Tidy up RuntimeUnkSkols a bit more
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcInteract.lhs
index fe19d46..cb9d342 100644 (file)
@@ -211,9 +211,6 @@ getFDImprovements :: InertSet -> FDImprovements
 getFDImprovements = inert_fds 
 
 
-isWantedCt :: CanonicalCt -> Bool 
-isWantedCt ct = isWanted (cc_flavor ct)
-
 {- TODO: Later ...
 data Inert = IS { class_inerts :: FiniteMap Class Atomics
                  ip_inerts    :: FiniteMap Class Atomics
@@ -465,6 +462,64 @@ thePipeline = [ ("interact with inert eqs", interactWithInertEqsStage)
 *                                                                               *
 *********************************************************************************
 
+Note [Efficient Orientation] 
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+There are two cases where we have to be careful about 
+orienting equalities to get better efficiency. 
+
+Case 2: In Rewriting Equalities (function rewriteEqLHS) 
+
+    When rewriting two equalities with the same LHS:
+          (a)  (tv ~ xi1) 
+          (b)  (tv ~ xi2) 
+    We have a choice of producing work (xi1 ~ xi2) (up-to the
+    canonicalization invariants) However, to prevent the inert items
+    from getting kicked out of the inerts first, we prefer to
+    canonicalize (xi1 ~ xi2) if (b) comes from the inert set, or (xi2
+    ~ xi1) if (a) comes from the inert set.
+    
+    This choice is implemented using the WhichComesFromInert flag. 
+
+Case 2: In Spontaneous Solving 
+     Example 2a:
+     Inerts:   [w1] : D alpha 
+               [w2] : C beta 
+               [w3] : F alpha ~ Int 
+               [w4] : H beta  ~ Int 
+     Untouchables = [beta] 
+     Then a wanted (beta ~ alpha) comes along. 
+        1) While interacting with the inerts it is going to kick w2,w4
+           out of the inerts
+        2) Then, it will spontaneoulsy be solved by (alpha := beta)
+        3) Now (and here is the tricky part), to add him back as
+           solved (alpha ~ beta) is no good because, in the next
+           iteration, it will kick out w1,w3 as well so we will end up
+           with *all* the inert equalities back in the worklist!
+      
+      So it is tempting to just add (beta ~ alpha) instead, that is, 
+      maintain the original orietnation of the constraint. 
+
+      But that does not work very well, because it may cause the 
+      "double unification problem" (See Note [Avoid double unifications]). 
+      For instance: 
+
+      Example 2b: 
+           [w1] : fsk1 ~ alpha 
+           [w2] : fsk2 ~ alpha 
+           ---
+      At the end of the interaction suppose we spontaneously solve alpha := fsk1 
+      but keep [Given] fsk1 ~ alpha. Then, the second time around we see the 
+      constraint (fsk2 ~ alpha), and we unify *again* alpha := fsk2, which is wrong.
+
+      Our conclusion is that, while in some cases (Example 2a), it makes sense to 
+      preserve the original orientation, it is hard to do this in a sound way. 
+      So we *don't* do this for now, @solveWithIdentity@ outputs a constraint that 
+      is oriented with the unified variable on the left. 
+
+Case 3: Functional Dependencies and IP improvement work
+    TODO. Optimisation not yet implemented there. 
+
 \begin{code}
 spontaneousSolveStage :: SimplifierStage 
 spontaneousSolveStage workItem inerts 
@@ -475,10 +530,27 @@ spontaneousSolveStage workItem inerts
                            , sr_inerts     = inerts
                            , sr_stop       = ContinueWith workItem }
 
-           Just workList' -> -- He has been solved; workList' are all givens
-               return $ SR { sr_new_work = workList'
-                           , sr_inerts   = inerts 
-                           , sr_stop     = Stop }
+           Just (workItem', workList')
+               | not (isGivenCt workItem) 
+                -- Original was wanted or derived but we have now made him 
+                 -- given so we have to interact him with the inerts due to
+                 -- its status change. This in turn may produce more work.
+                -- We do this *right now* (rather than just putting workItem'
+                -- back into the work-list) because we've solved 
+               -> do { (new_inert, new_work) <- runSolverPipeline 
+                             [ ("recursive interact with inert eqs", interactWithInertEqsStage)
+                             , ("recursive interact with inerts", interactWithInertsStage)
+                             ] inerts workItem'
+                     ; return $ SR { sr_new_work = new_work `unionWorkLists` workList'
+                                       , sr_inerts   = new_inert -- will include workItem' 
+                                       , sr_stop     = Stop }
+                     }
+               | otherwise 
+                   -> -- Original was given; he must then be inert all right, and
+                      -- workList' are all givens from flattening
+                      return $ SR { sr_new_work = workList' 
+                                  , sr_inerts   = inerts `updInertSet` workItem' 
+                                  , sr_stop     = Stop }
        }
 
 -- @trySpontaneousSolve wi@ solves equalities where one side is a
@@ -487,8 +559,8 @@ spontaneousSolveStage workItem inerts
 --   * Just wi' if we solved it, wi' (now a "given") should be put in the work list.
 --                 See Note [Touchables and givens] 
 -- NB: just passing the inerts through for the skolem equivalence classes
-trySpontaneousSolve :: WorkItem -> InertSet -> TcS (Maybe SWorkList)
-trySpontaneousSolve (CTyEqCan { cc_id = cv, cc_flavor = gw, cc_tyvar = tv1, cc_rhs = xi }) inerts 
+trySpontaneousSolve :: WorkItem -> InertSet -> TcS (Maybe (WorkItem, SWorkList)) 
+trySpontaneousSolve workItem@(CTyEqCan { cc_id = cv, cc_flavor = gw, cc_tyvar = tv1, cc_rhs = xi }) inerts 
   | isGiven gw
   = return Nothing
   | Just tv2 <- tcGetTyVar_maybe xi
@@ -502,7 +574,9 @@ trySpontaneousSolve (CTyEqCan { cc_id = cv, cc_flavor = gw, cc_tyvar = tv1, cc_r
   | otherwise
   = do { tch1 <- isTouchableMetaTyVar tv1
        ; if tch1 then trySpontaneousEqOneWay inerts cv gw tv1 xi
-                 else return Nothing }
+                 else do { traceTcS "Untouchable LHS, can't spontaneously solve workitem:" (ppr workItem) 
+                         ; return Nothing }
+       }
 
   -- No need for 
   --      trySpontaneousSolve (CFunEqCan ...) = ...
@@ -510,26 +584,29 @@ trySpontaneousSolve (CTyEqCan { cc_id = cv, cc_flavor = gw, cc_tyvar = tv1, cc_r
 trySpontaneousSolve _ _ = return Nothing 
 
 ----------------
-trySpontaneousEqOneWay :: InertSet -> CoVar -> CtFlavor -> TcTyVar -> Xi
-                       -> TcS (Maybe SWorkList)
+trySpontaneousEqOneWay :: InertSet -> CoVar -> CtFlavor -> TcTyVar -> Xi 
+                       -> TcS (Maybe (WorkItem,SWorkList))
 -- tv is a MetaTyVar, not untouchable
 trySpontaneousEqOneWay inerts cv gw tv xi      
   | not (isSigTyVar tv) || isTyVarTy xi 
-  = if typeKind xi `isSubKind` tyVarKind tv then
-        solveWithIdentity inerts cv gw tv xi
-    else if tyVarKind tv `isSubKind` typeKind xi then 
+  = do { kxi <- zonkTcTypeTcS xi >>= return . typeKind  -- Must look through the TcTyBinds
+                                                        -- hence kxi and not typeKind xi
+                                                        -- See Note [Kind Errors]
+       ; if kxi `isSubKind` tyVarKind tv then
+             solveWithIdentity inerts cv gw tv xi
+         else if tyVarKind tv `isSubKind` kxi then 
              return Nothing -- kinds are compatible but we can't solveWithIdentity this way
                             -- This case covers the  a_touchable :: * ~ b_untouchable :: ?? 
                             -- which has to be deferred or floated out for someone else to solve 
                             -- it in a scope where 'b' is no longer untouchable. 
          else kindErrorTcS gw (mkTyVarTy tv) xi -- See Note [Kind errors]
-
+       }
   | otherwise -- Still can't solve, sig tyvar and non-variable rhs
   = return Nothing 
 
 ----------------
 trySpontaneousEqTwoWay :: InertSet -> CoVar -> CtFlavor -> TcTyVar -> TcTyVar
-                       -> TcS (Maybe SWorkList)
+                       -> TcS (Maybe (WorkItem,SWorkList))
 -- Both tyvars are *touchable* MetaTyvars so there is only a chance for kind error here
 trySpontaneousEqTwoWay inerts cv gw tv1 tv2
   | k1 `isSubKind` k2
@@ -556,6 +633,17 @@ constraint is insoluble. Instead, we call 'kindErrorTcS' here, which immediately
 
 The same applies in canonicalization code in case of kind errors in the givens. 
 
+However, when we canonicalize givens we only check for compatibility (@compatKind@). 
+If there were a kind error in the givens, this means some form of inconsistency or dead code. 
+
+When we spontaneously solve wanteds we may have to look through the bindings, hence we 
+call zonkTcTypeTcS above. The reason is that maybe xi is @alpha@ where alpha :: ? and 
+a previous spontaneous solving has set (alpha := f) with (f :: *). The reason that xi is 
+still alpha and not f is becasue the solved constraint may be oriented as (f ~ alpha) instead
+of (alpha ~ f). Then we should be using @xi@s "real" kind, which is * and not ?, when we try
+to detect whether spontaneous solving is possible. 
+
+
 Note [Spontaneous solving and kind compatibility] 
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
@@ -585,8 +673,11 @@ Caveat:
      Whereas we would be able to apply the type instance, we would not be able to 
      use the given (T Bool ~ (->)) in the body of 'flop' 
 
-Note [Loopy spontaneous solving] 
+Note [Loopy Spontaneous Solving] 
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+Example 1: [The problem of loopy spontaneous solving]
+----------
 Consider the original wanted: 
    wanted :  Maybe (E alpha) ~ alpha 
 where E is a type family, such that E (T x) = x. After canonicalization, 
@@ -603,6 +694,8 @@ actually solving. But this occurs check *must look through* flatten skolems.
 However, it may be the case that the flatten skolem in hand is equal to some other 
 flatten skolem whith *does not* mention our unification variable. Here's a typical example:
 
+Example 2: [The need of keeping track of flatten skolem equivalence classes]
+----------
 Original wanteds: 
    g: F alpha ~ F beta 
    w: alpha ~ F alpha 
@@ -621,6 +714,8 @@ We will look inside f2, which immediately mentions (F alpha), so it's not good t
 by looking at the equivalence class of the flatten skolems, we can see that it is fine to 
 unify (alpha ~ f1) which solves our goals! 
 
+Example 3: [The need of looking through TyBinds for already spontaneously solved variables]
+----------
 A similar problem happens because of other spontaneous solving. Suppose we have the 
 following wanteds, arriving in this exact order:
   (first)  w: beta ~ alpha 
@@ -634,6 +729,50 @@ that is wrong since fsk mentions beta, which has already secretly been unified t
 To avoid this problem, the same occurs check must unveil rewritings that can happen because 
 of spontaneously having solved other constraints. 
 
+Example 4: [Orientation of (tv ~ xi) equalities] 
+----------
+We orient equalities (tv ~ xi) so that flatten skolems appear on the left, if possible. Here
+is an example of why this is needed: 
+
+  [Wanted] w1: alpha ~ fsk 
+  [Given]  g1: F alpha ~ fsk 
+  [Given]  g2: b ~ fsk 
+  Flatten skolem equivalence class = [] 
+
+Assume that g2 is *not* oriented properly, as shown above. Then we would like to spontaneously
+solve w1 but we can't set alpha := fsk, since fsk hides the type F alpha. However, by using 
+the equation g2 it would be possible to solve w1 by setting  alpha := b. In other words, it is
+not enough to look at a flatten skolem equivalence class to try to find alternatives to unify
+with. We may have to go to other variables. 
+
+By orienting the equalities so that flatten skolems are in the LHS we are eliminating them
+as much as possible from the RHS of other wanted equalities, and hence it suffices to look 
+in their flatten skolem equivalence classes. 
+
+NB: This situation appears in the IndTypesPerf test case, inside indexed-types/.
+
+Caveat: You may wonder if we should be doing this for unification variables as well. 
+However, Note [Efficient Orientation], Case 2, demonstrates that this is not possible 
+at least for touchable unification variables which we have to keep oriented with the 
+touchable on the LHS to be able to eliminate it. So then, what about untouchables? 
+
+Example 4a: 
+-----------
+  Untouchable = beta, Touchable = alpha 
+
+  [Wanted] w1: alpha ~ fsk 
+  [Given]  g1: F alpha ~ fsk 
+  [Given]  g2: beta ~ fsk 
+  Flatten skolem equivalence class = [] 
+
+Should we be able to unify  alpha := beta to solve the constraint? Arguably yes, but 
+that implies that an *untouchable* unification variable (beta) is in the same equivalence
+class as a flatten skolem that mentions @alpha@. I.e. g2 means that: 
+  beta ~ F alpha
+But I do not think that there is any way to produce evidence for such a constraint from
+the outside other than beta := F alpha, which violates the OutsideIn-ness.  
+
+
 
 Note [Avoid double unifications] 
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
@@ -657,44 +796,67 @@ unification variables as RHS of type family equations: F xis ~ alpha.
 ----------------
 solveWithIdentity :: InertSet 
                   -> CoVar -> CtFlavor -> TcTyVar -> Xi 
-                  -> TcS (Maybe SWorkList)
+                  -> TcS (Maybe (WorkItem, SWorkList)) 
 -- Solve with the identity coercion 
 -- Precondition: kind(xi) is a sub-kind of kind(tv)
 -- Precondition: CtFlavor is Wanted or Derived
 -- See [New Wanted Superclass Work] to see why solveWithIdentity 
 --     must work for Derived as well as Wanted
+-- Returns: (workItem, workList) where 
+--        workItem = the new Given constraint
+--        workList = some additional work that may have been produced as a result of flattening
+--                   in case we did some chasing through flatten skolem equivalence classes.
 solveWithIdentity inerts cv gw tv xi 
   = do { tybnds <- getTcSTyBindsMap
        ; case occurCheck tybnds inerts tv xi of 
            Nothing              -> return Nothing 
            Just (xi_unflat,coi) -> solve_with xi_unflat coi }
   where
-    solve_with xi_unflat coi  -- coi : xi_unflat ~ xi  
+    solve_with xi_unflat coi  -- coi : xi_unflat ~ xi
       = do { traceTcS "Sneaky unification:" $ 
                        vcat [text "Coercion variable:  " <+> ppr gw, 
                              text "Coercion:           " <+> pprEq (mkTyVarTy tv) xi,
                              text "Left  Kind is     : " <+> ppr (typeKind (mkTyVarTy tv)),
                              text "Right Kind is     : " <+> ppr (typeKind xi)
                   ]
+
            ; setWantedTyBind tv xi_unflat        -- Set tv := xi_unflat
            ; cv_given <- newGivOrDerCoVar (mkTyVarTy tv) xi_unflat xi_unflat
            ; let flav = mkGivenFlavor gw UnkSkol 
-           ; (cts, co) <- case coi of 
-               ACo co  -> do { can_eqs <- canEq flav cv_given (mkTyVarTy tv) xi_unflat
-                             ; return (can_eqs, co) }
-               IdCo co -> return $ 
-                          (singleCCan (CTyEqCan { cc_id = cv_given 
-                                                , cc_flavor = mkGivenFlavor gw UnkSkol
-                                                , cc_tyvar = tv, cc_rhs = xi }
-                                                -- xi, *not* xi_unflat because 
-                                                -- xi_unflat may require flattening!
-                                      ), co)
+           ; (ct,cts, co) <- case coi of 
+               ACo co  -> do { (cc,ccs) <- canEqLeafTyVarLeft flav cv_given tv xi_unflat
+                             ; return (cc, ccs, co) } 
+               IdCo co -> return $ (CTyEqCan { cc_id = cv_given 
+                                             , cc_flavor = mkGivenFlavor gw UnkSkol
+                                             , cc_tyvar = tv, cc_rhs = xi }
+                                      -- xi, *not* xi_unflat because 
+                                      -- xi_unflat may require flattening!
+                                   , emptyWorkList, co)
            ; case gw of 
                Wanted  {} -> setWantedCoBind  cv co
                Derived {} -> setDerivedCoBind cv co 
                _          -> pprPanic "Can't spontaneously solve *given*" empty 
-                     -- See Note [Avoid double unifications] 
-           ; return $ Just cts }
+                     -- See Note [Avoid double unifications]
+           ; return $ Just (ct,cts)
+           }
+
+--            ; let flav = mkGivenFlavor gw UnkSkol 
+--            ; (cts, co) <- case coi of 
+--                             -- TODO: Optimise this, along the way it used to be 
+--                ACo co  -> do { cv_given <- newGivOrDerCoVar (mkTyVarTy tv)  xi_unflat xi_unflat
+--                              ; setWantedTyBind tv xi_unflat
+--                              ; can_eqs <- canEq flav cv_given (mkTyVarTy tv) xi_unflat
+--                              ; return (can_eqs, co) }
+--                IdCo co -> do { cv_given <- newGivOrDerCoVar (mkTyVarTy tv) xi xi 
+--                              ; setWantedTyBind tv xi
+--                              ; can_eqs <- canEq flav cv_given (mkTyVarTy tv) xi
+--                              ; return (can_eqs, co) }
+--            ; case gw of 
+--                Wanted  {} -> setWantedCoBind  cv co
+--                Derived {} -> setDerivedCoBind cv co 
+--                _          -> pprPanic "Can't spontaneously solve *given*" empty 
+--                   -- See Note [Avoid double unifications] 
+--            ; return $ Just cts }
 
 occurCheck :: VarEnv (TcTyVar, TcType) -> InertSet
            -> TcTyVar -> TcType -> Maybe (TcType,CoercionI) 
@@ -826,6 +988,7 @@ noInteraction :: Monad m => WorkItem -> m InteractResult
 noInteraction workItem = mkIRContinue workItem KeepInert emptyWorkList
 
 data WhichComesFromInert = LeftComesFromInert | RightComesFromInert 
+     -- See Note [Efficient Orientation, Case 2] 
 
 
 ---------------------------------------------------
@@ -1167,10 +1330,7 @@ rewriteEqRHS (cv1,tv1,xi1) (cv2,gw,tv2,xi2)
                     mkCoVarCoercion cv2 `mkTransCoercion` co2'
 
        ; xi2'' <- canOccursCheck gw tv2 xi2' -- we know xi2' is *not* tv2 
-       ; return (singleCCan $ CTyEqCan { cc_id = cv2' 
-                                       , cc_flavor = gw 
-                                       , cc_tyvar = tv2 
-                                       , cc_rhs   = xi2'' })
+       ; canEq gw cv2' (mkTyVarTy tv2) xi2''
        }
   where 
     xi2' = substTyWith [tv1] [xi1] xi2 
@@ -1182,11 +1342,8 @@ rewriteEqLHS :: WhichComesFromInert -> (Coercion,Xi) -> (CoVar,CtFlavor,Xi) -> T
 -- First Equality:   co1: (XXX ~ xi1)  
 -- Second Equality:  cv2: (XXX ~ xi2) 
 -- Where the cv1 `canSolve` cv2 equality 
--- We have an option of creating new work (xi1 ~ xi2) OR (xi2 ~ xi1). This 
--- depends on whether the left or the right equality comes from the inert set. 
--- We must:  
---     prefer to create (xi2 ~ xi1) if the first comes from the inert 
---     prefer to create (xi1 ~ xi2) if the second comes from the inert 
+-- We have an option of creating new work (xi1 ~ xi2) OR (xi2 ~ xi1), 
+--    See Note [Efficient Orientation] for that 
 rewriteEqLHS which (co1,xi1) (cv2,gw,xi2) 
   = do { cv2' <- case (isWanted gw, which) of 
                    (True,LeftComesFromInert) ->