Type checking for type synonym families
[ghc.git] / compiler / typecheck / TcMType.lhs
1 %
2 % (c) The University of Glasgow 2006
3 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
4 %
5
6 Monadic type operations
7
8 This module contains monadic operations over types that contain
9 mutable type variables
10
11 \begin{code}
12 module TcMType (
13   TcTyVar, TcKind, TcType, TcTauType, TcThetaType, TcTyVarSet,
14
15   --------------------------------
16   -- Creating new mutable type variables
17   newFlexiTyVar,
18   newFlexiTyVarTy,              -- Kind -> TcM TcType
19   newFlexiTyVarTys,             -- Int -> Kind -> TcM [TcType]
20   newKindVar, newKindVars, 
21   lookupTcTyVar, LookupTyVarResult(..),
22   newMetaTyVar, readMetaTyVar, writeMetaTyVar, 
23
24   --------------------------------
25   -- Boxy type variables
26   newBoxyTyVar, newBoxyTyVars, newBoxyTyVarTys, readFilledBox, 
27
28   --------------------------------
29   -- Creating new coercion variables
30   newCoVars,
31
32   --------------------------------
33   -- Instantiation
34   tcInstTyVar, tcInstType, tcInstTyVars, tcInstBoxyTyVar,
35   tcInstSigTyVars, zonkSigTyVar,
36   tcInstSkolTyVar, tcInstSkolTyVars, tcInstSkolType, 
37   tcSkolSigType, tcSkolSigTyVars,
38
39   --------------------------------
40   -- Checking type validity
41   Rank, UserTypeCtxt(..), checkValidType, 
42   SourceTyCtxt(..), checkValidTheta, checkFreeness,
43   checkValidInstHead, checkValidInstance, checkAmbiguity,
44   checkInstTermination,
45   arityErr, 
46
47   --------------------------------
48   -- Zonking
49   zonkType, zonkTcPredType, 
50   zonkTcTyVar, zonkTcTyVars, zonkTcTyVarsAndFV, 
51   zonkQuantifiedTyVar, zonkQuantifiedTyVars,
52   zonkTcType, zonkTcTypes, zonkTcClassConstraints, zonkTcThetaType,
53   zonkTcKindToKind, zonkTcKind, zonkTopTyVar,
54
55   readKindVar, writeKindVar
56   ) where
57
58 #include "HsVersions.h"
59
60 -- friends:
61 import TypeRep
62 import TcType
63 import Type
64 import Coercion
65 import Class
66 import TyCon
67 import Var
68
69 -- others:
70 import TcRnMonad          -- TcType, amongst others
71 import FunDeps
72 import Name
73 import VarSet
74 import ErrUtils
75 import DynFlags
76 import Util
77 import Maybes
78 import ListSetOps
79 import UniqSupply
80 import SrcLoc
81 import Outputable
82
83 import Control.Monad    ( when, unless )
84 import Data.List        ( (\\) )
85 \end{code}
86
87
88 %************************************************************************
89 %*                                                                      *
90         Instantiation in general
91 %*                                                                      *
92 %************************************************************************
93
94 \begin{code}
95 tcInstType :: ([TyVar] -> TcM [TcTyVar])                -- How to instantiate the type variables
96            -> TcType                                    -- Type to instantiate
97            -> TcM ([TcTyVar], TcThetaType, TcType)      -- Result
98 tcInstType inst_tyvars ty
99   = case tcSplitForAllTys ty of
100         ([],     rho) -> let    -- There may be overloading despite no type variables;
101                                 --      (?x :: Int) => Int -> Int
102                            (theta, tau) = tcSplitPhiTy rho
103                          in
104                          return ([], theta, tau)
105
106         (tyvars, rho) -> do { tyvars' <- inst_tyvars tyvars
107
108                             ; let  tenv = zipTopTvSubst tyvars (mkTyVarTys tyvars')
109                                 -- Either the tyvars are freshly made, by inst_tyvars,
110                                 -- or (in the call from tcSkolSigType) any nested foralls
111                                 -- have different binders.  Either way, zipTopTvSubst is ok
112
113                             ; let  (theta, tau) = tcSplitPhiTy (substTy tenv rho)
114                             ; return (tyvars', theta, tau) }
115 \end{code}
116
117
118 %************************************************************************
119 %*                                                                      *
120         Kind variables
121 %*                                                                      *
122 %************************************************************************
123
124 \begin{code}
125 newCoVars :: [(TcType,TcType)] -> TcM [CoVar]
126 newCoVars spec
127   = do  { us <- newUniqueSupply 
128         ; return [ mkCoVar (mkSysTvName uniq FSLIT("co"))
129                            (mkCoKind ty1 ty2)
130                  | ((ty1,ty2), uniq) <- spec `zip` uniqsFromSupply us] }
131
132 newKindVar :: TcM TcKind
133 newKindVar = do { uniq <- newUnique
134                 ; ref <- newMutVar Flexi
135                 ; return (mkTyVarTy (mkKindVar uniq ref)) }
136
137 newKindVars :: Int -> TcM [TcKind]
138 newKindVars n = mappM (\ _ -> newKindVar) (nOfThem n ())
139 \end{code}
140
141
142 %************************************************************************
143 %*                                                                      *
144         SkolemTvs (immutable)
145 %*                                                                      *
146 %************************************************************************
147
148 \begin{code}
149 mkSkolTyVar :: Name -> Kind -> SkolemInfo -> TcTyVar
150 mkSkolTyVar name kind info = mkTcTyVar name kind (SkolemTv info)
151
152 tcSkolSigType :: SkolemInfo -> Type -> TcM ([TcTyVar], TcThetaType, TcType)
153 -- Instantiate a type signature with skolem constants, but 
154 -- do *not* give them fresh names, because we want the name to
155 -- be in the type environment -- it is lexically scoped.
156 tcSkolSigType info ty = tcInstType (\tvs -> return (tcSkolSigTyVars info tvs)) ty
157
158 tcSkolSigTyVars :: SkolemInfo -> [TyVar] -> [TcTyVar]
159 -- Make skolem constants, but do *not* give them new names, as above
160 tcSkolSigTyVars info tyvars = [ mkSkolTyVar (tyVarName tv) (tyVarKind tv) info
161                               | tv <- tyvars ]
162
163 tcInstSkolTyVar :: SkolemInfo -> Maybe SrcSpan -> TyVar -> TcM TcTyVar
164 -- Instantiate the tyvar, using 
165 --      * the occ-name and kind of the supplied tyvar, 
166 --      * the unique from the monad,
167 --      * the location either from the tyvar (mb_loc = Nothing)
168 --        or from mb_loc (Just loc)
169 tcInstSkolTyVar info mb_loc tyvar
170   = do  { uniq <- newUnique
171         ; let old_name = tyVarName tyvar
172               kind     = tyVarKind tyvar
173               loc      = mb_loc `orElse` getSrcSpan old_name
174               new_name = mkInternalName uniq (nameOccName old_name) loc
175         ; return (mkSkolTyVar new_name kind info) }
176
177 tcInstSkolTyVars :: SkolemInfo -> [TyVar] -> TcM [TcTyVar]
178 -- Get the location from the monad
179 tcInstSkolTyVars info tyvars 
180   = do  { span <- getSrcSpanM
181         ; mapM (tcInstSkolTyVar info (Just span)) tyvars }
182
183 tcInstSkolType :: SkolemInfo -> TcType -> TcM ([TcTyVar], TcThetaType, TcType)
184 -- Instantiate a type with fresh skolem constants
185 -- Binding location comes from the monad
186 tcInstSkolType info ty = tcInstType (tcInstSkolTyVars info) ty
187 \end{code}
188
189
190 %************************************************************************
191 %*                                                                      *
192         MetaTvs (meta type variables; mutable)
193 %*                                                                      *
194 %************************************************************************
195
196 \begin{code}
197 newMetaTyVar :: BoxInfo -> Kind -> TcM TcTyVar
198 -- Make a new meta tyvar out of thin air
199 newMetaTyVar box_info kind
200   = do  { uniq <- newUnique
201         ; ref <- newMutVar Flexi
202         ; let name = mkSysTvName uniq fs 
203               fs = case box_info of
204                         BoxTv   -> FSLIT("t")
205                         TauTv   -> FSLIT("t")
206                         SigTv _ -> FSLIT("a")
207                 -- We give BoxTv and TauTv the same string, because
208                 -- otherwise we get user-visible differences in error
209                 -- messages, which are confusing.  If you want to see
210                 -- the box_info of each tyvar, use -dppr-debug
211         ; return (mkTcTyVar name kind (MetaTv box_info ref)) }
212
213 instMetaTyVar :: BoxInfo -> TyVar -> TcM TcTyVar
214 -- Make a new meta tyvar whose Name and Kind 
215 -- come from an existing TyVar
216 instMetaTyVar box_info tyvar
217   = do  { uniq <- newUnique
218         ; ref <- newMutVar Flexi
219         ; let name = setNameUnique (tyVarName tyvar) uniq
220               kind = tyVarKind tyvar
221         ; return (mkTcTyVar name kind (MetaTv box_info ref)) }
222
223 readMetaTyVar :: TyVar -> TcM MetaDetails
224 readMetaTyVar tyvar = ASSERT2( isMetaTyVar tyvar, ppr tyvar )
225                       readMutVar (metaTvRef tyvar)
226
227 writeMetaTyVar :: TcTyVar -> TcType -> TcM ()
228 #ifndef DEBUG
229 writeMetaTyVar tyvar ty = writeMutVar (metaTvRef tyvar) (Indirect ty)
230 #else
231 writeMetaTyVar tyvar ty
232   | not (isMetaTyVar tyvar)
233   = pprTrace "writeMetaTyVar" (ppr tyvar) $
234     returnM ()
235
236   | otherwise
237   = ASSERT( isMetaTyVar tyvar )
238     -- TOM: It should also work for coercions
239     -- ASSERT2( k2 `isSubKind` k1, (ppr tyvar <+> ppr k1) $$ (ppr ty <+> ppr k2) )
240     do  { ASSERTM2( do { details <- readMetaTyVar tyvar; return (isFlexi details) }, ppr tyvar )
241         ; writeMutVar (metaTvRef tyvar) (Indirect ty) }
242   where
243     k1 = tyVarKind tyvar
244     k2 = typeKind ty
245 #endif
246 \end{code}
247
248
249 %************************************************************************
250 %*                                                                      *
251         MetaTvs: TauTvs
252 %*                                                                      *
253 %************************************************************************
254
255 \begin{code}
256 newFlexiTyVar :: Kind -> TcM TcTyVar
257 newFlexiTyVar kind = newMetaTyVar TauTv kind
258
259 newFlexiTyVarTy  :: Kind -> TcM TcType
260 newFlexiTyVarTy kind
261   = newFlexiTyVar kind  `thenM` \ tc_tyvar ->
262     returnM (TyVarTy tc_tyvar)
263
264 newFlexiTyVarTys :: Int -> Kind -> TcM [TcType]
265 newFlexiTyVarTys n kind = mappM newFlexiTyVarTy (nOfThem n kind)
266
267 tcInstTyVar :: TyVar -> TcM TcTyVar
268 -- Instantiate with a META type variable
269 tcInstTyVar tyvar = instMetaTyVar TauTv tyvar
270
271 tcInstTyVars :: [TyVar] -> TcM ([TcTyVar], [TcType], TvSubst)
272 -- Instantiate with META type variables
273 tcInstTyVars tyvars
274   = do  { tc_tvs <- mapM tcInstTyVar tyvars
275         ; let tys = mkTyVarTys tc_tvs
276         ; returnM (tc_tvs, tys, zipTopTvSubst tyvars tys) }
277                 -- Since the tyvars are freshly made,
278                 -- they cannot possibly be captured by
279                 -- any existing for-alls.  Hence zipTopTvSubst
280 \end{code}
281
282
283 %************************************************************************
284 %*                                                                      *
285         MetaTvs: SigTvs
286 %*                                                                      *
287 %************************************************************************
288
289 \begin{code}
290 tcInstSigTyVars :: Bool -> SkolemInfo -> [TyVar] -> TcM [TcTyVar]
291 -- Instantiate with skolems or meta SigTvs; depending on use_skols
292 -- Always take location info from the supplied tyvars
293 tcInstSigTyVars use_skols skol_info tyvars 
294   | use_skols
295   = mapM (tcInstSkolTyVar skol_info Nothing) tyvars
296
297   | otherwise
298   = mapM (instMetaTyVar (SigTv skol_info)) tyvars
299
300 zonkSigTyVar :: TcTyVar -> TcM TcTyVar
301 zonkSigTyVar sig_tv 
302   | isSkolemTyVar sig_tv 
303   = return sig_tv       -- Happens in the call in TcBinds.checkDistinctTyVars
304   | otherwise
305   = ASSERT( isSigTyVar sig_tv )
306     do { ty <- zonkTcTyVar sig_tv
307        ; return (tcGetTyVar "zonkSigTyVar" ty) }
308         -- 'ty' is bound to be a type variable, because SigTvs
309         -- can only be unified with type variables
310 \end{code}
311
312
313 %************************************************************************
314 %*                                                                      *
315         MetaTvs: BoxTvs
316 %*                                                                      *
317 %************************************************************************
318
319 \begin{code}
320 newBoxyTyVar :: Kind -> TcM BoxyTyVar
321 newBoxyTyVar kind = newMetaTyVar BoxTv kind
322
323 newBoxyTyVars :: [Kind] -> TcM [BoxyTyVar]
324 newBoxyTyVars kinds = mapM newBoxyTyVar kinds
325
326 newBoxyTyVarTys :: [Kind] -> TcM [BoxyType]
327 newBoxyTyVarTys kinds = do { tvs <- mapM newBoxyTyVar kinds; return (mkTyVarTys tvs) }
328
329 readFilledBox :: BoxyTyVar -> TcM TcType
330 -- Read the contents of the box, which should be filled in by now
331 readFilledBox box_tv = ASSERT( isBoxyTyVar box_tv )
332                        do { cts <- readMetaTyVar box_tv
333                           ; case cts of
334                                 Flexi -> pprPanic "readFilledBox" (ppr box_tv)
335                                 Indirect ty -> return ty }
336
337 tcInstBoxyTyVar :: TyVar -> TcM BoxyTyVar
338 -- Instantiate with a BOXY type variable
339 tcInstBoxyTyVar tyvar = instMetaTyVar BoxTv tyvar
340 \end{code}
341
342
343 %************************************************************************
344 %*                                                                      *
345 \subsection{Putting and getting  mutable type variables}
346 %*                                                                      *
347 %************************************************************************
348
349 But it's more fun to short out indirections on the way: If this
350 version returns a TyVar, then that TyVar is unbound.  If it returns
351 any other type, then there might be bound TyVars embedded inside it.
352
353 We return Nothing iff the original box was unbound.
354
355 \begin{code}
356 data LookupTyVarResult  -- The result of a lookupTcTyVar call
357   = DoneTv TcTyVarDetails       -- SkolemTv or virgin MetaTv
358   | IndirectTv TcType
359
360 lookupTcTyVar :: TcTyVar -> TcM LookupTyVarResult
361 lookupTcTyVar tyvar 
362   = ASSERT2( isTcTyVar tyvar, ppr tyvar )
363     case details of
364       SkolemTv _   -> return (DoneTv details)
365       MetaTv _ ref -> do { meta_details <- readMutVar ref
366                          ; case meta_details of
367                             Indirect ty -> return (IndirectTv ty)
368                             Flexi -> return (DoneTv details) }
369   where
370     details =  tcTyVarDetails tyvar
371
372 {- 
373 -- gaw 2004 We aren't shorting anything out anymore, at least for now
374 getTcTyVar tyvar
375   | not (isTcTyVar tyvar)
376   = pprTrace "getTcTyVar" (ppr tyvar) $
377     returnM (Just (mkTyVarTy tyvar))
378
379   | otherwise
380   = ASSERT2( isTcTyVar tyvar, ppr tyvar )
381     readMetaTyVar tyvar                         `thenM` \ maybe_ty ->
382     case maybe_ty of
383         Just ty -> short_out ty                         `thenM` \ ty' ->
384                    writeMetaTyVar tyvar (Just ty')      `thenM_`
385                    returnM (Just ty')
386
387         Nothing    -> returnM Nothing
388
389 short_out :: TcType -> TcM TcType
390 short_out ty@(TyVarTy tyvar)
391   | not (isTcTyVar tyvar)
392   = returnM ty
393
394   | otherwise
395   = readMetaTyVar tyvar `thenM` \ maybe_ty ->
396     case maybe_ty of
397         Just ty' -> short_out ty'                       `thenM` \ ty' ->
398                     writeMetaTyVar tyvar (Just ty')     `thenM_`
399                     returnM ty'
400
401         other    -> returnM ty
402
403 short_out other_ty = returnM other_ty
404 -}
405 \end{code}
406
407
408 %************************************************************************
409 %*                                                                      *
410 \subsection{Zonking -- the exernal interfaces}
411 %*                                                                      *
412 %************************************************************************
413
414 -----------------  Type variables
415
416 \begin{code}
417 zonkTcTyVars :: [TcTyVar] -> TcM [TcType]
418 zonkTcTyVars tyvars = mappM zonkTcTyVar tyvars
419
420 zonkTcTyVarsAndFV :: [TcTyVar] -> TcM TcTyVarSet
421 zonkTcTyVarsAndFV tyvars = mappM zonkTcTyVar tyvars     `thenM` \ tys ->
422                            returnM (tyVarsOfTypes tys)
423
424 zonkTcTyVar :: TcTyVar -> TcM TcType
425 zonkTcTyVar tyvar = ASSERT2( isTcTyVar tyvar, ppr tyvar)
426                     zonk_tc_tyvar (\ tv -> returnM (TyVarTy tv)) tyvar
427 \end{code}
428
429 -----------------  Types
430
431 \begin{code}
432 zonkTcType :: TcType -> TcM TcType
433 zonkTcType ty = zonkType (\ tv -> returnM (TyVarTy tv)) ty
434
435 zonkTcTypes :: [TcType] -> TcM [TcType]
436 zonkTcTypes tys = mappM zonkTcType tys
437
438 zonkTcClassConstraints cts = mappM zonk cts
439     where zonk (clas, tys)
440             = zonkTcTypes tys   `thenM` \ new_tys ->
441               returnM (clas, new_tys)
442
443 zonkTcThetaType :: TcThetaType -> TcM TcThetaType
444 zonkTcThetaType theta = mappM zonkTcPredType theta
445
446 zonkTcPredType :: TcPredType -> TcM TcPredType
447 zonkTcPredType (ClassP c ts)
448   = zonkTcTypes ts      `thenM` \ new_ts ->
449     returnM (ClassP c new_ts)
450 zonkTcPredType (IParam n t)
451   = zonkTcType t        `thenM` \ new_t ->
452     returnM (IParam n new_t)
453 zonkTcPredType (EqPred t1 t2)
454   = zonkTcType t1       `thenM` \ new_t1 ->
455     zonkTcType t2       `thenM` \ new_t2 ->
456     returnM (EqPred new_t1 new_t2)
457 \end{code}
458
459 -------------------  These ...ToType, ...ToKind versions
460                      are used at the end of type checking
461
462 \begin{code}
463 zonkTopTyVar :: TcTyVar -> TcM TcTyVar
464 -- zonkTopTyVar is used, at the top level, on any un-instantiated meta type variables
465 -- to default the kind of ? and ?? etc to *.  This is important to ensure that
466 -- instance declarations match.  For example consider
467 --      instance Show (a->b)
468 --      foo x = show (\_ -> True)
469 -- Then we'll get a constraint (Show (p ->q)) where p has argTypeKind (printed ??), 
470 -- and that won't match the typeKind (*) in the instance decl.
471 --
472 -- Because we are at top level, no further constraints are going to affect these
473 -- type variables, so it's time to do it by hand.  However we aren't ready
474 -- to default them fully to () or whatever, because the type-class defaulting
475 -- rules have yet to run.
476
477 zonkTopTyVar tv
478   | k `eqKind` default_k = return tv
479   | otherwise
480   = do  { tv' <- newFlexiTyVar default_k
481         ; writeMetaTyVar tv (mkTyVarTy tv') 
482         ; return tv' }
483   where
484     k = tyVarKind tv
485     default_k = defaultKind k
486
487 zonkQuantifiedTyVars :: [TcTyVar] -> TcM [TyVar]
488 zonkQuantifiedTyVars = mappM zonkQuantifiedTyVar
489
490 zonkQuantifiedTyVar :: TcTyVar -> TcM TyVar
491 -- zonkQuantifiedTyVar is applied to the a TcTyVar when quantifying over it.
492 --
493 -- The quantified type variables often include meta type variables
494 -- we want to freeze them into ordinary type variables, and
495 -- default their kind (e.g. from OpenTypeKind to TypeKind)
496 --                      -- see notes with Kind.defaultKind
497 -- The meta tyvar is updated to point to the new regular TyVar.  Now any 
498 -- bound occurences of the original type variable will get zonked to 
499 -- the immutable version.
500 --
501 -- We leave skolem TyVars alone; they are immutable.
502 zonkQuantifiedTyVar tv
503   | ASSERT( isTcTyVar tv ) 
504     isSkolemTyVar tv = return tv
505         -- It might be a skolem type variable, 
506         -- for example from a user type signature
507
508   | otherwise   -- It's a meta-type-variable
509   = do  { details <- readMetaTyVar tv
510
511         -- Create the new, frozen, regular type variable
512         ; let final_kind = defaultKind (tyVarKind tv)
513               final_tv   = mkTyVar (tyVarName tv) final_kind
514
515         -- Bind the meta tyvar to the new tyvar
516         ; case details of
517             Indirect ty -> WARN( True, ppr tv $$ ppr ty ) 
518                            return ()
519                 -- [Sept 04] I don't think this should happen
520                 -- See note [Silly Type Synonym]
521
522             Flexi -> writeMetaTyVar tv (mkTyVarTy final_tv)
523
524         -- Return the new tyvar
525         ; return final_tv }
526 \end{code}
527
528 [Silly Type Synonyms]
529
530 Consider this:
531         type C u a = u  -- Note 'a' unused
532
533         foo :: (forall a. C u a -> C u a) -> u
534         foo x = ...
535
536         bar :: Num u => u
537         bar = foo (\t -> t + t)
538
539 * From the (\t -> t+t) we get type  {Num d} =>  d -> d
540   where d is fresh.
541
542 * Now unify with type of foo's arg, and we get:
543         {Num (C d a)} =>  C d a -> C d a
544   where a is fresh.
545
546 * Now abstract over the 'a', but float out the Num (C d a) constraint
547   because it does not 'really' mention a.  (see exactTyVarsOfType)
548   The arg to foo becomes
549         /\a -> \t -> t+t
550
551 * So we get a dict binding for Num (C d a), which is zonked to give
552         a = ()
553   [Note Sept 04: now that we are zonking quantified type variables
554   on construction, the 'a' will be frozen as a regular tyvar on
555   quantification, so the floated dict will still have type (C d a).
556   Which renders this whole note moot; happily!]
557
558 * Then the /\a abstraction has a zonked 'a' in it.
559
560 All very silly.   I think its harmless to ignore the problem.  We'll end up with
561 a /\a in the final result but all the occurrences of a will be zonked to ()
562
563
564 %************************************************************************
565 %*                                                                      *
566 \subsection{Zonking -- the main work-horses: zonkType, zonkTyVar}
567 %*                                                                      *
568 %*              For internal use only!                                  *
569 %*                                                                      *
570 %************************************************************************
571
572 \begin{code}
573 -- For unbound, mutable tyvars, zonkType uses the function given to it
574 -- For tyvars bound at a for-all, zonkType zonks them to an immutable
575 --      type variable and zonks the kind too
576
577 zonkType :: (TcTyVar -> TcM Type)       -- What to do with unbound mutable type variables
578                                         -- see zonkTcType, and zonkTcTypeToType
579          -> TcType
580          -> TcM Type
581 zonkType unbound_var_fn ty
582   = go ty
583   where
584     go (NoteTy _ ty2)    = go ty2       -- Discard free-tyvar annotations
585                          
586     go (TyConApp tc tys) = mappM go tys `thenM` \ tys' ->
587                            returnM (TyConApp tc tys')
588                             
589     go (PredTy p)        = go_pred p            `thenM` \ p' ->
590                            returnM (PredTy p')
591                          
592     go (FunTy arg res)   = go arg               `thenM` \ arg' ->
593                            go res               `thenM` \ res' ->
594                            returnM (FunTy arg' res')
595                          
596     go (AppTy fun arg)   = go fun               `thenM` \ fun' ->
597                            go arg               `thenM` \ arg' ->
598                            returnM (mkAppTy fun' arg')
599                 -- NB the mkAppTy; we might have instantiated a
600                 -- type variable to a type constructor, so we need
601                 -- to pull the TyConApp to the top.
602
603         -- The two interesting cases!
604     go (TyVarTy tyvar) | isTcTyVar tyvar = zonk_tc_tyvar unbound_var_fn tyvar
605                        | otherwise       = return (TyVarTy tyvar)
606                 -- Ordinary (non Tc) tyvars occur inside quantified types
607
608     go (ForAllTy tyvar ty) = ASSERT( isImmutableTyVar tyvar )
609                              go ty              `thenM` \ ty' ->
610                              returnM (ForAllTy tyvar ty')
611
612     go_pred (ClassP c tys)   = mappM go tys     `thenM` \ tys' ->
613                                returnM (ClassP c tys')
614     go_pred (IParam n ty)    = go ty            `thenM` \ ty' ->
615                                returnM (IParam n ty')
616     go_pred (EqPred ty1 ty2) = go ty1           `thenM` \ ty1' ->
617                                go ty2           `thenM` \ ty2' ->
618                                returnM (EqPred ty1' ty2')
619
620 zonk_tc_tyvar :: (TcTyVar -> TcM Type)          -- What to do for an unbound mutable variable
621               -> TcTyVar -> TcM TcType
622 zonk_tc_tyvar unbound_var_fn tyvar 
623   | not (isMetaTyVar tyvar)     -- Skolems
624   = returnM (TyVarTy tyvar)
625
626   | otherwise                   -- Mutables
627   = do  { cts <- readMetaTyVar tyvar
628         ; case cts of
629             Flexi       -> unbound_var_fn tyvar    -- Unbound meta type variable
630             Indirect ty -> zonkType unbound_var_fn ty  }
631 \end{code}
632
633
634
635 %************************************************************************
636 %*                                                                      *
637                         Zonking kinds
638 %*                                                                      *
639 %************************************************************************
640
641 \begin{code}
642 readKindVar  :: KindVar -> TcM (MetaDetails)
643 writeKindVar :: KindVar -> TcKind -> TcM ()
644 readKindVar  kv = readMutVar (kindVarRef kv)
645 writeKindVar kv val = writeMutVar (kindVarRef kv) (Indirect val)
646
647 -------------
648 zonkTcKind :: TcKind -> TcM TcKind
649 zonkTcKind k = zonkTcType k
650
651 -------------
652 zonkTcKindToKind :: TcKind -> TcM Kind
653 -- When zonking a TcKind to a kind, we need to instantiate kind variables,
654 -- Haskell specifies that * is to be used, so we follow that.
655 zonkTcKindToKind k = zonkType (\ _ -> return liftedTypeKind) k
656 \end{code}
657                         
658 %************************************************************************
659 %*                                                                      *
660 \subsection{Checking a user type}
661 %*                                                                      *
662 %************************************************************************
663
664 When dealing with a user-written type, we first translate it from an HsType
665 to a Type, performing kind checking, and then check various things that should 
666 be true about it.  We don't want to perform these checks at the same time
667 as the initial translation because (a) they are unnecessary for interface-file
668 types and (b) when checking a mutually recursive group of type and class decls,
669 we can't "look" at the tycons/classes yet.  Also, the checks are are rather
670 diverse, and used to really mess up the other code.
671
672 One thing we check for is 'rank'.  
673
674         Rank 0:         monotypes (no foralls)
675         Rank 1:         foralls at the front only, Rank 0 inside
676         Rank 2:         foralls at the front, Rank 1 on left of fn arrow,
677
678         basic ::= tyvar | T basic ... basic
679
680         r2  ::= forall tvs. cxt => r2a
681         r2a ::= r1 -> r2a | basic
682         r1  ::= forall tvs. cxt => r0
683         r0  ::= r0 -> r0 | basic
684         
685 Another thing is to check that type synonyms are saturated. 
686 This might not necessarily show up in kind checking.
687         type A i = i
688         data T k = MkT (k Int)
689         f :: T A        -- BAD!
690
691         
692 \begin{code}
693 checkValidType :: UserTypeCtxt -> Type -> TcM ()
694 -- Checks that the type is valid for the given context
695 checkValidType ctxt ty
696   = traceTc (text "checkValidType" <+> ppr ty)  `thenM_`
697     doptM Opt_UnboxedTuples `thenM` \ unboxed ->
698     doptM Opt_Rank2Types        `thenM` \ rank2 ->
699     doptM Opt_RankNTypes        `thenM` \ rankn ->
700     doptM Opt_PolymorphicComponents     `thenM` \ polycomp ->
701     let 
702         rank | rankn = Arbitrary
703              | rank2 = Rank 2
704              | otherwise
705              = case ctxt of     -- Haskell 98
706                  GenPatCtxt     -> Rank 0
707                  LamPatSigCtxt  -> Rank 0
708                  BindPatSigCtxt -> Rank 0
709                  DefaultDeclCtxt-> Rank 0
710                  ResSigCtxt     -> Rank 0
711                  TySynCtxt _    -> Rank 0
712                  ExprSigCtxt    -> Rank 1
713                  FunSigCtxt _   -> Rank 1
714                  ConArgCtxt _   -> if polycomp
715                            then Rank 2
716                                 -- We are given the type of the entire
717                                 -- constructor, hence rank 1
718                            else Rank 1
719                  ForSigCtxt _   -> Rank 1
720                  SpecInstCtxt   -> Rank 1
721
722         actual_kind = typeKind ty
723
724         kind_ok = case ctxt of
725                         TySynCtxt _  -> True    -- Any kind will do
726                         ResSigCtxt   -> isSubOpenTypeKind        actual_kind
727                         ExprSigCtxt  -> isSubOpenTypeKind        actual_kind
728                         GenPatCtxt   -> isLiftedTypeKind actual_kind
729                         ForSigCtxt _ -> isLiftedTypeKind actual_kind
730                         other        -> isSubArgTypeKind    actual_kind
731         
732         ubx_tup = case ctxt of
733                       TySynCtxt _ | unboxed -> UT_Ok
734                       ExprSigCtxt | unboxed -> UT_Ok
735                       _                     -> UT_NotOk
736     in
737         -- Check that the thing has kind Type, and is lifted if necessary
738     checkTc kind_ok (kindErr actual_kind)       `thenM_`
739
740         -- Check the internal validity of the type itself
741     check_poly_type rank ubx_tup ty             `thenM_`
742
743     traceTc (text "checkValidType done" <+> ppr ty)
744 \end{code}
745
746
747 \begin{code}
748 data Rank = Rank Int | Arbitrary
749
750 decRank :: Rank -> Rank
751 decRank Arbitrary = Arbitrary
752 decRank (Rank n)  = Rank (n-1)
753
754 ----------------------------------------
755 data UbxTupFlag = UT_Ok | UT_NotOk
756         -- The "Ok" version means "ok if -fglasgow-exts is on"
757
758 ----------------------------------------
759 check_poly_type :: Rank -> UbxTupFlag -> Type -> TcM ()
760 check_poly_type (Rank 0) ubx_tup ty 
761   = check_tau_type (Rank 0) ubx_tup ty
762
763 check_poly_type rank ubx_tup ty 
764   | null tvs && null theta
765   = check_tau_type rank ubx_tup ty
766   | otherwise
767   = do  { check_valid_theta SigmaCtxt theta
768         ; check_poly_type rank ubx_tup tau      -- Allow foralls to right of arrow
769         ; checkFreeness tvs theta
770         ; checkAmbiguity tvs theta (tyVarsOfType tau) }
771   where
772     (tvs, theta, tau) = tcSplitSigmaTy ty
773    
774 ----------------------------------------
775 check_arg_type :: Type -> TcM ()
776 -- The sort of type that can instantiate a type variable,
777 -- or be the argument of a type constructor.
778 -- Not an unboxed tuple, but now *can* be a forall (since impredicativity)
779 -- Other unboxed types are very occasionally allowed as type
780 -- arguments depending on the kind of the type constructor
781 -- 
782 -- For example, we want to reject things like:
783 --
784 --      instance Ord a => Ord (forall s. T s a)
785 -- and
786 --      g :: T s (forall b.b)
787 --
788 -- NB: unboxed tuples can have polymorphic or unboxed args.
789 --     This happens in the workers for functions returning
790 --     product types with polymorphic components.
791 --     But not in user code.
792 -- Anyway, they are dealt with by a special case in check_tau_type
793
794 check_arg_type ty 
795   = check_poly_type Arbitrary UT_NotOk ty       `thenM_` 
796     checkTc (not (isUnLiftedType ty)) (unliftedArgErr ty)
797
798 ----------------------------------------
799 check_tau_type :: Rank -> UbxTupFlag -> Type -> TcM ()
800 -- Rank is allowed rank for function args
801 -- No foralls otherwise
802
803 check_tau_type rank ubx_tup ty@(ForAllTy _ _)       = failWithTc (forAllTyErr ty)
804 check_tau_type rank ubx_tup ty@(FunTy (PredTy _) _) = failWithTc (forAllTyErr ty)
805         -- Reject e.g. (Maybe (?x::Int => Int)), with a decent error message
806
807 -- Naked PredTys don't usually show up, but they can as a result of
808 --      {-# SPECIALISE instance Ord Char #-}
809 -- The Right Thing would be to fix the way that SPECIALISE instance pragmas
810 -- are handled, but the quick thing is just to permit PredTys here.
811 check_tau_type rank ubx_tup (PredTy sty) = getDOpts             `thenM` \ dflags ->
812                                            check_pred_ty dflags TypeCtxt sty
813
814 check_tau_type rank ubx_tup (TyVarTy _)       = returnM ()
815 check_tau_type rank ubx_tup ty@(FunTy arg_ty res_ty)
816   = check_poly_type (decRank rank) UT_NotOk arg_ty      `thenM_`
817     check_poly_type rank           UT_Ok    res_ty
818
819 check_tau_type rank ubx_tup (AppTy ty1 ty2)
820   = check_arg_type ty1 `thenM_` check_arg_type ty2
821
822 check_tau_type rank ubx_tup (NoteTy other_note ty)
823   = check_tau_type rank ubx_tup ty
824
825 check_tau_type rank ubx_tup ty@(TyConApp tc tys)
826   | isSynTyCon tc       
827   = do  {       -- It's OK to have an *over-applied* type synonym
828                 --      data Tree a b = ...
829                 --      type Foo a = Tree [a]
830                 --      f :: Foo a b -> ...
831         ; case tcView ty of
832              Just ty' -> check_tau_type rank ubx_tup ty' -- Check expansion
833              Nothing -> unless (isOpenTyCon tc           -- No expansion if open
834                                 && tyConArity tc <= length tys) $
835                           failWithTc arity_msg
836
837         ; ok <- doptM Opt_PartiallyAppliedClosedTypeSynonyms
838         ; if ok && not (isOpenTyCon tc) then
839         -- Don't check the type arguments of *closed* synonyms.
840         -- This allows us to instantiate a synonym defn with a 
841         -- for-all type, or with a partially-applied type synonym.
842         --      e.g.   type T a b = a
843         --             type S m   = m ()
844         --             f :: S (T Int)
845         -- Here, T is partially applied, so it's illegal in H98.
846         -- But if you expand S first, then T we get just 
847         --             f :: Int
848         -- which is fine.
849                 returnM ()
850           else
851                 -- For H98, do check the type args
852                 mappM_ check_arg_type tys
853         }
854     
855   | isUnboxedTupleTyCon tc
856   = doptM Opt_UnboxedTuples `thenM` \ ub_tuples_allowed ->
857     checkTc (ubx_tup_ok ub_tuples_allowed) ubx_tup_msg  `thenM_`
858     mappM_ (check_tau_type (Rank 0) UT_Ok) tys  
859                 -- Args are allowed to be unlifted, or
860                 -- more unboxed tuples, so can't use check_arg_ty
861
862   | otherwise
863   = mappM_ check_arg_type tys
864
865   where
866     ubx_tup_ok ub_tuples_allowed = case ubx_tup of { UT_Ok -> ub_tuples_allowed; other -> False }
867
868     n_args    = length tys
869     tc_arity  = tyConArity tc
870
871     arity_msg   = arityErr "Type synonym" (tyConName tc) tc_arity n_args
872     ubx_tup_msg = ubxArgTyErr ty
873
874 ----------------------------------------
875 forAllTyErr     ty = ptext SLIT("Illegal polymorphic or qualified type:") <+> ppr ty
876 unliftedArgErr  ty = ptext SLIT("Illegal unlifted type argument:") <+> ppr ty
877 ubxArgTyErr     ty = ptext SLIT("Illegal unboxed tuple type as function argument:") <+> ppr ty
878 kindErr kind       = ptext SLIT("Expecting an ordinary type, but found a type of kind") <+> ppr kind
879 \end{code}
880
881
882
883 %************************************************************************
884 %*                                                                      *
885 \subsection{Checking a theta or source type}
886 %*                                                                      *
887 %************************************************************************
888
889 \begin{code}
890 -- Enumerate the contexts in which a "source type", <S>, can occur
891 --      Eq a 
892 -- or   ?x::Int
893 -- or   r <: {x::Int}
894 -- or   (N a) where N is a newtype
895
896 data SourceTyCtxt
897   = ClassSCCtxt Name    -- Superclasses of clas
898                         --      class <S> => C a where ...
899   | SigmaCtxt           -- Theta part of a normal for-all type
900                         --      f :: <S> => a -> a
901   | DataTyCtxt Name     -- Theta part of a data decl
902                         --      data <S> => T a = MkT a
903   | TypeCtxt            -- Source type in an ordinary type
904                         --      f :: N a -> N a
905   | InstThetaCtxt       -- Context of an instance decl
906                         --      instance <S> => C [a] where ...
907                 
908 pprSourceTyCtxt (ClassSCCtxt c) = ptext SLIT("the super-classes of class") <+> quotes (ppr c)
909 pprSourceTyCtxt SigmaCtxt       = ptext SLIT("the context of a polymorphic type")
910 pprSourceTyCtxt (DataTyCtxt tc) = ptext SLIT("the context of the data type declaration for") <+> quotes (ppr tc)
911 pprSourceTyCtxt InstThetaCtxt   = ptext SLIT("the context of an instance declaration")
912 pprSourceTyCtxt TypeCtxt        = ptext SLIT("the context of a type")
913 \end{code}
914
915 \begin{code}
916 checkValidTheta :: SourceTyCtxt -> ThetaType -> TcM ()
917 checkValidTheta ctxt theta 
918   = addErrCtxt (checkThetaCtxt ctxt theta) (check_valid_theta ctxt theta)
919
920 -------------------------
921 check_valid_theta ctxt []
922   = returnM ()
923 check_valid_theta ctxt theta
924   = getDOpts                                    `thenM` \ dflags ->
925     warnTc (notNull dups) (dupPredWarn dups)    `thenM_`
926     mappM_ (check_pred_ty dflags ctxt) theta
927   where
928     (_,dups) = removeDups tcCmpPred theta
929
930 -------------------------
931 check_pred_ty dflags ctxt pred@(ClassP cls tys)
932   = do {        -- Class predicates are valid in all contexts
933        ; checkTc (arity == n_tys) arity_err
934
935                 -- Check the form of the argument types
936        ; mappM_ check_arg_type tys
937        ; checkTc (check_class_pred_tys dflags ctxt tys)
938                  (predTyVarErr pred $$ how_to_allow)
939        }
940   where
941     class_name = className cls
942     arity      = classArity cls
943     n_tys      = length tys
944     arity_err  = arityErr "Class" class_name arity n_tys
945     how_to_allow = parens (ptext SLIT("Use -XFlexibleContexts to permit this"))
946
947 check_pred_ty dflags ctxt pred@(EqPred ty1 ty2)
948   = do {        -- Equational constraints are valid in all contexts if type
949                 -- families are permitted
950        ; checkTc (dopt Opt_TypeFamilies dflags) (eqPredTyErr pred)
951
952                 -- Check the form of the argument types
953        ; check_eq_arg_type ty1
954        ; check_eq_arg_type ty2
955        }
956   where 
957     check_eq_arg_type = check_poly_type (Rank 0) UT_NotOk
958
959 check_pred_ty dflags SigmaCtxt (IParam _ ty) = check_arg_type ty
960         -- Implicit parameters only allowed in type
961         -- signatures; not in instance decls, superclasses etc
962         -- The reason for not allowing implicit params in instances is a bit
963         -- subtle.
964         -- If we allowed        instance (?x::Int, Eq a) => Foo [a] where ...
965         -- then when we saw (e :: (?x::Int) => t) it would be unclear how to 
966         -- discharge all the potential usas of the ?x in e.   For example, a
967         -- constraint Foo [Int] might come out of e,and applying the
968         -- instance decl would show up two uses of ?x.
969
970 -- Catch-all
971 check_pred_ty dflags ctxt sty = failWithTc (badPredTyErr sty)
972
973 -------------------------
974 check_class_pred_tys dflags ctxt tys 
975   = case ctxt of
976         TypeCtxt      -> True   -- {-# SPECIALISE instance Eq (T Int) #-} is fine
977         InstThetaCtxt -> flexible_contexts || undecidable_ok || all tcIsTyVarTy tys
978                                 -- Further checks on head and theta in
979                                 -- checkInstTermination
980         other         -> flexible_contexts || all tyvar_head tys
981   where
982     flexible_contexts = dopt Opt_FlexibleContexts dflags
983     undecidable_ok = dopt Opt_UndecidableInstances dflags
984
985 -------------------------
986 tyvar_head ty                   -- Haskell 98 allows predicates of form 
987   | tcIsTyVarTy ty = True       --      C (a ty1 .. tyn)
988   | otherwise                   -- where a is a type variable
989   = case tcSplitAppTy_maybe ty of
990         Just (ty, _) -> tyvar_head ty
991         Nothing      -> False
992 \end{code}
993
994 Check for ambiguity
995 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
996           forall V. P => tau
997 is ambiguous if P contains generic variables
998 (i.e. one of the Vs) that are not mentioned in tau
999
1000 However, we need to take account of functional dependencies
1001 when we speak of 'mentioned in tau'.  Example:
1002         class C a b | a -> b where ...
1003 Then the type
1004         forall x y. (C x y) => x
1005 is not ambiguous because x is mentioned and x determines y
1006
1007 NB; the ambiguity check is only used for *user* types, not for types
1008 coming from inteface files.  The latter can legitimately have
1009 ambiguous types. Example
1010
1011    class S a where s :: a -> (Int,Int)
1012    instance S Char where s _ = (1,1)
1013    f:: S a => [a] -> Int -> (Int,Int)
1014    f (_::[a]) x = (a*x,b)
1015         where (a,b) = s (undefined::a)
1016
1017 Here the worker for f gets the type
1018         fw :: forall a. S a => Int -> (# Int, Int #)
1019
1020 If the list of tv_names is empty, we have a monotype, and then we
1021 don't need to check for ambiguity either, because the test can't fail
1022 (see is_ambig).
1023
1024 \begin{code}
1025 checkAmbiguity :: [TyVar] -> ThetaType -> TyVarSet -> TcM ()
1026 checkAmbiguity forall_tyvars theta tau_tyvars
1027   = mappM_ complain (filter is_ambig theta)
1028   where
1029     complain pred     = addErrTc (ambigErr pred)
1030     extended_tau_vars = grow theta tau_tyvars
1031
1032         -- Only a *class* predicate can give rise to ambiguity
1033         -- An *implicit parameter* cannot.  For example:
1034         --      foo :: (?x :: [a]) => Int
1035         --      foo = length ?x
1036         -- is fine.  The call site will suppply a particular 'x'
1037     is_ambig pred     = isClassPred  pred &&
1038                         any ambig_var (varSetElems (tyVarsOfPred pred))
1039
1040     ambig_var ct_var  = (ct_var `elem` forall_tyvars) &&
1041                         not (ct_var `elemVarSet` extended_tau_vars)
1042
1043 ambigErr pred
1044   = sep [ptext SLIT("Ambiguous constraint") <+> quotes (pprPred pred),
1045          nest 4 (ptext SLIT("At least one of the forall'd type variables mentioned by the constraint") $$
1046                  ptext SLIT("must be reachable from the type after the '=>'"))]
1047 \end{code}
1048     
1049 In addition, GHC insists that at least one type variable
1050 in each constraint is in V.  So we disallow a type like
1051         forall a. Eq b => b -> b
1052 even in a scope where b is in scope.
1053
1054 \begin{code}
1055 checkFreeness forall_tyvars theta
1056   = do  { flexible_contexts <- doptM Opt_FlexibleContexts
1057         ; unless flexible_contexts $ mappM_ complain (filter is_free theta) }
1058   where    
1059     is_free pred     =  not (isIPPred pred)
1060                      && not (any bound_var (varSetElems (tyVarsOfPred pred)))
1061     bound_var ct_var = ct_var `elem` forall_tyvars
1062     complain pred    = addErrTc (freeErr pred)
1063
1064 freeErr pred
1065   = sep [ptext SLIT("All of the type variables in the constraint") <+> quotes (pprPred pred) <+>
1066                    ptext SLIT("are already in scope"),
1067          nest 4 (ptext SLIT("(at least one must be universally quantified here)"))
1068     ]
1069 \end{code}
1070
1071 \begin{code}
1072 checkThetaCtxt ctxt theta
1073   = vcat [ptext SLIT("In the context:") <+> pprTheta theta,
1074           ptext SLIT("While checking") <+> pprSourceTyCtxt ctxt ]
1075
1076 badPredTyErr sty = ptext SLIT("Illegal constraint") <+> pprPred sty
1077 eqPredTyErr  sty = ptext SLIT("Illegal equational constraint") <+> pprPred sty
1078                    $$
1079                    parens (ptext SLIT("Use -ftype-families to permit this"))
1080 predTyVarErr pred  = sep [ptext SLIT("Non type-variable argument"),
1081                           nest 2 (ptext SLIT("in the constraint:") <+> pprPred pred)]
1082 dupPredWarn dups   = ptext SLIT("Duplicate constraint(s):") <+> pprWithCommas pprPred (map head dups)
1083
1084 arityErr kind name n m
1085   = hsep [ text kind, quotes (ppr name), ptext SLIT("should have"),
1086            n_arguments <> comma, text "but has been given", int m]
1087     where
1088         n_arguments | n == 0 = ptext SLIT("no arguments")
1089                     | n == 1 = ptext SLIT("1 argument")
1090                     | True   = hsep [int n, ptext SLIT("arguments")]
1091 \end{code}
1092
1093
1094 %************************************************************************
1095 %*                                                                      *
1096 \subsection{Checking for a decent instance head type}
1097 %*                                                                      *
1098 %************************************************************************
1099
1100 @checkValidInstHead@ checks the type {\em and} its syntactic constraints:
1101 it must normally look like: @instance Foo (Tycon a b c ...) ...@
1102
1103 The exceptions to this syntactic checking: (1)~if the @GlasgowExts@
1104 flag is on, or (2)~the instance is imported (they must have been
1105 compiled elsewhere). In these cases, we let them go through anyway.
1106
1107 We can also have instances for functions: @instance Foo (a -> b) ...@.
1108
1109 \begin{code}
1110 checkValidInstHead :: Type -> TcM (Class, [TcType])
1111
1112 checkValidInstHead ty   -- Should be a source type
1113   = case tcSplitPredTy_maybe ty of {
1114         Nothing -> failWithTc (instTypeErr (ppr ty) empty) ;
1115         Just pred -> 
1116
1117     case getClassPredTys_maybe pred of {
1118         Nothing -> failWithTc (instTypeErr (pprPred pred) empty) ;
1119         Just (clas,tys) ->
1120
1121     getDOpts                                    `thenM` \ dflags ->
1122     mappM_ check_arg_type tys                   `thenM_`
1123     check_inst_head dflags clas tys             `thenM_`
1124     returnM (clas, tys)
1125     }}
1126
1127 check_inst_head dflags clas tys
1128         -- If GlasgowExts then check at least one isn't a type variable
1129   = do checkTc (dopt Opt_TypeSynonymInstances dflags ||
1130                 all tcInstHeadTyNotSynonym tys)
1131                (instTypeErr (pprClassPred clas tys) head_type_synonym_msg)
1132        checkTc (dopt Opt_FlexibleInstances dflags ||
1133                 all tcInstHeadTyAppAllTyVars tys)
1134                (instTypeErr (pprClassPred clas tys) head_type_args_tyvars_msg)
1135        checkTc (dopt Opt_MultiParamTypeClasses dflags ||
1136                 isSingleton tys)
1137                (instTypeErr (pprClassPred clas tys) head_one_type_msg)
1138        mapM_ check_one tys
1139   where
1140     head_type_synonym_msg = parens (
1141                 text "All instance types must be of the form (T t1 ... tn)" $$
1142                 text "where T is not a synonym." $$
1143                 text "Use -XTypeSynonymInstances if you want to disable this.")
1144
1145     head_type_args_tyvars_msg = parens (
1146                 text "All instance types must be of the form (T a1 ... an)" $$
1147                 text "where a1 ... an are distinct type *variables*" $$
1148                 text "Use -XFlexibleInstances if you want to disable this.")
1149
1150     head_one_type_msg = parens (
1151                 text "Only one type can be given in an instance head." $$
1152                 text "Use -XMultiParamTypeClasses if you want to allow more.")
1153
1154         -- For now, I only allow tau-types (not polytypes) in 
1155         -- the head of an instance decl.  
1156         --      E.g.  instance C (forall a. a->a) is rejected
1157         -- One could imagine generalising that, but I'm not sure
1158         -- what all the consequences might be
1159     check_one ty = do { check_tau_type (Rank 0) UT_NotOk ty
1160                       ; checkTc (not (isUnLiftedType ty)) (unliftedArgErr ty) }
1161
1162 instTypeErr pp_ty msg
1163   = sep [ptext SLIT("Illegal instance declaration for") <+> quotes pp_ty, 
1164          nest 4 msg]
1165 \end{code}
1166
1167
1168 %************************************************************************
1169 %*                                                                      *
1170 \subsection{Checking instance for termination}
1171 %*                                                                      *
1172 %************************************************************************
1173
1174
1175 \begin{code}
1176 checkValidInstance :: [TyVar] -> ThetaType -> Class -> [TcType] -> TcM ()
1177 checkValidInstance tyvars theta clas inst_tys
1178   = do  { undecidable_ok <- doptM Opt_UndecidableInstances
1179
1180         ; checkValidTheta InstThetaCtxt theta
1181         ; checkAmbiguity tyvars theta (tyVarsOfTypes inst_tys)
1182
1183         -- Check that instance inference will terminate (if we care)
1184         -- For Haskell 98 this will already have been done by checkValidTheta,
1185     -- but as we may be using other extensions we need to check.
1186         ; unless undecidable_ok $
1187           mapM_ addErrTc (checkInstTermination inst_tys theta)
1188         
1189         -- The Coverage Condition
1190         ; checkTc (undecidable_ok || checkInstCoverage clas inst_tys)
1191                   (instTypeErr (pprClassPred clas inst_tys) msg)
1192         }
1193   where
1194     msg  = parens (vcat [ptext SLIT("the Coverage Condition fails for one of the functional dependencies;"),
1195                          undecidableMsg])
1196 \end{code}
1197
1198 Termination test: the so-called "Paterson conditions" (see Section 5 of
1199 "Understanding functionsl dependencies via Constraint Handling Rules, 
1200 JFP Jan 2007).
1201
1202 We check that each assertion in the context satisfies:
1203  (1) no variable has more occurrences in the assertion than in the head, and
1204  (2) the assertion has fewer constructors and variables (taken together
1205      and counting repetitions) than the head.
1206 This is only needed with -fglasgow-exts, as Haskell 98 restrictions
1207 (which have already been checked) guarantee termination. 
1208
1209 The underlying idea is that 
1210
1211     for any ground substitution, each assertion in the
1212     context has fewer type constructors than the head.
1213
1214
1215 \begin{code}
1216 checkInstTermination :: [TcType] -> ThetaType -> [Message]
1217 checkInstTermination tys theta
1218   = mapCatMaybes check theta
1219   where
1220    fvs  = fvTypes tys
1221    size = sizeTypes tys
1222    check pred 
1223       | not (null (fvPred pred \\ fvs)) 
1224       = Just (predUndecErr pred nomoreMsg $$ parens undecidableMsg)
1225       | sizePred pred >= size
1226       = Just (predUndecErr pred smallerMsg $$ parens undecidableMsg)
1227       | otherwise
1228       = Nothing
1229
1230 predUndecErr pred msg = sep [msg,
1231                         nest 2 (ptext SLIT("in the constraint:") <+> pprPred pred)]
1232
1233 nomoreMsg = ptext SLIT("Variable occurs more often in a constraint than in the instance head")
1234 smallerMsg = ptext SLIT("Constraint is no smaller than the instance head")
1235 undecidableMsg = ptext SLIT("Use -fallow-undecidable-instances to permit this")
1236
1237 -- Free variables of a type, retaining repetitions, and expanding synonyms
1238 fvType :: Type -> [TyVar]
1239 fvType ty | Just exp_ty <- tcView ty = fvType exp_ty
1240 fvType (TyVarTy tv)        = [tv]
1241 fvType (TyConApp _ tys)    = fvTypes tys
1242 fvType (NoteTy _ ty)       = fvType ty
1243 fvType (PredTy pred)       = fvPred pred
1244 fvType (FunTy arg res)     = fvType arg ++ fvType res
1245 fvType (AppTy fun arg)     = fvType fun ++ fvType arg
1246 fvType (ForAllTy tyvar ty) = filter (/= tyvar) (fvType ty)
1247
1248 fvTypes :: [Type] -> [TyVar]
1249 fvTypes tys                = concat (map fvType tys)
1250
1251 fvPred :: PredType -> [TyVar]
1252 fvPred (ClassP _ tys')     = fvTypes tys'
1253 fvPred (IParam _ ty)       = fvType ty
1254 fvPred (EqPred ty1 ty2)    = fvType ty1 ++ fvType ty2
1255
1256 -- Size of a type: the number of variables and constructors
1257 sizeType :: Type -> Int
1258 sizeType ty | Just exp_ty <- tcView ty = sizeType exp_ty
1259 sizeType (TyVarTy _)       = 1
1260 sizeType (TyConApp _ tys)  = sizeTypes tys + 1
1261 sizeType (NoteTy _ ty)     = sizeType ty
1262 sizeType (PredTy pred)     = sizePred pred
1263 sizeType (FunTy arg res)   = sizeType arg + sizeType res + 1
1264 sizeType (AppTy fun arg)   = sizeType fun + sizeType arg
1265 sizeType (ForAllTy _ ty)   = sizeType ty
1266
1267 sizeTypes :: [Type] -> Int
1268 sizeTypes xs               = sum (map sizeType xs)
1269
1270 sizePred :: PredType -> Int
1271 sizePred (ClassP _ tys')   = sizeTypes tys'
1272 sizePred (IParam _ ty)     = sizeType ty
1273 sizePred (EqPred ty1 ty2)  = sizeType ty1 + sizeType ty2
1274 \end{code}