Data/Param/TFVec.hs

   1 ------------------------------------------------------------------------------
   2 -- |
   3 -- Module       : Data.Param.TFVec
   4 -- Copyright    : (c) 2009 Christiaan Baaij
   5 -- Licence      : BSD-style (see the file LICENCE)
   6 --
   7 -- Maintainer   : christiaan.baaij@gmail.com
   8 -- Stability    : experimental
   9 -- Portability  : non-portable
  10 --
  11 -- 'TFVec': Fixed sized vectors. Vectors with numerically parameterized size,
  12 --          using type-level numerals from 'tfp' library
  13 --
  14 ------------------------------------------------------------------------------
  15
  16 module Data.Param.TFVec
  17   ( TFVec
  18   , empty
  19   , (+>)
  20   , singleton
  21   , vectorCPS
  22   , vectorTH
  23   , unsafeVector
  24   , readTFVec
  25   , length
  26   , lengthT
  27   , fromVector
  28   , null
  29   , (!)
  30   , replace
  31   , head
  32   , last
  33   , init
  34   , tail
  35   , take
  36   , drop
  37   , select
  38   , (<+)
  39   , (++)
  40   , map
  41   , zipWith
  42   , foldl
  43   , foldr
  44   , zip
  45   , unzip
  46   , shiftl
  47   , shiftr
  48   , rotl
  49   , rotr
  50   , concat
  51   , reverse
  52   , iterate
  53   , generate
  54   , copy
  55   , copyn
  56   ) where
  57
  58
  59 import Types
  60 import Types.Data.Num.Decimal.Literals.TH
  61 import Data.RangedWord
  62
  63 import Data.Generics (Data, Typeable)
  64 import qualified Prelude as P
  65 import Prelude hiding (
  66   null, length, head, tail, last, init, take, drop, (++), map, foldl, foldr,
  67   zipWith, zip, unzip, concat, reverse, iterate )
  68 import qualified Data.Foldable as DF (Foldable, foldr)
  69 import qualified Data.Traversable as DT (Traversable(traverse))
  70 import Language.Haskell.TH
  71 import Language.Haskell.TH.Syntax (Lift(..))
  72
  73 newtype (NaturalT s) => TFVec s a = TFVec {unTFVec :: [a]}
  74   deriving (Eq, Typeable)
  75
  76 deriving instance (NaturalT s, Typeable s, Data s, Typeable a, Data a) => Data (TFVec s a)
  77
  78 -- ==========================
  79 -- = Constructing functions =
  80 -- ==========================
  81
  82 empty :: TFVec D0 a
  83 empty = TFVec []
  84
  85 (+>) :: a -> TFVec s a -> TFVec (Succ s) a
  86 x +> (TFVec xs) = TFVec (x:xs)
  87
  88 infix 5 +>
  89
  90 singleton :: a -> TFVec D1 a
  91 singleton x = x +> empty
  92
  93 vectorCPS :: [a] -> (forall s . NaturalT s => TFVec s a -> w) -> w
  94 vectorCPS xs = unsafeVectorCPS (toInteger (P.length xs)) xs
  95
  96 vectorTH :: Lift a => [a] -> ExpQ
  97 vectorTH xs = (vectorCPS xs) lift
  98
  99 unsafeVector :: NaturalT s => s -> [a] -> TFVec s a
 100 unsafeVector l xs
 101   | fromIntegerT l /= P.length xs =
 102     error (show 'unsafeVector P.++ ": dynamic/static lenght mismatch")
 103   | otherwise = TFVec xs
 104
 105 readTFVec :: (Read a, NaturalT s) => String -> TFVec s a
 106 readTFVec = read
 107
 108 readTFVecCPS :: Read a => String -> (forall s . NaturalT s => TFVec s a -> w) -> w
 109 readTFVecCPS str = unsafeVectorCPS (toInteger l) xs
 110  where fName = show 'readTFVecCPS
 111        (xs,l) = case [(xs,l) | (xs,l,rest) <- readTFVecList str,
 112                            ("","") <- lexTFVec rest] of
 113                        [(xs,l)] -> (xs,l)
 114                        []   -> error (fName P.++ ": no parse")
 115                        _    -> error (fName P.++ ": ambiguous parse")
 116
 117 -- =======================
 118 -- = Observing functions =
 119 -- =======================
 120 length :: forall s a . NaturalT s => TFVec s a -> Int
 121 length _ = fromIntegerT (undefined :: s)
 122
 123 lengthT :: NaturalT s => TFVec s a -> s
 124 lengthT = undefined
 125
 126 fromVector :: NaturalT s => TFVec s a -> [a]
 127 fromVector (TFVec xs) = xs
 128
 129 null :: TFVec D0 a -> Bool
 130 null _ = True
 131
 132 (!) ::  ( PositiveT s
 133         , NaturalT u
 134         , (s :>: u) ~ True) => TFVec s a -> RangedWord u -> a
 135 (TFVec xs) ! i = xs !! (fromInteger (toInteger i))
 136
 137 -- ==========================
 138 -- = Transforming functions =
 139 -- ==========================
 140 replace :: (PositiveT s, NaturalT u, (s :>: u) ~ True) =>
 141   TFVec s a -> RangedWord u -> a -> TFVec s a
 142 replace (TFVec xs) i y = TFVec $ replace' xs (toInteger i) y
 143   where replace' []     _ _ = []
 144         replace' (_:xs) 0 y = (y:xs)
 145         replace' (x:xs) n y = x : (replace' xs (n-1) y)
 146
 147 head :: PositiveT s => TFVec s a -> a
 148 head = P.head . unTFVec
 149
 150 tail :: PositiveT s => TFVec s a -> TFVec (Pred s) a
 151 tail = liftV P.tail
 152
 153 last :: PositiveT s => TFVec s a -> a
 154 last = P.last . unTFVec
 155
 156 init :: PositiveT s => TFVec s a -> TFVec (Pred s) a
 157 init = liftV P.init
 158
 159 take :: NaturalT i => i -> TFVec s a -> TFVec (Min s i) a
 160 take i = liftV $ P.take (fromIntegerT i)
 161
 162 drop :: NaturalT i => i -> TFVec s a -> TFVec (s :-: (Min s i)) a
 163 drop i = liftV $ P.drop (fromIntegerT i)
 164
 165 select :: (NaturalT f, NaturalT s, NaturalT n, (f :<: i) ~ True,
 166           (((s :*: n) :+: f) :<=: i) ~ True) =>
 167           f -> s -> n -> TFVec i a -> TFVec n a
 168 select f s n = liftV (select' f' s' n')
 169   where (f', s', n') = (fromIntegerT f, fromIntegerT s, fromIntegerT n)
 170         select' f s n = ((selectFirst0 s n).(P.drop f))
 171         selectFirst0 :: Int -> Int -> [a] -> [a]
 172         selectFirst0 s n l@(x:_)
 173           | n > 0 = x : selectFirst0 s (n-1) (P.drop s l)
 174           | otherwise = []
 175         selectFirst0 _ 0 [] = []
 176
 177 (<+) :: TFVec s a -> a -> TFVec (Succ s) a
 178 (<+) (TFVec xs) x = TFVec (xs P.++ [x])
 179
 180 (++) :: TFVec s a -> TFVec s2 a -> TFVec (s :+: s2) a
 181 (++) = liftV2 (P.++)
 182
 183 infixl 5 <+
 184 infixr 5 ++
 185
 186 map :: (a -> b) -> TFVec s a -> TFVec s b
 187 map f = liftV (P.map f)
 188
 189 zipWith :: (a -> b -> c) -> TFVec s a -> TFVec s b -> TFVec s c
 190 zipWith f = liftV2 (P.zipWith f)
 191
 192 foldl :: (a -> b -> a) -> a -> TFVec s b -> a
 193 foldl f e = (P.foldl f e) . unTFVec
 194
 195 foldr :: (b -> a -> a) -> a -> TFVec s b -> a
 196 foldr f e = (P.foldr f e) . unTFVec
 197
 198 zip :: TFVec s a -> TFVec s b -> TFVec s (a, b)
 199 zip = liftV2 P.zip
 200
 201 unzip :: TFVec s (a, b) -> (TFVec s a, TFVec s b)
 202 unzip (TFVec xs) = let (a,b) = P.unzip xs in (TFVec a, TFVec b)
 203
 204 shiftl :: (PositiveT s, NaturalT n, n ~ Pred s, s ~ Succ n) =>
 205           TFVec s a -> a -> TFVec s a
 206 shiftl xs x = x +> init xs
 207
 208 shiftr :: (PositiveT s, NaturalT n, n ~ Pred s, s ~ Succ n) =>
 209           TFVec s a -> a -> TFVec s a
 210 shiftr xs x = tail xs <+ x
 211
 212 rotl :: forall s a . NaturalT s => TFVec s a -> TFVec s a
 213 rotl = liftV rotl'
 214   where vlen = fromIntegerT (undefined :: s)
 215         rotl' [] = []
 216         rotl' xs = let (i,[l]) = splitAt (vlen - 1) xs
 217                    in l : i
 218
 219 rotr :: NaturalT s => TFVec s a -> TFVec s a
 220 rotr = liftV rotr'
 221   where
 222     rotr' [] = []
 223     rotr' (x:xs) = xs P.++ [x]
 224
 225 concat :: TFVec s1 (TFVec s2 a) -> TFVec (s1 :*: s2) a
 226 concat = liftV (P.foldr ((P.++).unTFVec) [])
 227
 228 reverse :: TFVec s a -> TFVec s a
 229 reverse = liftV P.reverse
 230
 231 iterate :: NaturalT s => s -> (a -> a) -> a -> TFVec s a
 232 iterate s f x = let s' = fromIntegerT s in TFVec (P.take s' $ P.iterate f x)
 233
 234 generate :: NaturalT s => s -> (a -> a) -> a -> TFVec s a
 235 generate s f x = let s' = fromIntegerT s in TFVec (P.take s' $ P.tail $ P.iterate f x)
 236
 237 copy :: NaturalT s => a -> TFVec s a
 238 copy x = copyn (undefined :: s) x
 239
 240 copyn :: NaturalT s => s -> a -> TFVec s a
 241 copyn s x = iterate s id x
 242
 243 -- =============
 244 -- = Instances =
 245 -- =============
 246 instance Show a => Show (TFVec s a) where
 247   showsPrec _ = showV.unTFVec
 248     where showV []      = showString "<>"
 249           showV (x:xs)  = showChar '<' . shows x . showl xs
 250                             where showl []      = showChar '>'
 251                                   showl (x:xs)  = showChar ',' . shows x .
 252                                                   showl xs
 253
 254 instance (Read a, NaturalT nT) => Read (TFVec nT a) where
 255   readsPrec _ str
 256     | all fitsLength possibilities = P.map toReadS possibilities
 257     | otherwise = error (fName P.++ ": string/dynamic length mismatch")
 258     where
 259       fName = "Data.Param.TFVec.read"
 260       expectedL = fromIntegerT (undefined :: nT)
 261       possibilities = readTFVecList str
 262       fitsLength (_, l, _) = l == expectedL
 263       toReadS (xs, _, rest) = (TFVec xs, rest)
 264
 265 instance NaturalT s => DF.Foldable (TFVec s) where
 266  foldr = foldr
 267
 268 instance NaturalT s => Functor (TFVec s) where
 269  fmap = map
 270
 271 instance NaturalT s => DT.Traversable (TFVec s) where
 272   traverse f = (fmap TFVec).(DT.traverse f).unTFVec
 273
 274 instance (Lift a, NaturalT nT) => Lift (TFVec nT a) where
 275   lift (TFVec xs) = [|  unsafeTFVecCoerse
 276                         $(decLiteralV (fromIntegerT (undefined :: nT)))
 277                         (TFVec xs) |]
 278
 279 -- ======================
 280 -- = Internal Functions =
 281 -- ======================
 282 liftV :: ([a] -> [b]) -> TFVec nT a -> TFVec nT' b
 283 liftV f = TFVec . f . unTFVec
 284
 285 liftV2 :: ([a] -> [b] -> [c]) -> TFVec s a -> TFVec s2 b -> TFVec s3 c
 286 liftV2 f a b = TFVec (f (unTFVec a) (unTFVec b))
 287
 288 splitAtM :: Int -> [a] -> Maybe ([a],[a])
 289 splitAtM n xs = splitAtM' n [] xs
 290   where splitAtM' 0 xs ys = Just (xs, ys)
 291         splitAtM' n xs (y:ys) | n > 0 = do
 292           (ls, rs) <- splitAtM' (n-1) xs ys
 293           return (y:ls,rs)
 294         splitAtM' _ _ _ = Nothing
 295
 296 unsafeTFVecCoerse :: nT' -> TFVec nT a -> TFVec nT' a
 297 unsafeTFVecCoerse _ (TFVec v) = (TFVec v)
 298
 299 unsafeVectorCPS :: forall a w . Integer -> [a] ->
 300                         (forall s . NaturalT s => TFVec s a -> w) -> w
 301 unsafeVectorCPS l xs f = reifyNaturalD l
 302                         (\(_ :: lt) -> f ((TFVec xs) :: (TFVec lt a)))
 303
 304 readTFVecList :: Read a => String -> [([a], Int, String)]
 305 readTFVecList = readParen' False (\r -> [pr | ("<",s) <- lexTFVec r,
 306                                               pr <- readl s])
 307   where
 308     readl   s = [([],0,t) | (">",t) <- lexTFVec s] P.++
 309                             [(x:xs,1+n,u) | (x,t)       <- reads s,
 310                                             (xs, n, u)  <- readl' t]
 311     readl'  s = [([],0,t) | (">",t) <- lexTFVec s] P.++
 312                             [(x:xs,1+n,v) | (",",t)   <- lex s,
 313                                             (x,u)     <- reads t,
 314                                             (xs,n,v)  <- readl' u]
 315     readParen' b g  = if b then mandatory else optional
 316       where optional r  = g r P.++ mandatory r
 317             mandatory r = [(x,n,u) | ("(",s)  <- lexTFVec r,
 318                                       (x,n,t) <- optional s,
 319                                       (")",u) <- lexTFVec t]
 320
 321 -- Custom lexer for FSVecs, we cannot use lex directly because it considers
 322 -- sequences of < and > as unique lexemes, and that breaks nested FSVecs, e.g.
 323 -- <<1,2><3,4>>
 324 lexTFVec :: ReadS String
 325 lexTFVec ('>':rest) = [(">",rest)]
 326 lexTFVec ('<':rest) = [("<",rest)]
 327 lexTFVec str = lex str
 328