[project @ 2003-01-23 14:08:46 by simonpj]
[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, tcSimplifyTop,
13         tcSimplifyBracket,
14
15         tcSimplifyDeriv, tcSimplifyDefault,
16         bindInstsOfLocalFuns
17     ) where
18
19 #include "HsVersions.h"
20
21 import {-# SOURCE #-} TcUnify( unifyTauTy )
22 import TcEnv            -- temp
23 import HsSyn            ( MonoBinds(..), HsExpr(..), andMonoBinds, andMonoBindList )
24 import TcHsSyn          ( TcExpr, TcId,
25                           TcMonoBinds, TcDictBinds
26                         )
27
28 import TcRnMonad
29 import Inst             ( lookupInst, LookupInstResult(..),
30                           tyVarsOfInst, fdPredsOfInsts, fdPredsOfInst, newDicts,
31                           isDict, isClassDict, isLinearInst, linearInstType,
32                           isStdClassTyVarDict, isMethodFor, isMethod,
33                           instToId, tyVarsOfInsts,  cloneDict,
34                           ipNamesOfInsts, ipNamesOfInst, dictPred,
35                           instBindingRequired, instCanBeGeneralised,
36                           newDictsFromOld, tcInstClassOp,
37                           getDictClassTys, isTyVarDict,
38                           instLoc, zonkInst, tidyInsts, tidyMoreInsts,
39                           Inst, pprInsts, pprInstsInFull,
40                           isIPDict, isInheritableInst
41                         )
42 import TcEnv            ( tcGetGlobalTyVars, tcGetInstEnv, tcLookupId, findGlobals )
43 import InstEnv          ( lookupInstEnv, classInstEnv, InstLookupResult(..) )
44 import TcMType          ( zonkTcTyVarsAndFV, tcInstTyVars, checkAmbiguity )
45 import TcType           ( TcTyVar, TcTyVarSet, ThetaType, TyVarDetails(VanillaTv),
46                           mkClassPred, isOverloadedTy, mkTyConApp,
47                           mkTyVarTy, tcGetTyVar, isTyVarClassPred, mkTyVarTys,
48                           tyVarsOfPred )
49 import Id               ( idType, mkUserLocal )
50 import Var              ( TyVar )
51 import Name             ( getOccName, getSrcLoc )
52 import NameSet          ( NameSet, mkNameSet, elemNameSet )
53 import Class            ( classBigSig )
54 import FunDeps          ( oclose, grow, improve, pprEquationDoc )
55 import PrelInfo         ( isNumericClass, isCreturnableClass, isCcallishClass ) 
56 import PrelNames        ( splitName, fstName, sndName )
57
58 import Subst            ( mkTopTyVarSubst, substTheta, substTy )
59 import TysWiredIn       ( unitTy, pairTyCon )
60 import ErrUtils         ( Message )
61 import VarSet
62 import VarEnv           ( TidyEnv )
63 import FiniteMap
64 import Outputable
65 import ListSetOps       ( equivClasses )
66 import Util             ( zipEqual )
67 import List             ( partition )
68 import CmdLineOpts
69 \end{code}
70
71
72 %************************************************************************
73 %*                                                                      *
74 \subsection{NOTES}
75 %*                                                                      *
76 %************************************************************************
77
78         --------------------------------------
79                 Notes on quantification
80         --------------------------------------
81
82 Suppose we are about to do a generalisation step.
83 We have in our hand
84
85         G       the environment
86         T       the type of the RHS
87         C       the constraints from that RHS
88
89 The game is to figure out
90
91         Q       the set of type variables over which to quantify
92         Ct      the constraints we will *not* quantify over
93         Cq      the constraints we will quantify over
94
95 So we're going to infer the type
96
97         forall Q. Cq => T
98
99 and float the constraints Ct further outwards.
100
101 Here are the things that *must* be true:
102
103  (A)    Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
104  (B)    Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
105
106 (A) says we can't quantify over a variable that's free in the
107 environment.  (B) says we must quantify over all the truly free
108 variables in T, else we won't get a sufficiently general type.  We do
109 not *need* to quantify over any variable that is fixed by the free
110 vars of the environment G.
111
112         BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
113
114 Example:        class H x y | x->y where ...
115
116         fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
117                         T = c -> b
118
119         (A)  Q intersect {a} is empty
120         (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
121
122         So Q can be {c,d}, {b,c,d}
123
124 Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
125 variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
126 constraints can get into Ct instead of Cq.
127
128
129 -----------------------------------------
130 We will make use of
131
132   fv(T)         the free type vars of T
133
134   oclose(vs,C)  The result of extending the set of tyvars vs
135                 using the functional dependencies from C
136
137   grow(vs,C)    The result of extend the set of tyvars vs
138                 using all conceivable links from C.
139
140                 E.g. vs = {a}, C = {H [a] b, K (b,Int) c, Eq e}
141                 Then grow(vs,C) = {a,b,c}
142
143                 Note that grow(vs,C) `superset` grow(vs,simplify(C))
144                 That is, simplfication can only shrink the result of grow.
145
146 Notice that
147    oclose is conservative one way:      v `elem` oclose(vs,C) => v is definitely fixed by vs
148    grow is conservative the other way:  if v might be fixed by vs => v `elem` grow(vs,C)
149
150
151 -----------------------------------------
152
153 Choosing Q
154 ~~~~~~~~~~
155 Here's a good way to choose Q:
156
157         Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
158
159 That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
160 call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
161 G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
162 albeit perhaps too many.
163
164 Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
165
166         class H x y | x->y where ...
167
168         T = c->c
169         C = (H c d)
170
171   If we used fv(T) = {c} we'd get the type
172
173         forall c. H c d => c -> b
174
175   And then if the fn was called at several different c's, each of
176   which fixed d differently, we'd get a unification error, because
177   d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
178   everything that might be influenced by c.
179
180 Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
181 all the functional dependencies yet:
182
183         class H x y | x->y where ...
184         instance H x y => Eq (T x y) where ...
185
186         T = c->c
187         C = (Eq (T c d))
188
189   Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
190   apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
191
192
193 There really isn't any point in quantifying over any more than
194 grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
195 any other type variables.
196
197
198
199         --------------------------------------
200                 Notes on ambiguity
201         --------------------------------------
202
203 It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
204
205         class K x
206         class H x y | x -> y
207         instance H x y => K (x,y)
208
209 Is this type ambiguous?
210         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
211
212 Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
213 now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
214 without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
215 the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
216
217 Here's another example: is this ambiguous?
218         forall a b. Eq (T b) => a -> a
219 Not if there's an insance decl (with no context)
220         instance Eq (T b) where ...
221
222 You may say of this example that we should use the instance decl right
223 away, but you can't always do that:
224
225         class J a b where ...
226         instance J Int b where ...
227
228         f :: forall a b. J a b => a -> a
229
230 (Notice: no functional dependency in J's class decl.)
231 Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
232 It's premature to complain when meeting f's signature, or even
233 when inferring a type for f.
234
235
236
237 However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
238 show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
239 treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
240
241 So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
242
243         fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
244
245 (all tested before quantification).
246 That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
247 in the environment, or by the variables in the type.
248
249 Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
250
251         class J a b c | a b -> c
252         fv(G) = {a}
253
254 Is this ambiguous?
255         forall b c. (J a b c) => b -> b
256
257 Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
258 do we see that c is fixed.
259
260 It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
261 don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
262 the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
263 only issue a warning.
264
265
266 Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
267
268         c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
269
270 then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
271 certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
272 the nasty example?
273
274         class K x
275         class H x y | x -> y
276         instance H x y => K (x,y)
277
278 Is this type ambiguous?
279         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
280
281 Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
282 is a "bubble" that's a set of constraints
283
284         Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
285
286 Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
287 by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
288 Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
289 The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
290 (which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
291
292
293         --------------------------------------
294                 Notes on principal types
295         --------------------------------------
296
297     class C a where
298       op :: a -> a
299
300     f x = let g y = op (y::Int) in True
301
302 Here the principal type of f is (forall a. a->a)
303 but we'll produce the non-principal type
304     f :: forall a. C Int => a -> a
305
306
307         --------------------------------------
308                 Notes on implicit parameters
309         --------------------------------------
310
311 Question 1: can we "inherit" implicit parameters
312 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
313 Consider this:
314
315         f x = (x::Int) + ?y
316
317 where f is *not* a top-level binding.
318 From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
319 There are two types we might infer for f:
320
321         f :: Int -> Int
322
323 (so we get ?y from the context of f's definition), or
324
325         f :: (?y::Int) => Int -> Int
326
327 At first you might think the first was better, becuase then
328 ?y behaves like a free variable of the definition, rather than
329 having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
330 IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
331 dynamic binding means) so we'd better infer the second.
332
333 BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify 
334 over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
335
336
337 Question 2: type signatures
338 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
339 BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
340 to quantify over implicit parameters.  For example:
341
342         (?x + 1) :: Int
343
344 This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
345
346         (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
347
348 That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
349 so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
350 tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
351 and tcSimplifyCheckBind (which does not).
352
353 What about when you supply a type signature for a binding?
354 Is it legal to give the following explicit, user type 
355 signature to f, thus:
356
357         f :: Int -> Int
358         f x = (x::Int) + ?y
359
360 At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
361 that adding a type signature changes the dynamic semantics.
362 Consider this:
363
364         (let f x = (x::Int) + ?y
365          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
366
367                 returns (3+6, 3+5)
368 vs
369         (let f :: Int -> Int
370              f x = x + ?y
371          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
372
373                 returns (3+6, 3+6)
374
375 Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
376 dynamic semantics.
377
378 Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
379 semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
380 change the typing you may change the semantics.
381
382 To make things consistent in all cases where we are *checking* against
383 a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
384 rule: 
385
386         a signature does not need to quantify over implicit params.
387
388 [This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
389 which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
390 params for the reasons mentioned above.]
391
392 But that raises a new question.  Consider 
393
394         Given (signature)       ?x::Int
395         Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
396
397 Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
398 what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
399 what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
400 to float a constraint that
401         neither mentions any of the quantified type variables
402         nor any of the quantified implicit parameters
403
404 See the predicate isFreeWhenChecking.
405
406
407 Question 3: monomorphism
408 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
409 There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
410
411         z = (x::Int) + ?y
412
413 The argument above suggests that we *must* generalise
414 over the ?y parameter, to get
415         z :: (?y::Int) => Int,
416 but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
417         z :: Int.
418 Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
419
420         let z = x + ?y in z+z
421
422 you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
423 we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
424
425
426
427 Possible choices
428 ~~~~~~~~~~~~~~~~
429 (A) Always generalise over implicit parameters
430     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
431         be generalised
432
433     Consequences:
434         * Inlining remains valid
435         * No unexpected loss of sharing
436         * But simple bindings like
437                 z = ?y + 1
438           will be rejected, unless you add an explicit type signature
439           (to avoid the monomorphism restriction)
440                 z :: (?y::Int) => Int
441                 z = ?y + 1
442           This seems unacceptable
443
444 (B) Monomorphism restriction "wins"
445     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
446         be generalised
447     Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
448         that fall under the monomorphism restriction
449
450     Consequences
451         * Inlining isn't valid in general
452         * No unexpected loss of sharing
453         * Simple bindings like
454                 z = ?y + 1
455           accepted (get value of ?y from binding site)
456
457 (C) Always generalise over implicit parameters
458     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
459         be generalised, EXCEPT for implicit parameters
460     Consequences
461         * Inlining remains valid
462         * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
463         * Simple bindings like
464                 z = ?y + 1
465           accepted (get value of ?y from occurrence sites)
466
467
468 Discussion
469 ~~~~~~~~~~
470 None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
471 decide which we want to do.
472
473 It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
474
475         z = (x::Int) + ?y
476
477 would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
478 of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
479 case of function definitions, the answer is clearly the former, but
480 less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
481 if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
482 then inlining 'z' might change the semantics of the program.
483
484 Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
485 to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
486 innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
487 the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
488 use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
489 clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
490 those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
491 one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
492 restriction altogether.
493
494 BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
495
496
497
498 %************************************************************************
499 %*                                                                      *
500 \subsection{tcSimplifyInfer}
501 %*                                                                      *
502 %************************************************************************
503
504 tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
505
506     1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
507
508     2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
509        predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
510
511     3. Try improvement, using functional dependencies
512
513     4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
514        (Unification can change the result of 'grow'.)
515
516 Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
517 Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
518 after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
519 type variables than we absolutely have to.
520
521 For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
522 improvement with unification.  E.g. Suppose we have
523
524         class C x y | x->y where ...
525
526 and tcSimplify is called with:
527         (C Int a, C Int b)
528 Then improvement unifies a with b, giving
529         (C Int a, C Int a)
530
531 If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
532 again.
533
534
535 \begin{code}
536 tcSimplifyInfer
537         :: SDoc
538         -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
539         -> [Inst]               -- Wanted
540         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
541                 TcDictBinds,    -- Bindings
542                 [TcId])         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
543         -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
544 \end{code}
545
546
547 \begin{code}
548 tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted_lie
549   = inferLoop doc (varSetElems tau_tvs)
550               wanted_lie                `thenM` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
551
552         -- Check for non-generalisable insts
553     mappM_ addCantGenErr (filter (not . instCanBeGeneralised) irreds)   `thenM_`
554
555     extendLIEs frees                                                    `thenM_`
556     returnM (qtvs, binds, map instToId irreds)
557
558 inferLoop doc tau_tvs wanteds
559   =     -- Step 1
560     zonkTcTyVarsAndFV tau_tvs           `thenM` \ tau_tvs' ->
561     mappM zonkInst wanteds              `thenM` \ wanteds' ->
562     tcGetGlobalTyVars                   `thenM` \ gbl_tvs ->
563     let
564         preds = fdPredsOfInsts wanteds'
565         qtvs  = grow preds tau_tvs' `minusVarSet` oclose preds gbl_tvs
566
567         try_me inst
568           | isFreeWhenInferring qtvs inst = Free
569           | isClassDict inst              = DontReduceUnlessConstant    -- Dicts
570           | otherwise                     = ReduceMe                    -- Lits and Methods
571     in
572                 -- Step 2
573     reduceContext doc try_me [] wanteds'    `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
574
575                 -- Step 3
576     if no_improvement then
577         returnM (varSetElems qtvs, frees, binds, irreds)
578     else
579         -- If improvement did some unification, we go round again.  There
580         -- are two subtleties:
581         --   a) We start again with irreds, not wanteds
582         --      Using an instance decl might have introduced a fresh type variable
583         --      which might have been unified, so we'd get an infinite loop
584         --      if we started again with wanteds!  See example [LOOP]
585         --
586         --   b) It's also essential to re-process frees, because unification
587         --      might mean that a type variable that looked free isn't now.
588         --
589         -- Hence the (irreds ++ frees)
590
591         -- However, NOTICE that when we are done, we might have some bindings, but
592         -- the final qtvs might be empty.  See [NO TYVARS] below.
593                                 
594         inferLoop doc tau_tvs (irreds ++ frees) `thenM` \ (qtvs1, frees1, binds1, irreds1) ->
595         returnM (qtvs1, frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
596 \end{code}
597
598 Example [LOOP]
599
600         class If b t e r | b t e -> r
601         instance If T t e t
602         instance If F t e e
603         class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
604         instance Lte Z b T
605         instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
606
607 Wanted: Max Z (S x) y
608
609 Then we'll reduce using the Max instance to:
610         (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
611 and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
612 on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
613 with (Max Z (S x) y)!
614
615 [NO TYVARS]
616
617         class Y a b | a -> b where
618             y :: a -> X b
619         
620         instance Y [[a]] a where
621             y ((x:_):_) = X x
622         
623         k :: X a -> X a -> X a
624
625         g :: Num a => [X a] -> [X a]
626         g xs = h xs
627             where
628             h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
629
630 The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
631 try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
632 From this we get t1:=:t2, but also various bindings.  We can't forget
633 the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
634 polymorphic in.  
635
636 The net effect of [NO TYVARS] 
637
638 \begin{code}
639 isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst -> Bool
640 isFreeWhenInferring qtvs inst
641   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst          -- Constrains no quantified vars
642   && isInheritableInst inst             -- And no implicit parameter involved
643                                         -- (see "Notes on implicit parameters")
644
645 isFreeWhenChecking :: TyVarSet  -- Quantified tyvars
646                    -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
647                    -> Inst -> Bool
648 isFreeWhenChecking qtvs ips inst
649   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
650   && isFreeWrtIPs    ips inst
651
652 isFreeWrtTyVars qtvs inst = not (tyVarsOfInst inst `intersectsVarSet` qtvs)
653 isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
654 \end{code}
655
656
657 %************************************************************************
658 %*                                                                      *
659 \subsection{tcSimplifyCheck}
660 %*                                                                      *
661 %************************************************************************
662
663 @tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
664 we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
665
666 \begin{code}
667 tcSimplifyCheck
668          :: SDoc
669          -> [TcTyVar]           -- Quantify over these
670          -> [Inst]              -- Given
671          -> [Inst]              -- Wanted
672          -> TcM TcDictBinds     -- Bindings
673
674 -- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
675 -- class decls, instance decls etc.
676 --
677 -- NB: tcSimplifyCheck does not consult the
678 --      global type variables in the environment; so you don't
679 --      need to worry about setting them before calling tcSimplifyCheck
680 tcSimplifyCheck doc qtvs givens wanted_lie
681   = tcSimplCheck doc get_qtvs
682                  givens wanted_lie      `thenM` \ (qtvs', binds) ->
683     returnM binds
684   where
685     get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV qtvs
686
687
688 -- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
689 -- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
690 -- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
691 tcSimplifyInferCheck
692          :: SDoc
693          -> TcTyVarSet          -- fv(T)
694          -> [Inst]              -- Given
695          -> [Inst]              -- Wanted
696          -> TcM ([TcTyVar],     -- Variables over which to quantify
697                  TcDictBinds)   -- Bindings
698
699 tcSimplifyInferCheck doc tau_tvs givens wanted_lie
700   = tcSimplCheck doc get_qtvs givens wanted_lie
701   where
702         -- Figure out which type variables to quantify over
703         -- You might think it should just be the signature tyvars,
704         -- but in bizarre cases you can get extra ones
705         --      f :: forall a. Num a => a -> a
706         --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
707         --      g a b = (b,a)
708         -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
709         -- We don't want g to be monomorphic in b just because
710         -- f isn't quantified over b.
711     all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
712
713     get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV all_tvs        `thenM` \ all_tvs' ->
714                tcGetGlobalTyVars                `thenM` \ gbl_tvs ->
715                let
716                   qtvs = all_tvs' `minusVarSet` gbl_tvs
717                         -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
718                         -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
719                         -- dictionaries, we quantify over
720                in
721                returnM qtvs
722 \end{code}
723
724 Here is the workhorse function for all three wrappers.
725
726 \begin{code}
727 tcSimplCheck doc get_qtvs givens wanted_lie
728   = check_loop givens wanted_lie        `thenM` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
729
730         -- Complain about any irreducible ones
731     complainCheck doc givens irreds             `thenM_`
732
733         -- Done
734     extendLIEs frees                            `thenM_`
735     returnM (qtvs, binds)
736
737   where
738     ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts givens)
739
740     check_loop givens wanteds
741       =         -- Step 1
742         mappM zonkInst givens   `thenM` \ givens' ->
743         mappM zonkInst wanteds  `thenM` \ wanteds' ->
744         get_qtvs                        `thenM` \ qtvs' ->
745
746                     -- Step 2
747         let
748             -- When checking against a given signature we always reduce
749             -- until we find a match against something given, or can't reduce
750             try_me inst | isFreeWhenChecking qtvs' ip_set inst = Free
751                         | otherwise                            = ReduceMe
752         in
753         reduceContext doc try_me givens' wanteds'       `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
754
755                     -- Step 3
756         if no_improvement then
757             returnM (varSetElems qtvs', frees, binds, irreds)
758         else
759             check_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (qtvs', frees1, binds1, irreds1) ->
760             returnM (qtvs', frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
761 \end{code}
762
763
764 %************************************************************************
765 %*                                                                      *
766 \subsection{tcSimplifyRestricted}
767 %*                                                                      *
768 %************************************************************************
769
770 \begin{code}
771 tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
772                         -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
773         :: SDoc
774         -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
775         -> [Inst]               -- Free in the RHSs
776         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
777                 TcDictBinds)    -- Bindings
778
779 tcSimplifyRestricted doc tau_tvs wanteds
780   =     -- First squash out all methods, to find the constrained tyvars
781         -- We can't just take the free vars of wanted_lie because that'll
782         -- have methods that may incidentally mention entirely unconstrained variables
783         --      e.g. a call to  f :: Eq a => a -> b -> b
784         -- Here, b is unconstrained.  A good example would be
785         --      foo = f (3::Int)
786         -- We want to infer the polymorphic type
787         --      foo :: forall b. b -> b
788     let
789         try_me inst = ReduceMe          -- Reduce as far as we can.  Don't stop at
790                                         -- dicts; the idea is to get rid of as many type
791                                         -- variables as possible, and we don't want to stop
792                                         -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
793                                         -- immediately, with no constraint on s.
794     in
795     simpleReduceLoop doc try_me wanteds         `thenM` \ (_, _, constrained_dicts) ->
796
797         -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
798     zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)     `thenM` \ tau_tvs' ->
799     tcGetGlobalTyVars                           `thenM` \ gbl_tvs ->
800     let
801         constrained_tvs = tyVarsOfInsts constrained_dicts
802         qtvs = (tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs)
803                          `minusVarSet` constrained_tvs
804     in
805
806         -- The first step may have squashed more methods than
807         -- necessary, so try again, this time knowing the exact
808         -- set of type variables to quantify over.
809         --
810         -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
811         -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
812         -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
813         -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
814         -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
815         --
816         -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
817         -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
818         -- just to float all constraints
819     mappM zonkInst wanteds                      `thenM` \ wanteds' ->
820     let
821         try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs inst = Free
822                     | otherwise                 = ReduceMe
823     in
824     reduceContext doc try_me [] wanteds'        `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
825     ASSERT( no_improvement )
826     ASSERT( null irreds )
827         -- No need to loop because simpleReduceLoop will have
828         -- already done any improvement necessary
829
830     extendLIEs frees                            `thenM_`
831     returnM (varSetElems qtvs, binds)
832 \end{code}
833
834
835 %************************************************************************
836 %*                                                                      *
837 \subsection{tcSimplifyToDicts}
838 %*                                                                      *
839 %************************************************************************
840
841 On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
842 getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
843 as the available stuff for the RHS of the rule.
844
845 The same thing is used for specialise pragmas. Consider
846
847         f :: Num a => a -> a
848         {-# SPECIALISE f :: Int -> Int #-}
849         f = ...
850
851 The type checker generates a binding like:
852
853         f_spec = (f :: Int -> Int)
854
855 and we want to end up with
856
857         f_spec = _inline_me_ (f Int dNumInt)
858
859 But that means that we must simplify the Method for f to (f Int dNumInt)!
860 So tcSimplifyToDicts squeezes out all Methods.
861
862 IMPORTANT NOTE:  we *don't* want to do superclass commoning up.  Consider
863
864         fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
865         {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
866
867 Here, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But we *dont*
868 want to get
869
870         forall dIntegralInt.
871         fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
872
873 because the scsel will mess up matching.  Instead we want
874
875         forall dIntegralInt, dNumInt.
876         fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
877
878 Hence "DontReduce NoSCs"
879
880 \begin{code}
881 tcSimplifyToDicts :: [Inst] -> TcM (TcDictBinds)
882 tcSimplifyToDicts wanteds
883   = simpleReduceLoop doc try_me wanteds         `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
884         -- Since try_me doesn't look at types, we don't need to
885         -- do any zonking, so it's safe to call reduceContext directly
886     ASSERT( null frees )
887     extendLIEs irreds           `thenM_`
888     returnM binds
889
890   where
891     doc = text "tcSimplifyToDicts"
892
893         -- Reduce methods and lits only; stop as soon as we get a dictionary
894     try_me inst | isDict inst = DontReduce NoSCs
895                 | otherwise   = ReduceMe
896 \end{code}
897
898
899
900 tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
901 a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
902 any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
903 Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
904 Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
905 this bracket again at its usage site.
906
907 \begin{code}
908 tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
909 tcSimplifyBracket wanteds
910   = simpleReduceLoop doc try_me wanteds         `thenM_`
911     returnM ()
912
913   where
914     doc     = text "tcSimplifyBracket"
915     try_me inst = ReduceMe
916 \end{code}
917
918
919 %************************************************************************
920 %*                                                                      *
921 \subsection{Filtering at a dynamic binding}
922 %*                                                                      *
923 %************************************************************************
924
925 When we have
926         let ?x = R in B
927
928 we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
929 step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
930
931 Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
932
933         f :: (?x::Int) => Char -> Char
934         let ?x = 3 in f 'c'
935
936 then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
937 force the binding for ?x to be of type Int.
938
939 \begin{code}
940 tcSimplifyIPs :: [Inst]         -- The implicit parameters bound here
941               -> [Inst]         -- Wanted
942               -> TcM TcDictBinds
943 tcSimplifyIPs given_ips wanteds
944   = simpl_loop given_ips wanteds        `thenM` \ (frees, binds) ->
945     extendLIEs frees                    `thenM_`
946     returnM binds
947   where
948     doc      = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
949     ip_set   = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
950
951         -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
952     try_me inst | isFreeWrtIPs ip_set inst = Free
953                 | otherwise                = ReduceMe
954
955     simpl_loop givens wanteds
956       = mappM zonkInst givens           `thenM` \ givens' ->
957         mappM zonkInst wanteds          `thenM` \ wanteds' ->
958
959         reduceContext doc try_me givens' wanteds'    `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
960
961         if no_improvement then
962             ASSERT( null irreds )
963             returnM (frees, binds)
964         else
965             simpl_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (frees1, binds1) ->
966             returnM (frees1, binds `AndMonoBinds` binds1)
967 \end{code}
968
969
970 %************************************************************************
971 %*                                                                      *
972 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
973 %*                                                                      *
974 %************************************************************************
975
976 When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
977 For example, we might have...
978 \begin{verbatim}
979 let f x = x + 1     -- orig local function (overloaded)
980     f.1 = f Int     -- two instances of f
981     f.2 = f Float
982  in
983     (f.1 5, f.2 6.7)
984 \end{verbatim}
985 The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
986 where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
987 upwards towards the top-level.  If the @Insts@ were binding-ified up
988 there, they would have unresolvable references to @f@.
989
990 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
991 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
992 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
993 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
994
995 \begin{code}
996 bindInstsOfLocalFuns :: [Inst] -> [TcId] -> TcM TcMonoBinds
997
998 bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
999   | null overloaded_ids
1000         -- Common case
1001   = extendLIEs wanteds          `thenM_`
1002     returnM EmptyMonoBinds
1003
1004   | otherwise
1005   = simpleReduceLoop doc try_me wanteds         `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
1006     ASSERT( null irreds )
1007     extendLIEs frees            `thenM_`
1008     returnM binds
1009   where
1010     doc              = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
1011     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
1012     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
1013
1014     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids    -- There can occasionally be a lot of them
1015                                                 -- so it's worth building a set, so that
1016                                                 -- lookup (in isMethodFor) is faster
1017
1018     try_me inst | isMethodFor overloaded_set inst = ReduceMe
1019                 | otherwise                       = Free
1020 \end{code}
1021
1022
1023 %************************************************************************
1024 %*                                                                      *
1025 \subsection{Data types for the reduction mechanism}
1026 %*                                                                      *
1027 %************************************************************************
1028
1029 The main control over context reduction is here
1030
1031 \begin{code}
1032 data WhatToDo
1033  = ReduceMe             -- Try to reduce this
1034                         -- If there's no instance, behave exactly like
1035                         -- DontReduce: add the inst to
1036                         -- the irreductible ones, but don't
1037                         -- produce an error message of any kind.
1038                         -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
1039
1040  | DontReduce WantSCs           -- Return as irreducible
1041
1042  | DontReduceUnlessConstant     -- Return as irreducible unless it can
1043                                 -- be reduced to a constant in one step
1044
1045  | Free                   -- Return as free
1046
1047 reduceMe :: Inst -> WhatToDo
1048 reduceMe inst = ReduceMe
1049
1050 data WantSCs = NoSCs | AddSCs   -- Tells whether we should add the superclasses
1051                                 -- of a predicate when adding it to the avails
1052 \end{code}
1053
1054
1055
1056 \begin{code}
1057 type Avails = FiniteMap Inst Avail
1058
1059 data Avail
1060   = IsFree              -- Used for free Insts
1061   | Irred               -- Used for irreducible dictionaries,
1062                         -- which are going to be lambda bound
1063
1064   | Given TcId          -- Used for dictionaries for which we have a binding
1065                         -- e.g. those "given" in a signature
1066           Bool          -- True <=> actually consumed (splittable IPs only)
1067
1068   | NoRhs               -- Used for Insts like (CCallable f)
1069                         -- where no witness is required.
1070
1071   | Rhs                 -- Used when there is a RHS
1072         TcExpr          -- The RHS
1073         [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
1074
1075   | Linear              -- Splittable Insts only.
1076         Int             -- The Int is always 2 or more; indicates how
1077                         -- many copies are required
1078         Inst            -- The splitter
1079         Avail           -- Where the "master copy" is
1080
1081   | LinRhss             -- Splittable Insts only; this is used only internally
1082                         --      by extractResults, where a Linear 
1083                         --      is turned into an LinRhss
1084         [TcExpr]        -- A supply of suitable RHSs
1085
1086 pprAvails avails = vcat [sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> pprAvail avail)]
1087                         | (inst,avail) <- fmToList avails ]
1088
1089 instance Outputable Avail where
1090     ppr = pprAvail
1091
1092 pprAvail NoRhs          = text "<no rhs>"
1093 pprAvail IsFree         = text "Free"
1094 pprAvail Irred          = text "Irred"
1095 pprAvail (Given x b)    = text "Given" <+> ppr x <+> 
1096                           if b then text "(used)" else empty
1097 pprAvail (Rhs rhs bs)   = text "Rhs" <+> ppr rhs <+> braces (ppr bs)
1098 pprAvail (Linear n i a) = text "Linear" <+> ppr n <+> braces (ppr i) <+> ppr a
1099 pprAvail (LinRhss rhss) = text "LinRhss" <+> ppr rhss
1100 \end{code}
1101
1102 Extracting the bindings from a bunch of Avails.
1103 The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
1104 We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
1105 dependency analyser can sort them out later
1106
1107 The loop startes
1108 \begin{code}
1109 extractResults :: Avails
1110                -> [Inst]                -- Wanted
1111                -> TcM (TcDictBinds,     -- Bindings
1112                           [Inst],       -- Irreducible ones
1113                           [Inst])       -- Free ones
1114
1115 extractResults avails wanteds
1116   = go avails EmptyMonoBinds [] [] wanteds
1117   where
1118     go avails binds irreds frees [] 
1119       = returnM (binds, irreds, frees)
1120
1121     go avails binds irreds frees (w:ws)
1122       = case lookupFM avails w of
1123           Nothing    -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
1124                         go avails binds irreds frees ws
1125
1126           Just NoRhs  -> go avails               binds irreds     frees     ws
1127           Just IsFree -> go (add_free avails w)  binds irreds     (w:frees) ws
1128           Just Irred  -> go (add_given avails w) binds (w:irreds) frees     ws
1129
1130           Just (Given id _) -> go avails new_binds irreds frees ws
1131                             where
1132                                new_binds | id == instToId w = binds
1133                                          | otherwise        = addBind binds w (HsVar id)
1134                 -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
1135                 -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
1136
1137           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds irreds frees (ws' ++ ws)
1138                              where
1139                                 new_binds = addBind binds w rhs
1140
1141           Just (Linear n split_inst avail)      -- Transform Linear --> LinRhss
1142             -> get_root irreds frees avail w            `thenM` \ (irreds', frees', root_id) ->
1143                split n (instToId split_inst) root_id w  `thenM` \ (binds', rhss) ->
1144                go (addToFM avails w (LinRhss rhss))
1145                   (binds `AndMonoBinds` binds')
1146                   irreds' frees' (split_inst : w : ws)
1147
1148           Just (LinRhss (rhs:rhss))             -- Consume one of the Rhss
1149                 -> go new_avails new_binds irreds frees ws
1150                 where           
1151                    new_binds  = addBind binds w rhs
1152                    new_avails = addToFM avails w (LinRhss rhss)
1153
1154     get_root irreds frees (Given id _) w = returnM (irreds, frees, id)
1155     get_root irreds frees Irred        w = cloneDict w  `thenM` \ w' ->
1156                                            returnM (w':irreds, frees, instToId w')
1157     get_root irreds frees IsFree       w = cloneDict w  `thenM` \ w' ->
1158                                            returnM (irreds, w':frees, instToId w')
1159
1160     add_given avails w 
1161         | instBindingRequired w = addToFM avails w (Given (instToId w) True)
1162         | otherwise             = addToFM avails w NoRhs
1163         -- NB: make sure that CCallable/CReturnable use NoRhs rather
1164         --      than Given, else we end up with bogus bindings.
1165
1166     add_free avails w | isMethod w = avails
1167                       | otherwise  = add_given avails w
1168         -- NB: Hack alert!  
1169         -- Do *not* replace Free by Given if it's a method.
1170         -- The following situation shows why this is bad:
1171         --      truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
1172         -- From an application (truncate f i) we get
1173         --      t1 = truncate at f
1174         --      t2 = t1 at i
1175         -- If we have also have a second occurrence of truncate, we get
1176         --      t3 = truncate at f
1177         --      t4 = t3 at i
1178         -- When simplifying with i,f free, we might still notice that
1179         --   t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
1180         --   will continue to float out!
1181         -- (split n i a) returns: n rhss
1182         --                        auxiliary bindings
1183         --                        1 or 0 insts to add to irreds
1184
1185
1186 split :: Int -> TcId -> TcId -> Inst 
1187       -> TcM (TcDictBinds, [TcExpr])
1188 -- (split n split_id root_id wanted) returns
1189 --      * a list of 'n' expressions, all of which witness 'avail'
1190 --      * a bunch of auxiliary bindings to support these expressions
1191 --      * one or zero insts needed to witness the whole lot
1192 --        (maybe be zero if the initial Inst is a Given)
1193 --
1194 -- NB: 'wanted' is just a template
1195
1196 split n split_id root_id wanted
1197   = go n
1198   where
1199     ty      = linearInstType wanted
1200     pair_ty = mkTyConApp pairTyCon [ty,ty]
1201     id      = instToId wanted
1202     occ     = getOccName id
1203     loc     = getSrcLoc id
1204
1205     go 1 = returnM (EmptyMonoBinds, [HsVar root_id])
1206
1207     go n = go ((n+1) `div` 2)           `thenM` \ (binds1, rhss) ->
1208            expand n rhss                `thenM` \ (binds2, rhss') ->
1209            returnM (binds1 `AndMonoBinds` binds2, rhss')
1210
1211         -- (expand n rhss) 
1212         -- Given ((n+1)/2) rhss, make n rhss, using auxiliary bindings
1213         --  e.g.  expand 3 [rhs1, rhs2]
1214         --        = ( { x = split rhs1 },
1215         --            [fst x, snd x, rhs2] )
1216     expand n rhss
1217         | n `rem` 2 == 0 = go rhss      -- n is even
1218         | otherwise      = go (tail rhss)       `thenM` \ (binds', rhss') ->
1219                            returnM (binds', head rhss : rhss')
1220         where
1221           go rhss = mapAndUnzipM do_one rhss    `thenM` \ (binds', rhss') ->
1222                     returnM (andMonoBindList binds', concat rhss')
1223
1224           do_one rhs = newUnique                        `thenM` \ uniq -> 
1225                        tcLookupId fstName               `thenM` \ fst_id ->
1226                        tcLookupId sndName               `thenM` \ snd_id ->
1227                        let 
1228                           x = mkUserLocal occ uniq pair_ty loc
1229                        in
1230                        returnM (VarMonoBind x (mk_app split_id rhs),
1231                                     [mk_fs_app fst_id ty x, mk_fs_app snd_id ty x])
1232
1233 mk_fs_app id ty var = HsVar id `TyApp` [ty,ty] `HsApp` HsVar var
1234
1235 mk_app id rhs = HsApp (HsVar id) rhs
1236
1237 addBind binds inst rhs = binds `AndMonoBinds` VarMonoBind (instToId inst) rhs
1238 \end{code}
1239
1240
1241 %************************************************************************
1242 %*                                                                      *
1243 \subsection[reduce]{@reduce@}
1244 %*                                                                      *
1245 %************************************************************************
1246
1247 When the "what to do" predicate doesn't depend on the quantified type variables,
1248 matters are easier.  We don't need to do any zonking, unless the improvement step
1249 does something, in which case we zonk before iterating.
1250
1251 The "given" set is always empty.
1252
1253 \begin{code}
1254 simpleReduceLoop :: SDoc
1255                  -> (Inst -> WhatToDo)          -- What to do, *not* based on the quantified type variables
1256                  -> [Inst]                      -- Wanted
1257                  -> TcM ([Inst],                -- Free
1258                          TcDictBinds,
1259                          [Inst])                -- Irreducible
1260
1261 simpleReduceLoop doc try_me wanteds
1262   = mappM zonkInst wanteds                      `thenM` \ wanteds' ->
1263     reduceContext doc try_me [] wanteds'        `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
1264     if no_improvement then
1265         returnM (frees, binds, irreds)
1266     else
1267         simpleReduceLoop doc try_me (irreds ++ frees)   `thenM` \ (frees1, binds1, irreds1) ->
1268         returnM (frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
1269 \end{code}
1270
1271
1272
1273 \begin{code}
1274 reduceContext :: SDoc
1275               -> (Inst -> WhatToDo)
1276               -> [Inst]                 -- Given
1277               -> [Inst]                 -- Wanted
1278               -> TcM (Bool,             -- True <=> improve step did no unification
1279                          [Inst],        -- Free
1280                          TcDictBinds,   -- Dictionary bindings
1281                          [Inst])        -- Irreducible
1282
1283 reduceContext doc try_me givens wanteds
1284   =
1285     traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1286              text "----------------------",
1287              doc,
1288              text "given" <+> ppr givens,
1289              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1290              text "----------------------"
1291              ]))                                        `thenM_`
1292
1293         -- Build the Avail mapping from "givens"
1294     foldlM addGiven emptyFM givens                      `thenM` \ init_state ->
1295
1296         -- Do the real work
1297     reduceList (0,[]) try_me wanteds init_state         `thenM` \ avails ->
1298
1299         -- Do improvement, using everything in avails
1300         -- In particular, avails includes all superclasses of everything
1301     tcImprove avails                                    `thenM` \ no_improvement ->
1302
1303     extractResults avails wanteds                       `thenM` \ (binds, irreds, frees) ->
1304
1305     traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1306              text "----------------------",
1307              doc,
1308              text "given" <+> ppr givens,
1309              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1310              text "----",
1311              text "avails" <+> pprAvails avails,
1312              text "frees" <+> ppr frees,
1313              text "no_improvement =" <+> ppr no_improvement,
1314              text "----------------------"
1315              ]))                                        `thenM_`
1316
1317     returnM (no_improvement, frees, binds, irreds)
1318
1319 tcImprove avails
1320  =  tcGetInstEnv                                `thenM` \ inst_env ->
1321     let
1322         preds = [ (pred, pp_loc)
1323                 | inst <- keysFM avails,
1324                   let pp_loc = pprInstLoc (instLoc inst),
1325                   pred <- fdPredsOfInst inst
1326                 ]
1327                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1328                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1329                 -- It does not have duplicates (good)
1330                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1331                 --    so that improve will see them separate
1332         eqns  = improve (classInstEnv inst_env) preds
1333      in
1334      if null eqns then
1335         returnM True
1336      else
1337         traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))     `thenM_`
1338         mappM_ unify eqns       `thenM_`
1339         returnM False
1340   where
1341     unify ((qtvs, t1, t2), doc)
1342          = addErrCtxt doc                               $
1343            tcInstTyVars VanillaTv (varSetElems qtvs)    `thenM` \ (_, _, tenv) ->
1344            unifyTauTy (substTy tenv t1) (substTy tenv t2)
1345 \end{code}
1346
1347 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1348
1349 \begin{code}
1350 reduceList :: (Int,[Inst])              -- Stack (for err msgs)
1351                                         -- along with its depth
1352            -> (Inst -> WhatToDo)
1353            -> [Inst]
1354            -> Avails
1355            -> TcM Avails
1356 \end{code}
1357
1358 @reduce@ is passed
1359      try_me:    given an inst, this function returns
1360                   Reduce       reduce this
1361                   DontReduce   return this in "irreds"
1362                   Free         return this in "frees"
1363
1364      wanteds:   The list of insts to reduce
1365      state:     An accumulating parameter of type Avails
1366                 that contains the state of the algorithm
1367
1368   It returns a Avails.
1369
1370 The (n,stack) pair is just used for error reporting.
1371 n is always the depth of the stack.
1372 The stack is the stack of Insts being reduced: to produce X
1373 I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1374
1375 \begin{code}
1376 reduceList (n,stack) try_me wanteds state
1377   | n > opt_MaxContextReductionDepth
1378   = failWithTc (reduceDepthErr n stack)
1379
1380   | otherwise
1381   =
1382 #ifdef DEBUG
1383    (if n > 8 then
1384         pprTrace "Jeepers! ReduceContext:" (reduceDepthMsg n stack)
1385     else (\x->x))
1386 #endif
1387     go wanteds state
1388   where
1389     go []     state = returnM state
1390     go (w:ws) state = reduce (n+1, w:stack) try_me w state      `thenM` \ state' ->
1391                       go ws state'
1392
1393     -- Base case: we're done!
1394 reduce stack try_me wanted state
1395     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1396   | Just avail <- isAvailable state wanted
1397   = if isLinearInst wanted then
1398         addLinearAvailable state avail wanted   `thenM` \ (state', wanteds') ->
1399         reduceList stack try_me wanteds' state'
1400     else
1401         returnM state           -- No op for non-linear things
1402
1403   | otherwise
1404   = case try_me wanted of {
1405
1406       DontReduce want_scs -> addIrred want_scs state wanted
1407
1408     ; DontReduceUnlessConstant ->    -- It's irreducible (or at least should not be reduced)
1409                                      -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1410         try_simple (addIrred AddSCs)    -- Assume want superclasses
1411
1412     ; Free ->   -- It's free so just chuck it upstairs
1413                 -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1414         try_simple addFree
1415
1416     ; ReduceMe ->               -- It should be reduced
1417         lookupInst wanted             `thenM` \ lookup_result ->
1418         case lookup_result of
1419             GenInst wanteds' rhs -> reduceList stack try_me wanteds' state      `thenM` \ state' ->
1420                                     addWanted state' wanted rhs wanteds'
1421             SimpleInst rhs       -> addWanted state wanted rhs []
1422
1423             NoInstance ->    -- No such instance!
1424                              -- Add it and its superclasses
1425                              addIrred AddSCs state wanted
1426
1427     }
1428   where
1429     try_simple do_this_otherwise
1430       = lookupInst wanted         `thenM` \ lookup_result ->
1431         case lookup_result of
1432             SimpleInst rhs -> addWanted state wanted rhs []
1433             other          -> do_this_otherwise state wanted
1434 \end{code}
1435
1436
1437 \begin{code}
1438 -------------------------
1439 isAvailable :: Avails -> Inst -> Maybe Avail
1440 isAvailable avails wanted = lookupFM avails wanted
1441         -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
1442         -- *not* by unique.  So
1443         --      d1::C Int ==  d2::C Int
1444
1445 addLinearAvailable :: Avails -> Avail -> Inst -> TcM (Avails, [Inst])
1446 addLinearAvailable avails avail wanted
1447         -- avails currently maps [wanted -> avail]
1448         -- Extend avails to reflect a neeed for an extra copy of avail
1449
1450   | Just avail' <- split_avail avail
1451   = returnM (addToFM avails wanted avail', [])
1452
1453   | otherwise
1454   = tcLookupId splitName                        `thenM` \ split_id ->
1455     tcInstClassOp (instLoc wanted) split_id 
1456                   [linearInstType wanted]       `thenM` \ split_inst ->
1457     returnM (addToFM avails wanted (Linear 2 split_inst avail), [split_inst])
1458
1459   where
1460     split_avail :: Avail -> Maybe Avail
1461         -- (Just av) if there's a modified version of avail that
1462         --           we can use to replace avail in avails
1463         -- Nothing   if there isn't, so we need to create a Linear
1464     split_avail (Linear n i a)              = Just (Linear (n+1) i a)
1465     split_avail (Given id used) | not used  = Just (Given id True)
1466                                 | otherwise = Nothing
1467     split_avail Irred                       = Nothing
1468     split_avail IsFree                      = Nothing
1469     split_avail other = pprPanic "addLinearAvailable" (ppr avail $$ ppr wanted $$ ppr avails)
1470                   
1471 -------------------------
1472 addFree :: Avails -> Inst -> TcM Avails
1473         -- When an Inst is tossed upstairs as 'free' we nevertheless add it
1474         -- to avails, so that any other equal Insts will be commoned up right
1475         -- here rather than also being tossed upstairs.  This is really just
1476         -- an optimisation, and perhaps it is more trouble that it is worth,
1477         -- as the following comments show!
1478         --
1479         -- NB: do *not* add superclasses.  If we have
1480         --      df::Floating a
1481         --      dn::Num a
1482         -- but a is not bound here, then we *don't* want to derive
1483         -- dn from df here lest we lose sharing.
1484         --
1485 addFree avails free = returnM (addToFM avails free IsFree)
1486
1487 addWanted :: Avails -> Inst -> TcExpr -> [Inst] -> TcM Avails
1488 addWanted avails wanted rhs_expr wanteds
1489   = ASSERT2( not (wanted `elemFM` avails), ppr wanted $$ ppr avails )
1490     addAvailAndSCs avails wanted avail
1491   where
1492     avail | instBindingRequired wanted = Rhs rhs_expr wanteds
1493           | otherwise                  = ASSERT( null wanteds ) NoRhs
1494
1495 addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
1496 addGiven state given = addAvailAndSCs state given (Given (instToId given) False)
1497         -- No ASSERT( not (given `elemFM` avails) ) because in an instance
1498         -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
1499         -- so the assert isn't true
1500
1501 addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
1502 addIrred NoSCs  avails irred = returnM (addToFM avails irred Irred)
1503 addIrred AddSCs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemFM` avails), ppr irred $$ ppr avails )
1504                                addAvailAndSCs avails irred Irred
1505
1506 addAvailAndSCs :: Avails -> Inst -> Avail -> TcM Avails
1507 addAvailAndSCs avails inst avail
1508   | not (isClassDict inst) = returnM avails1
1509   | otherwise              = addSCs is_loop avails1 inst 
1510   where
1511     avails1 = addToFM avails inst avail
1512     is_loop inst = inst `elem` deps     -- Note: this compares by *type*, not by Unique
1513     deps         = findAllDeps avails avail
1514
1515 findAllDeps :: Avails -> Avail -> [Inst]
1516 -- Find all the Insts that this one depends on
1517 -- See Note [SUPERCLASS-LOOP]
1518 findAllDeps avails (Rhs _ kids) = kids ++ concat (map (find_all_deps_help avails) kids)
1519 findAllDeps avails other        = []
1520
1521 find_all_deps_help :: Avails -> Inst -> [Inst]
1522 find_all_deps_help avails inst
1523   = case lookupFM avails inst of
1524         Just avail -> findAllDeps avails avail
1525         Nothing    -> []
1526
1527 addSCs :: (Inst -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
1528         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
1529         -- The first param says "dont do this because the original thing
1530         --      depends on this one, so you'd build a loop"
1531         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
1532
1533 addSCs is_loop avails dict
1534   = newDictsFromOld dict sc_theta'      `thenM` \ sc_dicts ->
1535     foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels)
1536   where
1537     (clas, tys) = getDictClassTys dict
1538     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
1539     sc_theta' = substTheta (mkTopTyVarSubst tyvars tys) sc_theta
1540
1541     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)     -- Add it, and its superclasses
1542       = case lookupFM avails sc_dict of
1543           Just (Given _ _) -> returnM avails    -- Given is cheaper than
1544                                                         --   a superclass selection
1545           Just other | is_loop sc_dict -> returnM avails        -- See Note [SUPERCLASS-LOOP]
1546                      | otherwise       -> returnM avails'       -- SCs already added
1547
1548           Nothing -> addSCs is_loop avails' sc_dict
1549       where
1550         sc_sel_rhs = DictApp (TyApp (HsVar sc_sel) tys) [instToId dict]
1551         avail      = Rhs sc_sel_rhs [dict]
1552         avails'    = addToFM avails sc_dict avail
1553 \end{code}
1554
1555 Note [SUPERCLASS-LOOP]: Checking for loops
1556 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1557 We have to be careful here.  If we are *given* d1:Ord a,
1558 and want to deduce (d2:C [a]) where
1559
1560         class Ord a => C a where
1561         instance Ord a => C [a] where ...
1562
1563 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] and then add the
1564 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1565 for d1:Ord a (which is given) with a superclass selection or we'll just
1566 build a loop! 
1567
1568 Here's another example 
1569         class Eq b => Foo a b
1570         instance Eq a => Foo [a] a
1571 If we are reducing
1572         (Foo [t] t)
1573
1574 we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
1575 then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1576
1577 At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
1578 in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
1579 becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
1580 I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
1581 simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Irred
1582 first time, but reducible next time.
1583
1584 Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
1585 when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
1586
1587
1588
1589 %************************************************************************
1590 %*                                                                      *
1591 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
1592 %*                                                                      *
1593 %************************************************************************
1594
1595
1596 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
1597 and ambiguous Insts.
1598
1599 We need to be careful of one case.  Suppose we have
1600
1601         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
1602
1603 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
1604 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
1605
1606 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
1607
1608
1609 \begin{code}
1610 tcSimplifyTop :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
1611 tcSimplifyTop wanteds
1612   = getLclEnv                                                   `thenM` \ lcl_env ->
1613     traceTc (text "tcSimplifyTop" <+> ppr (lclEnvElts lcl_env)) `thenM_`
1614     simpleReduceLoop (text "tcSimplTop") reduceMe wanteds       `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
1615     ASSERT( null frees )
1616
1617     let
1618                 -- All the non-std ones are definite errors
1619         (stds, non_stds) = partition isStdClassTyVarDict irreds
1620
1621                 -- Group by type variable
1622         std_groups = equivClasses cmp_by_tyvar stds
1623
1624                 -- Pick the ones which its worth trying to disambiguate
1625                 -- namely, the onese whose type variable isn't bound
1626                 -- up with one of the non-standard classes
1627         (std_oks, std_bads)     = partition worth_a_try std_groups
1628         worth_a_try group@(d:_) = not (non_std_tyvars `intersectsVarSet` tyVarsOfInst d)
1629         non_std_tyvars          = unionVarSets (map tyVarsOfInst non_stds)
1630
1631                 -- Collect together all the bad guys
1632         bad_guys               = non_stds ++ concat std_bads
1633         (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts bad_guys
1634         (bad_ips, non_ips)     = partition isIPDict tidy_dicts
1635         (no_insts, ambigs)     = partition no_inst non_ips
1636         no_inst d = not (isTyVarDict d) || tyVarsOfInst d `subVarSet` fixed_tvs
1637         fixed_tvs = oclose (fdPredsOfInsts tidy_dicts) emptyVarSet
1638     in
1639
1640         -- Report definite errors
1641     addTopInstanceErrs tidy_env no_insts        `thenM_`
1642     addTopIPErrs tidy_env bad_ips               `thenM_`
1643
1644         -- Deal with ambiguity errors, but only if
1645         -- if there has not been an error so far; errors often
1646         -- give rise to spurious ambiguous Insts
1647     ifErrsM (returnM []) (
1648         
1649         -- Complain about the ones that don't fall under
1650         -- the Haskell rules for disambiguation
1651         -- This group includes both non-existent instances
1652         --      e.g. Num (IO a) and Eq (Int -> Int)
1653         -- and ambiguous dictionaries
1654         --      e.g. Num a
1655         addTopAmbigErrs (tidy_env, ambigs)      `thenM_`
1656
1657         -- Disambiguate the ones that look feasible
1658         mappM disambigGroup std_oks
1659     )                                   `thenM` \ binds_ambig ->
1660
1661     returnM (binds `andMonoBinds` andMonoBindList binds_ambig)
1662
1663 ----------------------------------
1664 d1 `cmp_by_tyvar` d2 = get_tv d1 `compare` get_tv d2
1665
1666 get_tv d   = case getDictClassTys d of
1667                    (clas, [ty]) -> tcGetTyVar "tcSimplify" ty
1668 get_clas d = case getDictClassTys d of
1669                    (clas, [ty]) -> clas
1670 \end{code}
1671
1672 If a dictionary constrains a type variable which is
1673         * not mentioned in the environment
1674         * and not mentioned in the type of the expression
1675 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
1676 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
1677 parameter to a function.
1678
1679 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
1680 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
1681 Specifically, if
1682         * at least one of its classes is a numeric class, and
1683         * all of its classes are numeric or standard
1684 then the type variable can be defaulted to the first type in the
1685 default-type list which is an instance of all the offending classes.
1686
1687 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
1688 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
1689 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
1690 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
1691
1692 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
1693 the same type variable.
1694
1695 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
1696 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
1697 the most common use of defaulting is code like:
1698 \begin{verbatim}
1699         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
1700 \end{verbatim}
1701 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
1702 @void@.
1703
1704 \begin{code}
1705 disambigGroup :: [Inst] -- All standard classes of form (C a)
1706               -> TcM TcDictBinds
1707
1708 disambigGroup dicts
1709   |   any isNumericClass classes        -- Guaranteed all standard classes
1710           -- see comment at the end of function for reasons as to
1711           -- why the defaulting mechanism doesn't apply to groups that
1712           -- include CCallable or CReturnable dicts.
1713    && not (any isCcallishClass classes)
1714   =     -- THE DICTS OBEY THE DEFAULTABLE CONSTRAINT
1715         -- SO, TRY DEFAULT TYPES IN ORDER
1716
1717         -- Failure here is caused by there being no type in the
1718         -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
1719         -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
1720         -- default list is Int.
1721     getDefaultTys                       `thenM` \ default_tys ->
1722     let
1723       try_default []    -- No defaults work, so fail
1724         = failM
1725
1726       try_default (default_ty : default_tys)
1727         = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $ -- If default_ty fails, we try
1728                                                 -- default_tys instead
1729           tcSimplifyDefault theta               `thenM` \ _ ->
1730           returnM default_ty
1731         where
1732           theta = [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
1733     in
1734         -- See if any default works
1735     tryM (try_default default_tys)      `thenM` \ mb_ty ->
1736     case mb_ty of {
1737         Left _ ->       -- If not, add an AmbigErr
1738                   addTopAmbigErrs (tidyInsts dicts)     `thenM_`
1739                   returnM EmptyMonoBinds ;
1740
1741         Right chosen_default_ty ->
1742
1743         -- If so, bind the type variable 
1744         -- and reduce the context, for real this time
1745     unifyTauTy chosen_default_ty (mkTyVarTy tyvar)      `thenM_`
1746     simpleReduceLoop (text "disambig" <+> ppr dicts)
1747                      reduceMe dicts                     `thenM` \ (frees, binds, ambigs) ->
1748     WARN( not (null frees && null ambigs), ppr frees $$ ppr ambigs )
1749     warnDefault dicts chosen_default_ty                 `thenM_`
1750     returnM binds }
1751
1752   | all isCreturnableClass classes
1753   =     -- Default CCall stuff to (); we don't even both to check that () is an
1754         -- instance of CReturnable, because we know it is.
1755     unifyTauTy (mkTyVarTy tyvar) unitTy `thenM_`
1756     returnM EmptyMonoBinds
1757
1758   | otherwise -- No defaults
1759   = addTopAmbigErrs (tidyInsts dicts)   `thenM_`
1760     returnM EmptyMonoBinds
1761
1762   where
1763     tyvar       = get_tv (head dicts)           -- Should be non-empty
1764     classes     = map get_clas dicts
1765 \end{code}
1766
1767 [Aside - why the defaulting mechanism is turned off when
1768  dealing with arguments and results to ccalls.
1769
1770 When typechecking _ccall_s, TcExpr ensures that the external
1771 function is only passed arguments (and in the other direction,
1772 results) of a restricted set of 'native' types. This is
1773 implemented via the help of the pseudo-type classes,
1774 @CReturnable@ (CR) and @CCallable@ (CC.)
1775
1776 The interaction between the defaulting mechanism for numeric
1777 values and CC & CR can be a bit puzzling to the user at times.
1778 For example,
1779
1780     x <- _ccall_ f
1781     if (x /= 0) then
1782        _ccall_ g x
1783      else
1784        return ()
1785
1786 What type has 'x' got here? That depends on the default list
1787 in operation, if it is equal to Haskell 98's default-default
1788 of (Integer, Double), 'x' has type Double, since Integer
1789 is not an instance of CR. If the default list is equal to
1790 Haskell 1.4's default-default of (Int, Double), 'x' has type
1791 Int.
1792
1793 To try to minimise the potential for surprises here, the
1794 defaulting mechanism is turned off in the presence of
1795 CCallable and CReturnable.
1796
1797 End of aside]
1798
1799
1800 %************************************************************************
1801 %*                                                                      *
1802 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
1803 %*                                                                      *
1804 %************************************************************************
1805
1806 Much simpler versions when there are no bindings to make!
1807
1808 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
1809 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
1810 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
1811
1812 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
1813 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
1814 instance declarations.
1815
1816 \begin{code}
1817 tcSimplifyDeriv :: [TyVar]      
1818                 -> ThetaType            -- Wanted
1819                 -> TcM ThetaType        -- Needed
1820
1821 tcSimplifyDeriv tyvars theta
1822   = tcInstTyVars VanillaTv tyvars                       `thenM` \ (tvs, _, tenv) ->
1823         -- The main loop may do unification, and that may crash if 
1824         -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
1825         -- ToDo: what if two of them do get unified?
1826     newDicts DataDeclOrigin (substTheta tenv theta)     `thenM` \ wanteds ->
1827     simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds               `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
1828     ASSERT( null frees )                        -- reduceMe never returns Free
1829
1830     doptM Opt_AllowUndecidableInstances         `thenM` \ undecidable_ok ->
1831     let
1832         tv_set      = mkVarSet tvs
1833         simpl_theta = map dictPred irreds       -- reduceMe squashes all non-dicts
1834
1835         check_pred pred
1836           | isEmptyVarSet pred_tyvars   -- Things like (Eq T) should be rejected
1837           = addErrTc (noInstErr pred)
1838
1839           | not undecidable_ok && not (isTyVarClassPred pred)
1840           -- Check that the returned dictionaries are all of form (C a b)
1841           --    (where a, b are type variables).  
1842           -- We allow this if we had -fallow-undecidable-instances,
1843           -- but note that risks non-termination in the 'deriving' context-inference
1844           -- fixpoint loop.   It is useful for situations like
1845           --    data Min h a = E | M a (h a)
1846           -- which gives the instance decl
1847           --    instance (Eq a, Eq (h a)) => Eq (Min h a)
1848           = addErrTc (noInstErr pred)
1849   
1850           | not (pred_tyvars `subVarSet` tv_set) 
1851           -- Check for a bizarre corner case, when the derived instance decl should
1852           -- have form  instance C a b => D (T a) where ...
1853           -- Note that 'b' isn't a parameter of T.  This gives rise to all sorts
1854           -- of problems; in particular, it's hard to compare solutions for
1855           -- equality when finding the fixpoint.  So I just rule it out for now.
1856           = addErrTc (badDerivedPred pred)
1857   
1858           | otherwise
1859           = returnM ()
1860           where
1861             pred_tyvars = tyVarsOfPred pred
1862
1863         rev_env = mkTopTyVarSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
1864                 -- This reverse-mapping is a Royal Pain, 
1865                 -- but the result should mention TyVars not TcTyVars
1866     in
1867    
1868     mappM check_pred simpl_theta                `thenM_`
1869     checkAmbiguity tvs simpl_theta tv_set       `thenM_`
1870     returnM (substTheta rev_env simpl_theta)
1871   where
1872     doc    = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
1873 \end{code}
1874
1875 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
1876 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
1877 whether it worked or not.
1878
1879 \begin{code}
1880 tcSimplifyDefault :: ThetaType  -- Wanted; has no type variables in it
1881                   -> TcM ()
1882
1883 tcSimplifyDefault theta
1884   = newDicts DataDeclOrigin theta               `thenM` \ wanteds ->
1885     simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds       `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
1886     ASSERT( null frees )        -- try_me never returns Free
1887     mappM (addErrTc . noInstErr) irreds         `thenM_`
1888     if null irreds then
1889         returnM ()
1890     else
1891         failM
1892   where
1893     doc = ptext SLIT("default declaration")
1894 \end{code}
1895
1896
1897 %************************************************************************
1898 %*                                                                      *
1899 \section{Errors and contexts}
1900 %*                                                                      *
1901 %************************************************************************
1902
1903 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
1904 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
1905 now?
1906
1907 \begin{code}
1908 groupErrs :: ([Inst] -> TcM ()) -- Deal with one group
1909           -> [Inst]             -- The offending Insts
1910           -> TcM ()
1911 -- Group together insts with the same origin
1912 -- We want to report them together in error messages
1913
1914 groupErrs report_err [] 
1915   = returnM ()
1916 groupErrs report_err (inst:insts) 
1917   = do_one (inst:friends)               `thenM_`
1918     groupErrs report_err others
1919
1920   where
1921         -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
1922         --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
1923         --  and it avoids need equality on InstLocs.)
1924    (friends, others) = partition is_friend insts
1925    loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
1926    is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
1927    do_one insts = addInstCtxt (instLoc (head insts)) (report_err insts)
1928                 -- Add location and context information derived from the Insts
1929
1930 -- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
1931 addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
1932 addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstLoc (instLoc (head insts)))
1933
1934 plural [x] = empty
1935 plural xs  = char 's'
1936
1937
1938 addTopIPErrs tidy_env tidy_dicts
1939   = groupErrs report tidy_dicts
1940   where
1941     report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
1942     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> 
1943                                      plural tidy_dicts <+> pprInsts tidy_dicts)
1944
1945 -- Used for top-level irreducibles
1946 addTopInstanceErrs tidy_env tidy_dicts
1947   = groupErrs report tidy_dicts
1948   where
1949     report dicts = mkMonomorphismMsg tidy_env dicts     `thenM` \ (tidy_env, mono_msg) ->
1950                    addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts $$ mono_msg)
1951     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("No instance") <> plural tidy_dicts <+> 
1952                                      ptext SLIT("for") <+> pprInsts tidy_dicts)
1953                    
1954
1955 addTopAmbigErrs (tidy_env, tidy_dicts)
1956 -- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
1957   = mapM report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
1958   where
1959     tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
1960     tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
1961     cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
1962     
1963     report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
1964     report pairs@((_,tvs) : _)  -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
1965         = mkMonomorphismMsg tidy_env dicts      `thenM` \ (tidy_env, mono_msg) ->
1966           addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
1967         where
1968           dicts = map fst pairs
1969           msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
1970                        pprQuotedList tvs <+> text "in these top-level constraint" <> plural dicts,
1971                      nest 2 (pprInstsInFull dicts)]
1972
1973
1974 mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [Inst] -> TcM (TidyEnv, Message)
1975 -- There's an error with these Insts; if they have free type variables
1976 -- it's probably caused by the monomorphism restriction. 
1977 -- Try to identify the offending variable
1978 -- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
1979 mkMonomorphismMsg tidy_env insts
1980   | isEmptyVarSet inst_tvs
1981   = returnM (tidy_env, empty)
1982   | otherwise
1983   = findGlobals inst_tvs tidy_env       `thenM` \ (tidy_env, docs) ->
1984     returnM (tidy_env, mk_msg docs)
1985
1986   where
1987     inst_tvs = tyVarsOfInsts insts
1988
1989     mk_msg []   = empty         -- This happens in things like
1990                                 --      f x = show (read "foo")
1991                                 -- whre monomorphism doesn't play any role
1992     mk_msg docs = vcat [ptext SLIT("Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
1993                         nest 2 (vcat docs)]
1994     
1995 warnDefault dicts default_ty
1996   = doptM Opt_WarnTypeDefaults  `thenM` \ warn_flag ->
1997     addInstCtxt (instLoc (head dicts)) (warnTc warn_flag warn_msg)
1998   where
1999         -- Tidy them first
2000     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2001     warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
2002                                 quotes (ppr default_ty),
2003                       pprInstsInFull tidy_dicts]
2004
2005 complainCheck doc givens irreds
2006   = mappM zonkInst given_dicts_and_ips                  `thenM` \ givens' ->
2007     groupErrs (addNoInstanceErrs doc givens') irreds    `thenM_`
2008     returnM ()
2009   where
2010     given_dicts_and_ips = filter (not . isMethod) givens
2011         -- Filter out methods, which are only added to
2012         -- the given set as an optimisation
2013
2014 addNoInstanceErrs what_doc givens dicts
2015   = getDOpts            `thenM` \ dflags ->
2016     tcGetInstEnv        `thenM` \ inst_env ->
2017     let
2018         (tidy_env1, tidy_givens) = tidyInsts givens
2019         (tidy_env2, tidy_dicts)  = tidyMoreInsts tidy_env1 dicts
2020
2021         doc = vcat [addInstLoc dicts $
2022                     sep [herald <+> pprInsts tidy_dicts,
2023                          nest 4 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprInsts tidy_givens],
2024                     ambig_doc,
2025                     ptext SLIT("Probable fix:"),
2026                     nest 4 fix1,
2027                     nest 4 fix2]
2028
2029         herald = ptext SLIT("Could not") <+> unambig_doc <+> ptext SLIT("deduce")
2030         unambig_doc | ambig_overlap = ptext SLIT("unambiguously")
2031                     | otherwise     = empty
2032
2033                 -- The error message when we don't find a suitable instance
2034                 -- is complicated by the fact that sometimes this is because
2035                 -- there is no instance, and sometimes it's because there are
2036                 -- too many instances (overlap).  See the comments in TcEnv.lhs
2037                 -- with the InstEnv stuff.
2038
2039         ambig_doc
2040             | not ambig_overlap = empty
2041             | otherwise
2042             = vcat [ptext SLIT("The choice of (overlapping) instance declaration"),
2043                     nest 4 (ptext SLIT("depends on the instantiation of") <+>
2044                             quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInsts tidy_dicts))))]
2045
2046         fix1 = sep [ptext SLIT("Add") <+> pprInsts tidy_dicts,
2047                     ptext SLIT("to the") <+> what_doc]
2048
2049         fix2 | null instance_dicts 
2050              = empty
2051              | otherwise
2052              = ptext SLIT("Or add an instance declaration for") <+> pprInsts instance_dicts
2053
2054         instance_dicts = [d | d <- tidy_dicts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
2055                 -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
2056                 -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
2057
2058             -- Checks for the ambiguous case when we have overlapping instances
2059         ambig_overlap = any ambig_overlap1 dicts
2060         ambig_overlap1 dict 
2061                 | isClassDict dict
2062                 = case lookupInstEnv dflags inst_env clas tys of
2063                             NoMatch ambig -> ambig
2064                             other         -> False
2065                 | otherwise = False
2066                 where
2067                   (clas,tys) = getDictClassTys dict
2068     in
2069     addErrTcM (tidy_env2, doc)
2070
2071 -- Used for the ...Thetas variants; all top level
2072 noInstErr pred = ptext SLIT("No instance for") <+> quotes (ppr pred)
2073
2074 badDerivedPred pred
2075   = vcat [ptext SLIT("Can't derive instances where the instance context mentions"),
2076           ptext SLIT("type variables that are not data type parameters"),
2077           nest 2 (ptext SLIT("Offending constraint:") <+> ppr pred)]
2078
2079 reduceDepthErr n stack
2080   = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
2081           ptext SLIT("Use -fcontext-stack20 to increase stack size to (e.g.) 20"),
2082           nest 4 (pprInstsInFull stack)]
2083
2084 reduceDepthMsg n stack = nest 4 (pprInstsInFull stack)
2085
2086 -----------------------------------------------
2087 addCantGenErr inst
2088   = addErrTc (sep [ptext SLIT("Cannot generalise these overloadings (in a _ccall_):"),
2089                    nest 4 (ppr inst <+> pprInstLoc (instLoc inst))])
2090 \end{code}