]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/blob - helm/ocaml/cic_unification/cicMetaSubst.ml
ppcontext (and thus also ppmetasenv) were buggy: the occurrences of a variable
[helm.git] / helm / ocaml / cic_unification / cicMetaSubst.ml
1
2 open Printf
3
4 exception AssertFailure of string
5 exception MetaSubstFailure of string
6
7 let debug_print = prerr_endline
8
9 type substitution = (int * Cic.term) list
10
11 let ppsubst subst =
12   String.concat "\n"
13     (List.map
14       (fun (idx, term) -> Printf.sprintf "?%d := %s" idx (CicPp.ppterm term))
15       subst)
16
17 (**** DELIFT ****)
18 (* the delift function takes in input a metavariable index, an ordered list of
19  * optional terms [t1,...,tn] and a term t, and substitutes every tk = Some
20  * (rel(nk)) with rel(k).  Typically, the list of optional terms is the explicit
21  * substitution that is applied to a metavariable occurrence and the result of
22  * the delift function is a term the implicit variable can be substituted with
23  * to make the term [t] unifiable with the metavariable occurrence.  In general,
24  * the problem is undecidable if we consider equivalence in place of alpha
25  * convertibility. Our implementation, though, is even weaker than alpha
26  * convertibility, since it replace the term [tk] if and only if [tk] is a Rel
27  * (missing all the other cases). Does this matter in practice?
28  * The metavariable index is the index of the metavariable that must not occur
29  * in the term (for occur check).
30  *)
31
32 exception NotInTheList;;
33
34 let position n =
35   let rec aux k =
36    function 
37        [] -> raise NotInTheList
38      | (Some (Cic.Rel m))::_ when m=n -> k
39      | _::tl -> aux (k+1) tl in
40   aux 1
41 ;;
42
43 exception Occur;;
44
45 let rec force_does_not_occur subst to_be_restricted t =
46  let module C = Cic in
47  let more_to_be_restricted = ref [] in
48  let rec aux k = function
49       C.Rel r when List.mem (r+k) to_be_restricted -> raise Occur
50     | C.Rel _
51     | C.Sort _ as t -> t
52     | C.Implicit -> assert false
53     | C.Meta (n, l) ->
54        (* we do not retrieve the term associated to ?n in subst since *)
55        (* in this way we can restrict if something goes wrong         *)
56        let l' =
57          let i = ref 0 in
58          List.map
59            (function t ->
60              incr i ;
61              match t with
62                 None -> None
63               | Some t ->
64                  try
65                    Some (aux k t)
66                  with Occur ->
67                    more_to_be_restricted := (n,!i) :: !more_to_be_restricted;
68                    None)
69            l
70        in
71         C.Meta (n, l')
72     | C.Cast (te,ty) -> C.Cast (aux k te, aux k ty)
73     | C.Prod (name,so,dest) -> C.Prod (name, aux k so, aux (k+1) dest)
74     | C.Lambda (name,so,dest) -> C.Lambda (name, aux k so, aux (k+1) dest)
75     | C.LetIn (name,so,dest) -> C.LetIn (name, aux k so, aux (k+1) dest)
76     | C.Appl l -> C.Appl (List.map (aux k) l)
77     | C.Var (uri,exp_named_subst) ->
78         let exp_named_subst' =
79           List.map (fun (uri,t) -> (uri, aux k t)) exp_named_subst
80         in
81         C.Var (uri, exp_named_subst')
82     | C.Const (uri, exp_named_subst) ->
83         let exp_named_subst' =
84           List.map (fun (uri,t) -> (uri, aux k t)) exp_named_subst
85         in
86         C.Const (uri, exp_named_subst')
87     | C.MutInd (uri,tyno,exp_named_subst) ->
88         let exp_named_subst' =
89           List.map (fun (uri,t) -> (uri, aux k t)) exp_named_subst
90         in
91         C.MutInd (uri, tyno, exp_named_subst')
92     | C.MutConstruct (uri,tyno,consno,exp_named_subst) ->
93         let exp_named_subst' =
94           List.map (fun (uri,t) -> (uri, aux k t)) exp_named_subst
95         in
96         C.MutConstruct (uri, tyno, consno, exp_named_subst')
97     | C.MutCase (uri,tyno,out,te,pl) ->
98         C.MutCase (uri, tyno, aux k out, aux k te, List.map (aux k) pl)
99     | C.Fix (i,fl) ->
100        let len = List.length fl in
101        let k_plus_len = k + len in
102        let fl' =
103          List.map
104           (fun (name,j,ty,bo) -> (name, j, aux k ty, aux k_plus_len bo)) fl
105        in
106        C.Fix (i, fl')
107     | C.CoFix (i,fl) ->
108        let len = List.length fl in
109        let k_plus_len = k + len in
110        let fl' =
111          List.map
112           (fun (name,ty,bo) -> (name, aux k ty, aux k_plus_len bo)) fl
113        in
114        C.CoFix (i, fl')
115  in
116  let res = aux 0 t in
117  (!more_to_be_restricted, res)
118  
119 let rec restrict subst to_be_restricted metasenv =
120   let names_of_context_indexes context indexes =
121     String.concat ", "
122       (List.map
123         (fun i ->
124           match List.nth context i with
125           | None -> assert false
126           | Some (n, _) -> CicPp.ppname n)
127         indexes)
128   in
129   let force_does_not_occur_in_context to_be_restricted = function
130     | None -> [], None
131     | Some (name, Cic.Decl t) ->
132         let (more_to_be_restricted, t') =
133           force_does_not_occur subst to_be_restricted t
134         in
135         more_to_be_restricted, Some (name, Cic.Decl t)
136     | Some (name, Cic.Def (bo, ty)) ->
137         let (more_to_be_restricted, bo') =
138           force_does_not_occur subst to_be_restricted bo
139         in
140         let more_to_be_restricted, ty' =
141           match ty with
142           | None ->  more_to_be_restricted, None
143           | Some ty ->
144               let more_to_be_restricted', ty' =
145                 force_does_not_occur subst to_be_restricted ty
146               in
147               more_to_be_restricted @ more_to_be_restricted',
148               Some ty'
149         in
150         more_to_be_restricted, Some (name, Cic.Def (bo', ty'))
151   in
152   let rec erase i to_be_restricted n = function
153     | [] -> [], to_be_restricted, []
154     | hd::tl ->
155         let restrict_me = List.mem i to_be_restricted in
156         if restrict_me then
157           let more_to_be_restricted, restricted, new_tl =
158             erase (i+1) (i :: to_be_restricted) n tl
159           in
160           more_to_be_restricted, restricted, None :: new_tl
161         else
162           (try
163             let more_to_be_restricted, hd' =
164               force_does_not_occur_in_context to_be_restricted hd
165             in
166             let more_to_be_restricted', restricted, tl' =
167               erase (i+1) to_be_restricted n tl
168             in
169             more_to_be_restricted @ more_to_be_restricted',
170             restricted, hd' :: tl'
171           with Occur ->
172             let more_to_be_restricted, restricted, tl' =
173               erase (i+1) (i :: to_be_restricted) n tl
174             in
175             more_to_be_restricted, restricted, None :: tl')
176   in
177   let (more_to_be_restricted, metasenv, subst) =
178     List.fold_right
179       (fun (n, context, t) (more, metasenv, subst) ->
180         let to_be_restricted =
181           List.map snd (List.filter (fun (m, _) -> m = n) to_be_restricted)
182         in
183         let (more_to_be_restricted, restricted, context') =
184           erase 1 to_be_restricted n context
185         in
186         try
187           let more_to_be_restricted', t' =
188             force_does_not_occur subst restricted t
189           in
190           let metasenv' = (n, context', t') :: metasenv in
191           (try
192             let s = List.assoc n subst in
193             try
194               let more_to_be_restricted'', s' =
195                 force_does_not_occur subst restricted s
196               in
197               let subst' = (n, s') :: (List.remove_assoc n subst) in
198               let more =
199                 more @ more_to_be_restricted @ more_to_be_restricted' @
200                   more_to_be_restricted''
201               in
202               (more, metasenv', subst')
203             with Occur ->
204               raise (MetaSubstFailure (sprintf
205                 "Cannot restrict the context of the metavariable ?%d over the hypotheses %s since ?%d is already instantiated with %s and at least one of the hypotheses occurs in the substituted term"
206                 n (names_of_context_indexes context to_be_restricted) n
207                 (CicPp.ppterm s)))
208            with Not_found -> (more @ more_to_be_restricted @ more_to_be_restricted', metasenv', subst))
209         with Occur ->
210           raise (MetaSubstFailure (sprintf
211             "Cannot restrict the context of the metavariable ?%d over the hypotheses %s since metavariable's type depends on at least one of them"
212             n (names_of_context_indexes context to_be_restricted))))
213       metasenv ([], [], subst)
214   in
215   match more_to_be_restricted with
216   | [] -> (metasenv, subst)
217   | _ -> restrict subst more_to_be_restricted metasenv
218 ;;
219
220 (*CSC: maybe we should rename delift in abstract, as I did in my dissertation *)
221 let delift n subst context metasenv l t =
222  let module S = CicSubstitution in
223   let to_be_restricted = ref [] in
224   let rec deliftaux k =
225    let module C = Cic in
226     function
227        C.Rel m -> 
228          if m <=k then
229           C.Rel m   (*CSC: che succede se c'e' un Def? Dovrebbe averlo gia' *)
230                     (*CSC: deliftato la regola per il LetIn                 *)
231                     (*CSC: FALSO! La regola per il LetIn non lo fa          *)
232          else
233           (match List.nth context (m-k-1) with
234             Some (_,C.Def (t,_)) ->
235              (*CSC: Hmmm. This bit of reduction is not in the spirit of    *)
236              (*CSC: first order unification. Does it help or does it harm? *)
237              deliftaux k (S.lift m t)
238           | Some (_,C.Decl t) ->
239              (*CSC: The following check seems to be wrong!             *)
240              (*CSC: B:Set |- ?2 : Set                                  *)
241              (*CSC: A:Set ; x:?2[A/B] |- ?1[x/A] =?= x                 *)
242              (*CSC: Why should I restrict ?2 over B? The instantiation *)
243              (*CSC: ?1 := A is perfectly reasonable and well-typed.    *)
244              (*CSC: Thus I comment out the following two lines that    *)
245              (*CSC: are the incriminated ones.                         *)
246              (*(* It may augment to_be_restricted *)
247                ignore (deliftaux k (S.lift m t)) ;*)
248              (*CSC: end of bug commented out                           *)
249              C.Rel ((position (m-k) l) + k)
250           | None -> raise (MetaSubstFailure "RelToHiddenHypothesis"))
251      | C.Var (uri,exp_named_subst) ->
252         let exp_named_subst' =
253          List.map (function (uri,t) -> uri,deliftaux k t) exp_named_subst
254         in
255          C.Var (uri,exp_named_subst')
256      | C.Meta (i, l1) as t -> 
257         if i = n then
258           raise (MetaSubstFailure (sprintf
259             "Cannot unify the metavariable ?%d with a term that has as subterm %s in which the same metavariable occurs (occur check)"
260             i (CicPp.ppterm t)))
261         else
262          (* I do not consider the term associated to ?i in subst since *)
263          (* in this way I can restrict if something goes wrong.        *)
264           let rec deliftl j =
265            function
266               [] -> []
267             | None::tl -> None::(deliftl (j+1) tl)
268             | (Some t)::tl ->
269                let l1' = (deliftl (j+1) tl) in
270                 try
271                  Some (deliftaux k t)::l1'
272                 with
273                    NotInTheList
274                  | MetaSubstFailure _ ->
275                     to_be_restricted := (i,j)::!to_be_restricted ; None::l1'
276           in
277            let l' = deliftl 1 l1 in
278             C.Meta(i,l')
279      | C.Sort _ as t -> t
280      | C.Implicit as t -> t
281      | C.Cast (te,ty) -> C.Cast (deliftaux k te, deliftaux k ty)
282      | C.Prod (n,s,t) -> C.Prod (n, deliftaux k s, deliftaux (k+1) t)
283      | C.Lambda (n,s,t) -> C.Lambda (n, deliftaux k s, deliftaux (k+1) t)
284      | C.LetIn (n,s,t) -> C.LetIn (n, deliftaux k s, deliftaux (k+1) t)
285      | C.Appl l -> C.Appl (List.map (deliftaux k) l)
286      | C.Const (uri,exp_named_subst) ->
287         let exp_named_subst' =
288          List.map (function (uri,t) -> uri,deliftaux k t) exp_named_subst
289         in
290          C.Const (uri,exp_named_subst')
291      | C.MutInd (uri,typeno,exp_named_subst) ->
292         let exp_named_subst' =
293          List.map (function (uri,t) -> uri,deliftaux k t) exp_named_subst
294         in
295          C.MutInd (uri,typeno,exp_named_subst')
296      | C.MutConstruct (uri,typeno,consno,exp_named_subst) ->
297         let exp_named_subst' =
298          List.map (function (uri,t) -> uri,deliftaux k t) exp_named_subst
299         in
300          C.MutConstruct (uri,typeno,consno,exp_named_subst')
301      | C.MutCase (sp,i,outty,t,pl) ->
302         C.MutCase (sp, i, deliftaux k outty, deliftaux k t,
303          List.map (deliftaux k) pl)
304      | C.Fix (i, fl) ->
305         let len = List.length fl in
306         let liftedfl =
307          List.map
308           (fun (name, i, ty, bo) ->
309            (name, i, deliftaux k ty, deliftaux (k+len) bo))
310            fl
311         in
312          C.Fix (i, liftedfl)
313      | C.CoFix (i, fl) ->
314         let len = List.length fl in
315         let liftedfl =
316          List.map
317           (fun (name, ty, bo) -> (name, deliftaux k ty, deliftaux (k+len) bo))
318            fl
319         in
320          C.CoFix (i, liftedfl)
321   in
322    let res =
323     try
324      deliftaux 0 t
325     with
326      NotInTheList ->
327       (* This is the case where we fail even first order unification. *)
328       (* The reason is that our delift function is weaker than first  *)
329       (* order (in the sense of alpha-conversion). See comment above  *)
330       (* related to the delift function.                              *)
331 debug_print "!!!!!!!!!!! First Order UnificationFailure, but maybe it could have been successful even in a first order setting (no conversion, only alpha convertibility)! Please, implement a better delift function !!!!!!!!!!!!!!!!" ;
332       raise (MetaSubstFailure (sprintf
333         "Error trying to abstract %s over [%s]: the algorithm only tried to abstract over bound variables"
334         (CicPp.ppterm t)
335         (String.concat "; "
336           (List.map
337             (function Some t -> CicPp.ppterm t | None -> "_")
338             l))))
339    in
340    let (metasenv, subst) = restrict subst !to_be_restricted metasenv in
341     res, metasenv, subst
342 ;;
343
344 (**** END OF DELIFT ****)
345
346 let apply_subst_gen ~appl_fun subst term =
347  let rec um_aux =
348   let module C = Cic in
349   let module S = CicSubstitution in 
350    function
351       C.Rel _ as t -> t
352     | C.Var _  as t -> t
353     | C.Meta (i, l) -> 
354         (try
355           let t = List.assoc i subst in
356           um_aux (S.lift_meta l t)
357         with Not_found -> (* not constrained variable, i.e. free in subst*)
358           let l' =
359             List.map (function None -> None | Some t -> Some (um_aux t)) l
360           in
361            C.Meta (i,l'))
362     | C.Sort _ as t -> t
363     | C.Implicit -> assert false
364     | C.Cast (te,ty) -> C.Cast (um_aux te, um_aux ty)
365     | C.Prod (n,s,t) -> C.Prod (n, um_aux s, um_aux t)
366     | C.Lambda (n,s,t) -> C.Lambda (n, um_aux s, um_aux t)
367     | C.LetIn (n,s,t) -> C.LetIn (n, um_aux s, um_aux t)
368     | C.Appl (hd :: tl) -> appl_fun um_aux hd tl
369     | C.Appl _ -> assert false
370     | C.Const (uri,exp_named_subst) ->
371        let exp_named_subst' =
372          List.map (fun (uri, t) -> (uri, um_aux t)) exp_named_subst
373        in
374        C.Const (uri, exp_named_subst')
375     | C.MutInd (uri,typeno,exp_named_subst) ->
376        let exp_named_subst' =
377          List.map (fun (uri, t) -> (uri, um_aux t)) exp_named_subst
378        in
379        C.MutInd (uri,typeno,exp_named_subst')
380     | C.MutConstruct (uri,typeno,consno,exp_named_subst) ->
381        let exp_named_subst' =
382          List.map (fun (uri, t) -> (uri, um_aux t)) exp_named_subst
383        in
384        C.MutConstruct (uri,typeno,consno,exp_named_subst')
385     | C.MutCase (sp,i,outty,t,pl) ->
386        let pl' = List.map um_aux pl in
387        C.MutCase (sp, i, um_aux outty, um_aux t, pl')
388     | C.Fix (i, fl) ->
389        let fl' =
390          List.map (fun (name, i, ty, bo) -> (name, i, um_aux ty, um_aux bo)) fl
391        in
392        C.Fix (i, fl')
393     | C.CoFix (i, fl) ->
394        let fl' =
395          List.map (fun (name, ty, bo) -> (name, um_aux ty, um_aux bo)) fl
396        in
397        C.CoFix (i, fl')
398  in
399  um_aux term
400
401 let apply_subst =
402   let appl_fun um_aux he tl =
403     let tl' = List.map um_aux tl in
404       begin
405        match um_aux he with
406           Cic.Appl l -> Cic.Appl (l@tl')
407         | he' -> Cic.Appl (he'::tl')
408       end
409   in
410   apply_subst_gen ~appl_fun
411
412 let ppterm subst term = CicPp.ppterm (apply_subst subst term)
413
414 (* apply_subst_reducing subst (Some (mtr,reductions_no)) t              *)
415 (* performs as (apply_subst subst t) until it finds an application of   *)
416 (* (META [meta_to_reduce]) that, once unwinding is performed, creates   *)
417 (* a new beta-redex; in this case up to [reductions_no] consecutive     *)
418 (* beta-reductions are performed.                                       *)
419 (* Hint: this function is usually called when [reductions_no]           *)
420 (*  eta-expansions have been performed and the head of the new          *)
421 (*  application has been unified with (META [meta_to_reduce]):          *)
422 (*  during the unwinding the eta-expansions are undone.                 *)
423
424 let apply_subst_reducing meta_to_reduce =
425   let appl_fun um_aux he tl =
426     let tl' = List.map um_aux tl in
427     let t' =
428      match um_aux he with
429         Cic.Appl l -> Cic.Appl (l@tl')
430       | he' -> Cic.Appl (he'::tl')
431     in
432      begin
433       match meta_to_reduce, he with
434          Some (mtr,reductions_no), Cic.Meta (m,_) when m = mtr ->
435           let rec beta_reduce =
436            function
437               (n,(Cic.Appl (Cic.Lambda (_,_,t)::he'::tl'))) when n > 0 ->
438                 let he'' = CicSubstitution.subst he' t in
439                  if tl' = [] then
440                   he''
441                  else
442                   beta_reduce (n-1,Cic.Appl(he''::tl'))
443             | (_,t) -> t
444           in
445            beta_reduce (reductions_no,t')
446        | _,_ -> t'
447      end
448   in
449   apply_subst_gen ~appl_fun
450
451 let rec apply_subst_context subst context =
452   List.fold_right
453     (fun item context ->
454       match item with
455       | Some (n, Cic.Decl t) ->
456           let t' = apply_subst subst t in
457           Some (n, Cic.Decl t') :: context
458       | Some (n, Cic.Def (t, ty)) ->
459           let ty' =
460             match ty with
461             | None -> None
462             | Some ty -> Some (apply_subst subst ty)
463           in
464           let t' = apply_subst subst t in
465           Some (n, Cic.Def (t', ty')) :: context
466       | None -> None :: context)
467     context []
468
469 let apply_subst_metasenv subst metasenv =
470   List.map
471     (fun (n, context, ty) ->
472       (n, apply_subst_context subst context, apply_subst subst ty))
473     (List.filter
474       (fun (i, _, _) -> not (List.exists (fun (j, _) -> (j = i)) subst))
475       metasenv)
476
477 let ppterm subst term = CicPp.ppterm (apply_subst subst term)
478
479 let ppterm_in_context subst term name_context =
480  CicPp.pp (apply_subst subst term) name_context
481
482 let ppcontext' ?(sep = "\n") subst context =
483  let separate s = if s = "" then "" else s ^ sep in
484   List.fold_right 
485    (fun context_entry (i,name_context) ->
486      match context_entry with
487         Some (n,Cic.Decl t) ->
488          sprintf "%s%s : %s" (separate i) (CicPp.ppname n)
489           (ppterm_in_context subst t name_context), (Some n)::name_context
490       | Some (n,Cic.Def (bo,ty)) ->
491          sprintf "%s%s : %s := %s" (separate i) (CicPp.ppname n)
492           (match ty with
493               None -> "_"
494             | Some ty -> ppterm_in_context subst ty name_context)
495           (ppterm_in_context subst bo name_context), (Some n)::name_context
496        | None ->
497           sprintf "%s_ :? _" (separate i), None::name_context
498     ) context ("",[])
499
500 let ppcontext ?sep subst context = fst (ppcontext' ?sep subst context)
501
502 let ppmetasenv ?(sep = "\n") metasenv subst =
503   String.concat sep
504     (List.map
505       (fun (i, c, t) ->
506         let context,name_context = ppcontext' ~sep:"; " subst c in
507          sprintf "%s |- ?%d: %s" context i
508           (ppterm_in_context subst t name_context))
509       (List.filter
510         (fun (i, _, _) -> not (List.exists (fun (j, _) -> (j = i)) subst))
511         metasenv))
512
513 (* UNWIND THE MGU INSIDE THE MGU *)
514 (*
515 let unwind_subst metasenv subst =
516   List.fold_left
517    (fun (unwinded,metasenv) (i,_) ->
518      let (_,canonical_context,_) = CicUtil.lookup_meta i metasenv in
519      let identity_relocation_list =
520       CicMkImplicit.identity_relocation_list_for_metavariable canonical_context
521      in
522       let (_,metasenv',subst') =
523        unwind metasenv subst unwinded (Cic.Meta (i,identity_relocation_list))
524       in
525        subst',metasenv'
526    ) ([],metasenv) subst
527 *)
528
529 (* From now on we recreate a kernel abstraction where substitutions are part of
530  * the calculus *)
531
532 let lift subst n term =
533   let term = apply_subst subst term in
534   try
535     CicSubstitution.lift n term
536   with e ->
537     raise (MetaSubstFailure ("Lift failure: " ^ Printexc.to_string e))
538
539 let subst subst t1 t2 =
540   let t1 = apply_subst subst t1 in
541   let t2 = apply_subst subst t2 in
542   try
543     CicSubstitution.subst t1 t2
544   with e ->
545     raise (MetaSubstFailure ("Subst failure: " ^ Printexc.to_string e))
546
547 let whd subst context term =
548   let term = apply_subst subst term in
549   let context = apply_subst_context subst context in
550   try
551     CicReduction.whd context term
552   with e ->
553     raise (MetaSubstFailure ("Weak head reduction failure: " ^
554       Printexc.to_string e))
555
556 let are_convertible subst context t1 t2 =
557   let context = apply_subst_context subst context in
558   let t1 = apply_subst subst t1 in
559   let t2 = apply_subst subst t2 in
560   CicReduction.are_convertible context t1 t2
561
562 let type_of_aux' metasenv subst context term =
563   let term = apply_subst subst term in
564   let context = apply_subst_context subst context in
565   let metasenv =
566     List.map
567       (fun (i, c, t) -> (i, apply_subst_context subst c, apply_subst subst t))
568       (List.filter
569         (fun (i, _, _) -> not (List.exists (fun (j, _) -> (j = i)) subst))
570         metasenv)
571   in
572   try
573     CicTypeChecker.type_of_aux' metasenv context term
574   with CicTypeChecker.TypeCheckerFailure msg ->
575     raise (MetaSubstFailure ("Type checker failure: " ^ msg))
576