swap <[]> and <{}> syntax
[ghc-hetmet.git] / compiler / iface / BuildTyCl.lhs
index f81f2e7..eabe8c4 100644 (file)
 %
+% (c) The University of Glasgow 2006
 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
 %
 
 \begin{code}
 module BuildTyCl (
-       buildSynTyCon, buildAlgTyCon, buildDataCon,
-       buildClass,
-       mkAbstractTyConRhs, mkNewTyConRhs, mkDataTyConRhs
+       buildSynTyCon, 
+        buildAlgTyCon, 
+        buildDataCon,
+       TcMethInfo, buildClass,
+       mkAbstractTyConRhs, 
+       mkNewTyConRhs, mkDataTyConRhs, 
+        newImplicitBinder
     ) where
 
 #include "HsVersions.h"
 
-import IfaceEnv                ( newImplicitBinder )
-import TcRnMonad
+import IfaceEnv
 
-import DataCon         ( DataCon, isNullarySrcDataCon, dataConTyVars,
-                         mkDataCon, dataConFieldLabels, dataConOrigArgTys )
-import Var             ( tyVarKind, TyVar, Id )
-import VarSet          ( isEmptyVarSet, intersectVarSet, elemVarSet )
-import TysWiredIn      ( unitTy )
-import BasicTypes      ( RecFlag, StrictnessMark(..) )
-import Name            ( Name )
-import OccName         ( mkDataConWrapperOcc, mkDataConWorkerOcc, mkClassTyConOcc,
-                         mkClassDataConOcc, mkSuperDictSelOcc )
-import MkId            ( mkDataConIds, mkRecordSelId, mkDictSelId )
-import Class           ( mkClass, Class( classTyCon), FunDep, DefMeth(..) )
-import TyCon           ( mkSynTyCon, mkAlgTyCon, visibleDataCons, tyConStupidTheta,
-                         tyConDataCons, isNewTyCon, mkClassTyCon, TyCon( tyConTyVars ),
-                         isRecursiveTyCon,
-                         ArgVrcs, AlgTyConRhs(..), newTyConRhs )
-import Type            ( mkArrowKinds, liftedTypeKind, typeKind, 
-                         tyVarsOfType, tyVarsOfTypes, tyVarsOfPred,
-                         splitTyConApp_maybe, splitAppTy_maybe, getTyVar_maybe,
-                         mkPredTys, mkTyVarTys, ThetaType, Type, 
-                         substTyWith, zipTopTvSubst, substTheta )
-import Outputable
-import List            ( nub )
+import DataCon
+import Var
+import VarSet
+import BasicTypes
+import Name
+import MkId
+import Class
+import TyCon
+import Type
+import Coercion
 
+import TcRnMonad
+import Data.List       ( partition )
+import Outputable
 \end{code}
        
 
 \begin{code}
 ------------------------------------------------------
-buildSynTyCon name tvs rhs_ty arg_vrcs
-  = mkSynTyCon name kind tvs rhs_ty arg_vrcs
+buildSynTyCon :: Name -> [TyVar] 
+              -> SynTyConRhs
+             -> Kind                   -- ^ Kind of the RHS
+             -> TyConParent
+             -> Maybe (TyCon, [Type])    -- ^ family instance if applicable
+              -> TcRnIf m n TyCon
+buildSynTyCon tc_name tvs rhs rhs_kind parent mb_family 
+  | Just fam_inst_info <- mb_family
+  = ASSERT( isNoParent parent )
+    fixM $ \ tycon_rec -> do 
+    { fam_parent <- mkFamInstParentInfo tc_name tvs fam_inst_info tycon_rec 
+    ; return (mkSynTyCon tc_name kind tvs rhs fam_parent) }
+
+  | otherwise
+  = return (mkSynTyCon tc_name kind tvs rhs parent)
   where
-    kind = mkArrowKinds (map tyVarKind tvs) (typeKind rhs_ty)
-
+    kind = mkArrowKinds (map tyVarKind tvs) rhs_kind
 
 ------------------------------------------------------
 buildAlgTyCon :: Name -> [TyVar] 
-             -> ThetaType              -- Stupid theta
+             -> ThetaType              -- ^ Stupid theta
              -> AlgTyConRhs
-             -> ArgVrcs -> RecFlag
-             -> Bool                   -- True <=> want generics functions
+             -> RecFlag
+             -> Bool                   -- ^ True <=> was declared in GADT syntax
+              -> TyConParent
+             -> Maybe (TyCon, [Type])  -- ^ family instance if applicable
              -> TcRnIf m n TyCon
 
-buildAlgTyCon tc_name tvs stupid_theta rhs arg_vrcs is_rec want_generics
-  = do { let { tycon = mkAlgTyCon tc_name kind tvs arg_vrcs stupid_theta
-                                  rhs fields is_rec want_generics
-             ; kind    = mkArrowKinds (map tyVarKind tvs) liftedTypeKind
-             ; fields  = mkTyConSelIds tycon rhs
-         }
-       ; return tycon }
-
+buildAlgTyCon tc_name tvs stupid_theta rhs is_rec gadt_syn
+             parent mb_family
+  | Just fam_inst_info <- mb_family
+  = -- We need to tie a knot as the coercion of a data instance depends
+     -- on the instance representation tycon and vice versa.
+    ASSERT( isNoParent parent )
+    fixM $ \ tycon_rec -> do 
+    { fam_parent <- mkFamInstParentInfo tc_name tvs fam_inst_info tycon_rec
+    ; return (mkAlgTyCon tc_name kind tvs stupid_theta rhs
+                        fam_parent is_rec gadt_syn) }
+
+  | otherwise
+  = return (mkAlgTyCon tc_name kind tvs stupid_theta rhs
+                      parent is_rec gadt_syn)
+  where
+    kind = mkArrowKinds (map tyVarKind tvs) liftedTypeKind
+
+-- | If a family tycon with instance types is given, the current tycon is an
+-- instance of that family and we need to
+--
+-- (1) create a coercion that identifies the family instance type and the
+--     representation type from Step (1); ie, it is of the form 
+--        `Co tvs :: F ts ~ R tvs', where `Co' is the name of the coercion,
+--        `F' the family tycon and `R' the (derived) representation tycon,
+--        and
+-- (2) produce a `TyConParent' value containing the parent and coercion
+--     information.
+--
+mkFamInstParentInfo :: Name -> [TyVar] 
+                   -> (TyCon, [Type]) 
+                   -> TyCon 
+                   -> TcRnIf m n TyConParent
+mkFamInstParentInfo tc_name tvs (family, instTys) rep_tycon
+  = do { -- Create the coercion
+       ; co_tycon_name <- newImplicitBinder tc_name mkInstTyCoOcc
+       ; let co_tycon = mkFamInstCo co_tycon_name tvs
+                                    family instTys rep_tycon
+       ; return $ FamInstTyCon family instTys co_tycon }
+    
 ------------------------------------------------------
 mkAbstractTyConRhs :: AlgTyConRhs
 mkAbstractTyConRhs = AbstractTyCon
 
 mkDataTyConRhs :: [DataCon] -> AlgTyConRhs
 mkDataTyConRhs cons
-  = DataTyCon { data_cons = cons, is_enum = all isNullarySrcDataCon cons }
-
-mkNewTyConRhs :: TyCon -> DataCon -> AlgTyConRhs
-mkNewTyConRhs tycon con 
-  = NewTyCon { data_con = con, 
-              nt_rhs = rhs_ty,
-              nt_etad_rhs = eta_reduce tvs rhs_ty,
-              nt_rep = mkNewTyConRep tycon rhs_ty }
+  = DataTyCon {
+        data_cons = cons,
+        is_enum = not (null cons) && all is_enum_con cons
+                 -- See Note [Enumeration types] in TyCon
+    }
   where
-    tvs    = dataConTyVars con
-    rhs_ty = head (dataConOrigArgTys con)
-       -- Newtypes are guaranteed vanilla, so OrigArgTys will do
-
-    eta_reduce [] ty = ([], ty)
-    eta_reduce (a:as) ty | null as', 
-                          Just (fun, arg) <- splitAppTy_maybe ty',
+    is_enum_con con
+       | (_tvs, theta, arg_tys, _res) <- dataConSig con
+       = null theta && null arg_tys
+
+
+mkNewTyConRhs :: Name -> TyCon -> DataCon -> TcRnIf m n AlgTyConRhs
+-- ^ Monadic because it makes a Name for the coercion TyCon
+--   We pass the Name of the parent TyCon, as well as the TyCon itself,
+--   because the latter is part of a knot, whereas the former is not.
+mkNewTyConRhs tycon_name tycon con 
+  = do { co_tycon_name <- newImplicitBinder tycon_name mkNewTyCoOcc
+       ; let co_tycon = mkNewTypeCo co_tycon_name tycon etad_tvs etad_rhs
+       ; traceIf (text "mkNewTyConRhs" <+> ppr co_tycon)
+       ; return (NewTyCon { data_con    = con, 
+                            nt_rhs      = rhs_ty,
+                            nt_etad_rhs = (etad_tvs, etad_rhs),
+                            nt_co       = co_tycon } ) }
+                             -- Coreview looks through newtypes with a Nothing
+                             -- for nt_co, or uses explicit coercions otherwise
+  where
+    tvs    = tyConTyVars tycon
+    inst_con_ty = applyTys (dataConUserType con) (mkTyVarTys tvs)
+    rhs_ty = ASSERT( isFunTy inst_con_ty ) funArgTy inst_con_ty
+       -- Instantiate the data con with the 
+       -- type variables from the tycon
+       -- NB: a newtype DataCon has a type that must look like
+       --        forall tvs.  <arg-ty> -> T tvs
+       -- Note that we *can't* use dataConInstOrigArgTys here because
+       -- the newtype arising from   class Foo a => Bar a where {}
+       -- has a single argument (Foo a) that is a *type class*, so
+       -- dataConInstOrigArgTys returns [].
+
+    etad_tvs :: [TyVar]        -- Matched lazily, so that mkNewTypeCo can
+    etad_rhs :: Type   -- return a TyCon without pulling on rhs_ty
+                       -- See Note [Tricky iface loop] in LoadIface
+    (etad_tvs, etad_rhs) = eta_reduce (reverse tvs) rhs_ty
+    eta_reduce :: [TyVar]              -- Reversed
+              -> Type                  -- Rhs type
+              -> ([TyVar], Type)       -- Eta-reduced version (tyvars in normal order)
+    eta_reduce (a:as) ty | Just (fun, arg) <- splitAppTy_maybe ty,
                           Just tv <- getTyVar_maybe arg,
                           tv == a,
                           not (a `elemVarSet` tyVarsOfType fun)
-                        = ([], fun)    -- Successful eta reduction
-                        | otherwise
-                        = (a:as', ty')
-       where
-         (as', ty') = eta_reduce as ty
+                        = eta_reduce as fun
+    eta_reduce tvs ty = (reverse tvs, ty)
                                
-mkNewTyConRep :: TyCon         -- The original type constructor
-             -> Type           -- The arg type of its constructor
-             -> Type           -- Chosen representation type
--- The "representation type" is guaranteed not to be another newtype
--- at the outermost level; but it might have newtypes in type arguments
-
--- Find the representation type for this newtype TyCon
--- Remember that the representation type is the *ultimate* representation
--- type, looking through other newtypes.
--- 
--- The non-recursive newtypes are easy, because they look transparent
--- to splitTyConApp_maybe, but recursive ones really are represented as
--- TyConApps (see TypeRep).
--- 
--- The trick is to to deal correctly with recursive newtypes
--- such as     newtype T = MkT T
-
-mkNewTyConRep tc rhs_ty
-  | null (tyConDataCons tc) = unitTy
-       -- External Core programs can have newtypes with no data constructors
-  | otherwise              = go [tc] rhs_ty
-  where
-       -- Invariant: tcs have been seen before
-    go tcs rep_ty 
-       = case splitTyConApp_maybe rep_ty of
-           Just (tc, tys)
-               | tc `elem` tcs -> unitTy       -- Recursive loop
-               | isNewTyCon tc -> ASSERT( isRecursiveTyCon tc )
-                                       -- Non-recursive ones have been 
-                                       -- dealt with by splitTyConApp_maybe
-                                  go (tc:tcs) (substTyWith tvs tys rhs_ty)
-               where
-                 (tvs, rhs_ty) = newTyConRhs tc
-
-           other -> rep_ty 
 
 ------------------------------------------------------
-buildDataCon :: Name -> Bool -> Bool
-           -> [StrictnessMark] 
+buildDataCon :: Name -> Bool
+           -> [HsBang] 
            -> [Name]                   -- Field labels
-           -> [TyVar] 
+           -> [TyVar] -> [TyVar]       -- Univ and ext 
+            -> [(TyVar,Type)]           -- Equality spec
            -> ThetaType                -- Does not include the "stupid theta"
-           -> [Type] -> TyCon -> [Type]
+                                       -- or the GADT equalities
+           -> [Type] -> Type           -- Argument and result types
+           -> TyCon                    -- Rep tycon
            -> TcRnIf m n DataCon
 -- A wrapper for DataCon.mkDataCon that
 --   a) makes the worker Id
 --   b) makes the wrapper Id if necessary, including
 --     allocating its unique (hence monadic)
-buildDataCon src_name declared_infix vanilla arg_stricts field_lbls
-            tyvars ctxt arg_tys tycon res_tys
+buildDataCon src_name declared_infix arg_stricts field_lbls
+            univ_tvs ex_tvs eq_spec ctxt arg_tys res_ty rep_tycon
   = do { wrap_name <- newImplicitBinder src_name mkDataConWrapperOcc
        ; work_name <- newImplicitBinder src_name mkDataConWorkerOcc
        -- This last one takes the name of the data constructor in the source
@@ -152,105 +188,163 @@ buildDataCon src_name declared_infix vanilla arg_stricts field_lbls
        -- space, and puts it into the VarName name space
 
        ; let
-               stupid_ctxt = mkDataConStupidTheta tycon arg_tys res_tys
-               data_con = mkDataCon src_name declared_infix vanilla
+               stupid_ctxt = mkDataConStupidTheta rep_tycon arg_tys univ_tvs
+               data_con = mkDataCon src_name declared_infix
                                     arg_stricts field_lbls
-                                    tyvars stupid_ctxt ctxt
-                                    arg_tys tycon res_tys dc_ids
+                                    univ_tvs ex_tvs eq_spec ctxt
+                                    arg_tys res_ty rep_tycon
+                                    stupid_ctxt dc_ids
                dc_ids = mkDataConIds wrap_name work_name data_con
 
-       ; returnM data_con }
+       ; return data_con }
 
 
 -- The stupid context for a data constructor should be limited to
 -- the type variables mentioned in the arg_tys
-mkDataConStupidTheta tycon arg_tys res_tys
+-- ToDo: Or functionally dependent on?  
+--      This whole stupid theta thing is, well, stupid.
+mkDataConStupidTheta :: TyCon -> [Type] -> [TyVar] -> [PredType]
+mkDataConStupidTheta tycon arg_tys univ_tvs
   | null stupid_theta = []     -- The common case
   | otherwise        = filter in_arg_tys stupid_theta
   where
-    tc_subst       = zipTopTvSubst (tyConTyVars tycon) res_tys
-    stupid_theta    = substTheta tc_subst (tyConStupidTheta tycon)
+    tc_subst    = zipTopTvSubst (tyConTyVars tycon) (mkTyVarTys univ_tvs)
+    stupid_theta = substTheta tc_subst (tyConStupidTheta tycon)
        -- Start by instantiating the master copy of the 
        -- stupid theta, taken from the TyCon
 
     arg_tyvars      = tyVarsOfTypes arg_tys
     in_arg_tys pred = not $ isEmptyVarSet $ 
-                       tyVarsOfPred pred `intersectVarSet` arg_tyvars
-
-------------------------------------------------------
-mkTyConSelIds :: TyCon -> AlgTyConRhs -> [Id]
-mkTyConSelIds tycon rhs
-  =  [ mkRecordSelId tycon fld 
-     | fld <- nub (concatMap dataConFieldLabels (visibleDataCons rhs)) ]
-       -- We'll check later that fields with the same name 
-       -- from different constructors have the same type.
+                     tyVarsOfPred pred `intersectVarSet` arg_tyvars
 \end{code}
 
 
 ------------------------------------------------------
 \begin{code}
-buildClass :: Name -> [TyVar] -> ThetaType
-          -> [FunDep TyVar]            -- Functional dependencies
-          -> [(Name, DefMeth, Type)]   -- Method info
-          -> RecFlag -> ArgVrcs        -- Info for type constructor
+type TcMethInfo = (Name, DefMethSpec, Type)  
+        -- A temporary intermediate, to communicate between 
+        -- tcClassSigs and buildClass.
+
+buildClass :: Bool             -- True <=> do not include unfoldings 
+                               --          on dict selectors
+                               -- Used when importing a class without -O
+          -> Name -> [TyVar] -> ThetaType
+          -> [FunDep TyVar]               -- Functional dependencies
+          -> [TyThing]                    -- Associated types
+          -> [TcMethInfo]                 -- Method info
+          -> RecFlag                      -- Info for type constructor
           -> TcRnIf m n Class
 
-buildClass class_name tvs sc_theta fds sig_stuff tc_isrec tc_vrcs
-  = do { tycon_name <- newImplicitBinder class_name mkClassTyConOcc
+buildClass no_unf class_name tvs sc_theta fds ats sig_stuff tc_isrec
+  = do { traceIf (text "buildClass")
+       ; tycon_name <- newImplicitBinder class_name mkClassTyConOcc
        ; datacon_name <- newImplicitBinder class_name mkClassDataConOcc
                -- The class name is the 'parent' for this datacon, not its tycon,
                -- because one should import the class to get the binding for 
                -- the datacon
-       ; sc_sel_names <- mapM (newImplicitBinder class_name . mkSuperDictSelOcc) 
-                               [1..length sc_theta]
-             -- We number off the superclass selectors, 1, 2, 3 etc so that we 
-             -- can construct names for the selectors.  Thus
+
+       ; fixM (\ rec_clas -> do {      -- Only name generation inside loop
+
+       ; op_items <- mapM (mk_op_item rec_clas) sig_stuff
+                       -- Build the selector id and default method id
+
+       ; let (eq_theta, dict_theta) = partition isEqPred sc_theta
+
+             -- We only make selectors for the *value* superclasses, 
+             -- not equality predicates 
+       ; sc_sel_names <- mapM  (newImplicitBinder class_name . mkSuperDictSelOcc) 
+                               [1..length dict_theta]
+        ; let sc_sel_ids = [ mkDictSelId no_unf sc_name rec_clas 
+                           | sc_name <- sc_sel_names]
+             -- We number off the Dict superclass selectors, 1, 2, 3 etc so that we 
+             -- can construct names for the selectors. Thus
              --      class (C a, C b) => D a b where ...
              -- gives superclass selectors
              --      D_sc1, D_sc2
              -- (We used to call them D_C, but now we can have two different
              --  superclasses both called C!)
-
-       ; fixM (\ clas -> do {  -- Only name generation inside loop
-
-         let { op_tys             = [ty | (_,_,ty) <- sig_stuff]
-             ; sc_tys             = mkPredTys sc_theta
-             ; dict_component_tys = sc_tys ++ op_tys
-             ; sc_sel_ids         = [mkDictSelId sc_name clas | sc_name <- sc_sel_names]
-             ; op_items = [ (mkDictSelId op_name clas, dm_info)
-                          | (op_name, dm_info, _) <- sig_stuff ] }
-                       -- Build the selector id and default method id
-
-       ; dict_con <- buildDataCon datacon_name 
+       
+       ; let use_newtype = null eq_theta && (length dict_theta + length sig_stuff == 1)
+               -- Use a newtype if the data constructor has 
+               --      (a) exactly one value field
+               --      (b) no existential or equality-predicate fields
+               -- i.e. exactly one operation or superclass taken together
+               -- See note [Class newtypes and equality predicates]
+
+               -- We play a bit fast and loose by treating the dictionary
+               -- superclasses as ordinary arguments.  That means that in 
+                -- the case of
+               --     class C a => D a
+               -- we don't get a newtype with no arguments!
+             args      = sc_sel_names ++ op_names
+             op_tys    = [ty | (_,_,ty) <- sig_stuff]
+             op_names  = [op | (op,_,_) <- sig_stuff]
+             arg_tys   = map mkPredTy dict_theta ++ op_tys
+              rec_tycon = classTyCon rec_clas
+               
+       ; dict_con <- buildDataCon datacon_name
                                   False        -- Not declared infix
-                                  True         -- Is vanilla; tyvars same as tycon
-                                  (map (const NotMarkedStrict) dict_component_tys)
-                                  [{- No labelled fields -}]
-                                  tvs [{-No context-}] dict_component_tys
-                                  (classTyCon clas) (mkTyVarTys tvs)
-
-       ; let { clas = mkClass class_name tvs fds
-                      sc_theta sc_sel_ids op_items
-                      tycon
-
-             ; tycon = mkClassTyCon tycon_name clas_kind tvs
-                             tc_vrcs rhs clas tc_isrec
+                                  (map (const HsNoBang) args)
+                                  [{- No fields -}]
+                                  tvs [{- no existentials -}]
+                                   [{- No GADT equalities -}] 
+                                   eq_theta
+                                   arg_tys
+                                  (mkTyConApp rec_tycon (mkTyVarTys tvs))
+                                  rec_tycon
+
+       ; rhs <- if use_newtype
+                then mkNewTyConRhs tycon_name rec_tycon dict_con
+                else return (mkDataTyConRhs [dict_con])
+
+       ; let { clas_kind = mkArrowKinds (map tyVarKind tvs) liftedTypeKind
+
+             ; tycon = mkClassTyCon tycon_name clas_kind tvs
+                                    rhs rec_clas tc_isrec
                -- A class can be recursive, and in the case of newtypes 
                -- this matters.  For example
                --      class C a where { op :: C b => a -> b -> Int }
                -- Because C has only one operation, it is represented by
                -- a newtype, and it should be a *recursive* newtype.
                -- [If we don't make it a recursive newtype, we'll expand the
-               -- newtype like a synonym, but that will lead to an infinite type]
-
-             ; clas_kind = mkArrowKinds (map tyVarKind tvs) liftedTypeKind
-
-             ; rhs = case dict_component_tys of
-                           [rep_ty] -> mkNewTyConRhs tycon dict_con
-                           other    -> mkDataTyConRhs [dict_con]
+               -- newtype like a synonym, but that will lead to an infinite
+               -- type]
+             ; atTyCons = [tycon | ATyCon tycon <- ats]
+
+             ; result = mkClass class_name tvs fds 
+                                (eq_theta ++ dict_theta)  -- Equalities first
+                                 (length eq_theta)        -- Number of equalities
+                                 sc_sel_ids atTyCons
+                                op_items tycon
              }
-       ; return clas
+       ; traceIf (text "buildClass" <+> ppr tycon) 
+       ; return result
        })}
+  where
+    mk_op_item :: Class -> TcMethInfo -> TcRnIf n m ClassOpItem
+    mk_op_item rec_clas (op_name, dm_spec, _) 
+      = do { dm_info <- case dm_spec of
+                          NoDM      -> return NoDefMeth
+                          GenericDM -> do { dm_name <- newImplicitBinder op_name mkGenDefMethodOcc
+                                         ; return (GenDefMeth dm_name) }
+                          VanillaDM -> do { dm_name <- newImplicitBinder op_name mkDefaultMethodOcc
+                                         ; return (DefMeth dm_name) }
+           ; return (mkDictSelId no_unf op_name rec_clas, dm_info) }
 \end{code}
 
+Note [Class newtypes and equality predicates]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Consider
+       class (a ~ F b) => C a b where
+         op :: a -> b
+
+We cannot represent this by a newtype, even though it's not
+existential, and there's only one value field, because we do
+capture an equality predicate:
+
+       data C a b where
+         MkC :: forall a b. (a ~ F b) => (a->b) -> C a b
+
+We need to access this equality predicate when we get passes a C
+dictionary.  See Trac #2238