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[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / types / TypeRep.lhs
index d48bcac..7bb863a 100644 (file)
@@ -5,43 +5,42 @@
 
 \begin{code}
 module TypeRep (
-       Type(..), TyNote(..), PredType(..),             -- Representation visible to friends
+       TyThing(..), 
+       Type(..), TyNote(..),           -- Representation visible 
+       PredType(..),                   -- to friends
        
-       Kind, ThetaType, RhoType, TauType, SigmaType,           -- 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
-
-        usageKindCon,                                  -- :: KX
-        usageTypeKind,                                 -- :: KX
-        usOnceTyCon, usManyTyCon,                      -- :: $
-        usOnce, usMany,                                        -- :: $
-
-       funTyCon
+       Kind, ThetaType,                -- Synonyms
+
+       funTyCon,
+
+       -- Pretty-printing
+       pprType, pprParendType, pprTyThingCategory,
+       pprPred, pprTheta, pprThetaArrow, pprClassPred,
+
+       -- Re-export fromKind
+       liftedTypeKind, unliftedTypeKind, openTypeKind,
+       isLiftedTypeKind, isUnliftedTypeKind, isOpenTypeKind, 
+       mkArrowKind, mkArrowKinds,
+       pprKind, pprParendKind
     ) where
 
 #include "HsVersions.h"
 
--- friends:
-import Var     ( TyVar )
-import VarEnv
-import VarSet
+import {-# SOURCE #-} DataCon( DataCon, dataConName )
 
-import Name    ( Name )
-import TyCon   ( TyCon, KindCon, mkFunTyCon, mkKindCon, mkSuperKindCon )
-import Class   ( Class )
+-- friends:
+import Kind
+import Var       ( Var, Id, TyVar, tyVarKind )
+import VarSet     ( TyVarSet )
+import Name      ( Name, NamedThing(..), BuiltInSyntax(..), mkWiredInName )
+import OccName   ( mkOccNameFS, tcName, parenSymOcc )
+import BasicTypes ( IPName, tupleParens )
+import TyCon     ( TyCon, mkFunTyCon, tyConArity, tupleTyConBoxity, isTupleTyCon, isRecursiveTyCon, isNewTyCon )
+import Class     ( Class )
 
 -- 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}
 
 %************************************************************************
@@ -92,6 +91,51 @@ ByteArray#   Yes             Yes             No              No
 (  a, b  )     No              Yes             Yes             Yes
 [a]            No              Yes             Yes             Yes
 
+
+
+       ----------------------
+       A note about newtypes
+       ----------------------
+
+Consider
+       newtype N = MkN Int
+
+Then we want N to be represented as an Int, and that's what we arrange.
+The front end of the compiler [TcType.lhs] treats N as opaque, 
+the back end treats it as transparent [Type.lhs].
+
+There's a bit of a problem with recursive newtypes
+       newtype P = MkP P
+       newtype Q = MkQ (Q->Q)
+
+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: 
+
+* Newtypes are always represented using 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
+  
+
+* 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 typechecker (TcTyDecls) identifies enough type construtors as 'recursive'
+to cut all loops.  The other members of the loop may be marked 'non-recursive'.
+
+
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
 \subsection{The data type}
@@ -100,22 +144,23 @@ ByteArray#        Yes             Yes             No              No
 
 
 \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
-       Type
+       Type            -- It must be another AppTy, or TyVarTy
+                       -- (or NoteTy of these)
 
-  | TyConApp           -- Application of a TyCon
-       TyCon           -- *Invariant* saturated appliations of FunTyCon and
+  | TyConApp           -- Application of a TyCon, including newtypes *and* synonyms
+       TyCon           --  *Invariant* saturated appliations of FunTyCon and
                        --      synonyms have their own constructors, below.
+                       -- However, *unsaturated* FunTyCons do appear as TyConApps.  
+                       -- 
        [Type]          -- Might not be saturated.
+                       -- Even type synonyms are not necessarily saturated;
+                       -- for example unsaturated type synonyms can appear as the 
+                       -- RHS of a type synonym.
 
   | FunTy              -- Special case of TyConApp: TyConApp FunTyCon [t1,t2]
        Type
@@ -125,34 +170,27 @@ data Type
        TyVar
        Type    
 
-  | PredTy             -- A Haskell predicate
-       PredType
-
-  | UsageTy            -- A usage-annotated type
-       Type            --   - Annotation of kind $ (i.e., usage annotation)
-       Type            --   - Annotated type
+  | PredTy             -- A high level source type 
+       PredType        -- ...can be expanded to a representation type...
 
   | NoteTy             -- A type with a note attached
        TyNote
        Type            -- The expanded version
 
-data TyNote
-  = SynNote Type       -- The unexpanded version of the type synonym; always a TyConApp
-  | FTVNote TyVarSet   -- The free type variables of the noted expression
-
-type ThetaType           = [PredType]
-type RhoType             = Type
-type TauType             = Type
-type SigmaType    = Type
+data TyNote = FTVNote TyVarSet -- The free type variables of the noted expression
 \end{code}
 
-INVARIANT: UsageTys are optional, but may *only* appear immediately
-under a FunTy (either argument), or at top-level of a Type permitted
-to be annotated (such as the type of an Id).  NoteTys are transparent
-for the purposes of this rule.
-
 -------------------------------------
-               Predicates
+               Source types
+
+A type of the form
+       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
 
 Consider these examples:
        f :: (Eq a) => a -> Int
@@ -163,8 +201,11 @@ 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 PredType  = ClassP  Class [Type]
-              | IParam Name  Type
+data PredType 
+  = ClassP Class [Type]                -- Class predicate
+  | IParam (IPName Name) Type  -- Implicit parameter
+
+type ThetaType = [PredType]
 \end{code}
 
 (We don't support TREX records yet, but the setup is designed
@@ -182,102 +223,34 @@ 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, 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) []
-\end{code}
-
-------------------------------------------
-Define boxities: @*@ and @#@
-
-\begin{code}
-liftedBoxity, unliftedBoxity :: Kind           -- :: BX
-liftedBoxity  = TyConApp (mkKindCon liftedConName superBoxity) []
-
-unliftedBoxity  = TyConApp (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
+data TyThing = AnId     Id
+            | ADataCon DataCon
+            | ATyCon   TyCon
+            | AClass   Class
+
+instance Outputable TyThing where
+  ppr thing = pprTyThingCategory thing <+> quotes (ppr (getName thing))
+
+pprTyThingCategory :: TyThing -> SDoc
+pprTyThingCategory (ATyCon _)  = ptext SLIT("Type constructor")
+pprTyThingCategory (AClass _)   = ptext SLIT("Class")
+pprTyThingCategory (AnId   _)   = ptext SLIT("Identifier")
+pprTyThingCategory (ADataCon _) = ptext SLIT("Data constructor")
+
+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}
 
 
@@ -290,20 +263,147 @@ mkArrowKinds arg_kinds result_kind = foldr mkArrowKind result_kind arg_kinds
 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
+                       (mkOccNameFS tcName FSLIT("(->)"))
+                       funTyConKey
+                       Nothing                 -- No parent object
+                       (ATyCon funTyCon)       -- Relevant TyCon
+                       BuiltInSyntax
 \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}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+@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.
 
 \begin{code}
-usOnceTyCon     = mkKindCon usOnceTyConName usageTypeKind
-usOnce          = TyConApp usOnceTyCon []
-
-usManyTyCon     = mkKindCon usManyTyConName usageTypeKind
-usMany          = TyConApp usManyTyCon []
+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 = parenSymOcc (getOccName clas) (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 other ty2) = ppr_type p ty2
+ppr_type p (TyConApp tc tys)  = ppr_tc_app p tc tys
+
+ppr_type p (AppTy t1 t2) = maybeParen p TyConPrec $
+                          pprType t1 <+> ppr_type TyConPrec t2
+
+ppr_type p ty@(ForAllTy _ _)       = ppr_forall_type p ty
+ppr_type p ty@(FunTy (PredTy _) _) = ppr_forall_type p ty
+
+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_forall_type :: Prec -> Type -> SDoc
+ppr_forall_type p ty
+  = 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 _ ty)    = split1 tvs ty
+    split1 tvs ty              = (reverse tvs, ty)
+    split2 ps (NoteTy _ 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 _ ty)          = split2 ps ty
+    split2 ps ty                     = (reverse ps, ty)
+
+ppr_tc_app :: Prec -> TyCon -> [Type] -> SDoc
+ppr_tc_app p tc [] 
+  = ppr_tc 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 tc <+> sep (map (ppr_type TyConPrec) tys)
+
+ppr_tc :: TyCon -> SDoc
+ppr_tc tc = parenSymOcc (getOccName tc) (pp_nt_debug <> ppr tc)
+  where
+   pp_nt_debug | isNewTyCon tc = ifPprDebug (if isRecursiveTyCon tc 
+                                            then ptext SLIT("<recnt>")
+                                            else ptext SLIT("<nt>"))
+              | otherwise     = empty
+
+-------------------
+pprForAll []  = empty
+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}