[project @ 2003-12-10 14:15:16 by simonmar]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcSimplify.lhs
1 %
2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
3 %
4 \section[TcSimplify]{TcSimplify}
5
6
7
8 \begin{code}
9 module TcSimplify (
10         tcSimplifyInfer, tcSimplifyInferCheck,
11         tcSimplifyCheck, tcSimplifyRestricted,
12         tcSimplifyToDicts, tcSimplifyIPs, 
13         tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive,
14         tcSimplifyBracket,
15
16         tcSimplifyDeriv, tcSimplifyDefault,
17         bindInstsOfLocalFuns
18     ) where
19
20 #include "HsVersions.h"
21
22 import {-# SOURCE #-} TcUnify( unifyTauTy )
23 import TcEnv            -- temp
24 import HsSyn            ( HsBind(..), LHsBinds, HsExpr(..), LHsExpr )
25 import TcHsSyn          ( TcId, TcDictBinds, mkHsApp, mkHsTyApp, mkHsDictApp )
26
27 import TcRnMonad
28 import Inst             ( lookupInst, LookupInstResult(..),
29                           tyVarsOfInst, fdPredsOfInsts, fdPredsOfInst, newDicts,
30                           isDict, isClassDict, isLinearInst, linearInstType,
31                           isStdClassTyVarDict, isMethodFor, isMethod,
32                           instToId, tyVarsOfInsts,  cloneDict,
33                           ipNamesOfInsts, ipNamesOfInst, dictPred,
34                           instBindingRequired,
35                           newDictsFromOld, tcInstClassOp,
36                           getDictClassTys, isTyVarDict,
37                           instLoc, zonkInst, tidyInsts, tidyMoreInsts,
38                           Inst, pprInsts, pprInstsInFull, tcGetInstEnvs,
39                           isIPDict, isInheritableInst, pprDFuns
40                         )
41 import TcEnv            ( tcGetGlobalTyVars, tcLookupId, findGlobals )
42 import InstEnv          ( lookupInstEnv, classInstEnv )
43 import TcMType          ( zonkTcTyVarsAndFV, tcInstTyVars, checkAmbiguity )
44 import TcType           ( TcTyVar, TcTyVarSet, ThetaType, TyVarDetails(VanillaTv),
45                           mkClassPred, isOverloadedTy, mkTyConApp,
46                           mkTyVarTy, tcGetTyVar, isTyVarClassPred, mkTyVarTys,
47                           tyVarsOfPred )
48 import Id               ( idType, mkUserLocal )
49 import Var              ( TyVar )
50 import Name             ( getOccName, getSrcLoc )
51 import NameSet          ( NameSet, mkNameSet, elemNameSet )
52 import Class            ( classBigSig, classKey )
53 import FunDeps          ( oclose, grow, improve, pprEquationDoc )
54 import PrelInfo         ( isNumericClass ) 
55 import PrelNames        ( splitName, fstName, sndName, integerTyConName,
56                           showClassKey, eqClassKey, ordClassKey )
57 import Subst            ( mkTopTyVarSubst, substTheta, substTy )
58 import TysWiredIn       ( pairTyCon, doubleTy )
59 import ErrUtils         ( Message )
60 import VarSet
61 import VarEnv           ( TidyEnv )
62 import FiniteMap
63 import Bag
64 import Outputable
65 import ListSetOps       ( equivClasses )
66 import Util             ( zipEqual, isSingleton )
67 import List             ( partition )
68 import SrcLoc           ( Located(..) )
69 import CmdLineOpts
70 \end{code}
71
72
73 %************************************************************************
74 %*                                                                      *
75 \subsection{NOTES}
76 %*                                                                      *
77 %************************************************************************
78
79         --------------------------------------
80                 Notes on quantification
81         --------------------------------------
82
83 Suppose we are about to do a generalisation step.
84 We have in our hand
85
86         G       the environment
87         T       the type of the RHS
88         C       the constraints from that RHS
89
90 The game is to figure out
91
92         Q       the set of type variables over which to quantify
93         Ct      the constraints we will *not* quantify over
94         Cq      the constraints we will quantify over
95
96 So we're going to infer the type
97
98         forall Q. Cq => T
99
100 and float the constraints Ct further outwards.
101
102 Here are the things that *must* be true:
103
104  (A)    Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
105  (B)    Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
106
107 (A) says we can't quantify over a variable that's free in the
108 environment.  (B) says we must quantify over all the truly free
109 variables in T, else we won't get a sufficiently general type.  We do
110 not *need* to quantify over any variable that is fixed by the free
111 vars of the environment G.
112
113         BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
114
115 Example:        class H x y | x->y where ...
116
117         fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
118                         T = c -> b
119
120         (A)  Q intersect {a} is empty
121         (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
122
123         So Q can be {c,d}, {b,c,d}
124
125 Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
126 variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
127 constraints can get into Ct instead of Cq.
128
129
130 -----------------------------------------
131 We will make use of
132
133   fv(T)         the free type vars of T
134
135   oclose(vs,C)  The result of extending the set of tyvars vs
136                 using the functional dependencies from C
137
138   grow(vs,C)    The result of extend the set of tyvars vs
139                 using all conceivable links from C.
140
141                 E.g. vs = {a}, C = {H [a] b, K (b,Int) c, Eq e}
142                 Then grow(vs,C) = {a,b,c}
143
144                 Note that grow(vs,C) `superset` grow(vs,simplify(C))
145                 That is, simplfication can only shrink the result of grow.
146
147 Notice that
148    oclose is conservative one way:      v `elem` oclose(vs,C) => v is definitely fixed by vs
149    grow is conservative the other way:  if v might be fixed by vs => v `elem` grow(vs,C)
150
151
152 -----------------------------------------
153
154 Choosing Q
155 ~~~~~~~~~~
156 Here's a good way to choose Q:
157
158         Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
159
160 That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
161 call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
162 G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
163 albeit perhaps too many.
164
165 Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
166
167         class H x y | x->y where ...
168
169         T = c->c
170         C = (H c d)
171
172   If we used fv(T) = {c} we'd get the type
173
174         forall c. H c d => c -> b
175
176   And then if the fn was called at several different c's, each of
177   which fixed d differently, we'd get a unification error, because
178   d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
179   everything that might be influenced by c.
180
181 Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
182 all the functional dependencies yet:
183
184         class H x y | x->y where ...
185         instance H x y => Eq (T x y) where ...
186
187         T = c->c
188         C = (Eq (T c d))
189
190   Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
191   apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
192
193
194 There really isn't any point in quantifying over any more than
195 grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
196 any other type variables.
197
198
199
200         --------------------------------------
201                 Notes on ambiguity
202         --------------------------------------
203
204 It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
205
206         class K x
207         class H x y | x -> y
208         instance H x y => K (x,y)
209
210 Is this type ambiguous?
211         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
212
213 Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
214 now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
215 without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
216 the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
217
218 Here's another example: is this ambiguous?
219         forall a b. Eq (T b) => a -> a
220 Not if there's an insance decl (with no context)
221         instance Eq (T b) where ...
222
223 You may say of this example that we should use the instance decl right
224 away, but you can't always do that:
225
226         class J a b where ...
227         instance J Int b where ...
228
229         f :: forall a b. J a b => a -> a
230
231 (Notice: no functional dependency in J's class decl.)
232 Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
233 It's premature to complain when meeting f's signature, or even
234 when inferring a type for f.
235
236
237
238 However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
239 show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
240 treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
241
242 So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
243
244         fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
245
246 (all tested before quantification).
247 That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
248 in the environment, or by the variables in the type.
249
250 Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
251
252         class J a b c | a b -> c
253         fv(G) = {a}
254
255 Is this ambiguous?
256         forall b c. (J a b c) => b -> b
257
258 Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
259 do we see that c is fixed.
260
261 It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
262 don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
263 the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
264 only issue a warning.
265
266
267 Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
268
269         c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
270
271 then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
272 certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
273 the nasty example?
274
275         class K x
276         class H x y | x -> y
277         instance H x y => K (x,y)
278
279 Is this type ambiguous?
280         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
281
282 Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
283 is a "bubble" that's a set of constraints
284
285         Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
286
287 Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
288 by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
289 Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
290 The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
291 (which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
292
293
294         --------------------------------------
295                 Notes on principal types
296         --------------------------------------
297
298     class C a where
299       op :: a -> a
300
301     f x = let g y = op (y::Int) in True
302
303 Here the principal type of f is (forall a. a->a)
304 but we'll produce the non-principal type
305     f :: forall a. C Int => a -> a
306
307
308         --------------------------------------
309                 Notes on implicit parameters
310         --------------------------------------
311
312 Question 1: can we "inherit" implicit parameters
313 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
314 Consider this:
315
316         f x = (x::Int) + ?y
317
318 where f is *not* a top-level binding.
319 From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
320 There are two types we might infer for f:
321
322         f :: Int -> Int
323
324 (so we get ?y from the context of f's definition), or
325
326         f :: (?y::Int) => Int -> Int
327
328 At first you might think the first was better, becuase then
329 ?y behaves like a free variable of the definition, rather than
330 having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
331 IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
332 dynamic binding means) so we'd better infer the second.
333
334 BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify 
335 over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
336
337
338 Question 2: type signatures
339 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
340 BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
341 to quantify over implicit parameters.  For example:
342
343         (?x + 1) :: Int
344
345 This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
346
347         (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
348
349 That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
350 so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
351 tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
352 and tcSimplifyCheckBind (which does not).
353
354 What about when you supply a type signature for a binding?
355 Is it legal to give the following explicit, user type 
356 signature to f, thus:
357
358         f :: Int -> Int
359         f x = (x::Int) + ?y
360
361 At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
362 that adding a type signature changes the dynamic semantics.
363 Consider this:
364
365         (let f x = (x::Int) + ?y
366          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
367
368                 returns (3+6, 3+5)
369 vs
370         (let f :: Int -> Int
371              f x = x + ?y
372          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
373
374                 returns (3+6, 3+6)
375
376 Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
377 dynamic semantics.
378
379 Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
380 semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
381 change the typing you may change the semantics.
382
383 To make things consistent in all cases where we are *checking* against
384 a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
385 rule: 
386
387         a signature does not need to quantify over implicit params.
388
389 [This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
390 which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
391 params for the reasons mentioned above.]
392
393 But that raises a new question.  Consider 
394
395         Given (signature)       ?x::Int
396         Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
397
398 Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
399 what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
400 what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
401 to float a constraint that
402         neither mentions any of the quantified type variables
403         nor any of the quantified implicit parameters
404
405 See the predicate isFreeWhenChecking.
406
407
408 Question 3: monomorphism
409 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
410 There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
411
412         z = (x::Int) + ?y
413
414 The argument above suggests that we *must* generalise
415 over the ?y parameter, to get
416         z :: (?y::Int) => Int,
417 but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
418         z :: Int.
419 Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
420
421         let z = x + ?y in z+z
422
423 you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
424 we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
425
426
427
428 Possible choices
429 ~~~~~~~~~~~~~~~~
430 (A) Always generalise over implicit parameters
431     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
432         be generalised
433
434     Consequences:
435         * Inlining remains valid
436         * No unexpected loss of sharing
437         * But simple bindings like
438                 z = ?y + 1
439           will be rejected, unless you add an explicit type signature
440           (to avoid the monomorphism restriction)
441                 z :: (?y::Int) => Int
442                 z = ?y + 1
443           This seems unacceptable
444
445 (B) Monomorphism restriction "wins"
446     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
447         be generalised
448     Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
449         that fall under the monomorphism restriction
450
451     Consequences
452         * Inlining isn't valid in general
453         * No unexpected loss of sharing
454         * Simple bindings like
455                 z = ?y + 1
456           accepted (get value of ?y from binding site)
457
458 (C) Always generalise over implicit parameters
459     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
460         be generalised, EXCEPT for implicit parameters
461     Consequences
462         * Inlining remains valid
463         * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
464         * Simple bindings like
465                 z = ?y + 1
466           accepted (get value of ?y from occurrence sites)
467
468
469 Discussion
470 ~~~~~~~~~~
471 None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
472 decide which we want to do.
473
474 It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
475
476         z = (x::Int) + ?y
477
478 would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
479 of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
480 case of function definitions, the answer is clearly the former, but
481 less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
482 if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
483 then inlining 'z' might change the semantics of the program.
484
485 Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
486 to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
487 innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
488 the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
489 use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
490 clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
491 those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
492 one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
493 restriction altogether.
494
495 BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
496
497
498
499 %************************************************************************
500 %*                                                                      *
501 \subsection{tcSimplifyInfer}
502 %*                                                                      *
503 %************************************************************************
504
505 tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
506
507     1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
508
509     2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
510        predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
511
512     3. Try improvement, using functional dependencies
513
514     4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
515        (Unification can change the result of 'grow'.)
516
517 Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
518 Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
519 after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
520 type variables than we absolutely have to.
521
522 For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
523 improvement with unification.  E.g. Suppose we have
524
525         class C x y | x->y where ...
526
527 and tcSimplify is called with:
528         (C Int a, C Int b)
529 Then improvement unifies a with b, giving
530         (C Int a, C Int a)
531
532 If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
533 again.
534
535
536 \begin{code}
537 tcSimplifyInfer
538         :: SDoc
539         -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
540         -> [Inst]               -- Wanted
541         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
542                 TcDictBinds,    -- Bindings
543                 [TcId])         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
544         -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
545 \end{code}
546
547
548 \begin{code}
549 tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted_lie
550   = inferLoop doc (varSetElems tau_tvs)
551               wanted_lie                `thenM` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
552
553     extendLIEs frees                                                    `thenM_`
554     returnM (qtvs, binds, map instToId irreds)
555
556 inferLoop doc tau_tvs wanteds
557   =     -- Step 1
558     zonkTcTyVarsAndFV tau_tvs           `thenM` \ tau_tvs' ->
559     mappM zonkInst wanteds              `thenM` \ wanteds' ->
560     tcGetGlobalTyVars                   `thenM` \ gbl_tvs ->
561     let
562         preds = fdPredsOfInsts wanteds'
563         qtvs  = grow preds tau_tvs' `minusVarSet` oclose preds gbl_tvs
564
565         try_me inst
566           | isFreeWhenInferring qtvs inst = Free
567           | isClassDict inst              = DontReduceUnlessConstant    -- Dicts
568           | otherwise                     = ReduceMe                    -- Lits and Methods
569     in
570     traceTc (text "infloop" <+> vcat [ppr tau_tvs', ppr wanteds', ppr preds, ppr (grow preds tau_tvs'), ppr qtvs])      `thenM_`
571                 -- Step 2
572     reduceContext doc try_me [] wanteds'    `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
573
574                 -- Step 3
575     if no_improvement then
576         returnM (varSetElems qtvs, frees, binds, irreds)
577     else
578         -- If improvement did some unification, we go round again.  There
579         -- are two subtleties:
580         --   a) We start again with irreds, not wanteds
581         --      Using an instance decl might have introduced a fresh type variable
582         --      which might have been unified, so we'd get an infinite loop
583         --      if we started again with wanteds!  See example [LOOP]
584         --
585         --   b) It's also essential to re-process frees, because unification
586         --      might mean that a type variable that looked free isn't now.
587         --
588         -- Hence the (irreds ++ frees)
589
590         -- However, NOTICE that when we are done, we might have some bindings, but
591         -- the final qtvs might be empty.  See [NO TYVARS] below.
592                                 
593         inferLoop doc tau_tvs (irreds ++ frees) `thenM` \ (qtvs1, frees1, binds1, irreds1) ->
594         returnM (qtvs1, frees1, binds `unionBags` binds1, irreds1)
595 \end{code}
596
597 Example [LOOP]
598
599         class If b t e r | b t e -> r
600         instance If T t e t
601         instance If F t e e
602         class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
603         instance Lte Z b T
604         instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
605
606 Wanted: Max Z (S x) y
607
608 Then we'll reduce using the Max instance to:
609         (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
610 and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
611 on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
612 with (Max Z (S x) y)!
613
614 [NO TYVARS]
615
616         class Y a b | a -> b where
617             y :: a -> X b
618         
619         instance Y [[a]] a where
620             y ((x:_):_) = X x
621         
622         k :: X a -> X a -> X a
623
624         g :: Num a => [X a] -> [X a]
625         g xs = h xs
626             where
627             h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
628
629 The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
630 try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
631 From this we get t1:=:t2, but also various bindings.  We can't forget
632 the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
633 polymorphic in.  
634
635 The net effect of [NO TYVARS] 
636
637 \begin{code}
638 isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst -> Bool
639 isFreeWhenInferring qtvs inst
640   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst          -- Constrains no quantified vars
641   && isInheritableInst inst             -- And no implicit parameter involved
642                                         -- (see "Notes on implicit parameters")
643
644 isFreeWhenChecking :: TyVarSet  -- Quantified tyvars
645                    -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
646                    -> Inst -> Bool
647 isFreeWhenChecking qtvs ips inst
648   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
649   && isFreeWrtIPs    ips inst
650
651 isFreeWrtTyVars qtvs inst = not (tyVarsOfInst inst `intersectsVarSet` qtvs)
652 isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
653 \end{code}
654
655
656 %************************************************************************
657 %*                                                                      *
658 \subsection{tcSimplifyCheck}
659 %*                                                                      *
660 %************************************************************************
661
662 @tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
663 we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
664
665 \begin{code}
666 tcSimplifyCheck
667          :: SDoc
668          -> [TcTyVar]           -- Quantify over these
669          -> [Inst]              -- Given
670          -> [Inst]              -- Wanted
671          -> TcM TcDictBinds     -- Bindings
672
673 -- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
674 -- class decls, instance decls etc.
675 --
676 -- NB: tcSimplifyCheck does not consult the
677 --      global type variables in the environment; so you don't
678 --      need to worry about setting them before calling tcSimplifyCheck
679 tcSimplifyCheck doc qtvs givens wanted_lie
680   = tcSimplCheck doc get_qtvs
681                  givens wanted_lie      `thenM` \ (qtvs', binds) ->
682     returnM binds
683   where
684     get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV qtvs
685
686
687 -- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
688 -- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
689 -- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
690 tcSimplifyInferCheck
691          :: SDoc
692          -> TcTyVarSet          -- fv(T)
693          -> [Inst]              -- Given
694          -> [Inst]              -- Wanted
695          -> TcM ([TcTyVar],     -- Variables over which to quantify
696                  TcDictBinds)   -- Bindings
697
698 tcSimplifyInferCheck doc tau_tvs givens wanted_lie
699   = tcSimplCheck doc get_qtvs givens wanted_lie
700   where
701         -- Figure out which type variables to quantify over
702         -- You might think it should just be the signature tyvars,
703         -- but in bizarre cases you can get extra ones
704         --      f :: forall a. Num a => a -> a
705         --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
706         --      g a b = (b,a)
707         -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
708         -- We don't want g to be monomorphic in b just because
709         -- f isn't quantified over b.
710     all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
711
712     get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV all_tvs        `thenM` \ all_tvs' ->
713                tcGetGlobalTyVars                `thenM` \ gbl_tvs ->
714                let
715                   qtvs = all_tvs' `minusVarSet` gbl_tvs
716                         -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
717                         -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
718                         -- dictionaries, we quantify over
719                in
720                returnM qtvs
721 \end{code}
722
723 Here is the workhorse function for all three wrappers.
724
725 \begin{code}
726 tcSimplCheck doc get_qtvs givens wanted_lie
727   = check_loop givens wanted_lie        `thenM` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
728
729         -- Complain about any irreducible ones
730     mappM zonkInst given_dicts_and_ips                          `thenM` \ givens' ->
731     groupErrs (addNoInstanceErrs (Just doc) givens') irreds     `thenM_`
732
733         -- Done
734     extendLIEs frees            `thenM_`
735     returnM (qtvs, binds)
736
737   where
738     given_dicts_and_ips = filter (not . isMethod) givens
739         -- For error reporting, filter out methods, which are 
740         -- only added to the given set as an optimisation
741
742     ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts givens)
743
744     check_loop givens wanteds
745       =         -- Step 1
746         mappM zonkInst givens   `thenM` \ givens' ->
747         mappM zonkInst wanteds  `thenM` \ wanteds' ->
748         get_qtvs                `thenM` \ qtvs' ->
749
750                     -- Step 2
751         let
752             -- When checking against a given signature we always reduce
753             -- until we find a match against something given, or can't reduce
754             try_me inst | isFreeWhenChecking qtvs' ip_set inst = Free
755                         | otherwise                            = ReduceMe
756         in
757         reduceContext doc try_me givens' wanteds'       `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
758
759                     -- Step 3
760         if no_improvement then
761             returnM (varSetElems qtvs', frees, binds, irreds)
762         else
763             check_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (qtvs', frees1, binds1, irreds1) ->
764             returnM (qtvs', frees1, binds `unionBags` binds1, irreds1)
765 \end{code}
766
767
768 %************************************************************************
769 %*                                                                      *
770 \subsection{tcSimplifyRestricted}
771 %*                                                                      *
772 %************************************************************************
773
774 \begin{code}
775 tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
776                         -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
777         :: SDoc
778         -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
779         -> [Inst]               -- Free in the RHSs
780         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
781                 TcDictBinds)    -- Bindings
782
783 tcSimplifyRestricted doc tau_tvs wanteds
784   =     -- First squash out all methods, to find the constrained tyvars
785         -- We can't just take the free vars of wanted_lie because that'll
786         -- have methods that may incidentally mention entirely unconstrained variables
787         --      e.g. a call to  f :: Eq a => a -> b -> b
788         -- Here, b is unconstrained.  A good example would be
789         --      foo = f (3::Int)
790         -- We want to infer the polymorphic type
791         --      foo :: forall b. b -> b
792
793         -- 'reduceMe': Reduce as far as we can.  Don't stop at
794         -- dicts; the idea is to get rid of as many type
795         -- variables as possible, and we don't want to stop
796         -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
797         -- immediately, with no constraint on s.
798     simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds       `thenM` \ (foo_frees, foo_binds, constrained_dicts) ->
799
800         -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
801     zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)     `thenM` \ tau_tvs' ->
802     tcGetGlobalTyVars                           `thenM` \ gbl_tvs ->
803     let
804         constrained_tvs = tyVarsOfInsts constrained_dicts
805         qtvs = (tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs)
806                          `minusVarSet` constrained_tvs
807     in
808     traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
809                 pprInsts wanteds, pprInsts foo_frees, pprInsts constrained_dicts,
810                 ppr foo_binds,
811                 ppr constrained_tvs, ppr tau_tvs', ppr qtvs ])  `thenM_`
812
813         -- The first step may have squashed more methods than
814         -- necessary, so try again, this time knowing the exact
815         -- set of type variables to quantify over.
816         --
817         -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
818         -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
819         -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
820         -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
821         -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
822         --
823         -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
824         -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
825         -- just to float all constraints
826     restrict_loop doc qtvs wanteds
827         -- We still need a loop because improvement can take place
828         -- E.g. if we have (C (T a)) and the instance decl
829         --      instance D Int b => C (T a) where ...
830         -- and there's a functional dependency for D.   Then we may improve
831         -- the tyep variable 'b'.
832
833 restrict_loop doc qtvs wanteds
834   = mappM zonkInst wanteds                      `thenM` \ wanteds' ->
835     zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems qtvs)        `thenM` \ qtvs' ->
836     let
837         try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs' inst = Free
838                     | otherwise                  = ReduceMe
839     in
840     reduceContext doc try_me [] wanteds'        `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
841     if no_improvement then
842         ASSERT( null irreds )
843         extendLIEs frees                        `thenM_`
844         returnM (varSetElems qtvs', binds)
845     else
846         restrict_loop doc qtvs' (irreds ++ frees)       `thenM` \ (qtvs1, binds1) ->
847         returnM (qtvs1, binds `unionBags` binds1)
848 \end{code}
849
850
851 %************************************************************************
852 %*                                                                      *
853 \subsection{tcSimplifyToDicts}
854 %*                                                                      *
855 %************************************************************************
856
857 On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
858 getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
859 as the available stuff for the RHS of the rule.
860
861 The same thing is used for specialise pragmas. Consider
862
863         f :: Num a => a -> a
864         {-# SPECIALISE f :: Int -> Int #-}
865         f = ...
866
867 The type checker generates a binding like:
868
869         f_spec = (f :: Int -> Int)
870
871 and we want to end up with
872
873         f_spec = _inline_me_ (f Int dNumInt)
874
875 But that means that we must simplify the Method for f to (f Int dNumInt)!
876 So tcSimplifyToDicts squeezes out all Methods.
877
878 IMPORTANT NOTE:  we *don't* want to do superclass commoning up.  Consider
879
880         fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
881         {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
882
883 Here, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But we *dont*
884 want to get
885
886         forall dIntegralInt.
887         fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
888
889 because the scsel will mess up matching.  Instead we want
890
891         forall dIntegralInt, dNumInt.
892         fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
893
894 Hence "DontReduce NoSCs"
895
896 \begin{code}
897 tcSimplifyToDicts :: [Inst] -> TcM (TcDictBinds)
898 tcSimplifyToDicts wanteds
899   = simpleReduceLoop doc try_me wanteds         `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
900         -- Since try_me doesn't look at types, we don't need to
901         -- do any zonking, so it's safe to call reduceContext directly
902     ASSERT( null frees )
903     extendLIEs irreds           `thenM_`
904     returnM binds
905
906   where
907     doc = text "tcSimplifyToDicts"
908
909         -- Reduce methods and lits only; stop as soon as we get a dictionary
910     try_me inst | isDict inst = DontReduce NoSCs
911                 | otherwise   = ReduceMe
912 \end{code}
913
914
915
916 tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
917 a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
918 any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
919 Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
920 Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
921 this bracket again at its usage site.
922
923 \begin{code}
924 tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
925 tcSimplifyBracket wanteds
926   = simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds       `thenM_`
927     returnM ()
928   where
929     doc = text "tcSimplifyBracket"
930 \end{code}
931
932
933 %************************************************************************
934 %*                                                                      *
935 \subsection{Filtering at a dynamic binding}
936 %*                                                                      *
937 %************************************************************************
938
939 When we have
940         let ?x = R in B
941
942 we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
943 step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
944
945 Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
946
947         f :: (?x::Int) => Char -> Char
948         let ?x = 3 in f 'c'
949
950 then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
951 force the binding for ?x to be of type Int.
952
953 \begin{code}
954 tcSimplifyIPs :: [Inst]         -- The implicit parameters bound here
955               -> [Inst]         -- Wanted
956               -> TcM TcDictBinds
957 tcSimplifyIPs given_ips wanteds
958   = simpl_loop given_ips wanteds        `thenM` \ (frees, binds) ->
959     extendLIEs frees                    `thenM_`
960     returnM binds
961   where
962     doc      = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
963     ip_set   = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
964
965         -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
966     try_me inst | isFreeWrtIPs ip_set inst = Free
967                 | otherwise                = ReduceMe
968
969     simpl_loop givens wanteds
970       = mappM zonkInst givens           `thenM` \ givens' ->
971         mappM zonkInst wanteds          `thenM` \ wanteds' ->
972
973         reduceContext doc try_me givens' wanteds'    `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
974
975         if no_improvement then
976             ASSERT( null irreds )
977             returnM (frees, binds)
978         else
979             simpl_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (frees1, binds1) ->
980             returnM (frees1, binds `unionBags` binds1)
981 \end{code}
982
983
984 %************************************************************************
985 %*                                                                      *
986 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
987 %*                                                                      *
988 %************************************************************************
989
990 When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
991 For example, we might have...
992 \begin{verbatim}
993 let f x = x + 1     -- orig local function (overloaded)
994     f.1 = f Int     -- two instances of f
995     f.2 = f Float
996  in
997     (f.1 5, f.2 6.7)
998 \end{verbatim}
999 The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
1000 where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
1001 upwards towards the top-level.  If the @Insts@ were binding-ified up
1002 there, they would have unresolvable references to @f@.
1003
1004 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
1005 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
1006 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
1007 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
1008
1009 \begin{code}
1010 bindInstsOfLocalFuns :: [Inst] -> [TcId] -> TcM (LHsBinds TcId)
1011
1012 bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
1013   | null overloaded_ids
1014         -- Common case
1015   = extendLIEs wanteds          `thenM_`
1016     returnM emptyBag
1017
1018   | otherwise
1019   = simpleReduceLoop doc try_me wanteds         `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
1020     ASSERT( null irreds )
1021     extendLIEs frees            `thenM_`
1022     returnM binds
1023   where
1024     doc              = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
1025     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
1026     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
1027
1028     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids    -- There can occasionally be a lot of them
1029                                                 -- so it's worth building a set, so that
1030                                                 -- lookup (in isMethodFor) is faster
1031
1032     try_me inst | isMethodFor overloaded_set inst = ReduceMe
1033                 | otherwise                       = Free
1034 \end{code}
1035
1036
1037 %************************************************************************
1038 %*                                                                      *
1039 \subsection{Data types for the reduction mechanism}
1040 %*                                                                      *
1041 %************************************************************************
1042
1043 The main control over context reduction is here
1044
1045 \begin{code}
1046 data WhatToDo
1047  = ReduceMe             -- Try to reduce this
1048                         -- If there's no instance, behave exactly like
1049                         -- DontReduce: add the inst to
1050                         -- the irreductible ones, but don't
1051                         -- produce an error message of any kind.
1052                         -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
1053
1054  | DontReduce WantSCs           -- Return as irreducible
1055
1056  | DontReduceUnlessConstant     -- Return as irreducible unless it can
1057                                 -- be reduced to a constant in one step
1058
1059  | Free                   -- Return as free
1060
1061 reduceMe :: Inst -> WhatToDo
1062 reduceMe inst = ReduceMe
1063
1064 data WantSCs = NoSCs | AddSCs   -- Tells whether we should add the superclasses
1065                                 -- of a predicate when adding it to the avails
1066 \end{code}
1067
1068
1069
1070 \begin{code}
1071 type Avails = FiniteMap Inst Avail
1072
1073 data Avail
1074   = IsFree              -- Used for free Insts
1075   | Irred               -- Used for irreducible dictionaries,
1076                         -- which are going to be lambda bound
1077
1078   | Given TcId          -- Used for dictionaries for which we have a binding
1079                         -- e.g. those "given" in a signature
1080           Bool          -- True <=> actually consumed (splittable IPs only)
1081
1082   | NoRhs               -- Used for Insts like (CCallable f)
1083                         -- where no witness is required.
1084                         -- ToDo: remove?
1085
1086   | Rhs                 -- Used when there is a RHS
1087         (LHsExpr TcId)  -- The RHS
1088         [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
1089
1090   | Linear              -- Splittable Insts only.
1091         Int             -- The Int is always 2 or more; indicates how
1092                         -- many copies are required
1093         Inst            -- The splitter
1094         Avail           -- Where the "master copy" is
1095
1096   | LinRhss             -- Splittable Insts only; this is used only internally
1097                         --      by extractResults, where a Linear 
1098                         --      is turned into an LinRhss
1099         [LHsExpr TcId]  -- A supply of suitable RHSs
1100
1101 pprAvails avails = vcat [sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> pprAvail avail)]
1102                         | (inst,avail) <- fmToList avails ]
1103
1104 instance Outputable Avail where
1105     ppr = pprAvail
1106
1107 pprAvail NoRhs          = text "<no rhs>"
1108 pprAvail IsFree         = text "Free"
1109 pprAvail Irred          = text "Irred"
1110 pprAvail (Given x b)    = text "Given" <+> ppr x <+> 
1111                           if b then text "(used)" else empty
1112 pprAvail (Rhs rhs bs)   = text "Rhs" <+> ppr rhs <+> braces (ppr bs)
1113 pprAvail (Linear n i a) = text "Linear" <+> ppr n <+> braces (ppr i) <+> ppr a
1114 pprAvail (LinRhss rhss) = text "LinRhss" <+> ppr rhss
1115 \end{code}
1116
1117 Extracting the bindings from a bunch of Avails.
1118 The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
1119 We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
1120 dependency analyser can sort them out later
1121
1122 The loop startes
1123 \begin{code}
1124 extractResults :: Avails
1125                -> [Inst]                -- Wanted
1126                -> TcM (TcDictBinds,     -- Bindings
1127                         [Inst],         -- Irreducible ones
1128                         [Inst])         -- Free ones
1129
1130 extractResults avails wanteds
1131   = go avails emptyBag [] [] wanteds
1132   where
1133     go avails binds irreds frees [] 
1134       = returnM (binds, irreds, frees)
1135
1136     go avails binds irreds frees (w:ws)
1137       = case lookupFM avails w of
1138           Nothing    -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
1139                         go avails binds irreds frees ws
1140
1141           Just NoRhs  -> go avails               binds irreds     frees     ws
1142           Just IsFree -> go (add_free avails w)  binds irreds     (w:frees) ws
1143           Just Irred  -> go (add_given avails w) binds (w:irreds) frees     ws
1144
1145           Just (Given id _) -> go avails new_binds irreds frees ws
1146                             where
1147                                new_binds | id == instToId w = binds
1148                                          | otherwise        = addBind binds w (L (instSpan w) (HsVar id))
1149                 -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
1150                 -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
1151
1152           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds irreds frees (ws' ++ ws)
1153                              where
1154                                 new_binds = addBind binds w rhs
1155
1156           Just (Linear n split_inst avail)      -- Transform Linear --> LinRhss
1157             -> get_root irreds frees avail w            `thenM` \ (irreds', frees', root_id) ->
1158                split n (instToId split_inst) root_id w  `thenM` \ (binds', rhss) ->
1159                go (addToFM avails w (LinRhss rhss))
1160                   (binds `unionBags` binds')
1161                   irreds' frees' (split_inst : w : ws)
1162
1163           Just (LinRhss (rhs:rhss))             -- Consume one of the Rhss
1164                 -> go new_avails new_binds irreds frees ws
1165                 where           
1166                    new_binds  = addBind binds w rhs
1167                    new_avails = addToFM avails w (LinRhss rhss)
1168
1169     get_root irreds frees (Given id _) w = returnM (irreds, frees, id)
1170     get_root irreds frees Irred        w = cloneDict w  `thenM` \ w' ->
1171                                            returnM (w':irreds, frees, instToId w')
1172     get_root irreds frees IsFree       w = cloneDict w  `thenM` \ w' ->
1173                                            returnM (irreds, w':frees, instToId w')
1174
1175     add_given avails w 
1176         | instBindingRequired w = addToFM avails w (Given (instToId w) True)
1177         | otherwise             = addToFM avails w NoRhs
1178         -- NB: make sure that CCallable/CReturnable use NoRhs rather
1179         --      than Given, else we end up with bogus bindings.
1180
1181     add_free avails w | isMethod w = avails
1182                       | otherwise  = add_given avails w
1183         -- NB: Hack alert!  
1184         -- Do *not* replace Free by Given if it's a method.
1185         -- The following situation shows why this is bad:
1186         --      truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
1187         -- From an application (truncate f i) we get
1188         --      t1 = truncate at f
1189         --      t2 = t1 at i
1190         -- If we have also have a second occurrence of truncate, we get
1191         --      t3 = truncate at f
1192         --      t4 = t3 at i
1193         -- When simplifying with i,f free, we might still notice that
1194         --   t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
1195         --   will continue to float out!
1196         -- (split n i a) returns: n rhss
1197         --                        auxiliary bindings
1198         --                        1 or 0 insts to add to irreds
1199
1200
1201 split :: Int -> TcId -> TcId -> Inst 
1202       -> TcM (TcDictBinds, [LHsExpr TcId])
1203 -- (split n split_id root_id wanted) returns
1204 --      * a list of 'n' expressions, all of which witness 'avail'
1205 --      * a bunch of auxiliary bindings to support these expressions
1206 --      * one or zero insts needed to witness the whole lot
1207 --        (maybe be zero if the initial Inst is a Given)
1208 --
1209 -- NB: 'wanted' is just a template
1210
1211 split n split_id root_id wanted
1212   = go n
1213   where
1214     ty      = linearInstType wanted
1215     pair_ty = mkTyConApp pairTyCon [ty,ty]
1216     id      = instToId wanted
1217     occ     = getOccName id
1218     loc     = getSrcLoc id
1219     span    = instSpan wanted
1220
1221     go 1 = returnM (emptyBag, [L span $ HsVar root_id])
1222
1223     go n = go ((n+1) `div` 2)           `thenM` \ (binds1, rhss) ->
1224            expand n rhss                `thenM` \ (binds2, rhss') ->
1225            returnM (binds1 `unionBags` binds2, rhss')
1226
1227         -- (expand n rhss) 
1228         -- Given ((n+1)/2) rhss, make n rhss, using auxiliary bindings
1229         --  e.g.  expand 3 [rhs1, rhs2]
1230         --        = ( { x = split rhs1 },
1231         --            [fst x, snd x, rhs2] )
1232     expand n rhss
1233         | n `rem` 2 == 0 = go rhss      -- n is even
1234         | otherwise      = go (tail rhss)       `thenM` \ (binds', rhss') ->
1235                            returnM (binds', head rhss : rhss')
1236         where
1237           go rhss = mapAndUnzipM do_one rhss    `thenM` \ (binds', rhss') ->
1238                     returnM (listToBag binds', concat rhss')
1239
1240           do_one rhs = newUnique                        `thenM` \ uniq -> 
1241                        tcLookupId fstName               `thenM` \ fst_id ->
1242                        tcLookupId sndName               `thenM` \ snd_id ->
1243                        let 
1244                           x = mkUserLocal occ uniq pair_ty loc
1245                        in
1246                        returnM (L span (VarBind x (mk_app span split_id rhs)),
1247                                 [mk_fs_app span fst_id ty x, mk_fs_app span snd_id ty x])
1248
1249 mk_fs_app span id ty var = L span (HsVar id) `mkHsTyApp` [ty,ty] `mkHsApp` (L span (HsVar var))
1250
1251 mk_app span id rhs = L span (HsApp (L span (HsVar id)) rhs)
1252
1253 addBind binds inst rhs = binds `unionBags` unitBag (L (instLocSrcSpan (instLoc inst)) 
1254                                                       (VarBind (instToId inst) rhs))
1255 instSpan wanted = instLocSrcSpan (instLoc wanted)
1256 \end{code}
1257
1258
1259 %************************************************************************
1260 %*                                                                      *
1261 \subsection[reduce]{@reduce@}
1262 %*                                                                      *
1263 %************************************************************************
1264
1265 When the "what to do" predicate doesn't depend on the quantified type variables,
1266 matters are easier.  We don't need to do any zonking, unless the improvement step
1267 does something, in which case we zonk before iterating.
1268
1269 The "given" set is always empty.
1270
1271 \begin{code}
1272 simpleReduceLoop :: SDoc
1273                  -> (Inst -> WhatToDo)          -- What to do, *not* based on the quantified type variables
1274                  -> [Inst]                      -- Wanted
1275                  -> TcM ([Inst],                -- Free
1276                          TcDictBinds,
1277                          [Inst])                -- Irreducible
1278
1279 simpleReduceLoop doc try_me wanteds
1280   = mappM zonkInst wanteds                      `thenM` \ wanteds' ->
1281     reduceContext doc try_me [] wanteds'        `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
1282     if no_improvement then
1283         returnM (frees, binds, irreds)
1284     else
1285         simpleReduceLoop doc try_me (irreds ++ frees)   `thenM` \ (frees1, binds1, irreds1) ->
1286         returnM (frees1, binds `unionBags` binds1, irreds1)
1287 \end{code}
1288
1289
1290
1291 \begin{code}
1292 reduceContext :: SDoc
1293               -> (Inst -> WhatToDo)
1294               -> [Inst]                 -- Given
1295               -> [Inst]                 -- Wanted
1296               -> TcM (Bool,             -- True <=> improve step did no unification
1297                          [Inst],        -- Free
1298                          TcDictBinds,   -- Dictionary bindings
1299                          [Inst])        -- Irreducible
1300
1301 reduceContext doc try_me givens wanteds
1302   =
1303     traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1304              text "----------------------",
1305              doc,
1306              text "given" <+> ppr givens,
1307              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1308              text "----------------------"
1309              ]))                                        `thenM_`
1310
1311         -- Build the Avail mapping from "givens"
1312     foldlM addGiven emptyFM givens                      `thenM` \ init_state ->
1313
1314         -- Do the real work
1315     reduceList (0,[]) try_me wanteds init_state         `thenM` \ avails ->
1316
1317         -- Do improvement, using everything in avails
1318         -- In particular, avails includes all superclasses of everything
1319     tcImprove avails                                    `thenM` \ no_improvement ->
1320
1321     extractResults avails wanteds                       `thenM` \ (binds, irreds, frees) ->
1322
1323     traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1324              text "----------------------",
1325              doc,
1326              text "given" <+> ppr givens,
1327              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1328              text "----",
1329              text "avails" <+> pprAvails avails,
1330              text "frees" <+> ppr frees,
1331              text "no_improvement =" <+> ppr no_improvement,
1332              text "----------------------"
1333              ]))                                        `thenM_`
1334
1335     returnM (no_improvement, frees, binds, irreds)
1336
1337 tcImprove :: Avails -> TcM Bool         -- False <=> no change
1338 -- Perform improvement using all the predicates in Avails
1339 tcImprove avails
1340  =  tcGetInstEnvs                       `thenM` \ (home_ie, pkg_ie) ->
1341     let
1342         preds = [ (pred, pp_loc)
1343                 | inst <- keysFM avails,
1344                   let pp_loc = pprInstLoc (instLoc inst),
1345                   pred <- fdPredsOfInst inst
1346                 ]
1347                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1348                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1349                 -- It does not have duplicates (good)
1350                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1351                 --    so that improve will see them separate
1352         eqns = improve get_insts preds
1353         get_insts clas = classInstEnv home_ie clas ++ classInstEnv pkg_ie clas
1354      in
1355      if null eqns then
1356         returnM True
1357      else
1358         traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))     `thenM_`
1359         mappM_ unify eqns       `thenM_`
1360         returnM False
1361   where
1362     unify ((qtvs, t1, t2), doc)
1363          = addErrCtxt doc                               $
1364            tcInstTyVars VanillaTv (varSetElems qtvs)    `thenM` \ (_, _, tenv) ->
1365            unifyTauTy (substTy tenv t1) (substTy tenv t2)
1366 \end{code}
1367
1368 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1369
1370 \begin{code}
1371 reduceList :: (Int,[Inst])              -- Stack (for err msgs)
1372                                         -- along with its depth
1373            -> (Inst -> WhatToDo)
1374            -> [Inst]
1375            -> Avails
1376            -> TcM Avails
1377 \end{code}
1378
1379 @reduce@ is passed
1380      try_me:    given an inst, this function returns
1381                   Reduce       reduce this
1382                   DontReduce   return this in "irreds"
1383                   Free         return this in "frees"
1384
1385      wanteds:   The list of insts to reduce
1386      state:     An accumulating parameter of type Avails
1387                 that contains the state of the algorithm
1388
1389   It returns a Avails.
1390
1391 The (n,stack) pair is just used for error reporting.
1392 n is always the depth of the stack.
1393 The stack is the stack of Insts being reduced: to produce X
1394 I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1395
1396 \begin{code}
1397 reduceList (n,stack) try_me wanteds state
1398   | n > opt_MaxContextReductionDepth
1399   = failWithTc (reduceDepthErr n stack)
1400
1401   | otherwise
1402   =
1403 #ifdef DEBUG
1404    (if n > 8 then
1405         pprTrace "Jeepers! ReduceContext:" (reduceDepthMsg n stack)
1406     else (\x->x))
1407 #endif
1408     go wanteds state
1409   where
1410     go []     state = returnM state
1411     go (w:ws) state = reduce (n+1, w:stack) try_me w state      `thenM` \ state' ->
1412                       go ws state'
1413
1414     -- Base case: we're done!
1415 reduce stack try_me wanted state
1416     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1417   | Just avail <- isAvailable state wanted
1418   = if isLinearInst wanted then
1419         addLinearAvailable state avail wanted   `thenM` \ (state', wanteds') ->
1420         reduceList stack try_me wanteds' state'
1421     else
1422         returnM state           -- No op for non-linear things
1423
1424   | otherwise
1425   = case try_me wanted of {
1426
1427       DontReduce want_scs -> addIrred want_scs state wanted
1428
1429     ; DontReduceUnlessConstant ->    -- It's irreducible (or at least should not be reduced)
1430                                      -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1431         try_simple (addIrred AddSCs)    -- Assume want superclasses
1432
1433     ; Free ->   -- It's free so just chuck it upstairs
1434                 -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1435         try_simple addFree
1436
1437     ; ReduceMe ->               -- It should be reduced
1438         lookupInst wanted             `thenM` \ lookup_result ->
1439         case lookup_result of
1440             GenInst wanteds' rhs -> addWanted state wanted rhs wanteds'         `thenM` \ state' ->
1441                                     reduceList stack try_me wanteds' state'
1442                 -- Experiment with doing addWanted *before* the reduceList, 
1443                 -- which has the effect of adding the thing we are trying
1444                 -- to prove to the database before trying to prove the things it
1445                 -- needs.  See note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1446
1447             SimpleInst rhs       -> addWanted state wanted rhs []
1448
1449             NoInstance ->    -- No such instance!
1450                              -- Add it and its superclasses
1451                              addIrred AddSCs state wanted
1452
1453     }
1454   where
1455     try_simple do_this_otherwise
1456       = lookupInst wanted         `thenM` \ lookup_result ->
1457         case lookup_result of
1458             SimpleInst rhs -> addWanted state wanted rhs []
1459             other          -> do_this_otherwise state wanted
1460 \end{code}
1461
1462
1463 \begin{code}
1464 -------------------------
1465 isAvailable :: Avails -> Inst -> Maybe Avail
1466 isAvailable avails wanted = lookupFM avails wanted
1467         -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
1468         -- *not* by unique.  So
1469         --      d1::C Int ==  d2::C Int
1470
1471 addLinearAvailable :: Avails -> Avail -> Inst -> TcM (Avails, [Inst])
1472 addLinearAvailable avails avail wanted
1473         -- avails currently maps [wanted -> avail]
1474         -- Extend avails to reflect a neeed for an extra copy of avail
1475
1476   | Just avail' <- split_avail avail
1477   = returnM (addToFM avails wanted avail', [])
1478
1479   | otherwise
1480   = tcLookupId splitName                        `thenM` \ split_id ->
1481     tcInstClassOp (instLoc wanted) split_id 
1482                   [linearInstType wanted]       `thenM` \ split_inst ->
1483     returnM (addToFM avails wanted (Linear 2 split_inst avail), [split_inst])
1484
1485   where
1486     split_avail :: Avail -> Maybe Avail
1487         -- (Just av) if there's a modified version of avail that
1488         --           we can use to replace avail in avails
1489         -- Nothing   if there isn't, so we need to create a Linear
1490     split_avail (Linear n i a)              = Just (Linear (n+1) i a)
1491     split_avail (Given id used) | not used  = Just (Given id True)
1492                                 | otherwise = Nothing
1493     split_avail Irred                       = Nothing
1494     split_avail IsFree                      = Nothing
1495     split_avail other = pprPanic "addLinearAvailable" (ppr avail $$ ppr wanted $$ ppr avails)
1496                   
1497 -------------------------
1498 addFree :: Avails -> Inst -> TcM Avails
1499         -- When an Inst is tossed upstairs as 'free' we nevertheless add it
1500         -- to avails, so that any other equal Insts will be commoned up right
1501         -- here rather than also being tossed upstairs.  This is really just
1502         -- an optimisation, and perhaps it is more trouble that it is worth,
1503         -- as the following comments show!
1504         --
1505         -- NB: do *not* add superclasses.  If we have
1506         --      df::Floating a
1507         --      dn::Num a
1508         -- but a is not bound here, then we *don't* want to derive
1509         -- dn from df here lest we lose sharing.
1510         --
1511 addFree avails free = returnM (addToFM avails free IsFree)
1512
1513 addWanted :: Avails -> Inst -> LHsExpr TcId -> [Inst] -> TcM Avails
1514 addWanted avails wanted rhs_expr wanteds
1515   = ASSERT2( not (wanted `elemFM` avails), ppr wanted $$ ppr avails )
1516     addAvailAndSCs avails wanted avail
1517   where
1518     avail | instBindingRequired wanted = Rhs rhs_expr wanteds
1519           | otherwise                  = ASSERT( null wanteds ) NoRhs
1520
1521 addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
1522 addGiven state given = addAvailAndSCs state given (Given (instToId given) False)
1523         -- No ASSERT( not (given `elemFM` avails) ) because in an instance
1524         -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
1525         -- so the assert isn't true
1526
1527 addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
1528 addIrred NoSCs  avails irred = returnM (addToFM avails irred Irred)
1529 addIrred AddSCs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemFM` avails), ppr irred $$ ppr avails )
1530                                addAvailAndSCs avails irred Irred
1531
1532 addAvailAndSCs :: Avails -> Inst -> Avail -> TcM Avails
1533 addAvailAndSCs avails inst avail
1534   | not (isClassDict inst) = returnM avails1
1535   | otherwise              = traceTc (text "addAvailAndSCs" <+> vcat [ppr inst, ppr deps]) `thenM_`
1536                              addSCs is_loop avails1 inst 
1537   where
1538     avails1 = addToFM avails inst avail
1539     is_loop inst = inst `elem` deps     -- Note: this compares by *type*, not by Unique
1540     deps         = findAllDeps avails avail
1541
1542 findAllDeps :: Avails -> Avail -> [Inst]
1543 -- Find all the Insts that this one depends on
1544 -- See Note [SUPERCLASS-LOOP]
1545 findAllDeps avails (Rhs _ kids) = kids ++ concat (map (find_all_deps_help avails) kids)
1546 findAllDeps avails other        = []
1547
1548 find_all_deps_help :: Avails -> Inst -> [Inst]
1549 find_all_deps_help avails inst
1550   = case lookupFM avails inst of
1551         Just avail -> findAllDeps avails avail
1552         Nothing    -> []
1553
1554 addSCs :: (Inst -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
1555         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
1556         -- The first param says "dont do this because the original thing
1557         --      depends on this one, so you'd build a loop"
1558         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
1559
1560 addSCs is_loop avails dict
1561   = newDictsFromOld dict sc_theta'      `thenM` \ sc_dicts ->
1562     foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels)
1563   where
1564     (clas, tys) = getDictClassTys dict
1565     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
1566     sc_theta' = substTheta (mkTopTyVarSubst tyvars tys) sc_theta
1567
1568     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)     -- Add it, and its superclasses
1569       | is_loop sc_dict
1570       = returnM avails  -- See Note [SUPERCLASS-LOOP]
1571       | otherwise
1572       = case lookupFM avails sc_dict of
1573           Just (Given _ _) -> returnM avails    -- Given is cheaper than superclass selection
1574           Just other       -> returnM avails'   -- SCs already added
1575           Nothing          -> addSCs is_loop avails' sc_dict
1576       where
1577         sc_sel_rhs = mkHsDictApp (mkHsTyApp (L (instSpan dict) (HsVar sc_sel)) tys) [instToId dict]
1578         avail      = Rhs sc_sel_rhs [dict]
1579         avails'    = addToFM avails sc_dict avail
1580 \end{code}
1581
1582 Note [SUPERCLASS-LOOP]: Checking for loops
1583 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1584 We have to be careful here.  If we are *given* d1:Ord a,
1585 and want to deduce (d2:C [a]) where
1586
1587         class Ord a => C a where
1588         instance Ord a => C [a] where ...
1589
1590 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] and then add the
1591 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1592 for d1:Ord a (which is given) with a superclass selection or we'll just
1593 build a loop! 
1594
1595 Here's another variant, immortalised in tcrun020
1596         class Monad m => C1 m
1597         class C1 m => C2 m x
1598         instance C2 Maybe Bool
1599 For the instance decl we need to build (C1 Maybe), and it's no good if
1600 we run around and add (C2 Maybe Bool) and its superclasses to the avails 
1601 before we search for C1 Maybe.
1602
1603 Here's another example 
1604         class Eq b => Foo a b
1605         instance Eq a => Foo [a] a
1606 If we are reducing
1607         (Foo [t] t)
1608
1609 we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
1610 then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1611
1612 At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
1613 in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
1614 becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
1615 I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
1616 simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Irred
1617 first time, but reducible next time.
1618
1619 Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
1620 when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
1621
1622
1623 Note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1624 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1625 Consider 
1626     data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
1627     
1628     instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
1629         ZeroD     == ZeroD     = True
1630         (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
1631         _         == _         = False;
1632     
1633     equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
1634     equalDC = (==);
1635
1636 We need to prove (Eq (D [])).  Here's how we go:
1637
1638         d1 : Eq (D [])
1639
1640 by instance decl, holds if
1641         d2 : Eq [D []]
1642         where   d1 = dfEqD d2
1643
1644 by instance decl of Eq, holds if
1645         d3 : D []
1646         where   d2 = dfEqList d2
1647                 d1 = dfEqD d2
1648
1649 But now we can "tie the knot" to give
1650
1651         d3 = d1
1652         d2 = dfEqList d2
1653         d1 = dfEqD d2
1654
1655 and it'll even run!  The trick is to put the thing we are trying to prove
1656 (in this case Eq (D []) into the database before trying to prove its
1657 contributing clauses.
1658         
1659
1660 %************************************************************************
1661 %*                                                                      *
1662 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
1663 %*                                                                      *
1664 %************************************************************************
1665
1666
1667 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
1668 and ambiguous Insts.
1669
1670 We need to be careful of one case.  Suppose we have
1671
1672         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
1673
1674 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
1675 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
1676
1677 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
1678
1679
1680 \begin{code}
1681 tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
1682 tcSimplifyTop         wanteds = tc_simplify_top False {- Not interactive loop -} wanteds
1683 tcSimplifyInteractive wanteds = tc_simplify_top True  {- Interactive loop -}     wanteds
1684
1685
1686 -- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
1687 -- error message generation for the monomorphism restriction
1688 tc_simplify_top is_interactive wanteds
1689   = getLclEnv                                                   `thenM` \ lcl_env ->
1690     traceTc (text "tcSimplifyTop" <+> ppr (lclEnvElts lcl_env)) `thenM_`
1691     simpleReduceLoop (text "tcSimplTop") reduceMe wanteds       `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
1692     ASSERT( null frees )
1693
1694     let
1695                 -- All the non-std ones are definite errors
1696         (stds, non_stds) = partition isStdClassTyVarDict irreds
1697
1698                 -- Group by type variable
1699         std_groups = equivClasses cmp_by_tyvar stds
1700
1701                 -- Pick the ones which its worth trying to disambiguate
1702                 -- namely, the onese whose type variable isn't bound
1703                 -- up with one of the non-standard classes
1704         (std_oks, std_bads)     = partition worth_a_try std_groups
1705         worth_a_try group@(d:_) = not (non_std_tyvars `intersectsVarSet` tyVarsOfInst d)
1706         non_std_tyvars          = unionVarSets (map tyVarsOfInst non_stds)
1707
1708                 -- Collect together all the bad guys
1709         bad_guys               = non_stds ++ concat std_bads
1710         (bad_ips, non_ips)     = partition isIPDict bad_guys
1711         (no_insts, ambigs)     = partition no_inst non_ips
1712         no_inst d              = not (isTyVarDict d) 
1713         -- Previously, there was a more elaborate no_inst definition:
1714         --      no_inst d = not (isTyVarDict d) || tyVarsOfInst d `subVarSet` fixed_tvs
1715         --      fixed_tvs = oclose (fdPredsOfInsts tidy_dicts) emptyVarSet
1716         -- But that seems over-elaborate to me; it only bites for class decls with
1717         -- fundeps like this:           class C a b | -> b where ...
1718     in
1719
1720         -- Report definite errors
1721     groupErrs (addNoInstanceErrs Nothing []) no_insts   `thenM_`
1722     addTopIPErrs bad_ips                                `thenM_`
1723
1724         -- Deal with ambiguity errors, but only if
1725         -- if there has not been an error so far; errors often
1726         -- give rise to spurious ambiguous Insts
1727     ifErrsM (returnM []) (
1728         
1729         -- Complain about the ones that don't fall under
1730         -- the Haskell rules for disambiguation
1731         -- This group includes both non-existent instances
1732         --      e.g. Num (IO a) and Eq (Int -> Int)
1733         -- and ambiguous dictionaries
1734         --      e.g. Num a
1735         addTopAmbigErrs ambigs          `thenM_`
1736
1737         -- Disambiguate the ones that look feasible
1738         mappM (disambigGroup is_interactive) std_oks
1739     )                                   `thenM` \ binds_ambig ->
1740
1741     returnM (binds `unionBags` unionManyBags binds_ambig)
1742
1743 ----------------------------------
1744 d1 `cmp_by_tyvar` d2 = get_tv d1 `compare` get_tv d2
1745
1746 get_tv d   = case getDictClassTys d of
1747                    (clas, [ty]) -> tcGetTyVar "tcSimplify" ty
1748 get_clas d = case getDictClassTys d of
1749                    (clas, [ty]) -> clas
1750 \end{code}
1751
1752 If a dictionary constrains a type variable which is
1753         * not mentioned in the environment
1754         * and not mentioned in the type of the expression
1755 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
1756 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
1757 parameter to a function.
1758
1759 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
1760 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
1761 Specifically, if
1762         * at least one of its classes is a numeric class, and
1763         * all of its classes are numeric or standard
1764 then the type variable can be defaulted to the first type in the
1765 default-type list which is an instance of all the offending classes.
1766
1767 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
1768 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
1769 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
1770 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
1771
1772 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
1773 the same type variable.
1774
1775 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
1776 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
1777 the most common use of defaulting is code like:
1778 \begin{verbatim}
1779         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
1780 \end{verbatim}
1781 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
1782 @void@.
1783
1784 \begin{code}
1785 disambigGroup :: Bool   -- True <=> simplifying at top-level interactive loop
1786               -> [Inst] -- All standard classes of form (C a)
1787               -> TcM TcDictBinds
1788
1789 disambigGroup is_interactive dicts
1790   |   any std_default_class classes     -- Guaranteed all standard classes
1791   =     -- THE DICTS OBEY THE DEFAULTABLE CONSTRAINT
1792         -- SO, TRY DEFAULT TYPES IN ORDER
1793
1794         -- Failure here is caused by there being no type in the
1795         -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
1796         -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
1797         -- default list is Int.
1798     get_default_tys                     `thenM` \ default_tys ->
1799     let
1800       try_default []    -- No defaults work, so fail
1801         = failM
1802
1803       try_default (default_ty : default_tys)
1804         = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $ -- If default_ty fails, we try
1805                                                 -- default_tys instead
1806           tcSimplifyDefault theta               `thenM` \ _ ->
1807           returnM default_ty
1808         where
1809           theta = [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
1810     in
1811         -- See if any default works
1812     tryM (try_default default_tys)      `thenM` \ mb_ty ->
1813     case mb_ty of
1814         Left  _                 -> bomb_out
1815         Right chosen_default_ty -> choose_default chosen_default_ty
1816
1817   | otherwise                           -- No defaults
1818   = bomb_out
1819
1820   where
1821     tyvar   = get_tv (head dicts)       -- Should be non-empty
1822     classes = map get_clas dicts
1823
1824     std_default_class cls
1825       =  isNumericClass cls
1826       || (is_interactive && 
1827           classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
1828                 -- In interactive mode, we default Show a to Show ()
1829                 -- to avoid graututious errors on "show []"
1830
1831     choose_default default_ty   -- Commit to tyvar = default_ty
1832       = -- Bind the type variable 
1833         unifyTauTy default_ty (mkTyVarTy tyvar) `thenM_`
1834         -- and reduce the context, for real this time
1835         simpleReduceLoop (text "disambig" <+> ppr dicts)
1836                      reduceMe dicts                     `thenM` \ (frees, binds, ambigs) ->
1837         WARN( not (null frees && null ambigs), ppr frees $$ ppr ambigs )
1838         warnDefault dicts default_ty                    `thenM_`
1839         returnM binds
1840
1841     bomb_out = addTopAmbigErrs dicts    `thenM_`
1842                returnM emptyBag
1843
1844 get_default_tys
1845   = do  { mb_defaults <- getDefaultTys
1846         ; case mb_defaults of
1847                 Just tys -> return tys
1848                 Nothing  ->     -- No use-supplied default;
1849                                 -- use [Integer, Double]
1850                             do { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
1851                                ; return [integer_ty, doubleTy] } }
1852 \end{code}
1853
1854 [Aside - why the defaulting mechanism is turned off when
1855  dealing with arguments and results to ccalls.
1856
1857 When typechecking _ccall_s, TcExpr ensures that the external
1858 function is only passed arguments (and in the other direction,
1859 results) of a restricted set of 'native' types. This is
1860 implemented via the help of the pseudo-type classes,
1861 @CReturnable@ (CR) and @CCallable@ (CC.)
1862
1863 The interaction between the defaulting mechanism for numeric
1864 values and CC & CR can be a bit puzzling to the user at times.
1865 For example,
1866
1867     x <- _ccall_ f
1868     if (x /= 0) then
1869        _ccall_ g x
1870      else
1871        return ()
1872
1873 What type has 'x' got here? That depends on the default list
1874 in operation, if it is equal to Haskell 98's default-default
1875 of (Integer, Double), 'x' has type Double, since Integer
1876 is not an instance of CR. If the default list is equal to
1877 Haskell 1.4's default-default of (Int, Double), 'x' has type
1878 Int.
1879
1880 To try to minimise the potential for surprises here, the
1881 defaulting mechanism is turned off in the presence of
1882 CCallable and CReturnable.
1883
1884 End of aside]
1885
1886
1887 %************************************************************************
1888 %*                                                                      *
1889 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
1890 %*                                                                      *
1891 %************************************************************************
1892
1893 Much simpler versions when there are no bindings to make!
1894
1895 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
1896 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
1897 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
1898
1899 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
1900 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
1901 instance declarations.
1902
1903 \begin{code}
1904 tcSimplifyDeriv :: [TyVar]      
1905                 -> ThetaType            -- Wanted
1906                 -> TcM ThetaType        -- Needed
1907
1908 tcSimplifyDeriv tyvars theta
1909   = tcInstTyVars VanillaTv tyvars                       `thenM` \ (tvs, _, tenv) ->
1910         -- The main loop may do unification, and that may crash if 
1911         -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
1912         -- ToDo: what if two of them do get unified?
1913     newDicts DataDeclOrigin (substTheta tenv theta)     `thenM` \ wanteds ->
1914     simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds               `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
1915     ASSERT( null frees )                        -- reduceMe never returns Free
1916
1917     doptM Opt_AllowUndecidableInstances         `thenM` \ undecidable_ok ->
1918     let
1919         tv_set      = mkVarSet tvs
1920         simpl_theta = map dictPred irreds       -- reduceMe squashes all non-dicts
1921
1922         check_pred pred
1923           | isEmptyVarSet pred_tyvars   -- Things like (Eq T) should be rejected
1924           = addErrTc (noInstErr pred)
1925
1926           | not undecidable_ok && not (isTyVarClassPred pred)
1927           -- Check that the returned dictionaries are all of form (C a b)
1928           --    (where a, b are type variables).  
1929           -- We allow this if we had -fallow-undecidable-instances,
1930           -- but note that risks non-termination in the 'deriving' context-inference
1931           -- fixpoint loop.   It is useful for situations like
1932           --    data Min h a = E | M a (h a)
1933           -- which gives the instance decl
1934           --    instance (Eq a, Eq (h a)) => Eq (Min h a)
1935           = addErrTc (noInstErr pred)
1936   
1937           | not (pred_tyvars `subVarSet` tv_set) 
1938           -- Check for a bizarre corner case, when the derived instance decl should
1939           -- have form  instance C a b => D (T a) where ...
1940           -- Note that 'b' isn't a parameter of T.  This gives rise to all sorts
1941           -- of problems; in particular, it's hard to compare solutions for
1942           -- equality when finding the fixpoint.  So I just rule it out for now.
1943           = addErrTc (badDerivedPred pred)
1944   
1945           | otherwise
1946           = returnM ()
1947           where
1948             pred_tyvars = tyVarsOfPred pred
1949
1950         rev_env = mkTopTyVarSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
1951                 -- This reverse-mapping is a Royal Pain, 
1952                 -- but the result should mention TyVars not TcTyVars
1953     in
1954    
1955     mappM check_pred simpl_theta                `thenM_`
1956     checkAmbiguity tvs simpl_theta tv_set       `thenM_`
1957     returnM (substTheta rev_env simpl_theta)
1958   where
1959     doc    = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
1960 \end{code}
1961
1962 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
1963 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
1964 whether it worked or not.
1965
1966 \begin{code}
1967 tcSimplifyDefault :: ThetaType  -- Wanted; has no type variables in it
1968                   -> TcM ()
1969
1970 tcSimplifyDefault theta
1971   = newDicts DataDeclOrigin theta               `thenM` \ wanteds ->
1972     simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds       `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
1973     ASSERT( null frees )        -- try_me never returns Free
1974     mappM (addErrTc . noInstErr) irreds         `thenM_`
1975     if null irreds then
1976         returnM ()
1977     else
1978         failM
1979   where
1980     doc = ptext SLIT("default declaration")
1981 \end{code}
1982
1983
1984 %************************************************************************
1985 %*                                                                      *
1986 \section{Errors and contexts}
1987 %*                                                                      *
1988 %************************************************************************
1989
1990 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
1991 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
1992 now?
1993
1994 \begin{code}
1995 groupErrs :: ([Inst] -> TcM ()) -- Deal with one group
1996           -> [Inst]             -- The offending Insts
1997           -> TcM ()
1998 -- Group together insts with the same origin
1999 -- We want to report them together in error messages
2000
2001 groupErrs report_err [] 
2002   = returnM ()
2003 groupErrs report_err (inst:insts) 
2004   = do_one (inst:friends)               `thenM_`
2005     groupErrs report_err others
2006
2007   where
2008         -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
2009         --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
2010         --  and it avoids need equality on InstLocs.)
2011    (friends, others) = partition is_friend insts
2012    loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
2013    is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
2014    do_one insts = addInstCtxt (instLoc (head insts)) (report_err insts)
2015                 -- Add location and context information derived from the Insts
2016
2017 -- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
2018 addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
2019 addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstLoc (instLoc (head insts)))
2020
2021 plural [x] = empty
2022 plural xs  = char 's'
2023
2024 addTopIPErrs dicts
2025   = groupErrs report tidy_dicts
2026   where
2027     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2028     report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
2029     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> 
2030                                      plural tidy_dicts <+> pprInsts tidy_dicts)
2031
2032 addNoInstanceErrs :: Maybe SDoc -- Nothing => top level
2033                                 -- Just d => d describes the construct
2034                   -> [Inst]     -- What is given by the context or type sig
2035                   -> [Inst]     -- What is wanted
2036                   -> TcM ()     
2037 addNoInstanceErrs mb_what givens [] 
2038   = returnM ()
2039 addNoInstanceErrs mb_what givens dicts
2040   =     -- Some of the dicts are here because there is no instances
2041         -- and some because there are too many instances (overlap)
2042         -- The first thing we do is separate them
2043     getDOpts            `thenM` \ dflags ->
2044     tcGetInstEnvs       `thenM` \ inst_envs ->
2045     let
2046         (tidy_env1, tidy_givens) = tidyInsts givens
2047         (tidy_env2, tidy_dicts)  = tidyMoreInsts tidy_env1 dicts
2048
2049         -- Run through the dicts, generating a message for each
2050         -- overlapping one, but simply accumulating all the 
2051         -- no-instance ones so they can be reported as a group
2052         (overlap_doc, no_inst_dicts) = foldl check_overlap (empty, []) tidy_dicts
2053         check_overlap (overlap_doc, no_inst_dicts) dict 
2054           | not (isClassDict dict) = (overlap_doc, dict : no_inst_dicts)
2055           | otherwise
2056           = case lookupInstEnv dflags inst_envs clas tys of
2057                 res@(ms, _) 
2058                   | length ms > 1 -> (mk_overlap_msg dict res $$ overlap_doc, no_inst_dicts)
2059                   | otherwise     -> (overlap_doc, dict : no_inst_dicts)        -- No match
2060                 -- NB: there can be exactly one match, in the case where we have
2061                 --      instance C a where ...
2062                 -- (In this case, lookupInst doesn't bother to look up, 
2063                 --  unless -fallow-undecidable-instances is set.)
2064                 -- So we report this as "no instance" rather than "overlap"; the fix is
2065                 -- to specify -fallow-undecidable-instances, but we leave that to the programmer!
2066           where
2067             (clas,tys) = getDictClassTys dict
2068     in
2069     mk_probable_fix tidy_env2 mb_what no_inst_dicts     `thenM` \ (tidy_env3, probable_fix) ->
2070     let
2071         no_inst_doc | null no_inst_dicts = empty
2072                     | otherwise = vcat [addInstLoc no_inst_dicts heading, probable_fix]
2073         heading | null givens = ptext SLIT("No instance") <> plural no_inst_dicts <+> 
2074                                 ptext SLIT("for") <+> pprInsts no_inst_dicts
2075                 | otherwise   = sep [ptext SLIT("Could not deduce") <+> pprInsts no_inst_dicts,
2076                                      nest 2 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprInsts tidy_givens]
2077     in
2078     addErrTcM (tidy_env3, no_inst_doc $$ overlap_doc)
2079  
2080   where
2081     mk_overlap_msg dict (matches, unifiers)
2082       = vcat [  addInstLoc [dict] ((ptext SLIT("Overlapping instances for") <+> ppr dict)),
2083                 sep [ptext SLIT("Matching instances") <> colon,
2084                      nest 2 (pprDFuns (dfuns ++ unifiers))],
2085                 if null unifiers 
2086                 then empty
2087                 else parens (ptext SLIT("The choice depends on the instantiation of") <+>
2088                              quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInst dict))))]
2089       where
2090         dfuns = [df | (_, (_,_,df)) <- matches]
2091
2092     mk_probable_fix tidy_env Nothing dicts      -- Top level
2093       = mkMonomorphismMsg tidy_env dicts
2094     mk_probable_fix tidy_env (Just what) dicts  -- Nested (type signatures, instance decls)
2095       = returnM (tidy_env, sep [ptext SLIT("Probable fix:"), nest 2 fix1, nest 2 fix2])
2096       where
2097         fix1 = sep [ptext SLIT("Add") <+> pprInsts dicts,
2098                     ptext SLIT("to the") <+> what]
2099
2100         fix2 | null instance_dicts = empty
2101              | otherwise           = ptext SLIT("Or add an instance declaration for")
2102                                      <+> pprInsts instance_dicts
2103         instance_dicts = [d | d <- dicts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
2104                 -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
2105                 -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
2106
2107
2108 addTopAmbigErrs dicts
2109 -- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
2110   = mapM report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
2111   where
2112     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2113
2114     tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
2115     tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
2116     cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
2117     
2118     report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
2119     report pairs@((inst,tvs) : _)       -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
2120         = mkMonomorphismMsg tidy_env dicts      `thenM` \ (tidy_env, mono_msg) ->
2121           addSrcSpan (instLocSrcSpan (instLoc inst)) $
2122                 -- the location of the first one will do for the err message
2123           addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
2124         where
2125           dicts = map fst pairs
2126           msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
2127                              pprQuotedList tvs <+> in_msg,
2128                      nest 2 (pprInstsInFull dicts)]
2129           in_msg | isSingleton dicts = text "in the top-level constraint:"
2130                  | otherwise         = text "in these top-level constraints:"
2131
2132
2133 mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [Inst] -> TcM (TidyEnv, Message)
2134 -- There's an error with these Insts; if they have free type variables
2135 -- it's probably caused by the monomorphism restriction. 
2136 -- Try to identify the offending variable
2137 -- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
2138 mkMonomorphismMsg tidy_env insts
2139   | isEmptyVarSet inst_tvs
2140   = returnM (tidy_env, empty)
2141   | otherwise
2142   = findGlobals inst_tvs tidy_env       `thenM` \ (tidy_env, docs) ->
2143     returnM (tidy_env, mk_msg docs)
2144
2145   where
2146     inst_tvs = tyVarsOfInsts insts
2147
2148     mk_msg []   = empty         -- This happens in things like
2149                                 --      f x = show (read "foo")
2150                                 -- whre monomorphism doesn't play any role
2151     mk_msg docs = vcat [ptext SLIT("Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
2152                         nest 2 (vcat docs),
2153                         ptext SLIT("Probable fix: give these definition(s) an explicit type signature")]
2154     
2155 warnDefault dicts default_ty
2156   = doptM Opt_WarnTypeDefaults  `thenM` \ warn_flag ->
2157     addInstCtxt (instLoc (head dicts)) (warnTc warn_flag warn_msg)
2158   where
2159         -- Tidy them first
2160     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2161     warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
2162                                 quotes (ppr default_ty),
2163                       pprInstsInFull tidy_dicts]
2164
2165 -- Used for the ...Thetas variants; all top level
2166 noInstErr pred = ptext SLIT("No instance for") <+> quotes (ppr pred)
2167
2168 badDerivedPred pred
2169   = vcat [ptext SLIT("Can't derive instances where the instance context mentions"),
2170           ptext SLIT("type variables that are not data type parameters"),
2171           nest 2 (ptext SLIT("Offending constraint:") <+> ppr pred)]
2172
2173 reduceDepthErr n stack
2174   = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
2175           ptext SLIT("Use -fcontext-stack20 to increase stack size to (e.g.) 20"),
2176           nest 4 (pprInstsInFull stack)]
2177
2178 reduceDepthMsg n stack = nest 4 (pprInstsInFull stack)
2179 \end{code}