[project @ 2001-07-23 10:24:57 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
14         tcSimplifyThetas, tcSimplifyCheckThetas,
15         bindInstsOfLocalFuns
16     ) where
17
18 #include "HsVersions.h"
19
20 import HsSyn            ( MonoBinds(..), HsExpr(..), andMonoBinds, andMonoBindList )
21 import TcHsSyn          ( TcExpr, TcId,
22                           TcMonoBinds, TcDictBinds
23                         )
24
25 import TcMonad
26 import Inst             ( lookupInst, lookupSimpleInst, LookupInstResult(..),
27                           tyVarsOfInst, predsOfInsts, predsOfInst,
28                           isDict, isClassDict, instName,
29                           isStdClassTyVarDict, isMethodFor,
30                           instToId, tyVarsOfInsts,
31                           instBindingRequired, instCanBeGeneralised,
32                           newDictsFromOld, instMentionsIPs,
33                           getDictClassTys, isTyVarDict,
34                           instLoc, pprInst, zonkInst, tidyInsts,
35                           Inst, LIE, pprInsts, pprInstsInFull,
36                           mkLIE, lieToList
37                         )
38 import TcEnv            ( tcGetGlobalTyVars, tcGetInstEnv )
39 import InstEnv          ( lookupInstEnv, classInstEnv, InstLookupResult(..) )
40
41 import TcMType          ( zonkTcTyVarsAndFV, tcInstTyVars, unifyTauTy )
42 import TcType           ( ThetaType, PredType, mkClassPred, isOverloadedTy,
43                           mkTyVarTy, tcGetTyVar, isTyVarClassPred,
44                           tyVarsOfPred, getClassPredTys_maybe, isClassPred, isIPPred,
45                           inheritablePred, predHasFDs )
46 import Id               ( idType )
47 import NameSet          ( mkNameSet )
48 import Class            ( classBigSig )
49 import FunDeps          ( oclose, grow, improve )
50 import PrelInfo         ( isNumericClass, isCreturnableClass, isCcallishClass )
51
52 import Subst            ( mkTopTyVarSubst, substTheta, substTy )
53 import TysWiredIn       ( unitTy )
54 import VarSet
55 import FiniteMap
56 import Outputable
57 import ListSetOps       ( equivClasses )
58 import Util             ( zipEqual )
59 import List             ( partition )
60 import CmdLineOpts
61 \end{code}
62
63
64 %************************************************************************
65 %*                                                                      *
66 \subsection{NOTES}
67 %*                                                                      *
68 %************************************************************************
69
70         --------------------------------------
71                 Notes on quantification
72         --------------------------------------
73
74 Suppose we are about to do a generalisation step.
75 We have in our hand
76
77         G       the environment
78         T       the type of the RHS
79         C       the constraints from that RHS
80
81 The game is to figure out
82
83         Q       the set of type variables over which to quantify
84         Ct      the constraints we will *not* quantify over
85         Cq      the constraints we will quantify over
86
87 So we're going to infer the type
88
89         forall Q. Cq => T
90
91 and float the constraints Ct further outwards.
92
93 Here are the things that *must* be true:
94
95  (A)    Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
96  (B)    Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
97
98 (A) says we can't quantify over a variable that's free in the
99 environment.  (B) says we must quantify over all the truly free
100 variables in T, else we won't get a sufficiently general type.  We do
101 not *need* to quantify over any variable that is fixed by the free
102 vars of the environment G.
103
104         BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
105
106 Example:        class H x y | x->y where ...
107
108         fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
109                         T = c -> b
110
111         (A)  Q intersect {a} is empty
112         (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
113
114         So Q can be {c,d}, {b,c,d}
115
116 Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
117 variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
118 constraints can get into Ct instead of Cq.
119
120
121 -----------------------------------------
122 We will make use of
123
124   fv(T)         the free type vars of T
125
126   oclose(vs,C)  The result of extending the set of tyvars vs
127                 using the functional dependencies from C
128
129   grow(vs,C)    The result of extend the set of tyvars vs
130                 using all conceivable links from C.
131
132                 E.g. vs = {a}, C = {H [a] b, K (b,Int) c, Eq e}
133                 Then grow(vs,C) = {a,b,c}
134
135                 Note that grow(vs,C) `superset` grow(vs,simplify(C))
136                 That is, simplfication can only shrink the result of grow.
137
138 Notice that
139    oclose is conservative one way:      v `elem` oclose(vs,C) => v is definitely fixed by vs
140    grow is conservative the other way:  if v might be fixed by vs => v `elem` grow(vs,C)
141
142
143 -----------------------------------------
144
145 Choosing Q
146 ~~~~~~~~~~
147 Here's a good way to choose Q:
148
149         Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
150
151 That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
152 call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
153 G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
154 albeit perhaps too many.
155
156 Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
157
158         class H x y | x->y where ...
159
160         T = c->c
161         C = (H c d)
162
163   If we used fv(T) = {c} we'd get the type
164
165         forall c. H c d => c -> b
166
167   And then if the fn was called at several different c's, each of
168   which fixed d differently, we'd get a unification error, because
169   d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
170   everything that might be influenced by c.
171
172 Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
173 all the functional dependencies yet:
174
175         class H x y | x->y where ...
176         instance H x y => Eq (T x y) where ...
177
178         T = c->c
179         C = (Eq (T c d))
180
181   Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
182   apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
183
184
185 There really isn't any point in quantifying over any more than
186 grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
187 any other type variables.
188
189
190
191         --------------------------------------
192                 Notes on ambiguity
193         --------------------------------------
194
195 It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
196
197         class K x
198         class H x y | x -> y
199         instance H x y => K (x,y)
200
201 Is this type ambiguous?
202         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
203
204 Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
205 now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
206 without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
207 the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
208
209 Here's another example: is this ambiguous?
210         forall a b. Eq (T b) => a -> a
211 Not if there's an insance decl (with no context)
212         instance Eq (T b) where ...
213
214 You may say of this example that we should use the instance decl right
215 away, but you can't always do that:
216
217         class J a b where ...
218         instance J Int b where ...
219
220         f :: forall a b. J a b => a -> a
221
222 (Notice: no functional dependency in J's class decl.)
223 Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
224 It's premature to complain when meeting f's signature, or even
225 when inferring a type for f.
226
227
228
229 However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
230 show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
231 treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
232
233 So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
234
235         fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
236
237 (all tested before quantification).
238 That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
239 in the environment, or by the variables in the type.
240
241 Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
242
243         class J a b c | a b -> c
244         fv(G) = {a}
245
246 Is this ambiguous?
247         forall b c. (J a b c) => b -> b
248
249 Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
250 do we see that c is fixed.
251
252 It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
253 don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
254 the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
255 only issue a warning.
256
257
258 Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
259
260         c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
261
262 then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
263 certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
264 the nasty example?
265
266         class K x
267         class H x y | x -> y
268         instance H x y => K (x,y)
269
270 Is this type ambiguous?
271         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
272
273 Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
274 is a "bubble" that's a set of constraints
275
276         Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
277
278 Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
279 by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
280 Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
281 The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
282 (which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
283
284
285         --------------------------------------
286                 Notes on principal types
287         --------------------------------------
288
289     class C a where
290       op :: a -> a
291
292     f x = let g y = op (y::Int) in True
293
294 Here the principal type of f is (forall a. a->a)
295 but we'll produce the non-principal type
296     f :: forall a. C Int => a -> a
297
298
299         --------------------------------------
300                 Notes on implicit parameters
301         --------------------------------------
302
303 Question 1: can we "inherit" implicit parameters
304 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
305 Consider this:
306
307         f x = (x::Int) + ?y
308
309 where f is *not* a top-level binding.
310 From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
311 There are two types we might infer for f:
312
313         f :: Int -> Int
314
315 (so we get ?y from the context of f's definition), or
316
317         f :: (?y::Int) => Int -> Int
318
319 At first you might think the first was better, becuase then
320 ?y behaves like a free variable of the definition, rather than
321 having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
322 IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
323 dynamic binding means) so we'd better infer the second.
324
325 BOTTOM LINE: you *must* quantify over implicit parameters. See
326 isFreeAndInheritable.
327
328 BUT WATCH OUT: for *expressions*, this isn't right.  Consider:
329
330         (?x + 1) :: Int
331
332 This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
333
334         (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
335
336 That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
337 so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
338 tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
339 and tcSimplifyCheckBind (which does not).
340
341
342 Question 2: type signatures
343 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
344 OK, so is it legal to give an explicit, user type signature to f, thus:
345
346         f :: Int -> Int
347         f x = (x::Int) + ?y
348
349 At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
350 that adding a type signature changes the dynamic semantics.
351 Consider this:
352
353         (let f x = (x::Int) + ?y
354          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
355
356                 returns (3+6, 3+5)
357 vs
358         (let f :: Int -> Int
359              f x = x + ?y
360          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
361
362                 returns (3+6, 3+6)
363
364 Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
365 dynamic semantics.
366
367 Conclusion: the above type signature is illegal.  You'll get a message
368 of the form "could not deduce (?y::Int) from ()".
369
370
371 Question 3: monomorphism
372 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
373 There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
374
375         z = (x::Int) + ?y
376
377 The argument above suggests that we *must* generalise
378 over the ?y parameter, to get
379         z :: (?y::Int) => Int,
380 but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
381         z :: Int.
382 Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
383
384         let z = x + ?y in z+z
385
386 you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
387 we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
388
389
390
391 Possible choices
392 ~~~~~~~~~~~~~~~~
393 (A) Always generalise over implicit parameters
394     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
395         be generalised
396
397     Consequences:
398         * Inlining remains valid
399         * No unexpected loss of sharing
400         * But simple bindings like
401                 z = ?y + 1
402           will be rejected, unless you add an explicit type signature
403           (to avoid the monomorphism restriction)
404                 z :: (?y::Int) => Int
405                 z = ?y + 1
406           This seems unacceptable
407
408 (B) Monomorphism restriction "wins"
409     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
410         be generalised
411     Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
412         that fall under the monomorphism restriction
413
414     Consequences
415         * Inlining isn't valid in general
416         * No unexpected loss of sharing
417         * Simple bindings like
418                 z = ?y + 1
419           accepted (get value of ?y from binding site)
420
421 (C) Always generalise over implicit parameters
422     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
423         be generalised, EXCEPT for implicit parameters
424     Consequences
425         * Inlining remains valid
426         * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
427         * Simple bindings like
428                 z = ?y + 1
429           accepted (get value of ?y from occurrence sites)
430
431
432 Discussion
433 ~~~~~~~~~~
434 None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
435 decide which we want to do.
436
437 It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
438
439         z = (x::Int) + ?y
440
441 would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
442 of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
443 case of function definitions, the answer is clearly the former, but
444 less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
445 if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
446 then inlining 'z' might change the semantics of the program.
447
448 Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
449 to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
450 innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
451 the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
452 use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
453 clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
454 those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
455 one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
456 restriction altogether.
457
458 BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
459
460
461
462 %************************************************************************
463 %*                                                                      *
464 \subsection{tcSimplifyInfer}
465 %*                                                                      *
466 %************************************************************************
467
468 tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
469
470     1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
471
472     2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
473        predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
474
475     3. Try improvement, using functional dependencies
476
477     4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
478        (Unification can change the result of 'grow'.)
479
480 Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
481 Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
482 after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
483 type variables than we absolutely have to.
484
485 For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
486 improvement with unification.  E.g. Suppose we have
487
488         class C x y | x->y where ...
489
490 and tcSimplify is called with:
491         (C Int a, C Int b)
492 Then improvement unifies a with b, giving
493         (C Int a, C Int a)
494
495 If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
496 again.
497
498
499 \begin{code}
500 tcSimplifyInfer
501         :: SDoc
502         -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
503         -> LIE                  -- Wanted
504         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
505                 LIE,            -- Free
506                 TcDictBinds,    -- Bindings
507                 [TcId])         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
508 \end{code}
509
510
511 \begin{code}
512 tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted_lie
513   = inferLoop doc (varSetElems tau_tvs)
514               (lieToList wanted_lie)    `thenTc` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
515
516         -- Check for non-generalisable insts
517     mapTc_ addCantGenErr (filter (not . instCanBeGeneralised) irreds)   `thenTc_`
518
519     returnTc (qtvs, mkLIE frees, binds, map instToId irreds)
520
521 inferLoop doc tau_tvs wanteds
522   =     -- Step 1
523     zonkTcTyVarsAndFV tau_tvs           `thenNF_Tc` \ tau_tvs' ->
524     mapNF_Tc zonkInst wanteds           `thenNF_Tc` \ wanteds' ->
525     tcGetGlobalTyVars                   `thenNF_Tc` \ gbl_tvs ->
526     let
527         preds = predsOfInsts wanteds'
528         qtvs  = grow preds tau_tvs' `minusVarSet` oclose preds gbl_tvs
529
530         try_me inst
531           | isFreeAndInheritable qtvs inst = Free
532           | isClassDict inst               = DontReduceUnlessConstant   -- Dicts
533           | otherwise                      = ReduceMe                   -- Lits and Methods
534     in
535                 -- Step 2
536     reduceContext doc try_me [] wanteds'    `thenTc` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
537
538                 -- Step 3
539     if no_improvement then
540         returnTc (varSetElems qtvs, frees, binds, irreds)
541     else
542         -- If improvement did some unification, we go round again.  There
543         -- are two subtleties:
544         --   a) We start again with irreds, not wanteds
545         --      Using an instance decl might have introduced a fresh type variable
546         --      which might have been unified, so we'd get an infinite loop
547         --      if we started again with wanteds!  See example [LOOP]
548         --
549         --   b) It's also essential to re-process frees, because unification
550         --      might mean that a type variable that looked free isn't now.
551         --
552         -- Hence the (irreds ++ frees)
553
554         inferLoop doc tau_tvs (irreds ++ frees) `thenTc` \ (qtvs1, frees1, binds1, irreds1) ->
555         returnTc (qtvs1, frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
556 \end{code}
557
558 Example [LOOP]
559
560         class If b t e r | b t e -> r
561         instance If T t e t
562         instance If F t e e
563         class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
564         instance Lte Z b T
565         instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
566
567 Wanted: Max Z (S x) y
568
569 Then we'll reduce using the Max instance to:
570         (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
571 and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
572 on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
573 with (Max Z (S x) y)!
574
575 \begin{code}
576 isFreeAndInheritable qtvs inst
577   =  isFree qtvs inst                                   -- Constrains no quantified vars
578   && all inheritablePred (predsOfInst inst)             -- And no implicit parameter involved
579                                                         -- (see "Notes on implicit parameters")
580
581 isFree qtvs inst
582   = not (tyVarsOfInst inst `intersectsVarSet` qtvs)
583 \end{code}
584
585
586 %************************************************************************
587 %*                                                                      *
588 \subsection{tcSimplifyCheck}
589 %*                                                                      *
590 %************************************************************************
591
592 @tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
593 we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
594
595 \begin{code}
596 tcSimplifyCheck
597          :: SDoc
598          -> [TcTyVar]           -- Quantify over these
599          -> [Inst]              -- Given
600          -> LIE                 -- Wanted
601          -> TcM (LIE,           -- Free
602                  TcDictBinds)   -- Bindings
603
604 -- tcSimplifyCheck is used when checking exprssion type signatures,
605 -- class decls, instance decls etc.
606 -- Note that we psss isFree (not isFreeAndInheritable) to tcSimplCheck
607 -- It's important that we can float out non-inheritable predicates
608 -- Example:             (?x :: Int) is ok!
609 tcSimplifyCheck doc qtvs givens wanted_lie
610   = tcSimplCheck doc isFree get_qtvs
611                  givens wanted_lie      `thenTc` \ (qtvs', frees, binds) ->
612     returnTc (frees, binds)
613   where
614     get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV qtvs
615
616
617 -- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
618 -- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
619 -- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
620 tcSimplifyInferCheck
621          :: SDoc
622          -> TcTyVarSet          -- fv(T)
623          -> [Inst]              -- Given
624          -> LIE                 -- Wanted
625          -> TcM ([TcTyVar],     -- Variables over which to quantify
626                  LIE,           -- Free
627                  TcDictBinds)   -- Bindings
628
629 tcSimplifyInferCheck doc tau_tvs givens wanted_lie
630   = tcSimplCheck doc isFreeAndInheritable get_qtvs givens wanted_lie
631   where
632         -- Figure out which type variables to quantify over
633         -- You might think it should just be the signature tyvars,
634         -- but in bizarre cases you can get extra ones
635         --      f :: forall a. Num a => a -> a
636         --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
637         --      g a b = (b,a)
638         -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
639         -- We don't want g to be monomorphic in b just because
640         -- f isn't quantified over b.
641     all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
642
643     get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV all_tvs        `thenNF_Tc` \ all_tvs' ->
644                tcGetGlobalTyVars                `thenNF_Tc` \ gbl_tvs ->
645                let
646                   qtvs = all_tvs' `minusVarSet` gbl_tvs
647                         -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
648                         -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
649                         -- dictionaries, we quantify over
650                in
651                returnNF_Tc qtvs
652 \end{code}
653
654 Here is the workhorse function for all three wrappers.
655
656 \begin{code}
657 tcSimplCheck doc is_free get_qtvs givens wanted_lie
658   = check_loop givens (lieToList wanted_lie)    `thenTc` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
659
660         -- Complain about any irreducible ones
661     complainCheck doc givens irreds             `thenNF_Tc_`
662
663         -- Done
664     returnTc (qtvs, mkLIE frees, binds)
665
666   where
667     check_loop givens wanteds
668       =         -- Step 1
669         mapNF_Tc zonkInst givens        `thenNF_Tc` \ givens' ->
670         mapNF_Tc zonkInst wanteds       `thenNF_Tc` \ wanteds' ->
671         get_qtvs                        `thenNF_Tc` \ qtvs' ->
672
673                     -- Step 2
674         let
675             -- When checking against a given signature we always reduce
676             -- until we find a match against something given, or can't reduce
677             try_me inst | is_free qtvs' inst = Free
678                         | otherwise          = ReduceMe
679         in
680         reduceContext doc try_me givens' wanteds'       `thenTc` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
681
682                     -- Step 3
683         if no_improvement then
684             returnTc (varSetElems qtvs', frees, binds, irreds)
685         else
686             check_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenTc` \ (qtvs', frees1, binds1, irreds1) ->
687             returnTc (qtvs', frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
688
689 complainCheck doc givens irreds
690   = mapNF_Tc zonkInst given_dicts                       `thenNF_Tc` \ givens' ->
691     mapNF_Tc (addNoInstanceErr doc given_dicts) irreds  `thenNF_Tc_`
692     returnTc ()
693   where
694     given_dicts = filter isDict givens
695         -- Filter out methods, which are only added to
696         -- the given set as an optimisation
697 \end{code}
698
699
700 %************************************************************************
701 %*                                                                      *
702 \subsection{tcSimplifyRestricted}
703 %*                                                                      *
704 %************************************************************************
705
706 \begin{code}
707 tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
708                         -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
709         :: SDoc
710         -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
711         -> LIE                  -- Free in the RHSs
712         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
713                 LIE,            -- Free
714                 TcDictBinds)    -- Bindings
715
716 tcSimplifyRestricted doc tau_tvs wanted_lie
717   =     -- First squash out all methods, to find the constrained tyvars
718         -- We can't just take the free vars of wanted_lie because that'll
719         -- have methods that may incidentally mention entirely unconstrained variables
720         --      e.g. a call to  f :: Eq a => a -> b -> b
721         -- Here, b is unconstrained.  A good example would be
722         --      foo = f (3::Int)
723         -- We want to infer the polymorphic type
724         --      foo :: forall b. b -> b
725     tcSimplifyToDicts wanted_lie        `thenTc` \ (dicts, _) ->
726     let
727         constrained_tvs = tyVarsOfInsts dicts
728     in
729
730         -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
731     zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)     `thenNF_Tc` \ tau_tvs' ->
732     tcGetGlobalTyVars                           `thenNF_Tc` \ gbl_tvs ->
733     let
734         qtvs = (tau_tvs' `minusVarSet` oclose (predsOfInsts dicts) gbl_tvs)
735                          `minusVarSet` constrained_tvs
736     in
737
738         -- The first step may have squashed more methods than
739         -- necessary, so try again, this time knowing the exact
740         -- set of type variables to quantify over.
741         --
742         -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
743         -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
744         -- to normal inference (using isFreeAndInheritable) in which we quantify over
745         -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
746         -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
747     mapNF_Tc zonkInst (lieToList wanted_lie)    `thenNF_Tc` \ wanteds' ->
748     let
749         try_me inst | isFree qtvs inst = Free
750                     | otherwise        = ReduceMe
751     in
752     reduceContext doc try_me [] wanteds'        `thenTc` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
753     ASSERT( no_improvement )
754     ASSERT( null irreds )
755         -- No need to loop because tcSimplifyToDicts will have
756         -- already done any improvement necessary
757
758     returnTc (varSetElems qtvs, mkLIE frees, binds)
759 \end{code}
760
761
762 %************************************************************************
763 %*                                                                      *
764 \subsection{tcSimplifyToDicts}
765 %*                                                                      *
766 %************************************************************************
767
768 On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
769 getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
770 as the available stuff for the RHS of the rule.
771
772 The same thing is used for specialise pragmas. Consider
773
774         f :: Num a => a -> a
775         {-# SPECIALISE f :: Int -> Int #-}
776         f = ...
777
778 The type checker generates a binding like:
779
780         f_spec = (f :: Int -> Int)
781
782 and we want to end up with
783
784         f_spec = _inline_me_ (f Int dNumInt)
785
786 But that means that we must simplify the Method for f to (f Int dNumInt)!
787 So tcSimplifyToDicts squeezes out all Methods.
788
789 IMPORTANT NOTE:  we *don't* want to do superclass commoning up.  Consider
790
791         fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
792         {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
793
794 Here, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But we *dont*
795 want to get
796
797         forall dIntegralInt.
798         fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
799
800 because the scsel will mess up matching.  Instead we want
801
802         forall dIntegralInt, dNumInt.
803         fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
804
805 Hence "DontReduce NoSCs"
806
807 \begin{code}
808 tcSimplifyToDicts :: LIE -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
809 tcSimplifyToDicts wanted_lie
810   = simpleReduceLoop doc try_me wanteds         `thenTc` \ (frees, binds, irreds) ->
811         -- Since try_me doesn't look at types, we don't need to
812         -- do any zonking, so it's safe to call reduceContext directly
813     ASSERT( null frees )
814     returnTc (irreds, binds)
815
816   where
817     doc = text "tcSimplifyToDicts"
818     wanteds = lieToList wanted_lie
819
820         -- Reduce methods and lits only; stop as soon as we get a dictionary
821     try_me inst | isDict inst = DontReduce NoSCs
822                 | otherwise   = ReduceMe
823 \end{code}
824
825
826 %************************************************************************
827 %*                                                                      *
828 \subsection{Filtering at a dynamic binding}
829 %*                                                                      *
830 %************************************************************************
831
832 When we have
833         let ?x = R in B
834
835 we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
836 step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
837
838 Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
839
840         f :: (?x::Int) => Char -> Char
841         let ?x = 3 in f 'c'
842
843 then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
844 force the binding for ?x to be of type Int.
845
846 \begin{code}
847 tcSimplifyIPs :: [Inst]         -- The implicit parameters bound here
848               -> LIE
849               -> TcM (LIE, TcDictBinds)
850 tcSimplifyIPs given_ips wanted_lie
851   = simpl_loop given_ips wanteds        `thenTc` \ (frees, binds) ->
852     returnTc (mkLIE frees, binds)
853   where
854     doc      = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr ip_names
855     wanteds  = lieToList wanted_lie
856     ip_names = map instName given_ips
857     ip_set   = mkNameSet ip_names
858
859         -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
860     try_me inst | inst `instMentionsIPs` ip_set = ReduceMe
861                 | otherwise                     = Free
862
863     simpl_loop givens wanteds
864       = mapNF_Tc zonkInst givens                `thenNF_Tc` \ givens' ->
865         mapNF_Tc zonkInst wanteds               `thenNF_Tc` \ wanteds' ->
866
867         reduceContext doc try_me givens' wanteds'    `thenTc` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
868
869         if no_improvement then
870             ASSERT( null irreds )
871             returnTc (frees, binds)
872         else
873             simpl_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenTc` \ (frees1, binds1) ->
874             returnTc (frees1, binds `AndMonoBinds` binds1)
875 \end{code}
876
877
878 %************************************************************************
879 %*                                                                      *
880 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
881 %*                                                                      *
882 %************************************************************************
883
884 When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
885 For example, we might have...
886 \begin{verbatim}
887 let f x = x + 1     -- orig local function (overloaded)
888     f.1 = f Int     -- two instances of f
889     f.2 = f Float
890  in
891     (f.1 5, f.2 6.7)
892 \end{verbatim}
893 The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
894 where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
895 upwards towards the top-level.  If the @Insts@ were binding-ified up
896 there, they would have unresolvable references to @f@.
897
898 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
899 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
900 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
901 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
902
903 \begin{code}
904 bindInstsOfLocalFuns :: LIE -> [TcId] -> TcM (LIE, TcMonoBinds)
905
906 bindInstsOfLocalFuns init_lie local_ids
907   | null overloaded_ids
908         -- Common case
909   = returnTc (init_lie, EmptyMonoBinds)
910
911   | otherwise
912   = simpleReduceLoop doc try_me wanteds         `thenTc` \ (frees, binds, irreds) ->
913     ASSERT( null irreds )
914     returnTc (mkLIE frees, binds)
915   where
916     doc              = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
917     wanteds          = lieToList init_lie
918     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
919     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
920
921     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids    -- There can occasionally be a lot of them
922                                                 -- so it's worth building a set, so that
923                                                 -- lookup (in isMethodFor) is faster
924
925     try_me inst | isMethodFor overloaded_set inst = ReduceMe
926                 | otherwise                       = Free
927 \end{code}
928
929
930 %************************************************************************
931 %*                                                                      *
932 \subsection{Data types for the reduction mechanism}
933 %*                                                                      *
934 %************************************************************************
935
936 The main control over context reduction is here
937
938 \begin{code}
939 data WhatToDo
940  = ReduceMe             -- Try to reduce this
941                         -- If there's no instance, behave exactly like
942                         -- DontReduce: add the inst to
943                         -- the irreductible ones, but don't
944                         -- produce an error message of any kind.
945                         -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
946
947  | DontReduce WantSCs           -- Return as irreducible
948
949  | DontReduceUnlessConstant     -- Return as irreducible unless it can
950                                 -- be reduced to a constant in one step
951
952  | Free                   -- Return as free
953
954 data WantSCs = NoSCs | AddSCs   -- Tells whether we should add the superclasses
955                                 -- of a predicate when adding it to the avails
956 \end{code}
957
958
959
960 \begin{code}
961 type RedState = (Avails,        -- What's available
962                  [Inst])        -- Insts for which try_me returned Free
963
964 type Avails = FiniteMap Inst Avail
965
966 data Avail
967   = Irred               -- Used for irreducible dictionaries,
968                         -- which are going to be lambda bound
969
970   | BoundTo TcId        -- Used for dictionaries for which we have a binding
971                         -- e.g. those "given" in a signature
972
973   | NoRhs               -- Used for Insts like (CCallable f)
974                         -- where no witness is required.
975
976   | Rhs                 -- Used when there is a RHS
977         TcExpr          -- The RHS
978         [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
979
980 pprAvails avails = vcat [ppr inst <+> equals <+> pprAvail avail
981                         | (inst,avail) <- fmToList avails ]
982
983 instance Outputable Avail where
984     ppr = pprAvail
985
986 pprAvail NoRhs        = text "<no rhs>"
987 pprAvail Irred        = text "Irred"
988 pprAvail (BoundTo x)  = text "Bound to" <+> ppr x
989 pprAvail (Rhs rhs bs) = ppr rhs <+> braces (ppr bs)
990 \end{code}
991
992 Extracting the bindings from a bunch of Avails.
993 The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
994 We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
995 dependency analyser can sort them out later
996
997 The loop startes
998 \begin{code}
999 bindsAndIrreds :: Avails
1000                -> [Inst]                -- Wanted
1001                -> (TcDictBinds,         -- Bindings
1002                    [Inst])              -- Irreducible ones
1003
1004 bindsAndIrreds avails wanteds
1005   = go avails EmptyMonoBinds [] wanteds
1006   where
1007     go avails binds irreds [] = (binds, irreds)
1008
1009     go avails binds irreds (w:ws)
1010       = case lookupFM avails w of
1011           Nothing    -> -- Free guys come out here
1012                         -- (If we didn't do addFree we could use this as the
1013                         --  criterion for free-ness, and pick up the free ones here too)
1014                         go avails binds irreds ws
1015
1016           Just NoRhs -> go avails binds irreds ws
1017
1018           Just Irred -> go (addToFM avails w (BoundTo (instToId w))) binds (w:irreds) ws
1019
1020           Just (BoundTo id) -> go avails new_binds irreds ws
1021                             where
1022                                 -- For implicit parameters, all occurrences share the same
1023                                 -- Id, so there is no need for synonym bindings
1024                                new_binds | new_id == id = binds
1025                                          | otherwise    = addBind binds new_id (HsVar id)
1026                                new_id   = instToId w
1027
1028           Just (Rhs rhs ws') -> go avails' (addBind binds id rhs) irreds (ws' ++ ws)
1029                              where
1030                                 id       = instToId w
1031                                 avails'  = addToFM avails w (BoundTo id)
1032
1033 addBind binds id rhs = binds `AndMonoBinds` VarMonoBind id rhs
1034 \end{code}
1035
1036
1037 %************************************************************************
1038 %*                                                                      *
1039 \subsection[reduce]{@reduce@}
1040 %*                                                                      *
1041 %************************************************************************
1042
1043 When the "what to do" predicate doesn't depend on the quantified type variables,
1044 matters are easier.  We don't need to do any zonking, unless the improvement step
1045 does something, in which case we zonk before iterating.
1046
1047 The "given" set is always empty.
1048
1049 \begin{code}
1050 simpleReduceLoop :: SDoc
1051                  -> (Inst -> WhatToDo)          -- What to do, *not* based on the quantified type variables
1052                  -> [Inst]                      -- Wanted
1053                  -> TcM ([Inst],                -- Free
1054                          TcDictBinds,
1055                          [Inst])                -- Irreducible
1056
1057 simpleReduceLoop doc try_me wanteds
1058   = mapNF_Tc zonkInst wanteds                   `thenNF_Tc` \ wanteds' ->
1059     reduceContext doc try_me [] wanteds'        `thenTc` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
1060     if no_improvement then
1061         returnTc (frees, binds, irreds)
1062     else
1063         simpleReduceLoop doc try_me (irreds ++ frees)   `thenTc` \ (frees1, binds1, irreds1) ->
1064         returnTc (frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
1065 \end{code}
1066
1067
1068
1069 \begin{code}
1070 reduceContext :: SDoc
1071               -> (Inst -> WhatToDo)
1072               -> [Inst]                 -- Given
1073               -> [Inst]                 -- Wanted
1074               -> NF_TcM (Bool,          -- True <=> improve step did no unification
1075                          [Inst],        -- Free
1076                          TcDictBinds,   -- Dictionary bindings
1077                          [Inst])        -- Irreducible
1078
1079 reduceContext doc try_me givens wanteds
1080   =
1081     traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1082              text "----------------------",
1083              doc,
1084              text "given" <+> ppr givens,
1085              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1086              text "----------------------"
1087              ]))                                        `thenNF_Tc_`
1088
1089         -- Build the Avail mapping from "givens"
1090     foldlNF_Tc addGiven (emptyFM, []) givens            `thenNF_Tc` \ init_state ->
1091
1092         -- Do the real work
1093     reduceList (0,[]) try_me wanteds init_state         `thenNF_Tc` \ state@(avails, frees) ->
1094
1095         -- Do improvement, using everything in avails
1096         -- In particular, avails includes all superclasses of everything
1097     tcImprove avails                                    `thenTc` \ no_improvement ->
1098
1099     traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1100              text "----------------------",
1101              doc,
1102              text "given" <+> ppr givens,
1103              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1104              text "----",
1105              text "avails" <+> pprAvails avails,
1106              text "frees" <+> ppr frees,
1107              text "no_improvement =" <+> ppr no_improvement,
1108              text "----------------------"
1109              ]))                                        `thenNF_Tc_`
1110      let
1111         (binds, irreds) = bindsAndIrreds avails wanteds
1112      in
1113      returnTc (no_improvement, frees, binds, irreds)
1114
1115 tcImprove avails
1116  =  tcGetInstEnv                                `thenTc` \ inst_env ->
1117     let
1118         preds = [ (pred, pp_loc)
1119                 | inst <- keysFM avails,
1120                   let pp_loc = pprInstLoc (instLoc inst),
1121                   pred <- predsOfInst inst,
1122                   predHasFDs pred
1123                 ]
1124                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1125                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1126                 -- It does not have duplicates (good)
1127                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1128                 --    so that improve will see them separate
1129         eqns  = improve (classInstEnv inst_env) preds
1130      in
1131      if null eqns then
1132         returnTc True
1133      else
1134         traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map ppr_eqn eqns))    `thenNF_Tc_`
1135         mapTc_ unify eqns       `thenTc_`
1136         returnTc False
1137   where
1138     unify ((qtvs, t1, t2), doc)
1139          = tcAddErrCtxt doc                     $
1140            tcInstTyVars (varSetElems qtvs)      `thenNF_Tc` \ (_, _, tenv) ->
1141            unifyTauTy (substTy tenv t1) (substTy tenv t2)
1142     ppr_eqn ((qtvs, t1, t2), doc)
1143         = vcat [ptext SLIT("forall") <+> braces (pprWithCommas ppr (varSetElems qtvs))
1144                                      <+> ppr t1 <+> ptext SLIT(":=:") <+> ppr t2,
1145                 nest 2 doc]
1146 \end{code}
1147
1148 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1149
1150 \begin{code}
1151 reduceList :: (Int,[Inst])              -- Stack (for err msgs)
1152                                         -- along with its depth
1153            -> (Inst -> WhatToDo)
1154            -> [Inst]
1155            -> RedState
1156            -> TcM RedState
1157 \end{code}
1158
1159 @reduce@ is passed
1160      try_me:    given an inst, this function returns
1161                   Reduce       reduce this
1162                   DontReduce   return this in "irreds"
1163                   Free         return this in "frees"
1164
1165      wanteds:   The list of insts to reduce
1166      state:     An accumulating parameter of type RedState
1167                 that contains the state of the algorithm
1168
1169   It returns a RedState.
1170
1171 The (n,stack) pair is just used for error reporting.
1172 n is always the depth of the stack.
1173 The stack is the stack of Insts being reduced: to produce X
1174 I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1175
1176 \begin{code}
1177 reduceList (n,stack) try_me wanteds state
1178   | n > opt_MaxContextReductionDepth
1179   = failWithTc (reduceDepthErr n stack)
1180
1181   | otherwise
1182   =
1183 #ifdef DEBUG
1184    (if n > 8 then
1185         pprTrace "Jeepers! ReduceContext:" (reduceDepthMsg n stack)
1186     else (\x->x))
1187 #endif
1188     go wanteds state
1189   where
1190     go []     state = returnTc state
1191     go (w:ws) state = reduce (n+1, w:stack) try_me w state      `thenTc` \ state' ->
1192                       go ws state'
1193
1194     -- Base case: we're done!
1195 reduce stack try_me wanted state
1196     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1197   | isAvailable state wanted
1198   = returnTc state
1199
1200   | otherwise
1201   = case try_me wanted of {
1202
1203       DontReduce want_scs -> addIrred want_scs state wanted
1204
1205     ; DontReduceUnlessConstant ->    -- It's irreducible (or at least should not be reduced)
1206                                      -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1207         try_simple (addIrred AddSCs)    -- Assume want superclasses
1208
1209     ; Free ->   -- It's free so just chuck it upstairs
1210                 -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1211         try_simple addFree
1212
1213     ; ReduceMe ->               -- It should be reduced
1214         lookupInst wanted             `thenNF_Tc` \ lookup_result ->
1215         case lookup_result of
1216             GenInst wanteds' rhs -> reduceList stack try_me wanteds' state      `thenTc` \ state' ->
1217                                     addWanted state' wanted rhs wanteds'
1218             SimpleInst rhs       -> addWanted state wanted rhs []
1219
1220             NoInstance ->    -- No such instance!
1221                              -- Add it and its superclasses
1222                              addIrred AddSCs state wanted
1223
1224     }
1225   where
1226     try_simple do_this_otherwise
1227       = lookupInst wanted         `thenNF_Tc` \ lookup_result ->
1228         case lookup_result of
1229             SimpleInst rhs -> addWanted state wanted rhs []
1230             other          -> do_this_otherwise state wanted
1231 \end{code}
1232
1233
1234 \begin{code}
1235 isAvailable :: RedState -> Inst -> Bool
1236 isAvailable (avails, _) wanted = wanted `elemFM` avails
1237         -- NB: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
1238         -- *not* by unique.  So
1239         --      d1::C Int ==  d2::C Int
1240
1241 -------------------------
1242 addFree :: RedState -> Inst -> NF_TcM RedState
1243         -- When an Inst is tossed upstairs as 'free' we nevertheless add it
1244         -- to avails, so that any other equal Insts will be commoned up right
1245         -- here rather than also being tossed upstairs.  This is really just
1246         -- an optimisation, and perhaps it is more trouble that it is worth,
1247         -- as the following comments show!
1248         --
1249         -- NB1: do *not* add superclasses.  If we have
1250         --      df::Floating a
1251         --      dn::Num a
1252         -- but a is not bound here, then we *don't* want to derive
1253         -- dn from df here lest we lose sharing.
1254         --
1255         -- NB2: do *not* add the Inst to avails at all if it's a method.
1256         -- The following situation shows why this is bad:
1257         --      truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
1258         -- From an application (truncate f i) we get
1259         --      t1 = truncate at f
1260         --      t2 = t1 at i
1261         -- If we have also have a second occurrence of truncate, we get
1262         --      t3 = truncate at f
1263         --      t4 = t3 at i
1264         -- When simplifying with i,f free, we might still notice that
1265         --   t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
1266         --   will continue to float out!
1267         -- Solution: never put methods in avail till they are captured
1268         -- in which case addFree isn't used
1269         --
1270         -- NB3: make sure that CCallable/CReturnable use NoRhs rather
1271         --      than BoundTo, else we end up with bogus bindings.
1272         --      c.f. instBindingRequired in addWanted
1273 addFree (avails, frees) free
1274   | isDict free = returnNF_Tc (addToFM avails free avail, free:frees)
1275   | otherwise   = returnNF_Tc (avails,                    free:frees)
1276   where
1277     avail | instBindingRequired free = BoundTo (instToId free)
1278           | otherwise                = NoRhs
1279
1280 addWanted :: RedState -> Inst -> TcExpr -> [Inst] -> NF_TcM RedState
1281 addWanted state@(avails, frees) wanted rhs_expr wanteds
1282 -- Do *not* add superclasses as well.  Here's an example of why not
1283 --      class Eq a => Foo a b
1284 --      instance Eq a => Foo [a] a
1285 -- If we are reducing
1286 --      (Foo [t] t)
1287 -- we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We
1288 -- must not then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1289 --      ToDo: this isn't entirely unsatisfactory, because
1290 --            we may also lose some entirely-legitimate sharing this way
1291
1292   = ASSERT( not (isAvailable state wanted) )
1293     returnNF_Tc (addToFM avails wanted avail, frees)
1294   where
1295     avail | instBindingRequired wanted = Rhs rhs_expr wanteds
1296           | otherwise                  = ASSERT( null wanteds ) NoRhs
1297
1298 addGiven :: RedState -> Inst -> NF_TcM RedState
1299 addGiven state given = addAvailAndSCs state given (BoundTo (instToId given))
1300
1301 addIrred :: WantSCs -> RedState -> Inst -> NF_TcM RedState
1302 addIrred NoSCs  (avails,frees) irred = returnNF_Tc (addToFM avails irred Irred, frees)
1303 addIrred AddSCs state          irred = addAvailAndSCs state irred Irred
1304
1305 addAvailAndSCs :: RedState -> Inst -> Avail -> NF_TcM RedState
1306 addAvailAndSCs (avails, frees) wanted avail
1307   = add_avail_and_scs avails wanted avail       `thenNF_Tc` \ avails' ->
1308     returnNF_Tc (avails', frees)
1309
1310 ---------------------
1311 add_avail_and_scs :: Avails -> Inst -> Avail -> NF_TcM Avails
1312 add_avail_and_scs avails wanted avail
1313   = add_scs (addToFM avails wanted avail) wanted
1314
1315 add_scs :: Avails -> Inst -> NF_TcM Avails
1316         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
1317         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
1318
1319 add_scs avails dict
1320   | not (isClassDict dict)
1321   = returnNF_Tc avails
1322
1323   | otherwise   -- It is a dictionary
1324   = newDictsFromOld dict sc_theta'      `thenNF_Tc` \ sc_dicts ->
1325     foldlNF_Tc add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels)
1326   where
1327     (clas, tys) = getDictClassTys dict
1328     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
1329     sc_theta' = substTheta (mkTopTyVarSubst tyvars tys) sc_theta
1330
1331     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)     -- Add it, and its superclasses
1332       = case lookupFM avails sc_dict of
1333           Just (BoundTo _) -> returnNF_Tc avails        -- See Note [SUPER] below
1334           other            -> add_avail_and_scs avails sc_dict avail
1335       where
1336         sc_sel_rhs = DictApp (TyApp (HsVar sc_sel) tys) [instToId dict]
1337         avail      = Rhs sc_sel_rhs [dict]
1338 \end{code}
1339
1340 Note [SUPER].  We have to be careful here.  If we are *given* d1:Ord a,
1341 and want to deduce (d2:C [a]) where
1342
1343         class Ord a => C a where
1344         instance Ord a => C [a] where ...
1345
1346 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] and then add the
1347 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1348 for d1:Ord a (which is given) with a superclass selection or we'll just
1349 build a loop!  Hence looking for BoundTo.  Crudely, BoundTo is cheaper
1350 than a selection.
1351
1352
1353 %************************************************************************
1354 %*                                                                      *
1355 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
1356 %*                                                                      *
1357 %************************************************************************
1358
1359
1360 If a dictionary constrains a type variable which is
1361         * not mentioned in the environment
1362         * and not mentioned in the type of the expression
1363 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
1364 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
1365 parameter to a function.
1366
1367 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
1368 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
1369 Specifically, if
1370         * at least one of its classes is a numeric class, and
1371         * all of its classes are numeric or standard
1372 then the type variable can be defaulted to the first type in the
1373 default-type list which is an instance of all the offending classes.
1374
1375 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
1376 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
1377 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
1378 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
1379
1380 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
1381 and ambiguous Insts.
1382
1383 We need to be careful of one case.  Suppose we have
1384
1385         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
1386
1387 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
1388 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
1389
1390 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
1391
1392
1393 \begin{code}
1394 tcSimplifyTop :: LIE -> TcM TcDictBinds
1395 tcSimplifyTop wanted_lie
1396   = simpleReduceLoop (text "tcSimplTop") try_me wanteds `thenTc` \ (frees, binds, irreds) ->
1397     ASSERT( null frees )
1398
1399     let
1400                 -- All the non-std ones are definite errors
1401         (stds, non_stds) = partition isStdClassTyVarDict irreds
1402
1403                 -- Group by type variable
1404         std_groups = equivClasses cmp_by_tyvar stds
1405
1406                 -- Pick the ones which its worth trying to disambiguate
1407         (std_oks, std_bads) = partition worth_a_try std_groups
1408
1409                 -- Have a try at disambiguation
1410                 -- if the type variable isn't bound
1411                 -- up with one of the non-standard classes
1412         worth_a_try group@(d:_) = not (non_std_tyvars `intersectsVarSet` tyVarsOfInst d)
1413         non_std_tyvars          = unionVarSets (map tyVarsOfInst non_stds)
1414
1415                 -- Collect together all the bad guys
1416         bad_guys = non_stds ++ concat std_bads
1417     in
1418         -- Disambiguate the ones that look feasible
1419     mapTc disambigGroup std_oks         `thenTc` \ binds_ambig ->
1420
1421         -- And complain about the ones that don't
1422         -- This group includes both non-existent instances
1423         --      e.g. Num (IO a) and Eq (Int -> Int)
1424         -- and ambiguous dictionaries
1425         --      e.g. Num a
1426     addTopAmbigErrs bad_guys            `thenNF_Tc_`
1427
1428     returnTc (binds `andMonoBinds` andMonoBindList binds_ambig)
1429   where
1430     wanteds     = lieToList wanted_lie
1431     try_me inst = ReduceMe
1432
1433     d1 `cmp_by_tyvar` d2 = get_tv d1 `compare` get_tv d2
1434
1435 get_tv d   = case getDictClassTys d of
1436                    (clas, [ty]) -> tcGetTyVar "tcSimplify" ty
1437 get_clas d = case getDictClassTys d of
1438                    (clas, [ty]) -> clas
1439 \end{code}
1440
1441 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
1442 the same type variable.
1443
1444 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
1445 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
1446 the most common use of defaulting is code like:
1447 \begin{verbatim}
1448         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
1449 \end{verbatim}
1450 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
1451 @void@.
1452
1453 \begin{code}
1454 disambigGroup :: [Inst] -- All standard classes of form (C a)
1455               -> TcM TcDictBinds
1456
1457 disambigGroup dicts
1458   |   any isNumericClass classes        -- Guaranteed all standard classes
1459           -- see comment at the end of function for reasons as to
1460           -- why the defaulting mechanism doesn't apply to groups that
1461           -- include CCallable or CReturnable dicts.
1462    && not (any isCcallishClass classes)
1463   =     -- THE DICTS OBEY THE DEFAULTABLE CONSTRAINT
1464         -- SO, TRY DEFAULT TYPES IN ORDER
1465
1466         -- Failure here is caused by there being no type in the
1467         -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
1468         -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
1469         -- default list is Int.
1470     tcGetDefaultTys                     `thenNF_Tc` \ default_tys ->
1471     let
1472       try_default []    -- No defaults work, so fail
1473         = failTc
1474
1475       try_default (default_ty : default_tys)
1476         = tryTc_ (try_default default_tys) $    -- If default_ty fails, we try
1477                                                 -- default_tys instead
1478           tcSimplifyCheckThetas [] theta        `thenTc` \ _ ->
1479           returnTc default_ty
1480         where
1481           theta = [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
1482     in
1483         -- See if any default works, and if so bind the type variable to it
1484         -- If not, add an AmbigErr
1485     recoverTc (addAmbigErrs dicts                       `thenNF_Tc_`
1486                returnTc EmptyMonoBinds) $
1487
1488     try_default default_tys                     `thenTc` \ chosen_default_ty ->
1489
1490         -- Bind the type variable and reduce the context, for real this time
1491     unifyTauTy chosen_default_ty (mkTyVarTy tyvar)      `thenTc_`
1492     simpleReduceLoop (text "disambig" <+> ppr dicts)
1493                      try_me dicts                       `thenTc` \ (frees, binds, ambigs) ->
1494     WARN( not (null frees && null ambigs), ppr frees $$ ppr ambigs )
1495     warnDefault dicts chosen_default_ty                 `thenTc_`
1496     returnTc binds
1497
1498   | all isCreturnableClass classes
1499   =     -- Default CCall stuff to (); we don't even both to check that () is an
1500         -- instance of CReturnable, because we know it is.
1501     unifyTauTy (mkTyVarTy tyvar) unitTy    `thenTc_`
1502     returnTc EmptyMonoBinds
1503
1504   | otherwise -- No defaults
1505   = addAmbigErrs dicts  `thenNF_Tc_`
1506     returnTc EmptyMonoBinds
1507
1508   where
1509     try_me inst = ReduceMe                      -- This reduce should not fail
1510     tyvar       = get_tv (head dicts)           -- Should be non-empty
1511     classes     = map get_clas dicts
1512 \end{code}
1513
1514 [Aside - why the defaulting mechanism is turned off when
1515  dealing with arguments and results to ccalls.
1516
1517 When typechecking _ccall_s, TcExpr ensures that the external
1518 function is only passed arguments (and in the other direction,
1519 results) of a restricted set of 'native' types. This is
1520 implemented via the help of the pseudo-type classes,
1521 @CReturnable@ (CR) and @CCallable@ (CC.)
1522
1523 The interaction between the defaulting mechanism for numeric
1524 values and CC & CR can be a bit puzzling to the user at times.
1525 For example,
1526
1527     x <- _ccall_ f
1528     if (x /= 0) then
1529        _ccall_ g x
1530      else
1531        return ()
1532
1533 What type has 'x' got here? That depends on the default list
1534 in operation, if it is equal to Haskell 98's default-default
1535 of (Integer, Double), 'x' has type Double, since Integer
1536 is not an instance of CR. If the default list is equal to
1537 Haskell 1.4's default-default of (Int, Double), 'x' has type
1538 Int.
1539
1540 To try to minimise the potential for surprises here, the
1541 defaulting mechanism is turned off in the presence of
1542 CCallable and CReturnable.
1543
1544 End of aside]
1545
1546
1547 %************************************************************************
1548 %*                                                                      *
1549 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
1550 %*                                                                      *
1551 %************************************************************************
1552
1553 Much simpler versions when there are no bindings to make!
1554
1555 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
1556 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
1557 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
1558
1559 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
1560 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
1561 instance declarations.
1562
1563 \begin{code}
1564 tcSimplifyThetas :: ThetaType           -- Wanted
1565                  -> TcM ThetaType               -- Needed
1566
1567 tcSimplifyThetas wanteds
1568   = doptsTc Opt_GlasgowExts             `thenNF_Tc` \ glaExts ->
1569     reduceSimple [] wanteds             `thenNF_Tc` \ irreds ->
1570     let
1571         -- For multi-param Haskell, check that the returned dictionaries
1572         -- don't have any of the form (C Int Bool) for which
1573         -- we expect an instance here
1574         -- For Haskell 98, check that all the constraints are of the form C a,
1575         -- where a is a type variable
1576         bad_guys | glaExts   = [pred | pred <- irreds,
1577                                        isEmptyVarSet (tyVarsOfPred pred)]
1578                  | otherwise = [pred | pred <- irreds,
1579                                        not (isTyVarClassPred pred)]
1580     in
1581     if null bad_guys then
1582         returnTc irreds
1583     else
1584        mapNF_Tc addNoInstErr bad_guys           `thenNF_Tc_`
1585        failTc
1586 \end{code}
1587
1588 @tcSimplifyCheckThetas@ just checks class-type constraints, essentially;
1589 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
1590 whether it worked or not.
1591
1592 \begin{code}
1593 tcSimplifyCheckThetas :: ThetaType      -- Given
1594                       -> ThetaType      -- Wanted
1595                       -> TcM ()
1596
1597 tcSimplifyCheckThetas givens wanteds
1598   = reduceSimple givens wanteds    `thenNF_Tc`  \ irreds ->
1599     if null irreds then
1600        returnTc ()
1601     else
1602        mapNF_Tc addNoInstErr irreds             `thenNF_Tc_`
1603        failTc
1604 \end{code}
1605
1606
1607 \begin{code}
1608 type AvailsSimple = FiniteMap PredType Bool
1609                     -- True  => irreducible
1610                     -- False => given, or can be derived from a given or from an irreducible
1611
1612 reduceSimple :: ThetaType                       -- Given
1613              -> ThetaType                       -- Wanted
1614              -> NF_TcM ThetaType                -- Irreducible
1615
1616 reduceSimple givens wanteds
1617   = reduce_simple (0,[]) givens_fm wanteds      `thenNF_Tc` \ givens_fm' ->
1618     returnNF_Tc [pred | (pred,True) <- fmToList givens_fm']
1619   where
1620     givens_fm     = foldl addNonIrred emptyFM givens
1621
1622 reduce_simple :: (Int,ThetaType)                -- Stack
1623               -> AvailsSimple
1624               -> ThetaType
1625               -> NF_TcM AvailsSimple
1626
1627 reduce_simple (n,stack) avails wanteds
1628   = go avails wanteds
1629   where
1630     go avails []     = returnNF_Tc avails
1631     go avails (w:ws) = reduce_simple_help (n+1,w:stack) avails w        `thenNF_Tc` \ avails' ->
1632                        go avails' ws
1633
1634 reduce_simple_help stack givens wanted
1635   | wanted `elemFM` givens
1636   = returnNF_Tc givens
1637
1638   | Just (clas, tys) <- getClassPredTys_maybe wanted
1639   = lookupSimpleInst clas tys   `thenNF_Tc` \ maybe_theta ->
1640     case maybe_theta of
1641       Nothing ->    returnNF_Tc (addSimpleIrred givens wanted)
1642       Just theta -> reduce_simple stack (addNonIrred givens wanted) theta
1643
1644   | otherwise
1645   = returnNF_Tc (addSimpleIrred givens wanted)
1646
1647 addSimpleIrred :: AvailsSimple -> PredType -> AvailsSimple
1648 addSimpleIrred givens pred
1649   = addSCs (addToFM givens pred True) pred
1650
1651 addNonIrred :: AvailsSimple -> PredType -> AvailsSimple
1652 addNonIrred givens pred
1653   = addSCs (addToFM givens pred False) pred
1654
1655 addSCs givens pred
1656   | not (isClassPred pred) = givens
1657   | otherwise              = foldl add givens sc_theta
1658  where
1659    Just (clas,tys) = getClassPredTys_maybe pred
1660    (tyvars, sc_theta_tmpl, _, _) = classBigSig clas
1661    sc_theta = substTheta (mkTopTyVarSubst tyvars tys) sc_theta_tmpl
1662
1663    add givens ct
1664      = case lookupFM givens ct of
1665        Nothing    -> -- Add it and its superclasses
1666                      addSCs (addToFM givens ct False) ct
1667
1668        Just True  -> -- Set its flag to False; superclasses already done
1669                      addToFM givens ct False
1670
1671        Just False -> -- Already done
1672                      givens
1673
1674 \end{code}
1675
1676
1677 %************************************************************************
1678 %*                                                                      *
1679 \section{Errors and contexts}
1680 %*                                                                      *
1681 %************************************************************************
1682
1683 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
1684 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
1685 now?
1686
1687 \begin{code}
1688 addTopAmbigErrs dicts
1689   = mapNF_Tc complain tidy_dicts
1690   where
1691     fixed_tvs = oclose (predsOfInsts tidy_dicts) emptyVarSet
1692     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
1693     complain d | any isIPPred (predsOfInst d)         = addTopIPErr tidy_env d
1694                | not (isTyVarDict d) ||
1695                  tyVarsOfInst d `subVarSet` fixed_tvs = addTopInstanceErr tidy_env d
1696                | otherwise                            = addAmbigErr tidy_env d
1697
1698 addTopIPErr tidy_env tidy_dict
1699   = addInstErrTcM (instLoc tidy_dict)
1700         (tidy_env,
1701          ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <+> quotes (pprInst tidy_dict))
1702
1703 -- Used for top-level irreducibles
1704 addTopInstanceErr tidy_env tidy_dict
1705   = addInstErrTcM (instLoc tidy_dict)
1706         (tidy_env,
1707          ptext SLIT("No instance for") <+> quotes (pprInst tidy_dict))
1708
1709 addAmbigErrs dicts
1710   = mapNF_Tc (addAmbigErr tidy_env) tidy_dicts
1711   where
1712     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
1713
1714 addAmbigErr tidy_env tidy_dict
1715   = addInstErrTcM (instLoc tidy_dict)
1716         (tidy_env,
1717          sep [text "Ambiguous type variable(s)" <+> pprQuotedList ambig_tvs,
1718               nest 4 (text "in the constraint" <+> quotes (pprInst tidy_dict))])
1719   where
1720     ambig_tvs = varSetElems (tyVarsOfInst tidy_dict)
1721
1722 warnDefault dicts default_ty
1723   = doptsTc Opt_WarnTypeDefaults  `thenTc` \ warn_flag ->
1724     tcAddSrcLoc (get_loc (head dicts)) (warnTc warn_flag warn_msg)
1725   where
1726         -- Tidy them first
1727     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
1728     get_loc i = case instLoc i of { (_,loc,_) -> loc }
1729     warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
1730                                 quotes (ppr default_ty),
1731                       pprInstsInFull tidy_dicts]
1732
1733 -- The error message when we don't find a suitable instance
1734 -- is complicated by the fact that sometimes this is because
1735 -- there is no instance, and sometimes it's because there are
1736 -- too many instances (overlap).  See the comments in TcEnv.lhs
1737 -- with the InstEnv stuff.
1738 addNoInstanceErr what_doc givens dict
1739   = tcGetInstEnv        `thenNF_Tc` \ inst_env ->
1740     let
1741         doc = vcat [sep [herald <+> quotes (pprInst tidy_dict),
1742                          nest 4 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprInsts tidy_givens],
1743                     ambig_doc,
1744                     ptext SLIT("Probable fix:"),
1745                     nest 4 fix1,
1746                     nest 4 fix2]
1747
1748         herald = ptext SLIT("Could not") <+> unambig_doc <+> ptext SLIT("deduce")
1749         unambig_doc | ambig_overlap = ptext SLIT("unambiguously")
1750                     | otherwise     = empty
1751
1752         ambig_doc
1753             | not ambig_overlap = empty
1754             | otherwise
1755             = vcat [ptext SLIT("The choice of (overlapping) instance declaration"),
1756                     nest 4 (ptext SLIT("depends on the instantiation of") <+>
1757                             quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInst tidy_dict))))]
1758
1759         fix1 = sep [ptext SLIT("Add") <+> quotes (pprInst tidy_dict),
1760                     ptext SLIT("to the") <+> what_doc]
1761
1762         fix2 | isTyVarDict dict
1763              || not (isClassDict dict)  -- Don't suggest adding instance declarations for implicit parameters
1764              || ambig_overlap
1765              = empty
1766              | otherwise
1767              = ptext SLIT("Or add an instance declaration for") <+> quotes (pprInst tidy_dict)
1768
1769         (tidy_env, tidy_dict:tidy_givens) = tidyInsts (dict:givens)
1770
1771             -- Checks for the ambiguous case when we have overlapping instances
1772         ambig_overlap | isClassDict dict
1773                       = case lookupInstEnv inst_env clas tys of
1774                             NoMatch ambig -> ambig
1775                             other         -> False
1776                       | otherwise = False
1777                       where
1778                         (clas,tys) = getDictClassTys dict
1779     in
1780     addInstErrTcM (instLoc dict) (tidy_env, doc)
1781
1782 -- Used for the ...Thetas variants; all top level
1783 addNoInstErr pred
1784   = addErrTc (ptext SLIT("No instance for") <+> quotes (ppr pred))
1785
1786 reduceDepthErr n stack
1787   = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
1788           ptext SLIT("Use -fcontext-stack20 to increase stack size to (e.g.) 20"),
1789           nest 4 (pprInstsInFull stack)]
1790
1791 reduceDepthMsg n stack = nest 4 (pprInstsInFull stack)
1792
1793 -----------------------------------------------
1794 addCantGenErr inst
1795   = addErrTc (sep [ptext SLIT("Cannot generalise these overloadings (in a _ccall_):"),
1796                    nest 4 (ppr inst <+> pprInstLoc (instLoc inst))])
1797 \end{code}