GHC标记冗余的类型类约束为何删除后无法通过编译

问题复现场景 #

在GHC 9.2.3版本中启用-Wredundant-constraints编译选项时，以下可正常编译的代码会触发冗余约束警告：

{-# LANGUAGE UndecidableInstances, FlexibleInstances #-}

class Functor f => C f where c :: f Int

instance (Functor f, Applicative f) => C f where c = pure 42

对应的警告输出如下：

test.hs:5:10: warning: [-Wredundant-constraints]
    • Redundant constraint: Functor f
    • In the instance declaration for ‘C f’
  |
5 | instance (Functor f, Applicative f) => C f where c = pure 42
  |          ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

矛盾表现 #

如果按照警告提示删除被标记为冗余的Functor f约束，代码反而无法通过类型检查，对应报错信息如下：

-- 删除Functor f约束后的代码
instance Applicative f => C f where c = pure 42

test.hs:5:10: error:
    • Could not deduce (Functor f)
        arising from the superclasses of an instance declaration
      from the context: Applicative f
        bound by the instance declaration at test.hs:5:10-29
      Possible fix:
        add (Functor f) to the context of the instance declaration
    • In the instance declaration for ‘C f’
  |
5 | instance Applicative f => C f where c = pure 42
  |          ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

从直觉上看Applicative f本身就隐含Functor f约束，Functor f理应属于冗余约束，但GHC同时给出「冗余警告」和「缺省报错」的矛盾表现，很容易让人困惑。

问题本质 #

这个现象是GHC 9.2版本中两套检查逻辑判定规则不一致导致的：

• 冗余约束检查逻辑：会递归追溯约束的超类关系，识别到Applicative f的超类已经包含Functor f，因此判定实例上下文中手写的Functor f是多余的，触发警告。
• 实例超类满足性检查逻辑：在验证类C要求的超类Functor f是否被实例上下文满足时，出于避免超类推导无限循环的考虑（当前实例开启了UndecidableInstances，且是匹配所有类型f的极泛化实例），不会递归追溯上下文里Applicative f隐含的超类，只会检查上下文里直接声明的约束，因此删除直接写的Functor f就会报错。

处理方案 #

这个警告属于GHC版本带来的误报：

• 从逻辑上Functor f确实被Applicative f隐含，但在该版本GHC的实例检查规则下，这个约束是编译必需的，不能删除。
• 可以在该实例声明的局部范围内关闭-Wredundant-constraints警告，消除误报提示。
• 该检查逻辑不一致的问题在后续GHC版本中已经被修复，升级GHC版本也可以解决这个矛盾。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者yairchu