]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/blob - helm/ocaml/cic_unification/cicMetaSubst.ml
- refine's type_of no longer return a substitution
[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         (try
55           aux k (CicSubstitution.lift_meta l (List.assoc n subst))
56         with Not_found ->
57           let l' =
58             let i = ref 0 in
59             List.map
60               (function
61                 | None -> None
62                 | Some t ->
63                     incr i;
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, 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 l =
223   let (_, canonical_context, _) = CicUtil.lookup_meta n metasenv in
224   List.map2 (fun ct lt ->
225     match (ct, lt) with
226     | None, _ -> None
227     | Some _, _ -> lt)
228     canonical_context l
229  in
230  let module S = CicSubstitution in
231   let to_be_restricted = ref [] in
232   let rec deliftaux k =
233    let module C = Cic in
234     function
235        C.Rel m -> 
236          if m <=k then
237           C.Rel m   (*CSC: che succede se c'e' un Def? Dovrebbe averlo gia' *)
238                     (*CSC: deliftato la regola per il LetIn                 *)
239                     (*CSC: FALSO! La regola per il LetIn non lo fa          *)
240          else
241           (match List.nth context (m-k-1) with
242             Some (_,C.Def (t,_)) ->
243              (*CSC: Hmmm. This bit of reduction is not in the spirit of    *)
244              (*CSC: first order unification. Does it help or does it harm? *)
245              deliftaux k (S.lift m t)
246           | Some (_,C.Decl t) ->
247              (*CSC: The following check seems to be wrong!             *)
248              (*CSC: B:Set |- ?2 : Set                                  *)
249              (*CSC: A:Set ; x:?2[A/B] |- ?1[x/A] =?= x                 *)
250              (*CSC: Why should I restrict ?2 over B? The instantiation *)
251              (*CSC: ?1 := A is perfectly reasonable and well-typed.    *)
252              (*CSC: Thus I comment out the following two lines that    *)
253              (*CSC: are the incriminated ones.                         *)
254              (*(* It may augment to_be_restricted *)
255                ignore (deliftaux k (S.lift m t)) ;*)
256              (*CSC: end of bug commented out                           *)
257              C.Rel ((position (m-k) l) + k)
258           | None -> raise (MetaSubstFailure "RelToHiddenHypothesis"))
259      | C.Var (uri,exp_named_subst) ->
260         let exp_named_subst' =
261          List.map (function (uri,t) -> uri,deliftaux k t) exp_named_subst
262         in
263          C.Var (uri,exp_named_subst')
264      | C.Meta (i, l1) as t -> 
265         if i = n then
266           raise (MetaSubstFailure (sprintf
267             "Cannot unify the metavariable ?%d with a term that has as subterm %s in which the same metavariable occurs (occur check)"
268             i (CicPp.ppterm t)))
269         else
270           (try
271             deliftaux k (S.lift_meta l (List.assoc i subst))
272           with Not_found ->
273             let rec deliftl j =
274              function
275                 [] -> []
276               | None::tl -> None::(deliftl (j+1) tl)
277               | (Some t)::tl ->
278                  let l1' = (deliftl (j+1) tl) in
279                   try
280                    Some (deliftaux k t)::l1'
281                   with
282                      NotInTheList
283                    | MetaSubstFailure _ ->
284                       to_be_restricted := (i,j)::!to_be_restricted ; None::l1'
285             in
286              let l' = deliftl 1 l1 in
287               C.Meta(i,l'))
288      | C.Sort _ as t -> t
289      | C.Implicit as t -> t
290      | C.Cast (te,ty) -> C.Cast (deliftaux k te, deliftaux k ty)
291      | C.Prod (n,s,t) -> C.Prod (n, deliftaux k s, deliftaux (k+1) t)
292      | C.Lambda (n,s,t) -> C.Lambda (n, deliftaux k s, deliftaux (k+1) t)
293      | C.LetIn (n,s,t) -> C.LetIn (n, deliftaux k s, deliftaux (k+1) t)
294      | C.Appl l -> C.Appl (List.map (deliftaux k) l)
295      | C.Const (uri,exp_named_subst) ->
296         let exp_named_subst' =
297          List.map (function (uri,t) -> uri,deliftaux k t) exp_named_subst
298         in
299          C.Const (uri,exp_named_subst')
300      | C.MutInd (uri,typeno,exp_named_subst) ->
301         let exp_named_subst' =
302          List.map (function (uri,t) -> uri,deliftaux k t) exp_named_subst
303         in
304          C.MutInd (uri,typeno,exp_named_subst')
305      | C.MutConstruct (uri,typeno,consno,exp_named_subst) ->
306         let exp_named_subst' =
307          List.map (function (uri,t) -> uri,deliftaux k t) exp_named_subst
308         in
309          C.MutConstruct (uri,typeno,consno,exp_named_subst')
310      | C.MutCase (sp,i,outty,t,pl) ->
311         C.MutCase (sp, i, deliftaux k outty, deliftaux k t,
312          List.map (deliftaux k) pl)
313      | C.Fix (i, fl) ->
314         let len = List.length fl in
315         let liftedfl =
316          List.map
317           (fun (name, i, ty, bo) ->
318            (name, i, deliftaux k ty, deliftaux (k+len) bo))
319            fl
320         in
321          C.Fix (i, liftedfl)
322      | C.CoFix (i, fl) ->
323         let len = List.length fl in
324         let liftedfl =
325          List.map
326           (fun (name, ty, bo) -> (name, deliftaux k ty, deliftaux (k+len) bo))
327            fl
328         in
329          C.CoFix (i, liftedfl)
330   in
331    let res =
332     try
333      deliftaux 0 t
334     with
335      NotInTheList ->
336       (* This is the case where we fail even first order unification. *)
337       (* The reason is that our delift function is weaker than first  *)
338       (* order (in the sense of alpha-conversion). See comment above  *)
339       (* related to the delift function.                              *)
340 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 !!!!!!!!!!!!!!!!" ;
341       raise (MetaSubstFailure (sprintf
342         "Error trying to abstract %s over [%s]: the algorithm only tried to abstract over bound variables"
343         (CicPp.ppterm t)
344         (String.concat "; "
345           (List.map
346             (function Some t -> CicPp.ppterm t | None -> "_")
347             l))))
348    in
349    let (metasenv, subst) = restrict subst !to_be_restricted metasenv in
350     res, metasenv, subst
351 ;;
352
353 (**** END OF DELIFT ****)
354
355 let apply_subst_gen ~appl_fun subst term =
356  let rec um_aux =
357   let module C = Cic in
358   let module S = CicSubstitution in 
359    function
360       C.Rel _ as t -> t
361     | C.Var _  as t -> t
362     | C.Meta (i, l) -> 
363         (try
364           let t = List.assoc i subst in
365           um_aux (S.lift_meta l t)
366         with Not_found -> (* not constrained variable, i.e. free in subst*)
367           let l' =
368             List.map (function None -> None | Some t -> Some (um_aux t)) l
369           in
370            C.Meta (i,l'))
371     | C.Sort _ as t -> t
372     | C.Implicit -> assert false
373     | C.Cast (te,ty) -> C.Cast (um_aux te, um_aux ty)
374     | C.Prod (n,s,t) -> C.Prod (n, um_aux s, um_aux t)
375     | C.Lambda (n,s,t) -> C.Lambda (n, um_aux s, um_aux t)
376     | C.LetIn (n,s,t) -> C.LetIn (n, um_aux s, um_aux t)
377     | C.Appl (hd :: tl) -> appl_fun um_aux hd tl
378     | C.Appl _ -> assert false
379     | C.Const (uri,exp_named_subst) ->
380        let exp_named_subst' =
381          List.map (fun (uri, t) -> (uri, um_aux t)) exp_named_subst
382        in
383        C.Const (uri, exp_named_subst')
384     | C.MutInd (uri,typeno,exp_named_subst) ->
385        let exp_named_subst' =
386          List.map (fun (uri, t) -> (uri, um_aux t)) exp_named_subst
387        in
388        C.MutInd (uri,typeno,exp_named_subst')
389     | C.MutConstruct (uri,typeno,consno,exp_named_subst) ->
390        let exp_named_subst' =
391          List.map (fun (uri, t) -> (uri, um_aux t)) exp_named_subst
392        in
393        C.MutConstruct (uri,typeno,consno,exp_named_subst')
394     | C.MutCase (sp,i,outty,t,pl) ->
395        let pl' = List.map um_aux pl in
396        C.MutCase (sp, i, um_aux outty, um_aux t, pl')
397     | C.Fix (i, fl) ->
398        let fl' =
399          List.map (fun (name, i, ty, bo) -> (name, i, um_aux ty, um_aux bo)) fl
400        in
401        C.Fix (i, fl')
402     | C.CoFix (i, fl) ->
403        let fl' =
404          List.map (fun (name, ty, bo) -> (name, um_aux ty, um_aux bo)) fl
405        in
406        C.CoFix (i, fl')
407  in
408  um_aux term
409
410 let apply_subst =
411   let appl_fun um_aux he tl =
412     let tl' = List.map um_aux tl in
413       begin
414        match um_aux he with
415           Cic.Appl l -> Cic.Appl (l@tl')
416         | he' -> Cic.Appl (he'::tl')
417       end
418   in
419   apply_subst_gen ~appl_fun
420
421 let ppterm subst term = CicPp.ppterm (apply_subst subst term)
422
423 (* apply_subst_reducing subst (Some (mtr,reductions_no)) t              *)
424 (* performs as (apply_subst subst t) until it finds an application of   *)
425 (* (META [meta_to_reduce]) that, once unwinding is performed, creates   *)
426 (* a new beta-redex; in this case up to [reductions_no] consecutive     *)
427 (* beta-reductions are performed.                                       *)
428 (* Hint: this function is usually called when [reductions_no]           *)
429 (*  eta-expansions have been performed and the head of the new          *)
430 (*  application has been unified with (META [meta_to_reduce]):          *)
431 (*  during the unwinding the eta-expansions are undone.                 *)
432
433 let apply_subst_reducing meta_to_reduce =
434   let appl_fun um_aux he tl =
435     let tl' = List.map um_aux tl in
436     let t' =
437      match um_aux he with
438         Cic.Appl l -> Cic.Appl (l@tl')
439       | he' -> Cic.Appl (he'::tl')
440     in
441      begin
442       match meta_to_reduce, he with
443          Some (mtr,reductions_no), Cic.Meta (m,_) when m = mtr ->
444           let rec beta_reduce =
445            function
446               (n,(Cic.Appl (Cic.Lambda (_,_,t)::he'::tl'))) when n > 0 ->
447                 let he'' = CicSubstitution.subst he' t in
448                  if tl' = [] then
449                   he''
450                  else
451                   beta_reduce (n-1,Cic.Appl(he''::tl'))
452             | (_,t) -> t
453           in
454            beta_reduce (reductions_no,t')
455        | _,_ -> t'
456      end
457   in
458   apply_subst_gen ~appl_fun
459
460 let rec apply_subst_context subst context =
461   List.fold_right
462     (fun item context ->
463       match item with
464       | Some (n, Cic.Decl t) ->
465           let t' = apply_subst subst t in
466           Some (n, Cic.Decl t') :: context
467       | Some (n, Cic.Def (t, ty)) ->
468           let ty' =
469             match ty with
470             | None -> None
471             | Some ty -> Some (apply_subst subst ty)
472           in
473           let t' = apply_subst subst t in
474           Some (n, Cic.Def (t', ty')) :: context
475       | None -> None :: context)
476     context []
477
478 let apply_subst_metasenv subst metasenv =
479   List.map
480     (fun (n, context, ty) ->
481       (n, apply_subst_context subst context, apply_subst subst ty))
482     (List.filter
483       (fun (i, _, _) -> not (List.exists (fun (j, _) -> (j = i)) subst))
484       metasenv)
485
486 let ppterm subst term = CicPp.ppterm (apply_subst subst term)
487
488 let ppcontext ?(sep = "\n") subst context =
489   String.concat sep
490     (List.rev_map (function
491       | Some (n, Cic.Decl t) ->
492           sprintf "%s : %s" (CicPp.ppname n) (ppterm subst t)
493       | Some (n, Cic.Def (t, ty)) ->
494           sprintf "%s : %s := %s"
495             (CicPp.ppname n)
496             (match ty with None -> "_" | Some ty -> ppterm subst ty)
497             (ppterm subst t)
498       | None -> "_")
499       context)
500
501 let ppmetasenv ?(sep = "\n") metasenv subst =
502   String.concat sep
503     (List.map
504       (fun (i, c, t) ->
505         sprintf "%s |- ?%d: %s" (ppcontext ~sep:"; " subst c) i
506           (ppterm subst t))
507       (List.filter
508         (fun (i, _, _) -> not (List.exists (fun (j, _) -> (j = i)) subst))
509         metasenv))
510
511 (* UNWIND THE MGU INSIDE THE MGU *)
512 (*
513 let unwind_subst metasenv subst =
514   List.fold_left
515    (fun (unwinded,metasenv) (i,_) ->
516      let (_,canonical_context,_) = CicUtil.lookup_meta i metasenv in
517      let identity_relocation_list =
518       CicMkImplicit.identity_relocation_list_for_metavariable canonical_context
519      in
520       let (_,metasenv',subst') =
521        unwind metasenv subst unwinded (Cic.Meta (i,identity_relocation_list))
522       in
523        subst',metasenv'
524    ) ([],metasenv) subst
525 *)
526
527 (* From now on we recreate a kernel abstraction where substitutions are part of
528  * the calculus *)
529
530 let lift subst n term =
531   let term = apply_subst subst term in
532   try
533     CicSubstitution.lift n term
534   with e ->
535     raise (MetaSubstFailure ("Lift failure: " ^ Printexc.to_string e))
536
537 let subst subst t1 t2 =
538   let t1 = apply_subst subst t1 in
539   let t2 = apply_subst subst t2 in
540   try
541     CicSubstitution.subst t1 t2
542   with e ->
543     raise (MetaSubstFailure ("Subst failure: " ^ Printexc.to_string e))
544
545 let whd subst context term =
546   let term = apply_subst subst term in
547   let context = apply_subst_context subst context in
548   try
549     CicReduction.whd context term
550   with e ->
551     raise (MetaSubstFailure ("Weak head reduction failure: " ^
552       Printexc.to_string e))
553
554 let are_convertible subst context t1 t2 =
555   let context = apply_subst_context subst context in
556   let t1 = apply_subst subst t1 in
557   let t2 = apply_subst subst t2 in
558   CicReduction.are_convertible context t1 t2
559
560 let type_of_aux' metasenv subst context term =
561   let term = apply_subst subst term in
562   let context = apply_subst_context subst context in
563   let metasenv =
564     List.map
565       (fun (i, c, t) -> (i, apply_subst_context subst c, apply_subst subst t))
566       (List.filter
567         (fun (i, _, _) -> not (List.exists (fun (j, _) -> (j = i)) subst))
568         metasenv)
569   in
570   try
571     CicTypeChecker.type_of_aux' metasenv context term
572   with CicTypeChecker.TypeCheckerFailure msg ->
573     raise (MetaSubstFailure ("Type checker failure: " ^ msg))
574