Fix Trac #3012: allow more free-wheeling in standalone deriving
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcDeriv.lhs
index b943a99..a24f147 100644 (file)
@@ -30,6 +30,7 @@ import HscTypes
 
 import Class
 import Type
+import Coercion
 import ErrUtils
 import MkId
 import DataCon
@@ -48,6 +49,8 @@ import ListSetOps
 import Outputable
 import FastString
 import Bag
+
+import Control.Monad
 \end{code}
 
 %************************************************************************
@@ -75,6 +78,7 @@ data DerivSpec  = DS { ds_loc     :: SrcSpan
                     , ds_cls     :: Class
                     , ds_tys     :: [Type]
                     , ds_tc      :: TyCon
+                    , ds_tc_args :: [Type]
                     , ds_newtype :: Bool }
        -- This spec implies a dfun declaration of the form
        --       df :: forall tvs. theta => C tys
@@ -82,7 +86,7 @@ data DerivSpec  = DS { ds_loc     :: SrcSpan
        -- The tyvars bind all the variables in the theta
        -- For family indexes, the tycon in 
        --       in ds_tys is the *family* tycon
-       --       in ds_tc  is the *representation* tycon
+       --       in ds_tc, ds_tc_args is the *representation* tycon
        -- For non-family tycons, both are the same
 
        -- ds_newtype = True  <=> Newtype deriving
@@ -253,7 +257,12 @@ There may be a coercion needed which we get from the tycon for the newtype
 when the dict is constructed in TcInstDcls.tcInstDecl2
 
 
-
+Note [Unused constructors and deriving clauses]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+See Trac #3221.  Consider
+   data T = T1 | T2 deriving( Show )
+Are T1 and T2 unused?  Well, no: the deriving clause expands to mention
+both of them.  So we gather defs/uses from deriving just like anything else.
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
@@ -266,10 +275,11 @@ tcDeriving  :: [LTyClDecl Name]  -- All type constructors
             -> [LInstDecl Name]  -- All instance declarations
             -> [LDerivDecl Name] -- All stand-alone deriving declarations
            -> TcM ([InstInfo Name],    -- The generated "instance decls"
-                   HsValBinds Name)    -- Extra generated top-level bindings
+                   HsValBinds Name,    -- Extra generated top-level bindings
+                    DefUses)
 
 tcDeriving tycl_decls inst_decls deriv_decls
-  = recoverM (return ([], emptyValBindsOut)) $
+  = recoverM (return ([], emptyValBindsOut, emptyDUs)) $
     do {       -- Fish the "deriving"-related information out of the TcEnv
                -- And make the necessary "equations".
          is_boot <- tcIsHsBoot
@@ -278,22 +288,22 @@ tcDeriving tycl_decls inst_decls deriv_decls
 
        ; overlap_flag <- getOverlapFlag
        ; let (infer_specs, given_specs) = splitEithers early_specs
-       ; insts1 <- mapM (genInst overlap_flag) given_specs
+       ; insts1 <- mapM (genInst True overlap_flag) given_specs
 
        ; final_specs <- extendLocalInstEnv (map (iSpec . fst) insts1) $
                         inferInstanceContexts overlap_flag infer_specs
 
-       ; insts2 <- mapM (genInst overlap_flag) final_specs
+       ; insts2 <- mapM (genInst False overlap_flag) final_specs
 
                 -- Generate the generic to/from functions from each type declaration
        ; gen_binds <- mkGenericBinds is_boot
-       ; (inst_info, rn_binds) <- renameDeriv is_boot gen_binds (insts1 ++ insts2)
+       ; (inst_info, rn_binds, rn_dus) <- renameDeriv is_boot gen_binds (insts1 ++ insts2)
 
        ; dflags <- getDOpts
        ; liftIO (dumpIfSet_dyn dflags Opt_D_dump_deriv "Derived instances"
                 (ddump_deriving inst_info rn_binds))
 
-       ; return (inst_info, rn_binds) }
+       ; return (inst_info, rn_binds, rn_dus) }
   where
     ddump_deriving :: [InstInfo Name] -> HsValBinds Name -> SDoc
     ddump_deriving inst_infos extra_binds
@@ -301,13 +311,13 @@ tcDeriving tycl_decls inst_decls deriv_decls
 
 renameDeriv :: Bool -> LHsBinds RdrName
            -> [(InstInfo RdrName, DerivAuxBinds)]
-           -> TcM ([InstInfo Name], HsValBinds Name)
+           -> TcM ([InstInfo Name], HsValBinds Name, DefUses)
 renameDeriv is_boot gen_binds insts
   | is_boot    -- If we are compiling a hs-boot file, don't generate any derived bindings
                -- The inst-info bindings will all be empty, but it's easier to
                -- just use rn_inst_info to change the type appropriately
-  = do { rn_inst_infos <- mapM rn_inst_info inst_infos 
-       ; return (rn_inst_infos, emptyValBindsOut) }
+  = do { (rn_inst_infos, fvs) <- mapAndUnzipM rn_inst_info inst_infos  
+       ; return (rn_inst_infos, emptyValBindsOut, usesOnly (plusFVs fvs)) }
 
   | otherwise
   = discardWarnings $   -- Discard warnings about unused bindings etc
@@ -323,12 +333,13 @@ renameDeriv is_boot gen_binds insts
        ; let aux_binds = listToBag $ map (genAuxBind loc) $ 
                          rm_dups [] $ concat deriv_aux_binds
        ; rn_aux_lhs <- rnTopBindsLHS emptyFsEnv (ValBindsIn aux_binds [])
-       ; let aux_names =  map unLoc (collectHsValBinders rn_aux_lhs)
+       ; let aux_names = map unLoc (collectHsValBinders rn_aux_lhs)
 
        ; bindLocalNames aux_names $ 
-    do { (rn_aux, _dus) <- rnTopBindsRHS aux_names rn_aux_lhs
-       ; rn_inst_infos <- mapM rn_inst_info inst_infos
-       ; return (rn_inst_infos, rn_aux `plusHsValBinds` rn_gen) } }
+    do { (rn_aux, dus_aux) <- rnTopBindsRHS (mkNameSet aux_names) rn_aux_lhs
+       ; (rn_inst_infos, fvs_insts) <- mapAndUnzipM rn_inst_info inst_infos
+       ; return (rn_inst_infos, rn_aux `plusHsValBinds` rn_gen,
+                  dus_gen `plusDU` dus_aux `plusDU` usesOnly (plusFVs fvs_insts)) } }
 
   where
     (inst_infos, deriv_aux_binds) = unzip insts
@@ -339,16 +350,17 @@ renameDeriv is_boot gen_binds insts
                       | otherwise            = rm_dups (b:acc) bs
 
 
-    rn_inst_info (InstInfo { iSpec = inst, iBinds = NewTypeDerived })
-       = return (InstInfo { iSpec = inst, iBinds = NewTypeDerived })
+    rn_inst_info (InstInfo { iSpec = inst, iBinds = NewTypeDerived co })
+       = return (InstInfo { iSpec = inst, iBinds = NewTypeDerived co }, emptyFVs)
 
-    rn_inst_info (InstInfo { iSpec = inst, iBinds = VanillaInst binds sigs })
+    rn_inst_info (InstInfo { iSpec = inst, iBinds = VanillaInst binds sigs standalone_deriv })
        =       -- Bring the right type variables into 
                -- scope (yuk), and rename the method binds
           ASSERT( null sigs )
           bindLocalNames (map Var.varName tyvars) $
-          do { (rn_binds, _fvs) <- rnMethodBinds clas_nm (\_ -> []) [] binds
-             ; return (InstInfo { iSpec = inst, iBinds = VanillaInst rn_binds [] }) }
+          do { (rn_binds, fvs) <- rnMethodBinds clas_nm (\_ -> []) [] binds
+             ; let binds' = VanillaInst rn_binds [] standalone_deriv
+             ; return (InstInfo { iSpec = inst, iBinds = binds' }, fvs) }
        where
          (tyvars,_,clas,_) = instanceHead inst
          clas_nm           = className clas
@@ -459,19 +471,34 @@ deriveTyData (L loc deriv_pred, L _ decl@(TyData { tcdLName = L _ tycon_name,
              (arg_kinds, _) = splitKindFunTys kind
              n_args_to_drop = length arg_kinds 
              n_args_to_keep = tyConArity tc - n_args_to_drop
-             inst_ty = mkTyConApp tc (take n_args_to_keep tc_args)
-             inst_ty_kind = typeKind inst_ty
-
+             args_to_drop   = drop n_args_to_keep tc_args
+             inst_ty        = mkTyConApp tc (take n_args_to_keep tc_args)
+             inst_ty_kind   = typeKind inst_ty
+             dropped_tvs    = mkVarSet (mapCatMaybes getTyVar_maybe args_to_drop)
+             univ_tvs       = (mkVarSet tvs `extendVarSetList` deriv_tvs)
+                                       `minusVarSet` dropped_tvs
        -- Check that the result really is well-kinded
        ; checkTc (n_args_to_keep >= 0 && (inst_ty_kind `eqKind` kind))
                  (derivingKindErr tc cls cls_tys kind)
 
+       ; checkTc (sizeVarSet dropped_tvs == n_args_to_drop &&           -- (a)
+                  tyVarsOfTypes (inst_ty:cls_tys) `subVarSet` univ_tvs) -- (b)
+                 (derivingEtaErr cls cls_tys inst_ty)
+               -- Check that 
+               --  (a) The data type can be eta-reduced; eg reject:
+               --              data instance T a a = ... deriving( Monad )
+               --  (b) The type class args do not mention any of the dropped type
+               --      variables 
+               --              newtype T a s = ... deriving( ST s )
+
        -- Type families can't be partially applied
-       -- e.g.   newtype instance T Int a = ... deriving( Monad )
+       -- e.g.   newtype instance T Int a = MkT [a] deriving( Monad )
+       -- Note [Deriving, type families, and partial applications]
        ; checkTc (not (isOpenTyCon tc) || n_args_to_drop == 0)
                  (typeFamilyPapErr tc cls cls_tys inst_ty)
 
-       ; mkEqnHelp DerivOrigin (tvs++deriv_tvs) cls cls_tys inst_ty Nothing } }
+       ; mkEqnHelp DerivOrigin (varSetElems univ_tvs) cls cls_tys inst_ty Nothing } }
   where
        -- Tiresomely we must figure out the "lhs", which is awkward for type families
        -- E.g.   data T a b = .. deriving( Eq )
@@ -490,8 +517,37 @@ deriveTyData (L loc deriv_pred, L _ decl@(TyData { tcdLName = L _ tycon_name,
 
 deriveTyData _other
   = panic "derivTyData"        -- Caller ensures that only TyData can happen
+\end{code}
 
-------------------------------------------------------------------
+Note [Deriving, type families, and partial applications]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+When there are no type families, it's quite easy:
+
+    newtype S a = MkS [a]
+    -- :CoS :: S  ~ [] -- Eta-reduced
+
+    instance Eq [a] => Eq (S a)        -- by coercion sym (Eq (coMkS a)) : Eq [a] ~ Eq (S a)
+    instance Monad [] => Monad S       -- by coercion sym (Monad coMkS)  : Monad [] ~ Monad S 
+
+When type familes are involved it's trickier:
+
+    data family T a b
+    newtype instance T Int a = MkT [a] deriving( Eq, Monad )
+    -- :RT is the representation type for (T Int a)
+    --  :CoF:R1T a :: T Int a ~ :RT a  -- Not eta reduced
+    --  :Co:R1T    :: :RT ~ []         -- Eta-reduced
+
+    instance Eq [a] => Eq (T Int a)    -- easy by coercion
+    instance Monad [] => Monad (T Int) -- only if we can eta reduce???
+
+The "???" bit is that we don't build the :CoF thing in eta-reduced form
+Henc the current typeFamilyPapErr, even though the instance makes sense.
+After all, we can write it out
+    instance Monad [] => Monad (T Int) -- only if we can eta reduce???
+      return x = MkT [x]
+      ... etc ...      
+
+\begin{code}
 mkEqnHelp :: InstOrigin -> [TyVar] -> Class -> [Type] -> Type
           -> Maybe ThetaType   -- Just    => context supplied (standalone deriving)
                                -- Nothing => context inferred (deriving on data decl)
@@ -520,15 +576,12 @@ mkEqnHelp orig tvs cls cls_tys tc_app mtheta
                   className cls `elem` typeableClassNames) 
                  (derivingHiddenErr tycon)
 
-       ; mayDeriveDataTypeable <- doptM Opt_DeriveDataTypeable
-       ; newtype_deriving <- doptM Opt_GeneralizedNewtypeDeriving
-
+       ; dflags <- getDOpts
        ; if isDataTyCon rep_tc then
-               mkDataTypeEqn orig mayDeriveDataTypeable tvs cls cls_tys 
+               mkDataTypeEqn orig dflags tvs cls cls_tys
                              tycon tc_args rep_tc rep_tc_args mtheta
          else
-               mkNewTypeEqn orig mayDeriveDataTypeable newtype_deriving
-                            tvs cls cls_tys 
+               mkNewTypeEqn orig dflags tvs cls cls_tys 
                             tycon tc_args rep_tc rep_tc_args mtheta }
   | otherwise
   = failWithTc (derivingThingErr cls cls_tys tc_app
@@ -585,18 +638,28 @@ famInstNotFound tycon tys
 %************************************************************************
 
 \begin{code}
-mkDataTypeEqn :: InstOrigin -> Bool -> [Var] -> Class -> [Type]
-              -> TyCon -> [Type] -> TyCon -> [Type] -> Maybe ThetaType
-              -> TcRn EarlyDerivSpec   -- Return 'Nothing' if error
-               
-mkDataTypeEqn orig mayDeriveDataTypeable tvs cls cls_tys
+mkDataTypeEqn :: InstOrigin
+              -> DynFlags
+              -> [Var]                  -- Universally quantified type variables in the instance
+              -> Class                  -- Class for which we need to derive an instance
+              -> [Type]                 -- Other parameters to the class except the last
+              -> TyCon                  -- Type constructor for which the instance is requested (last parameter to the type class)
+              -> [Type]                 -- Parameters to the type constructor
+              -> TyCon                  -- rep of the above (for type families)
+              -> [Type]                 -- rep of the above
+              -> Maybe ThetaType        -- Context of the instance, for standalone deriving
+              -> TcRn EarlyDerivSpec    -- Return 'Nothing' if error
+
+mkDataTypeEqn orig dflags tvs cls cls_tys
               tycon tc_args rep_tc rep_tc_args mtheta
-  = case checkSideConditions mayDeriveDataTypeable cls cls_tys rep_tc of
-       -- NB: pass the *representation* tycon to checkSideConditions
-       CanDerive -> mk_data_eqn orig tvs cls tycon tc_args rep_tc rep_tc_args mtheta
-       NonDerivableClass       -> bale_out (nonStdErr cls)
-       DerivableClassError msg -> bale_out msg
+  | isJust mtheta = go_for_it  -- Do not test side conditions for standalone deriving
+  | otherwise     = case checkSideConditions dflags cls cls_tys rep_tc of
+                     -- NB: pass the *representation* tycon to checkSideConditions
+                     CanDerive               -> go_for_it
+                     NonDerivableClass       -> bale_out (nonStdErr cls)
+                     DerivableClassError msg -> bale_out msg
   where
+    go_for_it    = mk_data_eqn orig tvs cls tycon tc_args rep_tc rep_tc_args mtheta
     bale_out msg = failWithTc (derivingThingErr cls cls_tys (mkTyConApp tycon tc_args) msg)
 
 mk_data_eqn, mk_typeable_eqn
@@ -610,34 +673,19 @@ mk_data_eqn orig tvs cls tycon tc_args rep_tc rep_tc_args mtheta
   | otherwise
   = do { dfun_name <- new_dfun_name cls tycon
        ; loc <- getSrcSpanM
-       ; let ordinary_constraints
-               = [ mkClassPred cls [arg_ty] 
-                 | data_con <- tyConDataCons rep_tc,
-                   arg_ty   <- ASSERT( isVanillaDataCon data_con )
-                               dataConInstOrigArgTys data_con rep_tc_args,
-                   not (isUnLiftedType arg_ty) ]
-                       -- No constraints for unlifted types
-                       -- Where they are legal we generate specilised function calls
-
-                       -- See Note [Superclasses of derived instance]
-             sc_constraints = substTheta (zipOpenTvSubst (classTyVars cls) inst_tys)
-                                         (classSCTheta cls)
-             inst_tys = [mkTyConApp tycon tc_args]
-
-             stupid_subst = zipTopTvSubst (tyConTyVars rep_tc) rep_tc_args
-             stupid_constraints = substTheta stupid_subst (tyConStupidTheta rep_tc)
-             all_constraints = stupid_constraints ++ sc_constraints ++ ordinary_constraints
-
+       ; let inst_tys = [mkTyConApp tycon tc_args]
+             inferred_constraints = inferConstraints tvs cls inst_tys rep_tc rep_tc_args
              spec = DS { ds_loc = loc, ds_orig = orig
                        , ds_name = dfun_name, ds_tvs = tvs 
-                       , ds_cls = cls, ds_tys = inst_tys, ds_tc = rep_tc
-                       , ds_theta =  mtheta `orElse` all_constraints
+                       , ds_cls = cls, ds_tys = inst_tys
+                       , ds_tc = rep_tc, ds_tc_args = rep_tc_args
+                       , ds_theta =  mtheta `orElse` inferred_constraints
                        , ds_newtype = False }
 
        ; return (if isJust mtheta then Right spec      -- Specified context
                                   else Left spec) }    -- Infer context
 
-mk_typeable_eqn orig tvs cls tycon tc_args rep_tc _rep_tc_args mtheta
+mk_typeable_eqn orig tvs cls tycon tc_args rep_tc rep_tc_args mtheta
        -- The Typeable class is special in several ways
        --        data T a b = ... deriving( Typeable )
        -- gives
@@ -661,9 +709,66 @@ mk_typeable_eqn orig tvs cls tycon tc_args rep_tc _rep_tc_args mtheta
        ; loc <- getSrcSpanM
        ; return (Right $
                  DS { ds_loc = loc, ds_orig = orig, ds_name = dfun_name, ds_tvs = []
-                    , ds_cls = cls, ds_tys = [mkTyConApp tycon []], ds_tc = rep_tc
+                    , ds_cls = cls, ds_tys = [mkTyConApp tycon []]
+                    , ds_tc = rep_tc, ds_tc_args = rep_tc_args
                     , ds_theta = mtheta `orElse` [], ds_newtype = False })  }
 
+
+inferConstraints :: [TyVar] -> Class -> [TcType] -> TyCon -> [TcType] -> ThetaType
+-- Generate a sufficiently large set of constraints that typechecking the
+-- generated method definitions should succeed.   This set will be simplified
+-- before being used in the instance declaration
+inferConstraints tvs cls inst_tys rep_tc rep_tc_args
+  = ASSERT2( equalLength rep_tc_tvs all_rep_tc_args, ppr cls <+> ppr rep_tc )
+    stupid_constraints ++ extra_constraints
+    ++ sc_constraints ++ con_arg_constraints
+  where
+       -- Constraints arising from the arguments of each constructor
+    con_arg_constraints
+      = [ mkClassPred cls [arg_ty] 
+        | data_con <- tyConDataCons rep_tc,
+          arg_ty   <- ASSERT( isVanillaDataCon data_con )
+                       get_constrained_tys $
+                       dataConInstOrigArgTys data_con all_rep_tc_args,
+          not (isUnLiftedType arg_ty) ]
+               -- No constraints for unlifted types
+               -- Where they are legal we generate specilised function calls
+
+               -- For functor-like classes, two things are different
+               -- (a) We recurse over argument types to generate constraints
+               --     See Functor examples in TcGenDeriv
+               -- (b) The rep_tc_args will be one short
+    is_functor_like = getUnique cls `elem` functorLikeClassKeys
+
+    get_constrained_tys :: [Type] -> [Type]
+    get_constrained_tys tys 
+       | is_functor_like = concatMap (deepSubtypesContaining last_tv) tys
+       | otherwise       = tys
+
+    rep_tc_tvs = tyConTyVars rep_tc
+    last_tv = last rep_tc_tvs
+    all_rep_tc_args | is_functor_like = rep_tc_args ++ [mkTyVarTy last_tv]
+                   | otherwise       = rep_tc_args
+
+       -- Constraints arising from superclasses
+       -- See Note [Superclasses of derived instance]
+    sc_constraints = substTheta (zipOpenTvSubst (classTyVars cls) inst_tys)
+                               (classSCTheta cls)
+
+       -- Stupid constraints
+    stupid_constraints = substTheta subst (tyConStupidTheta rep_tc)
+    subst = zipTopTvSubst rep_tc_tvs all_rep_tc_args
+             
+       -- Extra constraints
+       -- The Data class (only) requires that for 
+       --    instance (...) => Data (T a b) 
+       -- then (Data a, Data b) are among the (...) constraints
+       -- Reason: that's what you need to typecheck the method
+       --             dataCast1 f = gcast1 f
+    extra_constraints 
+      | cls `hasKey` dataClassKey = [mkClassPred cls [mkTyVarTy tv] | tv <- tvs]
+      | otherwise                = []
+
 ------------------------------------------------------------------
 -- Check side conditions that dis-allow derivability for particular classes
 -- This is *apart* from the newtype-deriving mechanism
@@ -673,19 +778,17 @@ mk_typeable_eqn orig tvs cls tycon tc_args rep_tc _rep_tc_args mtheta
 -- family tycon (with indexes) in error messages.
 
 data DerivStatus = CanDerive
-                | NonDerivableClass
-                | DerivableClassError SDoc
-
-checkSideConditions :: Bool -> Class -> [TcType] -> TyCon -> DerivStatus
-checkSideConditions mayDeriveDataTypeable cls cls_tys rep_tc
-  | notNull cls_tys    
-  = DerivableClassError ty_args_why    -- e.g. deriving( Foo s )
-  | otherwise
-  = case sideConditions cls of
-       Nothing   -> NonDerivableClass
-       Just cond -> case (cond (mayDeriveDataTypeable, rep_tc)) of
-                       Nothing  -> CanDerive
-                       Just err -> DerivableClassError err
+                | DerivableClassError SDoc     -- Standard class, but can't do it
+                | NonDerivableClass            -- Non-standard class
+
+checkSideConditions :: DynFlags -> Class -> [TcType] -> TyCon -> DerivStatus
+checkSideConditions dflags cls cls_tys rep_tc
+  | Just cond <- sideConditions cls
+  = case (cond (dflags, rep_tc)) of
+       Just err -> DerivableClassError err     -- Class-specific error
+       Nothing  | null cls_tys -> CanDerive
+                | otherwise    -> DerivableClassError ty_args_why      -- e.g. deriving( Eq s )
+  | otherwise = NonDerivableClass      -- Not a standard class
   where
     ty_args_why        = quotes (ppr (mkClassPred cls cls_tys)) <+> ptext (sLit "is not a class")
 
@@ -694,21 +797,29 @@ nonStdErr cls = quotes (ppr cls) <+> ptext (sLit "is not a derivable class")
 
 sideConditions :: Class -> Maybe Condition
 sideConditions cls
-  | cls_key == eqClassKey      = Just cond_std
-  | cls_key == ordClassKey     = Just cond_std
-  | cls_key == showClassKey    = Just cond_std
-  | cls_key == readClassKey    = Just (cond_std `andCond` cond_noUnliftedArgs)
-  | cls_key == enumClassKey    = Just (cond_std `andCond` cond_isEnumeration)
-  | cls_key == ixClassKey      = Just (cond_std `andCond` cond_enumOrProduct)
-  | cls_key == boundedClassKey = Just (cond_std `andCond` cond_enumOrProduct)
-  | cls_key == dataClassKey    = Just (cond_mayDeriveDataTypeable `andCond` cond_std `andCond` cond_noUnliftedArgs)
-  | getName cls `elem` typeableClassNames = Just (cond_mayDeriveDataTypeable `andCond` cond_typeableOK)
+  | cls_key == eqClassKey                 = Just cond_std
+  | cls_key == ordClassKey                = Just cond_std
+  | cls_key == showClassKey               = Just cond_std
+  | cls_key == readClassKey               = Just (cond_std `andCond` cond_noUnliftedArgs)
+  | cls_key == enumClassKey               = Just (cond_std `andCond` cond_isEnumeration)
+  | cls_key == ixClassKey                 = Just (cond_std `andCond` cond_enumOrProduct)
+  | cls_key == boundedClassKey            = Just (cond_std `andCond` cond_enumOrProduct)
+  | cls_key == dataClassKey               = Just (checkFlag Opt_DeriveDataTypeable `andCond` 
+                                           cond_std `andCond` cond_noUnliftedArgs)
+  | cls_key == functorClassKey            = Just (checkFlag Opt_DeriveFunctor `andCond`
+                                          cond_functorOK True)  -- NB: no cond_std!
+  | cls_key == foldableClassKey           = Just (checkFlag Opt_DeriveFoldable `andCond`
+                                          cond_functorOK False) -- Functor/Fold/Trav works ok for rank-n types
+  | cls_key == traversableClassKey = Just (checkFlag Opt_DeriveTraversable `andCond`
+                                          cond_functorOK False)
+  | getName cls `elem` typeableClassNames = Just (checkFlag Opt_DeriveDataTypeable `andCond` cond_typeableOK)
   | otherwise = Nothing
   where
     cls_key = getUnique cls
 
-type Condition = (Bool, TyCon) -> Maybe SDoc
-       -- Bool is whether or not we are allowed to derive Data and Typeable
+type Condition = (DynFlags, TyCon) -> Maybe SDoc
+       -- first Bool is whether or not we are allowed to derive Data and Typeable
+       -- second Bool is whether or not we are allowed to derive Functor
        -- TyCon is the *representation* tycon if the 
        --      data type is an indexed one
        -- Nothing => OK
@@ -729,15 +840,21 @@ andCond c1 c2 tc = case c1 tc of
 
 cond_std :: Condition
 cond_std (_, rep_tc)
-  | any (not . isVanillaDataCon) data_cons = Just existential_why     
-  | null data_cons                        = Just no_cons_why
-  | otherwise                             = Nothing
+  | null data_cons      = Just no_cons_why
+  | not (null con_whys) = Just (vcat con_whys)
+  | otherwise          = Nothing
   where
     data_cons       = tyConDataCons rep_tc
     no_cons_why            = quotes (pprSourceTyCon rep_tc) <+> 
                      ptext (sLit "has no data constructors")
-    existential_why = quotes (pprSourceTyCon rep_tc) <+> 
-                     ptext (sLit "has non-Haskell-98 constructor(s)")
+
+    con_whys = mapCatMaybes check_con data_cons
+
+    check_con :: DataCon -> Maybe SDoc
+    check_con con 
+      | isVanillaDataCon con
+      , all isTauTy (dataConOrigArgTys con) = Nothing
+      | otherwise = Just (badCon con (ptext (sLit "does not have a Haskell-98 type")))
   
 cond_enumOrProduct :: Condition
 cond_enumOrProduct = cond_isEnumeration `orCond` 
@@ -752,8 +869,7 @@ cond_noUnliftedArgs (_, tc)
   where
     bad_cons = [ con | con <- tyConDataCons tc
                     , any isUnLiftedType (dataConOrigArgTys con) ]
-    why = ptext (sLit "Constructor") <+> quotes (ppr (head bad_cons))
-         <+> ptext (sLit "has arguments of unlifted type")
+    why = badCon (head bad_cons) (ptext (sLit "has arguments of unlifted type"))
 
 cond_isEnumeration :: Condition
 cond_isEnumeration (_, rep_tc)
@@ -789,17 +905,59 @@ cond_typeableOK (_, rep_tc)
     fam_inst = quotes (pprSourceTyCon rep_tc) <+> 
               ptext (sLit "is a type family")
 
-cond_mayDeriveDataTypeable :: Condition
-cond_mayDeriveDataTypeable (mayDeriveDataTypeable, _)
- | mayDeriveDataTypeable = Nothing
- | otherwise = Just why
+
+functorLikeClassKeys :: [Unique]
+functorLikeClassKeys = [functorClassKey, foldableClassKey, traversableClassKey]
+
+cond_functorOK :: Bool -> Condition
+-- OK for Functor class
+-- Currently: (a) at least one argument
+--            (b) don't use argument contravariantly
+--            (c) don't use argument in the wrong place, e.g. data T a = T (X a a)
+--            (d) optionally: don't use function types
+cond_functorOK allowFunctions (dflags, rep_tc) 
+  | not (dopt Opt_DeriveFunctor dflags)
+  = Just (ptext (sLit "You need -XDeriveFunctor to derive an instance for this class"))
+  | otherwise
+  = msum (map check_con data_cons)     -- msum picks the first 'Just', if any
+  where
+    data_cons = tyConDataCons rep_tc
+    check_con con = msum (check_vanilla con : foldDataConArgs (ft_check con) con)
+
+    check_vanilla :: DataCon -> Maybe SDoc
+    check_vanilla con | isVanillaDataCon con = Nothing
+                     | otherwise            = Just (badCon con existential)
+
+    ft_check :: DataCon -> FFoldType (Maybe SDoc)
+    ft_check con = FT { ft_triv = Nothing, ft_var = Nothing
+                      , ft_co_var = Just (badCon con covariant)
+                     , ft_fun = \x y -> if allowFunctions then x `mplus` y 
+                                                           else Just (badCon con functions)
+                      , ft_tup = \_ xs  -> msum xs
+                      , ft_ty_app = \_ x   -> x
+                      , ft_bad_app = Just (badCon con wrong_arg)
+                      , ft_forall = \_ x   -> x }
+                    
+    existential = ptext (sLit "has existential arguments")
+    covariant  = ptext (sLit "uses the type variable in a function argument")
+    functions  = ptext (sLit "contains function types")
+    wrong_arg  = ptext (sLit "uses the type variable in an argument other than the last")
+
+checkFlag :: DynFlag -> Condition
+checkFlag flag (dflags, _)
+  | dopt flag dflags = Nothing
+  | otherwise        = Just why
   where
-    why  = ptext (sLit "You need -XDeriveDataTypeable to derive an instance for this class")
+    why = ptext (sLit "You need -X") <> text flag_str 
+          <+> ptext (sLit "to derive an instance for this class")
+    flag_str = case [ s | (s, f, _) <- xFlags, f==flag ] of
+                 [s]   -> s
+                 other -> pprPanic "checkFlag" (ppr other)
 
 std_class_via_iso :: Class -> Bool
 std_class_via_iso clas -- These standard classes can be derived for a newtype
                        -- using the isomorphism trick *even if no -fglasgow-exts*
-  = classKey clas `elem`  [eqClassKey, ordClassKey, ixClassKey, boundedClassKey]
+  = classKey clas `elem` [eqClassKey, ordClassKey, ixClassKey, boundedClassKey]
        -- Not Read/Show because they respect the type
        -- Not Enum, because newtypes are never in Enum
 
@@ -810,6 +968,9 @@ new_dfun_name clas tycon    -- Just a simple wrapper
        ; newDFunName clas [mkTyConApp tycon []] loc }
        -- The type passed to newDFunName is only used to generate
        -- a suitable string; hence the empty type arg list
+
+badCon :: DataCon -> SDoc -> SDoc
+badCon con msg = ptext (sLit "Constructor") <+> quotes (ppr con) <+> msg
 \end{code}
 
 Note [Superclasses of derived instance] 
@@ -844,35 +1005,38 @@ a context for the Data instances:
 %************************************************************************
 
 \begin{code}
-mkNewTypeEqn :: InstOrigin -> Bool -> Bool -> [Var] -> Class
+mkNewTypeEqn :: InstOrigin -> DynFlags -> [Var] -> Class
              -> [Type] -> TyCon -> [Type] -> TyCon -> [Type]
              -> Maybe ThetaType
              -> TcRn EarlyDerivSpec
-mkNewTypeEqn orig mayDeriveDataTypeable newtype_deriving tvs
+mkNewTypeEqn orig dflags tvs
              cls cls_tys tycon tc_args rep_tycon rep_tc_args mtheta
+-- Want: instance (...) => cls (cls_tys ++ [tycon tc_args]) where ...
   | can_derive_via_isomorphism && (newtype_deriving || std_class_via_iso cls)
   = do { traceTc (text "newtype deriving:" <+> ppr tycon <+> ppr rep_tys)
        ; dfun_name <- new_dfun_name cls tycon
        ; loc <- getSrcSpanM
        ; let spec = DS { ds_loc = loc, ds_orig = orig
                        , ds_name = dfun_name, ds_tvs = varSetElems dfun_tvs 
-                       , ds_cls = cls, ds_tys = inst_tys, ds_tc = rep_tycon
+                       , ds_cls = cls, ds_tys = inst_tys
+                       , ds_tc = rep_tycon, ds_tc_args = rep_tc_args
                        , ds_theta =  mtheta `orElse` all_preds
                        , ds_newtype = True }
        ; return (if isJust mtheta then Right spec
                                   else Left spec) }
 
+  | isJust mtheta = go_for_it  -- Do not check side conditions for standalone deriving
   | otherwise
-  = case check_conditions of
-      CanDerive -> mk_data_eqn orig tvs cls tycon tc_args rep_tycon rep_tc_args mtheta
-                               -- Use the standard H98 method
-      DerivableClassError msg -> bale_out msg             -- Error with standard class
+  = case checkSideConditions dflags cls cls_tys rep_tycon of
+      CanDerive               -> go_for_it     -- Use the standard H98 method
+      DerivableClassError msg -> bale_out msg  -- Error with standard class
       NonDerivableClass        -- Must use newtype deriving
        | newtype_deriving    -> bale_out cant_derive_err  -- Too hard, even with newtype deriving
        | otherwise           -> bale_out non_std_err      -- Try newtype deriving!
   where
-       check_conditions = checkSideConditions mayDeriveDataTypeable cls cls_tys rep_tycon
-       bale_out msg = failWithTc (derivingThingErr cls cls_tys inst_ty msg)
+        newtype_deriving = dopt Opt_GeneralizedNewtypeDeriving dflags
+        go_for_it        = mk_data_eqn orig tvs cls tycon tc_args rep_tycon rep_tc_args mtheta
+       bale_out msg     = failWithTc (derivingThingErr cls cls_tys inst_ty msg)
 
        non_std_err = nonStdErr cls $$
                      ptext (sLit "Try -XGeneralizedNewtypeDeriving for GHC's newtype-deriving extension")
@@ -909,7 +1073,7 @@ mkNewTypeEqn orig mayDeriveDataTypeable newtype_deriving tvs
 
        nt_eta_arity = length (fst (newTyConEtadRhs rep_tycon))
                -- For newtype T a b = MkT (S a a b), the TyCon machinery already
-               -- eta-reduces the represenation type, so we know that
+               -- eta-reduces the representation type, so we know that
                --      T a ~ S a a
                -- That's convenient here, because we may have to apply
                -- it to fewer than its original complement of arguments
@@ -934,7 +1098,7 @@ mkNewTypeEqn orig mayDeriveDataTypeable newtype_deriving tvs
     -- See Note [Newtype deriving superclasses] above
 
        cls_tyvars = classTyVars cls
-       dfun_tvs = tyVarsOfTypes tc_args
+       dfun_tvs = tyVarsOfTypes inst_tys
        inst_ty = mkTyConApp tycon tc_args
        inst_tys = cls_tys ++ [inst_ty]
        sc_theta = substTheta (zipOpenTvSubst cls_tyvars inst_tys)
@@ -952,57 +1116,60 @@ mkNewTypeEqn orig mayDeriveDataTypeable newtype_deriving tvs
        -------------------------------------------------------------------
        --  Figuring out whether we can only do this newtype-deriving thing
 
-       right_arity = length cls_tys + 1 == classArity cls
+       can_derive_via_isomorphism
+          =  not (non_iso_class cls)
+          && arity_ok
+          && eta_ok
+          && ats_ok
+--        && not (isRecursiveTyCon tycon)      -- Note [Recursive newtypes]
 
-               -- Never derive Read,Show,Typeable,Data this way 
+               -- Never derive Read,Show,Typeable,Data by isomorphism
        non_iso_class cls = className cls `elem` ([readClassName, showClassName, dataClassName] ++
                                                  typeableClassNames)
-       can_derive_via_isomorphism
-          =  not (non_iso_class cls)
-          && right_arity                       -- Well kinded;
-                                               -- eg not: newtype T ... deriving( ST )
-                                               --      because ST needs *2* type params
-          && eta_ok                            -- Eta reduction works
-          && not (isRecursiveTyCon tycon)      -- Does not work for recursive tycons:
-                                               --      newtype A = MkA [A]
-                                               -- Don't want
-                                               --      instance Eq [A] => Eq A !!
-                       -- Here's a recursive newtype that's actually OK
-                       --      newtype S1 = S1 [T1 ()]
-                       --      newtype T1 a = T1 (StateT S1 IO a ) deriving( Monad )
-                       -- It's currently rejected.  Oh well.
-                       -- In fact we generate an instance decl that has method of form
-                       --      meth @ instTy = meth @ repTy
-                       -- (no coerce's).  We'd need a coerce if we wanted to handle
-                       -- recursive newtypes too
+
+       arity_ok = length cls_tys + 1 == classArity cls
+               -- Well kinded; eg not: newtype T ... deriving( ST )
+               --                      because ST needs *2* type params
 
        -- Check that eta reduction is OK
-       eta_ok = (nt_eta_arity <= length rep_tc_args)
-               -- (a) the newtype can be eta-reduced to match the number
+       eta_ok = nt_eta_arity <= length rep_tc_args
+               -- The newtype can be eta-reduced to match the number
                --     of type argument actually supplied
                --        newtype T a b = MkT (S [a] b) deriving( Monad )
                --     Here the 'b' must be the same in the rep type (S [a] b)
                --     And the [a] must not mention 'b'.  That's all handled
                --     by nt_eta_rity.
 
-             && (tyVarsOfTypes cls_tys `subVarSet` dfun_tvs)
-               -- (c) the type class args do not mention any of the dropped type
-               --     variables 
-               --              newtype T a b = ... deriving( Monad b )
-
-       cant_derive_err = vcat [ptext (sLit "even with cunning newtype deriving:"),
-                               if isRecursiveTyCon tycon then
-                                 ptext (sLit "the newtype may be recursive")
-                               else empty,
-                               if not right_arity then 
-                                 quotes (ppr (mkClassPred cls cls_tys)) <+> ptext (sLit "does not have arity 1")
-                               else empty,
-                               if not eta_ok then 
-                                 ptext (sLit "cannot eta-reduce the representation type enough")
-                               else empty
-                               ]
+       ats_ok = null (classATs cls)    
+              -- No associated types for the class, because we don't 
+              -- currently generate type 'instance' decls; and cannot do
+              -- so for 'data' instance decls
+                                        
+       cant_derive_err
+          = vcat [ ptext (sLit "even with cunning newtype deriving:")
+                 , if arity_ok then empty else arity_msg
+                 , if eta_ok then empty else eta_msg
+                 , if ats_ok then empty else ats_msg ]
+        arity_msg = quotes (ppr (mkClassPred cls cls_tys)) <+> ptext (sLit "does not have arity 1")
+       eta_msg   = ptext (sLit "cannot eta-reduce the representation type enough")
+       ats_msg   = ptext (sLit "the class has associated types")
 \end{code}
 
+Note [Recursive newtypes]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Newtype deriving works fine, even if the newtype is recursive.
+e.g.   newtype S1 = S1 [T1 ()]
+       newtype T1 a = T1 (StateT S1 IO a ) deriving( Monad )
+Remember, too, that type families are curretly (conservatively) given
+a recursive flag, so this also allows newtype deriving to work
+for type famillies.
+
+We used to exclude recursive types, because we had a rather simple
+minded way of generating the instance decl:
+   newtype A = MkA [A]
+   instance Eq [A] => Eq A     -- Makes typechecker loop!
+But now we require a simple context, so it's ok.
+
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
@@ -1055,7 +1222,7 @@ inferInstanceContexts oflag infer_specs
       | otherwise
       =        do {      -- Extend the inst info from the explicit instance decls
                  -- with the current set of solutions, and simplify each RHS
-            let inst_specs = zipWithEqual "add_solns" (mkInstance2 oflag)
+            let inst_specs = zipWithEqual "add_solns" (mkInstance oflag)
                                           current_solns infer_specs
           ; new_solns <- checkNoErrs $
                          extendLocalInstEnv inst_specs $
@@ -1093,11 +1260,8 @@ inferInstanceContexts oflag infer_specs
           ; return (sortLe (<=) theta) }       -- Canonicalise before returning the solution
 
 ------------------------------------------------------------------
-mkInstance1 :: OverlapFlag -> DerivSpec -> Instance
-mkInstance1 overlap_flag spec = mkInstance2 overlap_flag (ds_theta spec) spec
-
-mkInstance2 :: OverlapFlag -> ThetaType -> DerivSpec -> Instance
-mkInstance2 overlap_flag theta
+mkInstance :: OverlapFlag -> ThetaType -> DerivSpec -> Instance
+mkInstance overlap_flag theta
            (DS { ds_name = dfun_name
                , ds_tvs = tyvars, ds_cls = clas, ds_tys = tys })
   = mkLocalInstance dfun overlap_flag
@@ -1186,28 +1350,43 @@ the renamer.  What a great hack!
 -- Representation tycons differ from the tycon in the instance signature in
 -- case of instances for indexed families.
 --
-genInst :: OverlapFlag -> DerivSpec -> TcM (InstInfo RdrName, DerivAuxBinds)
-genInst oflag spec
+genInst :: Bool        -- True <=> standalone deriving
+       -> OverlapFlag
+        -> DerivSpec -> TcM (InstInfo RdrName, DerivAuxBinds)
+genInst standalone_deriv oflag spec
   | ds_newtype spec
-  = return (InstInfo { iSpec  = mkInstance1 oflag spec 
-                    , iBinds = NewTypeDerived }, [])
+  = return (InstInfo { iSpec  = mkInstance oflag (ds_theta spec) spec
+                    , iBinds = NewTypeDerived co }, [])
 
   | otherwise
-  = do { let loc        = getSrcSpan (ds_name spec)
-             inst       = mkInstance1 oflag spec
-             clas       = ds_cls spec
-             rep_tycon  = ds_tc spec
+  = do { let loc  = getSrcSpan (ds_name spec)
+             inst = mkInstance oflag (ds_theta spec) spec
+             clas = ds_cls spec
 
           -- In case of a family instance, we need to use the representation
           -- tycon (after all, it has the data constructors)
        ; fix_env <- getFixityEnv
        ; let (meth_binds, aux_binds) = genDerivBinds loc fix_env clas rep_tycon
-
-       -- Build the InstInfo
-       ; return (InstInfo { iSpec = inst, 
-                            iBinds = VanillaInst meth_binds [] },
-                 aux_binds)
+             binds = VanillaInst meth_binds [] standalone_deriv
+       ; return (InstInfo { iSpec = inst, iBinds = binds }, aux_binds)
         }
+  where
+    rep_tycon   = ds_tc spec
+    rep_tc_args = ds_tc_args spec
+    co1 = case tyConFamilyCoercion_maybe rep_tycon of
+             Nothing     -> IdCo
+             Just co_con -> ACo (mkTyConApp co_con rep_tc_args)
+    co2 = case newTyConCo_maybe rep_tycon of
+              Nothing     -> IdCo      -- The newtype is transparent; no need for a cast
+             Just co_con -> ACo (mkTyConApp co_con rep_tc_args)
+    co = co1 `mkTransCoI` co2
+
+-- Example: newtype instance N [a] = N1 (Tree a) 
+--          deriving instance Eq b => Eq (N [(b,b)])
+-- From the instance, we get an implicit newtype R1:N a = N1 (Tree a)
+-- When dealing with the deriving clause
+--    co1 : N [(b,b)] ~ R1:N (b,b)
+--    co2 : R1:N (b,b) ~ Tree (b,b)
 
 genDerivBinds :: SrcSpan -> FixityEnv -> Class -> TyCon -> (LHsBinds RdrName, DerivAuxBinds)
 genDerivBinds loc fix_env clas tycon
@@ -1228,6 +1407,9 @@ genDerivBinds loc fix_env clas tycon
               ,(showClassKey,     gen_Show_binds fix_env)
               ,(readClassKey,     gen_Read_binds fix_env)
               ,(dataClassKey,     gen_Data_binds)
+              ,(functorClassKey,  gen_Functor_binds)
+              ,(foldableClassKey, gen_Foldable_binds)
+              ,(traversableClassKey, gen_Traversable_binds)
               ]
 \end{code}
 
@@ -1246,6 +1428,12 @@ derivingKindErr tc cls cls_tys cls_kind
        2 (ptext (sLit "Class") <+> quotes (ppr cls)
            <+> ptext (sLit "expects an argument of kind") <+> quotes (pprKind cls_kind))
 
+derivingEtaErr :: Class -> [Type] -> Type -> Message
+derivingEtaErr cls cls_tys inst_ty
+  = sep [ptext (sLit "Cannot eta-reduce to an instance of form"),
+        nest 2 (ptext (sLit "instance (...) =>")
+               <+> pprClassPred cls (cls_tys ++ [inst_ty]))]
+
 typeFamilyPapErr :: TyCon -> Class -> [Type] -> Type -> Message
 typeFamilyPapErr tc cls cls_tys inst_ty
   = hang (ptext (sLit "Derived instance") <+> quotes (pprClassPred cls (cls_tys ++ [inst_ty])))