Whitespace only in nativeGen/RegAlloc/Linear/Main.hs
[ghc-hetmet.git] / compiler / types / FamInstEnv.lhs
index ec50fbc..5b4374a 100644 (file)
@@ -1,30 +1,40 @@
-\section[FamInstEnv]{Type checked family instance declarations}
+%
+% (c) The University of Glasgow 2006
+%
+
+FamInstEnv: Type checked family instance declarations
 
 \begin{code}
 module FamInstEnv (
-       FamInst(..), famInstTyCon, extractFamInsts,
+       FamInst(..), famInstTyCon, famInstTyVars, 
        pprFamInst, pprFamInstHdr, pprFamInsts, 
-       {-famInstHead, mkLocalFamInst, mkImportedFamInst-}
+       famInstHead, mkLocalFamInst, mkImportedFamInst,
 
-       FamInstEnv, emptyFamInstEnv, extendFamInstEnv, extendFamInstEnvList, 
+       FamInstEnvs, FamInstEnv, emptyFamInstEnv, emptyFamInstEnvs, 
+       extendFamInstEnv, extendFamInstEnvList, 
        famInstEnvElts, familyInstances,
-       {-lookupFamInstEnv-}
+
+       lookupFamInstEnv, lookupFamInstEnvConflicts,
+       
+       -- Normalisation
+       topNormaliseType
     ) where
 
 #include "HsVersions.h"
 
-import TcType          ( Type )
-import Type            ( TyThing (ATyCon), pprParendType )
-import TyCon           ( TyCon, isDataTyCon, isNewTyCon, isSynTyCon, 
-                         tyConName, tyConTyVars, tyConFamInst_maybe )
-import VarSet          ( TyVarSet, mkVarSet )
-import Name            ( Name, getOccName, NamedThing(..), getSrcLoc )
-import OccName         ( parenSymOcc )
-import SrcLoc          ( pprDefnLoc )
-import UniqFM          ( UniqFM, lookupUFM, emptyUFM, addToUFM_C, eltsUFM )
+import InstEnv
+import Unify
+import Type
+import TypeRep
+import TyCon
+import Coercion
+import VarSet
+import Name
+import UniqFM
 import Outputable
-
-import Monad           ( mzero )
+import Maybes
+import Util
+import FastString
 \end{code}
 
 
@@ -37,8 +47,19 @@ import Monad         ( mzero )
 \begin{code}
 data FamInst 
   = FamInst { fi_fam   :: Name         -- Family name
+               -- INVARIANT: fi_fam = case tyConFamInst_maybe fi_tycon of
+               --                         Just (tc, tys) -> tc
+
+               -- Used for "rough matching"; same idea as for class instances
+           , fi_tcs   :: [Maybe Name]  -- Top of type args
+               -- INVARIANT: fi_tcs = roughMatchTcs fi_tys
+
+               -- Used for "proper matching"; ditto
            , fi_tvs   :: TyVarSet      -- Template tyvars for full match
            , fi_tys   :: [Type]        -- Full arg types
+               -- INVARIANT: fi_tvs = tyConTyVars fi_tycon
+               --            fi_tys = case tyConFamInst_maybe fi_tycon of
+               --                         Just (_, tys) -> tys
 
            , fi_tycon :: TyCon         -- Representation tycon
            }
@@ -48,20 +69,8 @@ data FamInst
 famInstTyCon :: FamInst -> TyCon
 famInstTyCon = fi_tycon
 
--- Extract all family instances.
---
-extractFamInsts :: [TyThing] -> [FamInst]
-extractFamInsts tythings
-  = do { ATyCon tycon <- tythings
-       ; case tyConFamInst_maybe tycon of
-           Nothing         -> mzero
-          Just (fam, tys) -> 
-            return $ FamInst { fi_fam   = tyConName fam
-                             , fi_tvs   = mkVarSet . tyConTyVars $ tycon
-                             , fi_tys   = tys
-                             , fi_tycon = tycon
-                             }
-       }
+famInstTyVars :: FamInst -> TyVarSet
+famInstTyVars = fi_tvs
 \end{code}
 
 \begin{code}
@@ -75,21 +84,72 @@ instance Outputable FamInst where
 pprFamInst :: FamInst -> SDoc
 pprFamInst famInst
   = hang (pprFamInstHdr famInst)
-       2 (ptext SLIT("--") <+> (pprDefnLoc (getSrcLoc famInst)))
+       2 (vcat [ ifPprDebug (ptext (sLit "Coercion axiom:") <+> pp_ax)
+               , ptext (sLit "--") <+> pprNameLoc (getName famInst)])
+  where
+    pp_ax = case tyConFamilyCoercion_maybe (fi_tycon famInst) of
+              Just ax -> ppr ax
+              Nothing -> ptext (sLit "<not there!>")
 
 pprFamInstHdr :: FamInst -> SDoc
-pprFamInstHdr (FamInst {fi_fam = fam, fi_tys = tys, fi_tycon = tycon})
-  = pprTyConSort <+> pprHead
+pprFamInstHdr (FamInst {fi_tycon = rep_tc})
+  = pprTyConSort <+> pp_instance <+> pprHead
   where
-    pprHead = parenSymOcc (getOccName fam) (ppr fam) <+> 
-             sep (map pprParendType tys)
-    pprTyConSort | isDataTyCon tycon = ptext SLIT("data instance")
-                | isNewTyCon  tycon = ptext SLIT("newtype instance")
-                | isSynTyCon  tycon = ptext SLIT("type instance")
-                | otherwise         = panic "FamInstEnv.pprFamInstHdr"
+    Just (fam_tc, tys) = tyConFamInst_maybe rep_tc 
+    
+    -- For *associated* types, say "type T Int = blah" 
+    -- For *top level* type instances, say "type instance T Int = blah"
+    pp_instance 
+      | isTyConAssoc fam_tc = empty
+      | otherwise           = ptext (sLit "instance")
+
+    pprHead = pprTypeApp fam_tc tys
+    pprTyConSort | isDataTyCon     rep_tc = ptext (sLit "data")
+                | isNewTyCon      rep_tc = ptext (sLit "newtype")
+                | isSynTyCon      rep_tc = ptext (sLit "type")
+                | isAbstractTyCon rep_tc = ptext (sLit "data")
+                | otherwise              = panic "FamInstEnv.pprFamInstHdr"
 
 pprFamInsts :: [FamInst] -> SDoc
 pprFamInsts finsts = vcat (map pprFamInst finsts)
+
+famInstHead :: FamInst -> ([TyVar], TyCon, [Type])
+famInstHead (FamInst {fi_tycon = tycon})
+  = case tyConFamInst_maybe tycon of
+      Nothing         -> panic "FamInstEnv.famInstHead"
+      Just (fam, tys) -> (tyConTyVars tycon, fam, tys)
+
+-- Make a family instance representation from a tycon.  This is used for local
+-- instances, where we can safely pull on the tycon.
+--
+mkLocalFamInst :: TyCon -> FamInst
+mkLocalFamInst tycon
+  = case tyConFamInst_maybe tycon of
+           Nothing         -> panic "FamInstEnv.mkLocalFamInst"
+          Just (fam, tys) -> 
+            FamInst {
+              fi_fam   = tyConName fam,
+              fi_tcs   = roughMatchTcs tys,
+              fi_tvs   = mkVarSet . tyConTyVars $ tycon,
+              fi_tys   = tys,
+              fi_tycon = tycon
+            }
+
+-- Make a family instance representation from the information found in an
+-- unterface file.  In particular, we get the rough match info from the iface
+-- (instead of computing it here).
+--
+mkImportedFamInst :: Name -> [Maybe Name] -> TyCon -> FamInst
+mkImportedFamInst fam mb_tcs tycon
+  = FamInst {
+      fi_fam   = fam,
+      fi_tcs   = mb_tcs,
+      fi_tvs   = mkVarSet . tyConTyVars $ tycon,
+      fi_tys   = case tyConFamInst_maybe tycon of
+                  Nothing       -> panic "FamInstEnv.mkImportedFamInst"
+                  Just (_, tys) -> tys,
+      fi_tycon = tycon
+    }
 \end{code}
 
 
@@ -99,36 +159,380 @@ pprFamInsts finsts = vcat (map pprFamInst finsts)
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-InstEnv maps a family name to the list of known instances for that family.
+Note [FamInstEnv]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+A FamInstEnv maps a family name to the list of known instances for that family.
+
+The same FamInstEnv includes both 'data family' and 'type family' instances.
+Type families are reduced during type inference, but not data families;
+the user explains when to use a data family instance by using contructors
+and pattern matching.
+
+Neverthless it is still useful to have data families in the FamInstEnv:
+
+ - For finding overlaps and conflicts
+
+ - For finding the representation type...see FamInstEnv.topNormaliseType
+   and its call site in Simplify
+
+ - In standalone deriving instance Eq (T [Int]) we need to find the 
+   representation type for T [Int]
 
 \begin{code}
-type FamInstEnv = UniqFM [FamInst]     -- Maps a family to its instances
+type FamInstEnv = UniqFM FamilyInstEnv -- Maps a family to its instances
+     -- See Note [FamInstEnv]
+
+type FamInstEnvs = (FamInstEnv, FamInstEnv)
+     -- External package inst-env, Home-package inst-env
+
+data FamilyInstEnv
+  = FamIE [FamInst]    -- The instances for a particular family, in any order
+         Bool          -- True <=> there is an instance of form T a b c
+                       --      If *not* then the common case of looking up
+                       --      (T a b c) can fail immediately
+
+instance Outputable FamilyInstEnv where
+  ppr (FamIE fs b) = ptext (sLit "FamIE") <+> ppr b <+> vcat (map ppr fs)
 
 -- INVARIANTS:
 --  * The fs_tvs are distinct in each FamInst
 --     of a range value of the map (so we can safely unify them)
 
+emptyFamInstEnvs :: (FamInstEnv, FamInstEnv)
+emptyFamInstEnvs = (emptyFamInstEnv, emptyFamInstEnv)
+
 emptyFamInstEnv :: FamInstEnv
 emptyFamInstEnv = emptyUFM
 
 famInstEnvElts :: FamInstEnv -> [FamInst]
-famInstEnvElts = concat . eltsUFM
+famInstEnvElts fi = [elt | FamIE elts _ <- eltsUFM fi, elt <- elts]
 
 familyInstances :: (FamInstEnv, FamInstEnv) -> TyCon -> [FamInst]
 familyInstances (pkg_fie, home_fie) fam
   = get home_fie ++ get pkg_fie
   where
     get env = case lookupUFM env fam of
-               Just insts -> insts
-               Nothing    -> []
+               Just (FamIE insts _) -> insts
+               Nothing              -> []
 
 extendFamInstEnvList :: FamInstEnv -> [FamInst] -> FamInstEnv
 extendFamInstEnvList inst_env fis = foldl extendFamInstEnv inst_env fis
 
 extendFamInstEnv :: FamInstEnv -> FamInst -> FamInstEnv
-extendFamInstEnv inst_env ins_item@(FamInst {fi_fam = cls_nm})
-  = addToUFM_C add inst_env cls_nm [ins_item]
+extendFamInstEnv inst_env ins_item@(FamInst {fi_fam = cls_nm, fi_tcs = mb_tcs})
+  = addToUFM_C add inst_env cls_nm (FamIE [ins_item] ins_tyvar)
+  where
+    add (FamIE items tyvar) _ = FamIE (ins_item:items)
+                                     (ins_tyvar || tyvar)
+    ins_tyvar = not (any isJust mb_tcs)
+\end{code}
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+               Looking up a family instance
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+@lookupFamInstEnv@ looks up in a @FamInstEnv@, using a one-way match.
+Multiple matches are only possible in case of type families (not data
+families), and then, it doesn't matter which match we choose (as the
+instances are guaranteed confluent).
+
+We return the matching family instances and the type instance at which it
+matches.  For example, if we lookup 'T [Int]' and have a family instance
+
+  data instance T [a] = ..
+
+desugared to
+
+  data :R42T a = ..
+  coe :Co:R42T a :: T [a] ~ :R42T a
+
+we return the matching instance '(FamInst{.., fi_tycon = :R42T}, Int)'.
+
+\begin{code}
+type FamInstMatch = (FamInst, [Type])           -- Matching type instance
+  -- See Note [Over-saturated matches]
+
+lookupFamInstEnv
+    :: FamInstEnvs
+    -> TyCon -> [Type]         -- What we are looking for
+    -> [FamInstMatch]          -- Successful matches
+-- Precondition: the tycon is saturated (or over-saturated)
+
+lookupFamInstEnv
+   = lookup_fam_inst_env match True
+   where
+     match _ tpl_tvs tpl_tys tys = tcMatchTys tpl_tvs tpl_tys tys
+
+lookupFamInstEnvConflicts
+    :: FamInstEnvs
+    -> FamInst         -- Putative new instance
+    -> [TyVar]         -- Unique tyvars, matching arity of FamInst
+    -> [FamInstMatch]  -- Conflicting matches
+-- E.g. when we are about to add
+--    f : type instance F [a] = a->a
+-- we do (lookupFamInstConflicts f [b])
+-- to find conflicting matches
+-- The skolem tyvars are needed because we don't have a 
+-- unique supply to hand
+--
+-- Precondition: the tycon is saturated (or over-saturated)
+
+lookupFamInstEnvConflicts envs fam_inst skol_tvs
+  = lookup_fam_inst_env my_unify False envs fam tys'
+  where
+    inst_tycon = famInstTyCon fam_inst
+    (fam, tys) = expectJust "FamInstEnv.lookuFamInstEnvConflicts"
+                           (tyConFamInst_maybe inst_tycon)
+    skol_tys = mkTyVarTys skol_tvs
+    tys'     = substTys (zipTopTvSubst (tyConTyVars inst_tycon) skol_tys) tys
+        -- In example above,   fam tys' = F [b]   
+
+    my_unify old_fam_inst tpl_tvs tpl_tys match_tys
+       = ASSERT2( tyVarsOfTypes tys `disjointVarSet` tpl_tvs,
+                 (ppr fam <+> ppr tys) $$
+                 (ppr tpl_tvs <+> ppr tpl_tys) )
+               -- Unification will break badly if the variables overlap
+               -- They shouldn't because we allocate separate uniques for them
+         case tcUnifyTys instanceBindFun tpl_tys match_tys of
+             Just subst | conflicting old_fam_inst subst -> Just subst
+             _other                                      -> Nothing
+
+      -- - In the case of data family instances, any overlap is fundamentally a
+      --   conflict (as these instances imply injective type mappings).
+      -- - In the case of type family instances, overlap is admitted as long as
+      --   the right-hand sides of the overlapping rules coincide under the
+      --   overlap substitution.  We require that they are syntactically equal;
+      --   anything else would be difficult to test for at this stage.
+    conflicting old_fam_inst subst 
+      | isAlgTyCon fam = True
+      | otherwise      = not (old_rhs `eqType` new_rhs)
+      where
+        old_tycon = famInstTyCon old_fam_inst
+        old_tvs   = tyConTyVars old_tycon
+        old_rhs   = mkTyConApp old_tycon  (substTyVars subst old_tvs)
+        new_rhs   = mkTyConApp inst_tycon (substTyVars subst skol_tvs)
+\end{code}
+
+While @lookupFamInstEnv@ uses a one-way match, the next function
+@lookupFamInstEnvConflicts@ uses two-way matching (ie, unification).  This is
+needed to check for overlapping instances.
+
+For class instances, these two variants of lookup are combined into one
+function (cf, @InstEnv@).  We don't do that for family instances as the
+results of matching and unification are used in two different contexts.
+Moreover, matching is the wildly more frequently used operation in the case of
+indexed synonyms and we don't want to slow that down by needless unification.
+
+\begin{code}
+------------------------------------------------------------
+-- Might be a one-way match or a unifier
+type MatchFun =  FamInst               -- The FamInst template
+             -> TyVarSet -> [Type]     --   fi_tvs, fi_tys of that FamInst
+             -> [Type]                 -- Target to match against
+             -> Maybe TvSubst
+
+type OneSidedMatch = Bool     -- Are optimisations that are only valid for
+                              -- one sided matches allowed?
+
+lookup_fam_inst_env          -- The worker, local to this module
+    :: MatchFun
+    -> OneSidedMatch
+    -> FamInstEnvs
+    -> TyCon -> [Type]         -- What we are looking for
+    -> [FamInstMatch]          -- Successful matches
+
+-- Precondition: the tycon is saturated (or over-saturated)
+
+lookup_fam_inst_env match_fun one_sided (pkg_ie, home_ie) fam tys
+  | not (isFamilyTyCon fam) 
+  = []
+  | otherwise
+  = ASSERT2( n_tys >= arity, ppr fam <+> ppr tys )     -- Family type applications must be saturated
+    home_matches ++ pkg_matches
+  where
+    home_matches = lookup home_ie 
+    pkg_matches  = lookup pkg_ie  
+
+    -- See Note [Over-saturated matches]
+    arity = tyConArity fam
+    n_tys = length tys
+    extra_tys = drop arity tys
+    (match_tys, add_extra_tys) 
+       | arity > n_tys = (take arity tys, \res_tys -> res_tys ++ extra_tys)
+       | otherwise     = (tys,            \res_tys -> res_tys)
+                -- The second case is the common one, hence functional representation
+
+    --------------
+    rough_tcs = roughMatchTcs match_tys
+    all_tvs   = all isNothing rough_tcs && one_sided
+
+    --------------
+    lookup env = case lookupUFM env fam of
+                  Nothing -> []        -- No instances for this class
+                  Just (FamIE insts has_tv_insts)
+                      -- Short cut for common case:
+                      --   The thing we are looking up is of form (C a
+                      --   b c), and the FamIE has no instances of
+                      --   that form, so don't bother to search 
+                    | all_tvs && not has_tv_insts -> []
+                    | otherwise                   -> find insts
+
+    --------------
+    find [] = []
+    find (item@(FamInst { fi_tcs = mb_tcs, fi_tvs = tpl_tvs, 
+                         fi_tys = tpl_tys, fi_tycon = tycon }) : rest)
+       -- Fast check for no match, uses the "rough match" fields
+      | instanceCantMatch rough_tcs mb_tcs
+      = find rest
+
+        -- Proper check
+      | Just subst <- match_fun item tpl_tvs tpl_tys match_tys
+      = (item, add_extra_tys $ substTyVars subst (tyConTyVars tycon)) : find rest
+
+        -- No match => try next
+      | otherwise
+      = find rest
+\end{code}
+
+Note [Over-saturated matches]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+It's ok to look up an over-saturated type constructor.  E.g.
+     type family F a :: * -> *
+     type instance F (a,b) = Either (a->b)
+
+The type instance gives rise to a newtype TyCon (at a higher kind
+which you can't do in Haskell!):
+     newtype FPair a b = FP (Either (a->b))
+
+Then looking up (F (Int,Bool) Char) will return a FamInstMatch 
+     (FPair, [Int,Bool,Char])
+
+The "extra" type argument [Char] just stays on the end.
+
+
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+               Looking up a family instance
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+\begin{code}
+topNormaliseType :: FamInstEnvs
+                -> Type
+                -> Maybe (Coercion, Type)
+
+-- Get rid of *outermost* (or toplevel) 
+--     * type functions 
+--     * newtypes
+-- using appropriate coercions.
+-- By "outer" we mean that toplevelNormaliseType guarantees to return
+-- a type that does not have a reducible redex (F ty1 .. tyn) as its
+-- outermost form.  It *can* return something like (Maybe (F ty)), where
+-- (F ty) is a redex.
+
+-- Its a bit like Type.repType, but handles type families too
+
+topNormaliseType env ty
+  = go [] ty
   where
-    add items _ = ins_item:items
-\end{code}                   
+    go :: [TyCon] -> Type -> Maybe (Coercion, Type)
+    go rec_nts ty | Just ty' <- coreView ty    -- Expand synonyms
+       = go rec_nts ty'        
 
+    go rec_nts (TyConApp tc tys)
+        | isNewTyCon tc                -- Expand newtypes
+       = if tc `elem` rec_nts  -- See Note [Expanding newtypes] in Type.lhs
+         then Nothing
+          else let nt_co = mkAxInstCo (newTyConCo tc) tys
+               in add_co nt_co rec_nts' nt_rhs
+
+       | isFamilyTyCon tc              -- Expand open tycons
+       , (co, ty) <- normaliseTcApp env tc tys
+               -- Note that normaliseType fully normalises, 
+               -- but it has do to so to be sure that 
+        , not (isReflCo co)
+        = add_co co rec_nts ty
+        where
+          nt_rhs = newTyConInstRhs tc tys
+          rec_nts' | isRecursiveTyCon tc = tc:rec_nts
+                   | otherwise           = rec_nts
+
+    go _ _ = Nothing
+
+    add_co co rec_nts ty 
+       = case go rec_nts ty of
+               Nothing         -> Just (co, ty)
+               Just (co', ty') -> Just (mkTransCo co co', ty')
+        
+
+---------------
+normaliseTcApp :: FamInstEnvs -> TyCon -> [Type] -> (Coercion, Type)
+normaliseTcApp env tc tys
+  | isFamilyTyCon tc
+  , tyConArity tc <= length tys           -- Unsaturated data families are possible
+  , [(fam_inst, inst_tys)] <- lookupFamInstEnv env tc ntys 
+  = let    -- A matching family instance exists
+       rep_tc          = famInstTyCon fam_inst
+       co_tycon        = expectJust "lookupFamInst" (tyConFamilyCoercion_maybe rep_tc)
+       co              = mkAxInstCo co_tycon inst_tys
+       first_coi       = mkTransCo tycon_coi co
+       (rest_coi,nty)  = normaliseType env (mkTyConApp rep_tc inst_tys)
+       fix_coi         = mkTransCo first_coi rest_coi
+    in 
+    (fix_coi, nty)
+
+  | otherwise   -- No unique matching family instance exists;
+               -- we do not do anything
+  = (tycon_coi, TyConApp tc ntys)
+
+  where
+       -- Normalise the arg types so that they'll match 
+       -- when we lookup in in the instance envt
+    (cois, ntys) = mapAndUnzip (normaliseType env) tys
+    tycon_coi    = mkTyConAppCo tc cois
+
+---------------
+normaliseType :: FamInstEnvs           -- environment with family instances
+             -> Type                   -- old type
+             -> (Coercion, Type)       -- (coercion,new type), where
+                                       -- co :: old-type ~ new_type
+-- Normalise the input type, by eliminating *all* type-function redexes
+-- Returns with Refl if nothing happens
+
+normaliseType env ty 
+  | Just ty' <- coreView ty = normaliseType env ty' 
+normaliseType env (TyConApp tc tys)
+  = normaliseTcApp env tc tys
+normaliseType env (AppTy ty1 ty2)
+  = let (coi1,nty1) = normaliseType env ty1
+        (coi2,nty2) = normaliseType env ty2
+    in  (mkAppCo coi1 coi2, mkAppTy nty1 nty2)
+normaliseType env (FunTy ty1 ty2)
+  = let (coi1,nty1) = normaliseType env ty1
+        (coi2,nty2) = normaliseType env ty2
+    in  (mkFunCo coi1 coi2, mkFunTy nty1 nty2)
+normaliseType env (ForAllTy tyvar ty1)
+  = let (coi,nty1) = normaliseType env ty1
+    in  (mkForAllCo tyvar coi, ForAllTy tyvar nty1)
+normaliseType _   ty@(TyVarTy _)
+  = (Refl ty,ty)
+normaliseType env (PredTy predty)
+  = normalisePred env predty
+
+---------------
+normalisePred :: FamInstEnvs -> PredType -> (Coercion,Type)
+normalisePred env (ClassP cls tys)
+  = let (cos,tys') = mapAndUnzip (normaliseType env) tys
+    in  (mkPredCo $ ClassP cls cos, PredTy $ ClassP cls tys')
+normalisePred env (IParam ipn ty)
+  = let (co,ty') = normaliseType env ty
+    in  (mkPredCo $ (IParam ipn co), PredTy $ IParam ipn ty')
+normalisePred env (EqPred ty1 ty2)
+  = let (co1,ty1') = normaliseType env ty1
+        (co2,ty2') = normaliseType env ty2
+    in  (mkPredCo $ (EqPred co1 co2), PredTy $ EqPred ty1' ty2')
+\end{code}