[project @ 2003-12-30 16:29:17 by simonpj]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / types / TypeRep.lhs
index 17ae62f..5b527a0 100644 (file)
@@ -5,45 +5,44 @@
 
 \begin{code}
 module TypeRep (
+       TyThing(..), 
        Type(..), TyNote(..),           -- Representation visible 
-       SourceType(..),                 -- to friends
+       PredType(..),                   -- to friends
        
-       Kind, PredType, ThetaType,              -- Synonyms
+       Kind, ThetaType,                -- Synonyms
        TyVarSubst,
 
-       superKind, superBoxity,                         -- KX and BX respectively
-       liftedBoxity, unliftedBoxity,                   -- :: BX
-       openKindCon,                                    -- :: KX
-       typeCon,                                        -- :: BX -> KX
-       liftedTypeKind, unliftedTypeKind, openTypeKind, -- :: KX
-       mkArrowKind, mkArrowKinds,                      -- :: KX -> KX -> KX
+       funTyCon,
 
-        usageKindCon,                                  -- :: KX
-        usageTypeKind,                                 -- :: KX
-        usOnceTyCon, usManyTyCon,                      -- :: $
-        usOnce, usMany,                                        -- :: $
+       -- Pretty-printing
+       pprType, pprParendType,
+       pprPred, pprTheta, pprThetaArrow, pprClassPred,
 
-       funTyCon
+       -- Re-export fromKind
+       liftedTypeKind, unliftedTypeKind, openTypeKind,
+       isLiftedTypeKind, isUnliftedTypeKind, isOpenTypeKind, 
+       mkArrowKind, mkArrowKinds,
+       pprKind, pprParendKind
     ) where
 
 #include "HsVersions.h"
 
+import {-# SOURCE #-} DataCon( DataCon, dataConName )
+
 -- friends:
-import Var       ( TyVar )
+import Kind
+import Var       ( Id, TyVar, tyVarKind )
 import VarEnv     ( TyVarEnv )
 import VarSet     ( TyVarSet )
-import Name      ( Name )
-import BasicTypes ( IPName )
-import TyCon     ( TyCon, KindCon, mkFunTyCon, mkKindCon, mkSuperKindCon )
+import Name      ( Name, NamedThing(..), mkWiredInName )
+import OccName   ( mkOccFS, tcName )
+import BasicTypes ( IPName, tupleParens )
+import TyCon     ( TyCon, mkFunTyCon, tyConArity, tupleTyConBoxity, isTupleTyCon )
 import Class     ( Class )
-import Binary
 
 -- others
-import PrelNames       ( superKindName, superBoxityName, liftedConName, 
-                         unliftedConName, typeConName, openKindConName, 
-                         usageKindConName, usOnceTyConName, usManyTyConName,
-                         funTyConName
-                       )
+import PrelNames       ( gHC_PRIM, funTyConKey, listTyConKey, parrTyConKey, hasKey )
+import Outputable
 \end{code}
 
 %************************************************************************
@@ -115,16 +114,28 @@ Here the 'implicit expansion' we get from treating P and Q as transparent
 would give rise to infinite types, which in turn makes eqType diverge.
 Similarly splitForAllTys and splitFunTys can get into a loop.  
 
-Solution: for recursive newtypes use a coerce, and treat the newtype
-and its representation as distinct right through the compiler.  That's
-what you get if you use recursive newtypes.  (They are rare, so who
-cares if they are a tiny bit less efficient.)
+Solution: 
+
+* Newtypes are always represented using NewTcApp, never as TyConApp.
+
+* For non-recursive newtypes, P, treat P just like a type synonym after 
+  type-checking is done; i.e. it's opaque during type checking (functions
+  from TcType) but transparent afterwards (functions from Type).  
+  "Treat P as a type synonym" means "all functions expand NewTcApps 
+  on the fly".
+
+  Applications of the data constructor P simply vanish:
+       P x = x
+  
 
-So: non-recursive newtypes are represented using a SourceTy (see below)
-    recursive newtypes are represented using a TyConApp
+* For recursive newtypes Q, treat the Q and its representation as 
+  distinct right through the compiler.  Applications of the data consructor
+  use a coerce:
+       Q = \(x::Q->Q). coerce Q x
+  They are rare, so who cares if they are a tiny bit less efficient.
 
-The TyCon still says "I'm a newtype", but we do not represent the
-newtype application as a SourceType; instead as a TyConApp.
+The typechecker (TcTyDecls) identifies enough type construtors as 'recursive'
+to cut all loops.  The other members of the loop may be marked 'non-recursive'.
 
 
 %************************************************************************
@@ -135,13 +146,10 @@ newtype application as a SourceType; instead as a TyConApp.
 
 
 \begin{code}
-type SuperKind = Type
-type Kind      = Type
-
 type TyVarSubst = TyVarEnv Type
 
 data Type
-  = TyVarTy TyVar
+  = TyVarTy TyVar      
 
   | AppTy
        Type            -- Function is *not* a TyConApp
@@ -152,6 +160,19 @@ data Type
                        --      synonyms have their own constructors, below.
        [Type]          -- Might not be saturated.
 
+  | NewTcApp           -- Application of a NewType TyCon.   All newtype applications
+       TyCon           -- show up like this until they are fed through newTypeRep,
+                       -- which returns 
+                       --      * an ordinary TyConApp for non-saturated, 
+                       --       or recursive newtypes
+                       --
+                       --      * the representation type of the newtype for satuarted, 
+                       --        non-recursive ones
+                       -- [But the result of a call to newTypeRep is always consumed
+                       --  immediately; it never lives on in another type.  So in any
+                       --  type, newtypes are always represented with NewTcApp.]
+       [Type]          -- Might not be saturated.
+
   | FunTy              -- Special case of TyConApp: TyConApp FunTyCon [t1,t2]
        Type
        Type
@@ -160,8 +181,8 @@ data Type
        TyVar
        Type    
 
-  | SourceTy           -- A high level source type 
-       SourceType      -- ...can be expanded to a representation type...
+  | PredTy             -- A high level source type 
+       PredType        -- ...can be expanded to a representation type...
 
   | NoteTy             -- A type with a note attached
        TyNote
@@ -173,24 +194,20 @@ data TyNote
   | SynNote Type       -- Used for type synonyms
                        -- The Type is always a TyConApp, and is the un-expanded form.
                        -- The type to which the note is attached is the expanded form.
-
 \end{code}
 
 -------------------------------------
                Source types
 
 A type of the form
-       SourceTy sty
-represents a value whose type is the Haskell source type sty.
+       PredTy p
+represents a value whose type is the Haskell predicate p, 
+where a predicate is what occurs before the '=>' in a Haskell type.
 It can be expanded into its representation, but: 
 
        * The type checker must treat it as opaque
        * The rest of the compiler treats it as transparent
 
-There are two main uses
-       a) Haskell predicates
-       b) newtypes
-
 Consider these examples:
        f :: (Eq a) => a -> Int
        g :: (?x :: Int -> Int) => a -> Int
@@ -200,13 +217,10 @@ Here the "Eq a" and "?x :: Int -> Int" and "r\l" are all called *predicates*
 Predicates are represented inside GHC by PredType:
 
 \begin{code}
-data SourceType 
+data PredType 
   = ClassP Class [Type]                -- Class predicate
   | IParam (IPName Name) Type  -- Implicit parameter
-  | NType TyCon [Type]         -- A *saturated*, *non-recursive* newtype application
-                               -- [See notes at top about newtypes]
 
-type PredType  = SourceType    -- A subtype for predicates
 type ThetaType = [PredType]
 \end{code}
 
@@ -225,129 +239,33 @@ represented by evidence (a dictionary, for example, of type (predRepTy p).
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{Kinds}
+                       TyThing
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-Kinds
-~~~~~
-kind :: KX = kind -> kind
-
-           | Type liftedness   -- (Type *) is printed as just *
-                               -- (Type #) is printed as just #
-
-           | UsageKind         -- Printed '$'; used for usage annotations
-
-           | OpenKind          -- Can be lifted or unlifted
-                               -- Printed '?'
-
-           | kv                        -- A kind variable; *only* happens during kind checking
-
-boxity :: BX = *       -- Lifted
-            | #        -- Unlifted
-            | bv       -- A boxity variable; *only* happens during kind checking
-
-There's a little subtyping at the kind level:  
-       forall b. Type b <: OpenKind
-
-That is, a type of kind (Type b) is OK in a context requiring an OpenKind
-
-OpenKind, written '?', is used as the kind for certain type variables,
-in two situations:
-
-1.  The universally quantified type variable(s) for special built-in 
-    things like error :: forall (a::?). String -> a. 
-    Here, the 'a' can be instantiated to a lifted or unlifted type.  
-
-2.  Kind '?' is also used when the typechecker needs to create a fresh
-    type variable, one that may very well later be unified with a type.
-    For example, suppose f::a, and we see an application (f x).  Then a
-    must be a function type, so we unify a with (b->c).  But what kind
-    are b and c?  They can be lifted or unlifted types, or indeed type schemes,
-    so we give them kind '?'.
-
-    When the type checker generalises over a bunch of type variables, it
-    makes any that still have kind '?' into kind '*'.  So kind '?' is never
-    present in an inferred type.
-
-
-------------------------------------------
-Define  KX, the type of a kind
-       BX, the type of a boxity
+Despite the fact that DataCon has to be imported via a hi-boot route, 
+this module seems the right place for TyThing, because it's needed for
+funTyCon and all the types in TysPrim.
 
 \begin{code}
-superKind :: SuperKind                 -- KX, the type of all kinds
-superKind = TyConApp (mkSuperKindCon superKindName) []
-
-superBoxity :: SuperKind               -- BX, the type of all boxities
-superBoxity = TyConApp (mkSuperKindCon superBoxityName) []
+data TyThing = AnId     Id
+            | ADataCon DataCon
+            | ATyCon   TyCon
+            | AClass   Class
+
+instance Outputable TyThing where
+  ppr (AnId   id)   = ptext SLIT("AnId")     <+> ppr id
+  ppr (ATyCon tc)   = ptext SLIT("ATyCon")   <+> ppr tc
+  ppr (AClass cl)   = ptext SLIT("AClass")   <+> ppr cl
+  ppr (ADataCon dc) = ptext SLIT("ADataCon") <+> ppr (dataConName dc)
+
+instance NamedThing TyThing where      -- Can't put this with the type
+  getName (AnId id)     = getName id   -- decl, because the DataCon instance
+  getName (ATyCon tc)   = getName tc   -- isn't visible there
+  getName (AClass cl)   = getName cl
+  getName (ADataCon dc) = dataConName dc
 \end{code}
 
-------------------------------------------
-Define boxities: @*@ and @#@
-
-\begin{code}
-liftedBoxity, unliftedBoxity :: Kind           -- :: BX
-liftedBoxity   = TyConApp liftedBoxityCon   []
-unliftedBoxity = TyConApp unliftedBoxityCon []
-
-liftedBoxityCon   = mkKindCon liftedConName superBoxity
-unliftedBoxityCon = mkKindCon unliftedConName superBoxity
-\end{code}
-
-------------------------------------------
-Define kinds: Type, Type *, Type #, OpenKind, and UsageKind
-
-\begin{code}
-typeCon :: KindCon     -- :: BX -> KX
-typeCon     = mkKindCon typeConName (superBoxity `FunTy` superKind)
-
-liftedTypeKind, unliftedTypeKind, openTypeKind :: Kind -- Of superkind superKind
-
-liftedTypeKind   = TyConApp typeCon [liftedBoxity]
-unliftedTypeKind = TyConApp typeCon [unliftedBoxity]
-
-openKindCon     = mkKindCon openKindConName superKind
-openTypeKind    = TyConApp openKindCon []
-
-usageKindCon     = mkKindCon usageKindConName superKind
-usageTypeKind    = TyConApp usageKindCon []
-\end{code}
-
-------------------------------------------
-Define arrow kinds
-
-\begin{code}
-mkArrowKind :: Kind -> Kind -> Kind
-mkArrowKind k1 k2 = k1 `FunTy` k2
-
-mkArrowKinds :: [Kind] -> Kind -> Kind
-mkArrowKinds arg_kinds result_kind = foldr mkArrowKind result_kind arg_kinds
-\end{code}
-
------------------------------------------------------------------------------
-Binary kinds for interface files
-
-\begin{code}
-instance Binary Kind where
-  put_ bh k@(TyConApp tc [])
-       | tc == openKindCon  = putByte bh 0
-       | tc == usageKindCon = putByte bh 1
-  put_ bh k@(TyConApp tc [TyConApp bc _])
-       | tc == typeCon && bc == liftedBoxityCon   = putByte bh 2
-       | tc == typeCon && bc == unliftedBoxityCon = putByte bh 3
-  put_ bh (FunTy f a) = do putByte bh 4;       put_ bh f; put_ bh a
-  put_ bh _ = error "Binary.put(Kind): strange-looking Kind"
-
-  get bh = do 
-       b <- getByte bh
-       case b of 
-         0 -> return openTypeKind
-         1 -> return usageTypeKind
-         2 -> return liftedTypeKind
-         3 -> return unliftedTypeKind
-         _ -> do f <- get bh; a <- get bh; return (FunTy f a)
-\end{code}
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
@@ -358,20 +276,136 @@ instance Binary Kind where
 We define a few wired-in type constructors here to avoid module knots
 
 \begin{code}
-funTyCon = mkFunTyCon funTyConName (mkArrowKinds [liftedTypeKind, liftedTypeKind] liftedTypeKind)
+funTyCon = mkFunTyCon funTyConName (mkArrowKinds [argTypeKind, openTypeKind] liftedTypeKind)
+       -- You might think that (->) should have type (?? -> ? -> *), and you'd be right
+       -- But if we do that we get kind errors when saying
+       --      instance Control.Arrow (->)
+       -- becuase the expected kind is (*->*->*).  The trouble is that the
+       -- expected/actual stuff in the unifier does not go contra-variant, whereas
+       -- the kind sub-typing does.  Sigh.  It really only matters if you use (->) in
+       -- a prefix way, thus:  (->) Int# Int#.  And this is unusual.
+
+funTyConName = mkWiredInName gHC_PRIM
+                       (mkOccFS tcName FSLIT("(->)"))
+                       funTyConKey
+                       Nothing                 -- No parent object
+                       (ATyCon funTyCon)       -- Relevant TyCon
 \end{code}
 
-------------------------------------------
-Usage tycons @.@ and @!@
 
-The usage tycons are of kind usageTypeKind (`$').  The types contain
-no values, and are used purely for usage annotation.  
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{The external interface}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-\begin{code}
-usOnceTyCon     = mkKindCon usOnceTyConName usageTypeKind
-usOnce          = TyConApp usOnceTyCon []
+@pprType@ is the standard @Type@ printer; the overloaded @ppr@ function is
+defined to use this.  @pprParendType@ is the same, except it puts
+parens around the type, except for the atomic cases.  @pprParendType@
+works just by setting the initial context precedence very high.
 
-usManyTyCon     = mkKindCon usManyTyConName usageTypeKind
-usMany          = TyConApp usManyTyCon []
+\begin{code}
+data Prec = TopPrec    -- No parens
+         | FunPrec     -- Function args; no parens for tycon apps
+         | TyConPrec   -- Tycon args; no parens for atomic
+         deriving( Eq, Ord )
+
+maybeParen :: Prec -> Prec -> SDoc -> SDoc
+maybeParen ctxt_prec inner_prec pretty
+  | ctxt_prec < inner_prec = pretty
+  | otherwise             = parens pretty
+
+------------------
+pprType, pprParendType :: Type -> SDoc
+pprType       ty = ppr_type TopPrec   ty
+pprParendType ty = ppr_type TyConPrec ty
+
+------------------
+pprPred :: PredType -> SDoc
+pprPred (ClassP cls tys) = pprClassPred cls tys
+pprPred (IParam ip ty)   = ppr ip <> dcolon <> pprType ty
+
+pprClassPred :: Class -> [Type] -> SDoc
+pprClassPred clas tys = ppr clas <+> sep (map pprParendType tys)
+
+pprTheta :: ThetaType -> SDoc
+pprTheta theta = parens (sep (punctuate comma (map pprPred theta)))
+
+pprThetaArrow :: ThetaType -> SDoc
+pprThetaArrow theta 
+  | null theta = empty
+  | otherwise  = parens (sep (punctuate comma (map pprPred theta))) <+> ptext SLIT("=>")
+
+------------------
+instance Outputable Type where
+    ppr ty = pprType ty
+
+instance Outputable PredType where
+    ppr = pprPred
+
+instance Outputable name => OutputableBndr (IPName name) where
+    pprBndr _ n = ppr n        -- Simple for now
+
+------------------
+       -- OK, here's the main printer
+
+ppr_type :: Prec -> Type -> SDoc
+ppr_type p (TyVarTy tv)              = ppr tv
+ppr_type p (PredTy pred)             = braces (ppr pred)
+ppr_type p (NoteTy (SynNote ty1) ty2) = ppr_type p ty1
+ppr_type p (NoteTy other         ty2) = ppr_type p ty2
+
+ppr_type p (TyConApp tc tys) = ppr_tc_app p tc tys
+ppr_type p (NewTcApp tc tys) = ifPprDebug (ptext SLIT("<nt>")) <> 
+                              ppr_tc_app p tc tys
+
+ppr_type p (AppTy t1 t2) = maybeParen p TyConPrec $
+                          pprType t1 <+> ppr_type TyConPrec t2
+
+ppr_type p (FunTy ty1 ty2)
+  = -- We don't want to lose synonyms, so we mustn't use splitFunTys here.
+    maybeParen p FunPrec $
+    sep (ppr_type FunPrec ty1 : ppr_fun_tail ty2)
+  where
+    ppr_fun_tail (FunTy ty1 ty2) = (arrow <+> ppr_type FunPrec ty1) : ppr_fun_tail ty2
+    ppr_fun_tail other_ty        = [arrow <+> pprType other_ty]
+
+ppr_type p ty@(ForAllTy _ _)  
+  = maybeParen p FunPrec $
+    sep [pprForAll tvs, pprThetaArrow ctxt, pprType tau]
+  where
+    (tvs,  rho) = split1 [] ty
+    (ctxt, tau) = split2 [] rho
+
+    split1 tvs (ForAllTy tv ty)        = split1 (tv:tvs) ty
+    split1 tvs (NoteTy (FTVNote _) ty) = split1 tvs ty
+    split1 tvs ty                     = (reverse tvs, ty)
+    split2 ps (NoteTy (FTVNote _) arg  -- Rather a disgusting case
+              `FunTy` res)           = split2 ps (arg `FunTy` res)
+    split2 ps (PredTy p `FunTy` ty)   = split2 (p:ps) ty
+    split2 ps (NoteTy (FTVNote _) ty) = split2 ps ty
+    split2 ps ty                     = (reverse ps, ty)
+
+ppr_tc_app :: Prec -> TyCon -> [Type] -> SDoc
+ppr_tc_app p tc [] 
+  = ppr tc
+ppr_tc_app p tc [ty] 
+  | tc `hasKey` listTyConKey = brackets (pprType ty)
+  | tc `hasKey` parrTyConKey = ptext SLIT("[:") <> pprType ty <> ptext SLIT(":]")
+ppr_tc_app p tc tys
+  | isTupleTyCon tc && tyConArity tc == length tys
+  = tupleParens (tupleTyConBoxity tc) (sep (punctuate comma (map pprType tys)))
+  | otherwise
+  = maybeParen p TyConPrec $
+    ppr tc <+> sep (map (ppr_type TyConPrec) tys)
+
+-------------------
+pprForAll tvs = ptext SLIT("forall") <+> sep (map pprTvBndr tvs) <> dot
+
+pprTvBndr tv | isLiftedTypeKind kind = ppr tv
+            | otherwise             = parens (ppr tv <+> dcolon <+> pprKind kind)
+            where
+              kind = tyVarKind tv
 \end{code}