus any auxiliary bindings required
796 genInst :: DFunId -> TcM (InstInfo, LHsBinds RdrName)
797 genInst dfun
798   = getFixityEnv                `thenM` \ fix_env -> 
799     let
800         (tyvars,_,clas,[ty])    = tcSplitDFunTy (idType dfun)
801         clas_nm                 = className clas
802         tycon                   = tcTyConAppTyCon ty 
803         (meth_binds, aux_binds) = genDerivBinds clas fix_env tycon
804     in
805         -- Bring the right type variables into 
806         -- scope, and rename the method binds
807     bindLocalNames (map varName tyvars)         $
808     rnMethodBinds clas_nm [] meth_binds         `thenM` \ (rn_meth_binds, _fvs) ->
809
810         -- Build the InstInfo
811     returnM (InstInfo { iDFunId = dfun, iBinds = VanillaInst rn_meth_binds [] }, 
812              aux_binds)
813
814 genDerivBinds clas fix_env tycon
815   | className clas `elem` typeableClassNames
816   = (gen_Typeable_binds tycon, emptyLHsBinds)
817
818   | otherwise
819   = case assocMaybe gen_list (getUnique clas) of
820         Just gen_fn -> gen_fn fix_env tycon
821         Nothing     -> pprPanic "genDerivBinds: bad derived class" (ppr clas)
822   where
823     gen_list :: [(Unique, FixityEnv -> TyCon -> (LHsBinds RdrName, LHsBinds RdrName))]
824     gen_list = [(eqClassKey,      no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Eq_binds))
825                ,(ordClassKey,     no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Ord_binds))
826                ,(enumClassKey,    no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Enum_binds))
827                ,(boundedClassKey, no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Bounded_binds))
828                ,(ixClassKey,      no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Ix_binds))
829                ,(typeableClassKey,no_aux_binds (ignore_fix_env gen_Typeable_binds))
830                ,(showClassKey,    no_aux_binds gen_Show_binds)
831                ,(readClassKey,    no_aux_binds gen_Read_binds)
832                ,(dataClassKey,    gen_Data_binds)
833                ]
834
835       -- no_aux_binds is used for generators that don't 
836       -- need to produce any auxiliary bindings
837     no_aux_binds f fix_env tc = (f fix_env tc, emptyLHsBinds)
838     ignore_fix_env f fix_env tc = f tc
839 \end{code}
840
841
842 %************************************************************************
843 %*                                                                      *
844 \subsection[TcDeriv-taggery-Names]{What con2tag/tag2con functions are available?}
845 %*                                                                      *
846 %************************************************************************
847
848
849 data Foo ... = ...
850
851 con2tag_Foo :: Foo ... -> Int#
852 tag2con_Foo :: Int -> Foo ...   -- easier if Int, not Int#
853 maxtag_Foo  :: Int              -- ditto (NB: not unlifted)
854
855
856 We have a @con2tag@ function for a tycon if:
857 \begin{itemize}
858 \item
859 We're deriving @Eq@ and the tycon has nullary data constructors.
860
861 \item
862 Or: we're deriving @Ord@ (unless single-constructor), @Enum@, @Ix@
863 (enum type only????)
864 \end{itemize}
865
866 We have a @tag2con@ function for a tycon if:
867 \begin{itemize}
868 \item
869 We're deriving @Enum@, or @Ix@ (enum type only???)
870 \end{itemize}
871
872 If we have a @tag2con@ function, we also generate a @maxtag@ constant.
873
874 \begin{code}
875 genTaggeryBinds :: [DFunId] -> TcM (LHsBinds RdrName)
876 genTaggeryBinds dfuns
877   = do  { names_so_far <- foldlM do_con2tag []           tycons_of_interest
878         ; nm_alist_etc <- foldlM do_tag2con names_so_far tycons_of_interest
879         ; return (listToBag (map gen_tag_n_con_monobind nm_alist_etc)) }
880   where
881     all_CTs = map simpleDFunClassTyCon dfuns
882     all_tycons              = map snd all_CTs
883     (tycons_of_interest, _) = removeDups compare all_tycons
884     
885     do_con2tag acc_Names tycon
886       | isDataTyCon tycon &&
887         ((we_are_deriving eqClassKey tycon
888             && any isNullarySrcDataCon (tyConDataCons tycon))
889          || (we_are_deriving ordClassKey  tycon
890             && not (isProductTyCon tycon))
891          || (we_are_deriving enumClassKey tycon)
892          || (we_are_deriving ixClassKey   tycon))
893         
894       = returnM ((con2tag_RDR tycon, tycon, GenCon2Tag)
895                    : acc_Names)
896       | otherwise
897       = returnM acc_Names
898
899     do_tag2con acc_Names tycon
900       | isDataTyCon tycon &&
901          (we_are_deriving enumClassKey tycon ||
902           we_are_deriving ixClassKey   tycon
903           && isEnumerationTyCon tycon)
904       = returnM ( (tag2con_RDR tycon, tycon, GenTag2Con)
905                  : (maxtag_RDR  tycon, tycon, GenMaxTag)
906                  : acc_Names)
907       | otherwise
908       = returnM acc_Names
909
910     we_are_deriving clas_key tycon
911       = is_in_eqns clas_key tycon all_CTs
912       where
913         is_in_eqns clas_key tycon [] = False
914         is_in_eqns clas_key tycon ((c,t):cts)
915           =  (clas_key == classKey c && tycon == t)
916           || is_in_eqns clas_key tycon cts
917 \end{code}
918
919 \begin{code}
920 derivingThingErr clas tys tycon tyvars why
921   = sep [hsep [ptext SLIT("Can't make a derived instance of"), quotes (ppr pred)],
922          parens why]
923   where
924     pred = mkClassPred clas (tys ++ [mkTyConApp tycon (mkTyVarTys tyvars)])
925
926 derivCtxt :: Maybe Class -> TyCon -> SDoc
927 derivCtxt maybe_cls tycon
928   = ptext SLIT("When deriving") <+> cls <+> ptext SLIT("for type") <+> quotes (ppr tycon)
929   where
930     cls = case maybe_cls of
931             Nothing -> ptext SLIT("instances")
932             Just c  -> ptext SLIT("the") <+> quotes (ppr c) <+> ptext SLIT("instance")
933 \end{code}
934