Fix Trac #1814 (staging interaction in Template Haskell and GHCi), and add comments
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcSplice.lhs
index 455cfa0..9ec400d 100644 (file)
 %
+% (c) The University of Glasgow 2006
 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
 %
-\section[TcSplice]{Template Haskell splices}
+
+TcSplice: Template Haskell splices
 
 \begin{code}
+{-# OPTIONS -w #-}
+-- The above warning supression flag is a temporary kludge.
+-- While working on this module you are encouraged to remove it and fix
+-- any warnings in the module. See
+--     http://hackage.haskell.org/trac/ghc/wiki/Commentary/CodingStyle#Warnings
+-- for details
+
 module TcSplice( tcSpliceExpr, tcSpliceDecls, tcBracket ) where
 
 #include "HsVersions.h"
 
-import HscMain         ( compileExpr )
-import TcRnDriver      ( tcTopSrcDecls )
+import HscMain
+import TcRnDriver
        -- These imports are the reason that TcSplice 
        -- is very high up the module hierarchy
 
+import HsSyn
+import Convert
+import RnExpr
+import RnEnv
+import RdrName
+import RnTypes
+import TcExpr
+import TcHsSyn
+import TcSimplify
+import TcUnify
+import TcType
+import TcEnv
+import TcMType
+import TcHsType
+import TcIface
+import TypeRep
+import Name
+import NameEnv
+import HscTypes
+import OccName
+import Var
+import Module
+import TcRnMonad
+import IfaceEnv
+import Class
+import TyCon
+import DataCon
+import Id
+import IdInfo
+import TysWiredIn
+import DsMeta
+import DsExpr
+import DsMonad hiding (Splice)
+import ErrUtils
+import SrcLoc
+import Outputable
+import Unique
+import DynFlags
+import PackageConfig
+import Maybe
+import BasicTypes
+import Panic
+import FastString
+
 import qualified Language.Haskell.TH as TH
 -- THSyntax gives access to internal functions and data types
 import qualified Language.Haskell.TH.Syntax as TH
 
-import HsSyn           ( HsBracket(..), HsExpr(..), HsSplice(..), LHsExpr, LHsDecl, 
-                         HsType, LHsType )
-import Convert         ( convertToHsExpr, convertToHsDecls, convertToHsType, thRdrName )
-import RnExpr          ( rnLExpr )
-import RnEnv           ( lookupFixityRn, lookupSrcOcc_maybe, lookupImportedName )
-import RdrName         ( RdrName, lookupLocalRdrEnv, isSrcRdrName )
-import RnTypes         ( rnLHsType )
-import TcExpr          ( tcMonoExpr )
-import TcHsSyn         ( mkHsDictLet, zonkTopLExpr )
-import TcSimplify      ( tcSimplifyTop, tcSimplifyBracket )
-import TcUnify         ( boxyUnify, unBox )
-import TcType          ( TcType, TcKind, BoxyRhoType, liftedTypeKind, mkAppTy, tcSplitSigmaTy )
-import TcEnv           ( spliceOK, tcMetaTy, bracketOK )
-import TcMType         ( newFlexiTyVarTy, newKindVar, UserTypeCtxt(ExprSigCtxt), zonkTcType )
-import TcHsType                ( tcHsSigType, kcHsType )
-import TcIface         ( tcImportDecl )
-import TypeRep         ( Type(..), PredType(..), TyThing(..) ) -- For reification
-import PrelNames       ( thFAKE )
-import Name            ( Name, NamedThing(..), nameOccName, nameModule, isExternalName, 
-                         nameIsLocalOrFrom )
-import NameEnv         ( lookupNameEnv )
-import HscTypes                ( lookupType, ExternalPackageState(..), emptyModDetails )
-import OccName
-import Var             ( Id, TyVar, idType )
-import Module          ( moduleName, moduleNameString, modulePackageId )
-import TcRnMonad
-import IfaceEnv                ( lookupOrig )
-import Class           ( Class, classExtraBigSig )
-import TyCon           ( TyCon, tyConTyVars, synTyConDefn, 
-                         isSynTyCon, isNewTyCon, tyConDataCons, isPrimTyCon, isFunTyCon,
-                         tyConArity, tyConStupidTheta, isUnLiftedTyCon )
-import DataCon         ( DataCon, dataConTyCon, dataConOrigArgTys, dataConStrictMarks, 
-                         dataConName, dataConFieldLabels, dataConWrapId, dataConIsInfix, 
-                         isVanillaDataCon )
-import Id              ( idName, globalIdDetails )
-import IdInfo          ( GlobalIdDetails(..) )
-import TysWiredIn      ( mkListTy )
-import DsMeta          ( expQTyConName, typeQTyConName, decTyConName, qTyConName, nameTyConName )
-import DsExpr          ( dsLExpr )
-import DsMonad         ( initDsTc )
-import ErrUtils                ( Message )
-import SrcLoc          ( SrcSpan, noLoc, unLoc, getLoc )
-import Outputable
-import Unique          ( Unique, Uniquable(..), getKey, mkUniqueGrimily )
-import PackageConfig    ( packageIdString )
-import BasicTypes      ( StrictnessMark(..), Fixity(..), FixityDirection(..) )
-import Panic           ( showException )
-import FastString      ( LitString )
-
-import GHC.Base                ( unsafeCoerce#, Int#, Int(..) )        -- Should have a better home in the module hierarchy
-import Monad           ( liftM )
-
-#ifdef GHCI
-import FastString      ( mkFastString )
-#endif
+import GHC.Exts                ( unsafeCoerce#, Int#, Int(..) )
+import Control.Monad   ( liftM )
+import qualified Control.Exception  as Exception( userErrors )
 \end{code}
 
+Note [Template Haskell levels]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+* Imported things are impLevel (= 0)
+
+* In GHCi, variables bound by a previous command are treated
+  as impLevel, because we have bytecode for them.
+
+* Variables are bound at the "current level"
+
+* The current level starts off at topLevel (= 1)
+
+* The level is decremented by splicing $(..)
+              incremented by brackets [| |]
+              incremented by name-quoting 'f
+
+When a variable is used, we compare 
+       bind:  binding level, and
+       use:   current level at usage site
+
+  Generally
+       bind > use      Always error (bound later than used)
+                       [| \x -> $(f x) |]
+                       
+       bind = use      Always OK (bound same stage as used)
+                       [| \x -> $(f [| x |]) |]
+
+       bind < use      Inside brackets, it depends
+                       Inside splice, OK
+                       Inside neither, OK
+
+  For (bind < use) inside brackets, there are three cases:
+    - Imported things  OK      f = [| map |]
+    - Top-level things OK      g = [| f |]
+    - Non-top-level    Only if there is a liftable instance
+                               h = \(x:Int) -> [| x |]
+
+See Note [What is a top-level Id?]
+
+Note [Quoting names]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+A quoted name 'n is a bit like a quoted expression [| n |], except that we 
+have no cross-stage lifting (c.f. TcExpr.thBrackId).  So, after incrementing
+the use-level to account for the brackets, the cases are:
+
+       bind > use                      Error
+       bind = use                      OK
+       bind < use      
+               Imported things         OK
+               Top-level things        OK
+               Non-top-level           Error
+
+See Note [What is a top-level Id?] in TcEnv.  Examples:
+
+  f 'map       -- OK; also for top-level defns of this module
+
+  \x. f 'x     -- Not ok (whereas \x. f [| x |] might have been ok, by
+               --                               cross-stage lifting
+
+  \y. [| \x. $(f 'y) |]        -- Not ok (same reason)
+
+  [| \x. $(f 'x) |]    -- OK
+
+
+Note [What is a top-level Id?]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+In the level-control criteria above, we need to know what a "top level Id" is.
+There are three kinds:
+  * Imported from another module               (GlobalId, ExternalName)
+  * Bound at the top level of this module      (ExternalName)
+  * In GHCi, bound by a previous stmt          (GlobalId)
+It's strange that there is no one criterion tht picks out all three, but that's
+how it is right now.  (The obvious thing is to give an ExternalName to GHCi Ids 
+bound in an earlier Stmt, but what module would you choose?  See 
+Note [Interactively-bound Ids in GHCi] in TcRnDriver.)
+
+The predicate we use is TcEnv.thTopLevelId.
+
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
@@ -85,6 +163,7 @@ import FastString    ( mkFastString )
 tcSpliceDecls :: LHsExpr Name -> TcM [LHsDecl RdrName]
 tcSpliceExpr  :: HsSplice Name -> BoxyRhoType -> TcM (HsExpr TcId)
 kcSpliceType  :: HsSplice Name -> TcM (HsType Name, TcKind)
+       -- None of these functions add constraints to the LIE
 
 #ifndef GHCI
 tcSpliceExpr n e ty = pprPanic "Cant do tcSpliceExpr without GHCi" (ppr e)
@@ -98,6 +177,18 @@ tcSpliceDecls e     = pprPanic "Cant do tcSpliceDecls without GHCi" (ppr e)
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
+Note [Handling brackets]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Source:                f = [| Just $(g 3) |]
+  The [| |] part is a HsBracket
+
+Typechecked:   f = [| Just ${s7}(g 3) |]{s7 = g Int 3}
+  The [| |] part is a HsBracketOut, containing *renamed* (not typechecked) expression
+  The "s7" is the "splice point"; the (g Int 3) part is a typechecked expression
+
+Desugared:     f = do { s7 <- g Int 3
+                      ; return (ConE "Data.Maybe.Just" s7) }
+
 \begin{code}
 tcBracket :: HsBracket Name -> BoxyRhoType -> TcM (LHsExpr TcId)
 tcBracket brack res_ty
@@ -114,7 +205,7 @@ tcBracket brack res_ty
     getLIEVar                          `thenM` \ lie_var ->
 
     setStage (Brack next_level pending_splices lie_var) (
-       getLIE (tc_bracket brack)
+       getLIE (tc_bracket next_level brack)
     )                                  `thenM` \ (meta_ty, lie) ->
     tcSimplifyBracket lie              `thenM_`  
 
@@ -126,22 +217,34 @@ tcBracket brack res_ty
     returnM (noLoc (HsBracketOut brack pendings))
     }
 
-tc_bracket :: HsBracket Name -> TcM TcType
-tc_bracket (VarBr v) 
-  = tcMetaTy nameTyConName     -- Result type is Var (not Q-monadic)
+tc_bracket :: ThLevel -> HsBracket Name -> TcM TcType
+tc_bracket use_lvl (VarBr name)        -- Note [Quoting names]
+  = do { thing <- tcLookup name
+       ; case thing of
+           AGlobal _ -> return ()
+           ATcId { tct_level = bind_lvl, tct_id = id }
+               | thTopLevelId id       -- C.f thTopLevelId case of
+               -> keepAliveTc id       --     TcExpr.thBrackId
+               | otherwise
+               -> do { checkTc (use_lvl == bind_lvl)
+                               (quotedNameStageErr name) }
+           other -> pprPanic "th_bracket" (ppr name)
+
+       ; tcMetaTy nameTyConName        -- Result type is Var (not Q-monadic)
+       }
 
-tc_bracket (ExpBr expr) 
-  = newFlexiTyVarTy liftedTypeKind     `thenM` \ any_ty ->
-    tcMonoExpr expr any_ty             `thenM_`
-    tcMetaTy expQTyConName
+tc_bracket use_lvl (ExpBr expr) 
+  = do { any_ty <- newFlexiTyVarTy liftedTypeKind
+       ; tcMonoExpr expr any_ty
+       ; tcMetaTy expQTyConName }
        -- Result type is Expr (= Q Exp)
 
-tc_bracket (TypBr typ) 
-  = tcHsSigType ExprSigCtxt typ                `thenM_`
-    tcMetaTy typeQTyConName
+tc_bracket use_lvl (TypBr typ) 
+  = do { tcHsSigType ExprSigCtxt typ
+       ; tcMetaTy typeQTyConName }
        -- Result type is Type (= Q Typ)
 
-tc_bracket (DecBr decls)
+tc_bracket use_lvl (DecBr decls)
   = do {  tcTopSrcDecls emptyModDetails decls
        -- Typecheck the declarations, dicarding the result
        -- We'll get all that stuff later, when we splice it in
@@ -152,8 +255,12 @@ tc_bracket (DecBr decls)
        -- Result type is Q [Dec]
     }
 
-tc_bracket (PatBr _)
+tc_bracket use_lvl (PatBr _)
   = failWithTc (ptext SLIT("Tempate Haskell pattern brackets are not supported yet"))
+
+quotedNameStageErr v 
+  = sep [ ptext SLIT("Stage error: the non-top-level quoted name") <+> ppr (VarBr v)
+       , ptext SLIT("must be used at the same stage at which is is bound")]
 \end{code}
 
 
@@ -372,7 +479,6 @@ runMeta :: (SrcSpan -> th_syn -> Either Message hs_syn)
 runMeta convert expr
   = do {       -- Desugar
          ds_expr <- initDsTc (dsLExpr expr)
-
        -- Compile and link it; might fail if linking fails
        ; hsc_env <- getTopEnv
        ; src_span <- getSrcSpanM
@@ -383,6 +489,7 @@ runMeta convert expr
            Right hval -> do
 
        {       -- Coerce it to Q t, and run it
+
                -- Running might fail if it throws an exception of any kind (hence tryAllM)
                -- including, say, a pattern-match exception in the code we are running
                --
@@ -390,23 +497,58 @@ runMeta convert expr
                -- exception-cacthing thing so that if there are any lurking 
                -- exceptions in the data structure returned by hval, we'll
                -- encounter them inside the try
+               --
+               -- See Note [Exceptions in TH] 
          either_tval <- tryAllM $ do
                { th_syn <- TH.runQ (unsafeCoerce# hval)
                ; case convert (getLoc expr) th_syn of
-                   Left err     -> do { addErrTc err; return Nothing }
-                   Right hs_syn -> return (Just hs_syn) }
+                   Left err     -> failWithTc err
+                   Right hs_syn -> return hs_syn }
 
        ; case either_tval of
-             Right (Just v) -> return v
-             Right Nothing  -> failM   -- Error already in Tc monad
-             Left exn       -> failWithTc (mk_msg "run" exn)   -- Exception
-       }}}
+           Right v -> return v
+           Left exn | Just s <- Exception.userErrors exn
+                    , s == "IOEnv failure" 
+                    -> failM   -- Error already in Tc monad
+                    | otherwise -> failWithTc (mk_msg "run" exn)       -- Exception
+        }}}
   where
     mk_msg s exn = vcat [text "Exception when trying to" <+> text s <+> text "compile-time code:",
                         nest 2 (text (Panic.showException exn)),
                         nest 2 (text "Code:" <+> ppr expr)]
 \end{code}
 
+Note [Exceptions in TH]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Supppose we have something like this 
+       $( f 4 )
+where
+       f :: Int -> Q [Dec]
+       f n | n>3       = fail "Too many declarations"
+           | otherwise = ...
+
+The 'fail' is a user-generated failure, and should be displayed as a
+perfectly ordinary compiler error message, not a panic or anything
+like that.  Here's how it's processed:
+
+  * 'fail' is the monad fail.  The monad instance for Q in TH.Syntax
+    effectively transforms (fail s) to 
+       qReport True s >> fail
+    where 'qReport' comes from the Quasi class and fail from its monad
+    superclass.
+
+  * The TcM monad is an instance of Quasi (see TcSplice), and it implements
+    (qReport True s) by using addErr to add an error message to the bag of errors.
+    The 'fail' in TcM raises a UserError, with the uninteresting string
+       "IOEnv failure"
+
+  * So, when running a splice, we catch all exceptions; then for 
+       - a UserError "IOEnv failure", we assume the error is already 
+               in the error-bag (above)
+       - other errors, we add an error to the bag
+    and then fail
+
+
 To call runQ in the Tc monad, we need to make TcM an instance of Quasi:
 
 \begin{code}
@@ -497,8 +639,7 @@ lookupThName th_name@(TH.Name occ flavour)
            Nothing | not (isSrcRdrName rdr_name)       -- Exact, Orig
                    -> lookupImportedName rdr_name
                    | otherwise                         -- Unqual, Qual
-                   -> do { 
-                                 mb_name <- lookupSrcOcc_maybe rdr_name
+                   -> do { mb_name <- lookupSrcOcc_maybe rdr_name
                          ; case mb_name of
                              Just name -> return name
                              Nothing   -> failWithTc (notInScope th_name) }
@@ -592,18 +733,19 @@ reifyTyCon tc
 
 reifyTyCon tc
   = do         { cxt <- reifyCxt (tyConStupidTheta tc)
-       ; cons <- mapM reifyDataCon (tyConDataCons tc)
+       ; let tvs = tyConTyVars tc
+       ; cons <- mapM (reifyDataCon (mkTyVarTys tvs)) (tyConDataCons tc)
        ; let name = reifyName tc
-             tvs  = reifyTyVars (tyConTyVars tc)
+             r_tvs  = reifyTyVars tvs
              deriv = []        -- Don't know about deriving
-             decl | isNewTyCon tc = TH.NewtypeD cxt name tvs (head cons) deriv
-                  | otherwise     = TH.DataD    cxt name tvs cons        deriv
+             decl | isNewTyCon tc = TH.NewtypeD cxt name r_tvs (head cons) deriv
+                  | otherwise     = TH.DataD    cxt name r_tvs cons      deriv
        ; return (TH.TyConI decl) }
 
-reifyDataCon :: DataCon -> TcM TH.Con
-reifyDataCon dc
+reifyDataCon :: [Type] -> DataCon -> TcM TH.Con
+reifyDataCon tys dc
   | isVanillaDataCon dc
-  = do         { arg_tys <- reifyTypes (dataConOrigArgTys dc)
+  = do         { arg_tys <- reifyTypes (dataConInstOrigArgTys dc tys)
        ; let stricts = map reifyStrict (dataConStrictMarks dc)
              fields  = dataConFieldLabels dc
              name    = reifyName dc