helm/software/components/ng_refiner/nCicMetaSubst.ml

   1 (*
   2     ||M||  This file is part of HELM, an Hypertextual, Electronic
   3     ||A||  Library of Mathematics, developed at the Computer Science
   4     ||T||  Department, University of Bologna, Italy.
   5     ||I||
   6     ||T||  HELM is free software; you can redistribute it and/or
   7     ||A||  modify it under the terms of the GNU General Public License
   8     \   /  version 2 or (at your option) any later version.
   9      \ /   This software is distributed as is, NO WARRANTY.
  10       V_______________________________________________________________ *)
  11
  12 (* $Id$ *)
  13
  14 exception MetaSubstFailure of string Lazy.t
  15 exception Uncertain of string Lazy.t
  16
  17 let newmeta,maxmeta =
  18   let maxmeta = ref 0 in
  19   (fun () -> incr maxmeta; !maxmeta),
  20   (fun () -> !maxmeta)
  21 ;;
  22
  23 exception NotInTheList;;
  24
  25 let position to_skip n (shift, lc) =
  26   match lc with
  27   | NCic.Irl _ when to_skip > 0 -> assert false  (* unclear to me *)
  28   | NCic.Irl len when n <= shift || n > shift + len -> raise NotInTheList
  29   | NCic.Irl _ -> n - shift
  30   | NCic.Ctx tl ->
  31       let rec aux to_skip k = function
  32          | [] -> raise NotInTheList
  33          | _ :: tl when to_skip > 0 -> aux (to_skip - 1) (k+1) tl
  34          | (NCic.Rel m)::_ when m + shift = n -> k
  35          | _::tl -> aux to_skip (k+1) tl
  36       in
  37        aux to_skip 1 tl
  38 ;;
  39
  40 let pack_lc orig =
  41   let rec are_contiguous k = function
  42     | [] -> true
  43     | (NCic.Rel j) :: tl when j = k+1 -> are_contiguous j tl
  44     | _ -> false
  45   in
  46   match orig with
  47   | _, NCic.Ctx [] -> 0, NCic.Irl 0
  48   | shift, NCic.Ctx (NCic.Rel k::tl as l) when are_contiguous k tl ->
  49       shift+k-1, NCic.Irl (List.length l)
  50   | _ -> orig
  51 ;;
  52
  53
  54
  55 let mk_perforated_irl shift len restrictions =
  56   let rec aux n =
  57     if n = 0 then [] else
  58      if List.mem (n+shift) restrictions then aux (n-1)
  59      else (NCic.Rel n) :: aux (n-1)
  60   in
  61     pack_lc (shift, NCic.Ctx (List.rev (aux len)))
  62 ;;
  63
  64 exception Occur;;
  65
  66 let rec force_does_not_occur metasenv subst restrictions t =
  67  let rec aux k ms = function
  68     | NCic.Rel r when List.mem (r - k) restrictions -> raise Occur
  69     | NCic.Rel r as orig ->
  70         let amount =
  71           List.length (List.filter (fun x -> x < r - k) restrictions)
  72         in
  73         if amount > 0 then ms, NCic.Rel (r - amount) else ms, orig
  74     | NCic.Meta (n, (shift,lc as l)) as orig ->
  75        let meta_chain =
  76         try
  77          Some (NCicUtils.lookup_subst n subst)
  78         with
  79          NCicUtils.Subst_not_found _ -> None
  80        in
  81         (match meta_chain with
  82             Some (_,_,bo,_) ->
  83              aux k ms (NCicSubstitution.subst_meta l bo)
  84           | None ->
  85              (* we ignore the subst since restrict will take care of already
  86               * instantiated/restricted metavariabels *)
  87              let (metasenv,subst as ms), restrictions_for_n, l' =
  88                let l = NCicUtils.expand_local_context lc in
  89
  90                let ms, _, restrictions_for_n, l =
  91                 List.fold_right
  92                   (fun t (ms, i, restrictions_for_n, l) ->
  93                     try
  94                       let ms, t = aux (k-shift) ms t in
  95                       ms, i-1, restrictions_for_n, t::l
  96                     with Occur ->
  97                       ms, i-1, i::restrictions_for_n, l)
  98                   l (ms, List.length l, [], [])
  99                in
 100
 101                 ms, restrictions_for_n, pack_lc (shift, NCic.Ctx l)
 102              in
 103              if restrictions_for_n = [] then
 104                ms, if l = l' then orig else NCic.Meta (n, l')
 105              else
 106                let metasenv, subst, newmeta =
 107                  restrict metasenv subst n restrictions_for_n
 108                in
 109                  (metasenv, subst), NCic.Meta (newmeta, l'))
 110     | t -> NCicUntrusted.map_term_fold_a (fun _ k -> k+1) k aux ms t
 111  in
 112    aux 0 (metasenv,subst) t
 113
 114 and force_does_not_occur_in_context metasenv subst restrictions = function
 115   | name, NCic.Decl t as orig ->
 116       let (metasenv, subst), t' =
 117         force_does_not_occur metasenv subst restrictions t in
 118       metasenv, subst, (if t == t' then orig else (name,NCic.Decl t'))
 119   | name, NCic.Def (bo, ty) as orig ->
 120       let (metasenv, subst), bo' =
 121         force_does_not_occur metasenv subst restrictions bo in
 122       let (metasenv, subst), ty' =
 123         force_does_not_occur metasenv subst restrictions ty in
 124       metasenv, subst,
 125        (if bo == bo' && ty == ty' then orig else (name, NCic.Def (bo', ty')))
 126
 127 and erase_in_context metasenv subst pos restrictions = function
 128   | [] -> metasenv, subst, restrictions, []
 129   | hd::tl as orig ->
 130       let metasenv, subst, restricted, tl' =
 131         erase_in_context metasenv subst (pos+1) restrictions tl in
 132       if List.mem pos restricted then
 133         metasenv, subst, restricted, tl'
 134       else
 135         try
 136           let metasenv, subst, hd' =
 137             let delifted_restricted =
 138               List.map ((+) ~-pos) (List.filter ((<=) pos) restricted) in
 139             force_does_not_occur_in_context
 140               metasenv subst delifted_restricted hd
 141           in
 142            metasenv, subst, restricted,
 143             (if hd' == hd && tl' == tl then orig else (hd' :: tl'))
 144         with Occur ->
 145             metasenv, subst, (pos :: restricted), tl'
 146
 147 and restrict metasenv subst i restrictions =
 148   assert (restrictions <> []);
 149   try
 150     let name, ctx, bo, ty = NCicUtils.lookup_subst i subst in
 151       try
 152         let metasenv, subst, restrictions, newctx =
 153           erase_in_context metasenv subst 1 restrictions ctx in
 154         let (metasenv, subst), newty =
 155           force_does_not_occur metasenv subst restrictions ty in
 156         let (metasenv, subst), newbo =
 157           force_does_not_occur metasenv subst restrictions bo in
 158         let j = newmeta () in
 159         let subst_entry_j = j, (name, newctx, newbo, newty) in
 160         let reloc_irl = mk_perforated_irl 0 (List.length ctx) restrictions in
 161         let subst_entry_i = i, (name, ctx, NCic.Meta (j, reloc_irl), ty) in
 162         let new_subst =
 163           subst_entry_j :: List.map
 164             (fun (n,_) as orig -> if i = n then subst_entry_i else orig) subst
 165         in
 166 (*
 167     prerr_endline ("restringo nella subst: " ^string_of_int i ^ " -> " ^
 168       string_of_int j ^ "\n" ^
 169       NCicPp.ppsubst ~metasenv [subst_entry_j] ^ "\n\n" ^
 170       NCicPp.ppsubst ~metasenv [subst_entry_i] ^ "\n" ^
 171       NCicPp.ppterm ~metasenv ~subst ~context:ctx bo ^ " ---- " ^
 172       NCicPp.ppterm ~metasenv ~subst ~context:newctx newbo
 173             );
 174 *)
 175         metasenv, new_subst, j
 176       with Occur -> raise (MetaSubstFailure (lazy (Printf.sprintf
 177             ("Cannot restrict the context of the metavariable ?%d over "^^
 178             "the hypotheses %s since ?%d is already instantiated "^^
 179             "with %s and at least one of the hypotheses occurs in "^^
 180             "the substituted term") i  (String.concat ", "
 181             (List.map (fun x -> fst (List.nth ctx (x-1))) restrictions)) i
 182             (NCicPp.ppterm ~metasenv ~subst ~context:ctx bo))))
 183   with NCicUtils.Subst_not_found _ ->
 184     try
 185       let name, ctx, ty = NCicUtils.lookup_meta i metasenv in
 186       try
 187         let metasenv, subst, restrictions, newctx =
 188           erase_in_context metasenv subst 1 restrictions ctx in
 189         let (metasenv, subst), newty =
 190           force_does_not_occur metasenv subst restrictions ty in
 191         let j = newmeta () in
 192         let metasenv_entry = j, (name, newctx, newty) in
 193         let reloc_irl =
 194           mk_perforated_irl 0 (List.length ctx) restrictions in
 195         let subst_entry = i, (name, ctx, NCic.Meta (j, reloc_irl), ty) in
 196         List.map
 197           (fun (n,_) as orig -> if i = n then metasenv_entry else orig)
 198           metasenv,
 199         subst_entry :: subst, j
 200       with Occur -> raise (MetaSubstFailure (lazy (Printf.sprintf
 201           ("Cannot restrict the context of the metavariable ?%d "^^
 202           "over the hypotheses %s since metavariable's type depends "^^
 203           "on at least one of them") i (String.concat ", "
 204           (List.map (fun x -> fst (List.nth ctx (x-1))) restrictions)))))
 205     with
 206     | NCicUtils.Meta_not_found _ -> assert false
 207 ;;
 208
 209 let rec flexible_arg subst = function
 210   | NCic.Meta (i,_) | NCic.Appl (NCic.Meta (i,_) :: _)->
 211       (try
 212         let _,_,t,_ = List.assoc i subst in
 213         flexible_arg subst t
 214       with Not_found -> true)
 215   | _ -> false
 216 ;;
 217
 218 let in_scope_tag  = "tag:in_scope" ;;
 219 let out_scope_tag_prefix = "tag:out_scope:"
 220 let out_scope_tag n = out_scope_tag_prefix ^ string_of_int n ;;
 221 let is_out_scope_tag tag =
 222    String.length tag > String.length out_scope_tag_prefix &&
 223    String.sub tag 0 (String.length out_scope_tag_prefix) = out_scope_tag_prefix
 224 ;;
 225 let int_of_out_scope_tag tag =
 226   int_of_string
 227    (String.sub tag (String.length out_scope_tag_prefix)
 228      (String.length tag - (String.length out_scope_tag_prefix)))
 229 ;;
 230
 231
 232 exception Found;;
 233
 234 (* INVARIANT: we suppose that t is not another occurrence of Meta(n,_),
 235    otherwise the occur check does not make sense in case of unification
 236    of ?n with ?n *)
 237 let delift ~unify metasenv subst context n l t =
 238   let is_in_scope_meta subst = function
 239     | NCic.Meta (i,_) ->
 240         (try
 241            let tag, _, _, _ = NCicUtils.lookup_subst i subst in
 242            tag = Some in_scope_tag
 243         with NCicUtils.Subst_not_found _ -> false)
 244     | _ -> false
 245   in
 246   let contains_in_scope subst t =
 247     let rec aux _ () = function
 248       | NCic.Meta _ as t ->
 249           if is_in_scope_meta subst t then raise Found
 250           else ()
 251       | t ->
 252           if is_in_scope_meta subst t then raise Found
 253           else NCicUtils.fold (fun _ () -> ()) () aux () t
 254     in
 255     try aux () () t; false with Found -> true
 256   in
 257   let unify_list in_scope =
 258     match l with
 259     | _, NCic.Irl _ -> fun _ _ _ _ _ -> None
 260     | shift, NCic.Ctx l -> fun metasenv subst context k t ->
 261        if flexible_arg subst t || contains_in_scope subst t then None else
 262          let lb = List.map (fun t -> t, flexible_arg subst t) l in
 263          HExtlib.list_findopt
 264           (fun (li,flexible) i ->
 265             if flexible || i < in_scope then None else
 266              let li = NCicSubstitution.lift (k+shift) li in
 267              match unify metasenv subst context li t with
 268              | Some (metasenv,subst) ->
 269                  Some ((metasenv, subst), NCic.Rel (i+1+k))
 270              | None -> None)
 271           lb
 272   in
 273   let rec aux (context,k,in_scope) (metasenv, subst as ms) t =
 274    match unify_list in_scope metasenv subst context k t with
 275    | Some x -> x
 276    | None ->
 277     match t with
 278     | NCic.Rel n as t when n <= k -> ms, t
 279     | NCic.Rel n ->
 280         (try
 281           match List.nth context (n-k-1) with
 282           | _,NCic.Def (bo,_) ->
 283                 (try ms, NCic.Rel ((position in_scope (n-k) l) + k)
 284                  with NotInTheList ->
 285                 (* CSC: This bit of reduction hurts performances since it is
 286                  * possible to  have an exponential explosion of the size of the
 287                  * proof. required for nat/nth_prime.ma *)
 288                   aux (context,k,in_scope) ms (NCicSubstitution.lift n bo))
 289           | _,NCic.Decl _ -> ms, NCic.Rel ((position in_scope (n-k) l) + k)
 290         with Failure _ -> assert false) (*Unbound variable found in delift*)
 291     | NCic.Meta (i,_) when i=n ->
 292          raise (MetaSubstFailure (lazy (Printf.sprintf (
 293            "Cannot unify the metavariable ?%d with a term that has "^^
 294            "as subterm %s in which the same metavariable "^^
 295            "occurs (occur check)") i
 296             (NCicPp.ppterm ~context ~metasenv ~subst t))))
 297     | NCic.Meta (i,l1) as orig ->
 298         (try
 299            let tag,c,t,ty = NCicUtils.lookup_subst i subst in
 300            let in_scope, clear =
 301              match tag with
 302              | Some tag when tag = in_scope_tag -> 0, true
 303              | Some tag when is_out_scope_tag tag->int_of_out_scope_tag tag,true
 304              | _ -> in_scope, false
 305            in
 306            let ms =
 307              if not clear then ms
 308              else
 309                metasenv,
 310                (i,(None,c,t,ty)) :: List.filter (fun j,_ -> i <> j) subst
 311            in
 312            aux (context,k,in_scope) ms (NCicSubstitution.subst_meta l1 t)
 313          with NCicUtils.Subst_not_found _ ->
 314            if snd l1 = NCic.Irl 0 || snd l1 = NCic.Ctx [] then ms, orig
 315            else
 316               let shift1,lc1 = l1 in
 317               let shift,lc = l in
 318               let shift = shift + k in
 319               match lc, lc1 with
 320               | NCic.Irl len, NCic.Irl len1
 321                 when shift1 + len1 < shift || shift1 > shift + len ->
 322                   let restrictions = HExtlib.list_seq 1 (len1 + 1) in
 323                   let metasenv, subst, newmeta =
 324                      restrict metasenv subst i restrictions
 325                   in
 326                   (metasenv, subst),
 327                     NCic.Meta (newmeta, (0,NCic.Irl (max 0 (k-shift1))))
 328               | NCic.Irl len, NCic.Irl len1 ->
 329                   let low_restrictions, new_shift =
 330                     if k <= shift1 && shift1 < shift then
 331                       HExtlib.list_seq 1 (shift - shift1 + 1), k
 332                     else if shift1 < k (* <= shift *) then
 333                       let save_below = k - shift1 in
 334                       HExtlib.list_seq (save_below + 1) (shift - shift1 + 1),
 335                       shift1
 336                     else [], shift1 - shift + k
 337                   in
 338                   let high_restrictions =
 339                     let last = shift + len in
 340                     let last1 = shift1 + len1 in
 341                     if last1 > last then
 342                       let high_gap = last1 - last in
 343                       HExtlib.list_seq (len1 - high_gap + 1) (len1 + 1)
 344                     else []
 345                   in
 346                   let restrictions = low_restrictions @ high_restrictions in
 347                   if restrictions = [] then
 348                     if shift = k then ms, orig
 349                     else ms, NCic.Meta (i, (new_shift, lc1))
 350                   else
 351                     let metasenv, subst, newmeta =
 352                        restrict metasenv subst i restrictions
 353                     in
 354 (* {{{
 355                   prerr_endline ("RESTRICTIONS FOR: " ^
 356                     NCicPp.ppterm ~metasenv ~subst ~context:[]
 357                     (NCic.Meta (i,l1))^" that was part of a term unified with "
 358                     ^ NCicPp.ppterm ~metasenv ~subst ~context:[] (NCic.Meta
 359                     (n,l)) ^ " ====> " ^ String.concat "," (List.map
 360                     string_of_int restrictions) ^ "\nMENV:\n" ^
 361                     NCicPp.ppmetasenv ~subst metasenv ^ "\nSUBST:\n" ^
 362                     NCicPp.ppsubst subst ~metasenv);
 363 }}} *)
 364                     let newlc_len = len1 - List.length restrictions in
 365                     let meta =
 366                        NCic.Meta(newmeta,(new_shift, NCic.Irl newlc_len))
 367                     in
 368                     assert (
 369                       let _, cctx, _ = NCicUtils.lookup_meta newmeta metasenv in
 370                       List.length cctx = newlc_len);
 371                     (metasenv, subst), meta
 372
 373               | _ ->
 374                   let lc1 = NCicUtils.expand_local_context lc1 in
 375                   let lc1 = List.map (NCicSubstitution.lift shift1) lc1 in
 376                   let rec deliftl tbr j ms = function
 377                     | [] -> ms, tbr, []
 378                     | t::tl ->
 379                         let ms, tbr, tl = deliftl tbr (j+1) ms tl in
 380                         try
 381                           let ms, t = aux (context,k,in_scope) ms t in
 382                           ms, tbr, t::tl
 383                         with
 384                         | NotInTheList | MetaSubstFailure _ -> ms, j::tbr, tl
 385                   in
 386                   let (metasenv, subst), to_be_r, lc1' = deliftl [] 1 ms lc1 in
 387 (*
 388                   prerr_endline ("TO BE RESTRICTED: " ^
 389                    (String.concat "," (List.map string_of_int to_be_r)));
 390 *)
 391                   let l1 = pack_lc (0, NCic.Ctx lc1') in
 392 (*
 393                   prerr_endline ("newmeta:" ^ NCicPp.ppterm
 394                    ~metasenv ~subst ~context (NCic.Meta (999,l1)));
 395 *)
 396                   if to_be_r = [] then
 397                     (metasenv, subst),
 398                     (if lc1' = lc1 then orig else NCic.Meta (i,l1))
 399                   else
 400                     let metasenv, subst, newmeta =
 401                       restrict metasenv subst i to_be_r in
 402                     (metasenv, subst), NCic.Meta(newmeta,l1))
 403
 404     | t ->
 405         NCicUntrusted.map_term_fold_a
 406           (fun e (c,k,s) -> (e::c,k+1,s)) (context,k,in_scope) aux ms t
 407   in
 408    try aux (context,0,0) (metasenv,subst) t
 409    with NotInTheList ->
 410       (* This is the case where we fail even first order unification. *)
 411       (* The reason is that our delift function is weaker than first  *)
 412       (* order (in the sense of alpha-conversion). See comment above  *)
 413       (* related to the delift function.                              *)
 414       let msg = (lazy (Printf.sprintf
 415         ("Error trying to abstract %s over [%s]: the algorithm only tried to "^^
 416         "abstract over bound variables") (NCicPp.ppterm ~metasenv ~subst
 417         ~context t) (String.concat "; " (List.map (NCicPp.ppterm ~metasenv
 418         ~subst ~context) (let shift, lc = l in List.map (NCicSubstitution.lift
 419         shift) (NCicUtils.expand_local_context lc))))))
 420       in
 421       let shift, lc = l in
 422       let lc = NCicUtils.expand_local_context lc in
 423       let l = List.map (NCicSubstitution.lift shift) lc in
 424        if
 425         List.exists (fun t-> NCicUntrusted.metas_of_term subst context t <> [])l
 426        then
 427         raise (Uncertain msg)
 428        else
 429         raise (MetaSubstFailure msg)
 430 ;;
 431
 432 let mk_meta ?name metasenv context ty =
 433   let tyof = function Some s -> Some ("typeof_"^s) | None -> None in
 434   let rec mk_meta name n metasenv context = function
 435   | `WithType ty ->
 436     let len = List.length context in
 437     let menv_entry = (n, (name, context, ty)) in
 438     menv_entry :: metasenv, n, NCic.Meta (n, (0,NCic.Irl len)), ty
 439   | `Sort ->
 440     let ty = NCic.Implicit (`Typeof n) in
 441     mk_meta (tyof name) n metasenv [] (`WithType ty)
 442   | `Type ->
 443     let metasenv, _, ty, _ =
 444       mk_meta (tyof name) (newmeta ()) metasenv context `Sort in
 445     mk_meta name n metasenv context (`WithType ty)
 446   | `Term ->
 447     let metasenv, _, ty, _ =
 448       mk_meta (tyof name) (newmeta ()) metasenv context `Type in
 449     mk_meta name n metasenv context (`WithType ty)
 450   in
 451     mk_meta name (newmeta ()) metasenv context ty
 452 ;;
 453
 454 let saturate ?(delta=0) metasenv subst context ty goal_arity =
 455  assert (goal_arity >= 0);
 456   let rec aux metasenv = function
 457    | NCic.Prod (name,s,t) as ty ->
 458        let metasenv1, _, arg,_ =
 459           mk_meta ~name:name metasenv context (`WithType s) in
 460        let t, metasenv1, args, pno =
 461            aux metasenv1 (NCicSubstitution.subst arg t)
 462        in
 463        if pno + 1 = goal_arity then
 464          ty, metasenv, [], goal_arity+1
 465        else
 466          t, metasenv1, arg::args, pno+1
 467    | ty ->
 468         match NCicReduction.whd ~subst context ty ~delta with
 469         | NCic.Prod _ as ty -> aux metasenv ty
 470         | ty -> ty, metasenv, [], 0
 471   in
 472   let res, newmetasenv, arguments, _ = aux metasenv ty in
 473   res, newmetasenv, arguments
 474 ;;