hi
[cc1516.git] / sem.icl
diff --git a/sem.icl b/sem.icl
index 024d7fe..1c4f345 100644 (file)
--- a/sem.icl
+++ b/sem.icl
@@ -3,12 +3,16 @@ implementation module sem
 import qualified Data.Map as Map
 
 from Data.Func import $
-from StdFunc import o, id
+from StdFunc import o, flip, const, id
 
 import Control.Monad
+import Control.Monad.Trans
+//import Control.Monad.State
 import Data.Either
+import Data.Maybe
 import Data.Monoid
-import Data.List 
+import Data.List
+import Data.Functor
 
 import StdString
 import StdList
@@ -21,24 +25,77 @@ from Text import class Text(concat), instance Text String
 
 import AST
 
-:: Scheme = Forall [String] Type
-:: Gamma :== 'Map'.Map String Scheme
+
+:: Scheme = Forall [TVar] Type
+:: Gamma :== 'Map'.Map String Scheme //map from Variables! to types
+:: Substitution :== 'Map'.Map TVar Type
 :: Constraints :== [(Type, Type)]
 :: Infer a :== RWST Gamma Constraints [String] (Either SemError) a
 :: SemError
        = ParseError Pos String 
        | UnifyError Pos Type Type 
+    | InfiniteTypeError Pos Type
     | FieldSelectorError Pos Type FieldSelector 
        | OperatorError Pos Op2 Type
     | UndeclaredVariableError Pos String
     | ArgumentMisMatchError Pos String
+       | SanityError Pos String
        | Error String
 
-variableStream :: [String]
+instance zero Gamma where
+       zero = 'Map'.newMap
+
+variableStream :: [TVar]
 variableStream = map toString [1..]
 
-sem :: AST -> SemOutput
-sem (AST fd) = Right (AST fd, 'Map'.newMap)
+sem :: AST -> Either [SemError] Constraints
+sem (AST fd) = case foldM (const $ hasNoDups fd) () fd 
+               >>| foldM (const isNiceMain) () fd
+               >>| hasMain fd of
+       Left e = Left [e]
+       _ = case execRWST (constraints fd) zero variableStream of
+               Left e = Left [e]
+               Right (a, b) = Right b
+where
+               constraints :: [FunDecl] -> Infer ()
+        constraints _ = pure ()
+        //TODO: fix
+               //constraints fds = mapM_ funconstraint fds >>| pure ()
+
+               funconstraint :: FunDecl -> Infer ()
+               funconstraint fd=:(FunDecl _ ident args mt vardecls stmts) = case mt of
+                       Nothing = abort "Cannot infer functions yet"
+                       Just t = inEnv (ident, (Forall [] t)) (
+                               mapM_ vardeclconstraint vardecls >>| pure ())
+
+               vardeclconstraint :: VarDecl -> Infer ()
+        vardeclconstraint _ = pure ()
+        //TODO: fix!
+               //vardeclconstraint (VarDecl p mt ident expr) = infer expr
+                       //>>= \it->inEnv (ident, (Forall [] it)) (pure ())
+
+               hasNoDups :: [FunDecl] FunDecl -> Either SemError ()
+               hasNoDups fds (FunDecl p n _ _ _ _)
+               # mbs = map (\(FunDecl p` n` _ _ _ _)->if (n == n`) (Just p`) Nothing) fds
+               = case catMaybes mbs of
+                       [] = Left $ SanityError p "HUH THIS SHOULDN'T HAPPEN"
+                       [x] = pure ()
+                       [_:x] = Left $ SanityError p (concat 
+                               [n, " multiply defined at ", toString p])
+
+               hasMain :: [FunDecl] -> Either SemError ()
+               hasMain [(FunDecl _ "main" _ _ _ _):fd] = pure ()
+               hasMain [_:fd] = hasMain fd
+               hasMain [] = Left $ SanityError zero "no main function defined"
+
+               isNiceMain :: FunDecl -> Either SemError ()
+               isNiceMain (FunDecl p "main" as mt _ _) = case (as, mt) of
+                       ([_:_], _) = Left $ SanityError p "main must have arity 0"
+                       ([], t) = (case t of
+                               Nothing = pure ()
+                               Just VoidType = pure ()
+                               _ = Left $ SanityError p "main has to return Void")
+               isNiceMain _ = pure ()
 
 instance toString Scheme where
        toString (Forall x t) = 
@@ -49,88 +106,178 @@ instance toString Gamma where
                concat [concat [k, ": ", toString v, "\n"]\\(k, v)<-'Map'.toList mp]
 
 instance toString SemError where
+       toString (SanityError p e) = concat [toString p, 
+               "SemError: SanityError: ", e]
        toString se = "SemError: "
 
-uni :: Type Type -> Infer ()
-uni t1 t2 = tell [(t1, t2)]
-
-inEnv :: (String, Scheme) (Infer a) -> (Infer a)
-inEnv (x, sc) m = local scope m
-       where
-               scope e = 'Map'.put x sc ('Map'.del x e )
-
-fresh :: Infer Type
-fresh = (gets id) >>= \vars-> (put $ tail vars) >>| (pure $ IdType $ head vars)
-
-class infer a :: a -> Infer Type
-
-op2Type :: Op2 -> Infer Type
-op2Type op  | elem op [BiPlus, BiMinus, BiTimes, BiDivide, BiMod]
-                = pure (IntType ->> IntType ->> IntType)
-            | elem op [BiEquals, BiUnEqual]
-                = fresh >>= \t1-> fresh >>= \t2-> pure (t1 ->> t2 ->> BoolType)
-            | elem op [BiLesser, BiGreater, BiLesserEq, BiGreaterEq]
-                = pure (IntType ->> IntType ->> BoolType)
-            | elem op [BiAnd, BiOr]
-                = pure (BoolType ->> BoolType ->> BoolType)
-            | op == BiCons 
-                = fresh >>= \t1-> pure (t1 ->> ListType t1 ->> ListType t1)
-
-op1Type :: Op1 -> Infer Type
-op1Type UnNegation = pure $ (BoolType ->> BoolType)
-op1Type UnMinus = pure $ (IntType ->> IntType)
-
-instance infer Expr where
-       infer (VarExpr _ vd) = undef
-       infer (Op2Expr _ e1 op e2) = case op of
-               BiPlus = pure IntType
-               BiMinus = pure IntType
-               BiTimes = pure IntType
-               BiDivide = pure IntType
-               BiMod = pure IntType
-               BiLesser = pure IntType
-               BiGreater = pure IntType
-               BiLesserEq = pure IntType
-               BiGreaterEq = pure IntType
-               BiAnd = pure BoolType
-               BiOr = pure BoolType
-               BiEquals = infer e1
-               BiUnEqual = infer e1 // maybe check e2?
-               BiCons = infer e1 >>= \it1->pure $ ListType it1
-       infer (Op1Expr _ op e) = case op of
-               UnMinus = pure IntType
-               UnNegation = pure BoolType
-       infer (IntExpr _ _) = pure IntType
-       infer (CharExpr _ _) = pure CharType
-       infer (BoolExpr _ _) = pure BoolType
-       infer (FunExpr _ _ _ _) = undef
-       infer (EmptyListExpr _) = undef
-       infer (TupleExpr _ (e1, e2)) =
-               infer e1 >>= \et1->infer e2 >>= \et2->pure $ TupleType (et1, et2)
-
-//:: VarDef = VarDef String [FieldSelector]
-//:: FieldSelector = FieldHd | FieldTl | FieldFst | FieldSnd
-//:: Op1 = UnNegation | UnMinus
-//:: Op2 = BiPlus | BiMinus | BiTimes | BiDivide | BiMod | BiEquals | BiLesser |
-//     BiGreater | BiLesserEq | BiGreaterEq | BiUnEqual | BiAnd | BiOr | BiCons
-//:: FunDecl = FunDecl Pos String [String] (Maybe Type) [VarDecl] [Stmt]
-//:: FunCall = FunCall String [Expr]
-//:: Stmt 
-//     = IfStmt Expr [Stmt] [Stmt]
-//     | WhileStmt Expr [Stmt]
-//     | AssStmt VarDef Expr
-//     | FunStmt FunCall
-//     | ReturnStmt (Maybe Expr)
-//:: Pos = {line :: Int, col :: Int}
-//:: AST = AST [VarDecl] [FunDecl]
-//:: VarDecl = VarDecl Pos Type String Expr
-//:: Type 
-//     = TupleType (Type, Type)
-//     | ListType Type
-//     | IdType String 
-//     | IntType 
-//     | BoolType
-//     | CharType
-//     | VarType
-//    | VoidType
-//    | (->>) infixl 7 Type Type
+inEnv :: (String, Scheme) (Infer a) -> Infer a
+inEnv (x, sc) m = local ('Map'.put x sc) m
+
+class Typeable a where
+    ftv :: a -> [TVar]
+    subst :: Substitution a -> a
+
+instance Typeable Scheme where
+    ftv (Forall bound t) = difference (ftv t) bound
+    subst s (Forall bound t) = Forall bound $ subst s_ t
+        where s_ = 'Map'.filterWithKey (\k _ -> not (elem k bound)) s
+
+instance Typeable [a] | Typeable a where
+    ftv types   = foldr (\t ts-> ftv t ++ ts) [] types
+    subst s ts  = map (\t->subst s t) ts
+
+instance Typeable Type where
+    ftv (TupleType (t1, t2))    = ftv t1 ++ ftv t2
+    ftv (ListType t)            = ftv t
+    ftv (IdType tvar)           = [tvar]
+    ftv (t1 ->> t2)             = ftv t1 ++ ftv t2
+    ftv _                       = []
+    subst s (TupleType (t1, t2))= TupleType (subst s t1, subst s t2)
+    subst s (ListType t1)       = ListType (subst s t1)
+    subst s (t1 ->> t2)         = (subst s t1) ->> (subst s t2)
+    subst s t1=:(IdType tvar)   = 'Map'.findWithDefault t1 tvar s
+    subst s t                   = t
+
+instance Typeable Gamma where
+    ftv gamma       = concatMap id $ map ftv ('Map'.elems gamma)
+    subst s gamma   = Mapmap (subst s) gamma
+
+//// ------------------------
+//// algorithm U, Unification 
+//// ------------------------
+instance zero Substitution where zero = 'Map'.newMap
+
+compose :: Substitution Substitution -> Substitution
+compose s1 s2 = 'Map'.union (Mapmap (subst s1) s2) s1
+//Note: unlike function composition, compose prefers left!
+
+occurs :: TVar a -> Bool | Typeable a
+occurs tvar a = elem tvar (ftv a)
+
+unify :: Type Type -> Either SemError Substitution
+unify t1=:(IdType tv) t2 = unify t2 t1
+unify t1 t2=:(IdType tv)    | t1 == (IdType tv) = Right zero
+                            | occurs tv t1 = Left $ InfiniteTypeError zero t1
+                            | otherwise = Right $ 'Map'.singleton tv t1
+unify (ta1->>ta2) (tb1->>tb2) = unify ta1 tb1 >>= \s1->
+                                unify tb1 tb2 >>= \s2->
+                                Right $ compose s1 s2
+unify (TupleType (ta1,ta2)) (TupleType (tb1,tb2)) = unify ta1 tb1 >>= \s1->
+                                                    unify ta2 tb2 >>= \s2->
+                                                    Right $ compose s1 s2
+unify (ListType t1) (ListType t2) = unify t1 t2
+unify t1 t2 | t1 == t2  = Right zero
+            | otherwise = Left $ UnifyError zero t1 t2
+
+//// ------------------------
+//// Algorithm M, Inference and Solving
+//// ------------------------
+//:: Typing a :== StateT (Gamma, [TVar]) Either a
+
+//map a schemes type variables to variables with fresh names
+//i.e. a->[b] becomes c->[d]
+
+
+
+
+
+Mapmap :: (a->b) ('Map'.Map k a) -> ('Map'.Map k b)
+Mapmap _ 'Map'.Tip = 'Map'.Tip
+Mapmap f ('Map'.Bin sz k v ml mr) = 'Map'.Bin sz k (f v) 
+                                        (Mapmap f ml) 
+                                        (Mapmap f mr)
+
+//// ------------------------
+//// First step: Inference
+//// ------------------------//
+
+//unify :: Type Type -> Infer ()
+//unify t1 t2 = tell [(t1, t2)]//
+
+//fresh :: Infer Type
+//fresh = (gets id) >>= \vars-> (put $ tail vars) >>| (pure $ IdType $ head vars)//
+
+//op2Type :: Op2 -> Infer Type
+//op2Type op
+//| elem op [BiPlus, BiMinus, BiTimes, BiDivide, BiMod]
+//     = pure (IntType ->> IntType ->> IntType)
+//| elem op [BiEquals, BiUnEqual]
+//     = fresh >>= \t1-> fresh >>= \t2-> pure (t1 ->> t2 ->> BoolType)
+//| elem op [BiLesser, BiGreater, BiLesserEq, BiGreaterEq]
+//     = pure (IntType ->> IntType ->> BoolType)
+//| elem op [BiAnd, BiOr]
+//     = pure (BoolType ->> BoolType ->> BoolType)
+//| op == BiCons 
+//     = fresh >>= \t1-> pure (t1 ->> ListType t1 ->> ListType t1)//
+
+//op1Type :: Op1 -> Infer Type
+//op1Type UnNegation = pure $ (BoolType ->> BoolType)
+//op1Type UnMinus = pure $ (IntType ->> IntType)//
+
+////instantiate :: Scheme -> Infer Type
+////instantiate (Forall as t) = mapM (const fresh) as//
+
+//lookupEnv :: String -> Infer Type
+//lookupEnv ident = asks ('Map'.get ident)
+//     >>= \m->case m of
+//             Nothing = liftT $ Left $ UndeclaredVariableError zero ident
+//             Just (Forall as t) = pure t //instantiate ???//
+
+//class infer a :: a -> Infer Type
+//instance infer Expr where
+//     infer (VarExpr _ (VarDef ident fs)) = lookupEnv ident
+//    infer (Op2Expr _ e1 op e2) = 
+//        infer e1 >>= \t1 -> 
+//        infer e2 >>= \t2 ->
+//        fresh >>= \frsh -> 
+//        let given = t1 ->> (t2 ->> frsh) in
+//        op2Type op >>= \expected -> 
+//        unify expected given >>| 
+//        return frsh
+//     infer (Op1Expr _ op e) = 
+//        infer e >>= \t1 -> 
+//        fresh >>= \frsh -> 
+//        let given = t1 ->> frsh in
+//        op1Type op >>= \expected -> 
+//        unify expected given >>| 
+//        pure frsh
+//     infer (IntExpr _ _) = pure IntType
+//     infer (CharExpr _ _) = pure CharType
+//     infer (BoolExpr _ _) = pure BoolType
+//     infer (FunExpr _ f args sels) =  //todo, iets met field selectors
+//        lookupEnv f >>= \expected ->
+//        fresh >>= \frsh -> 
+//        mapM infer args >>= \argTypes ->
+//        let given = foldr (->>) frsh argTypes in
+//        unify expected given >>|
+//        pure frsh
+//     infer (EmptyListExpr _) = ListType <$> fresh
+//     infer (TupleExpr _ (e1, e2)) =
+//             infer e1 >>= \et1->infer e2 >>= \et2->pure $ TupleType (et1, et2)//
+
+////:: VarDef = VarDef String [FieldSelector]
+////:: FieldSelector = FieldHd | FieldTl | FieldFst | FieldSnd
+////:: Op1 = UnNegation | UnMinus
+////:: Op2 = BiPlus | BiMinus | BiTimes | BiDivide | BiMod | BiEquals | BiLesser |
+////   BiGreater | BiLesserEq | BiGreaterEq | BiUnEqual | BiAnd | BiOr | BiCons
+////:: FunDecl = FunDecl Pos String [String] (Maybe Type) [VarDecl] [Stmt]
+////:: FunCall = FunCall String [Expr]
+////:: Stmt 
+////   = IfStmt Expr [Stmt] [Stmt]
+////   | WhileStmt Expr [Stmt]
+////   | AssStmt VarDef Expr
+////   | FunStmt FunCall
+////   | ReturnStmt (Maybe Expr)
+////:: Pos = {line :: Int, col :: Int}
+////:: AST = AST [VarDecl] [FunDecl]
+////:: VarDecl = VarDecl Pos Type String Expr
+////:: Type 
+////   = TupleType (Type, Type)
+////   | ListType Type
+////   | IdType String 
+////   | IntType 
+////   | BoolType
+////   | CharType
+////   | VarType
+////    | VoidType
+////    | (->>) infixl 7 Type Type