[project @ 2005-05-19 11:15:40 by simonpj]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcSimplify.lhs
1 %
2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
3 %
4 \section[TcSimplify]{TcSimplify}
5
6
7
8 \begin{code}
9 module TcSimplify (
10         tcSimplifyInfer, tcSimplifyInferCheck,
11         tcSimplifyCheck, tcSimplifyRestricted,
12         tcSimplifyToDicts, tcSimplifyIPs, 
13         tcSimplifySuperClasses,
14         tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive,
15         tcSimplifyBracket,
16
17         tcSimplifyDeriv, tcSimplifyDefault,
18         bindInstsOfLocalFuns
19     ) where
20
21 #include "HsVersions.h"
22
23 import {-# SOURCE #-} TcUnify( unifyTauTy )
24 import HsSyn            ( HsBind(..), HsExpr(..), LHsExpr, emptyLHsBinds )
25 import TcHsSyn          ( TcId, TcDictBinds, mkHsApp, mkHsTyApp, mkHsDictApp )
26
27 import TcRnMonad
28 import Inst             ( lookupInst, LookupInstResult(..),
29                           tyVarsOfInst, fdPredsOfInsts, newDicts, 
30                           isDict, isClassDict, isLinearInst, linearInstType,
31                           isStdClassTyVarDict, isMethodFor, isMethod,
32                           instToId, tyVarsOfInsts,  cloneDict,
33                           ipNamesOfInsts, ipNamesOfInst, dictPred,
34                           instBindingRequired, fdPredsOfInst,
35                           newDictsAtLoc, tcInstClassOp,
36                           getDictClassTys, isTyVarDict, instLoc,
37                           zonkInst, tidyInsts, tidyMoreInsts,
38                           Inst, pprInsts, pprDictsInFull, pprInstInFull, tcGetInstEnvs,
39                           isInheritableInst, pprDictsTheta
40                         )
41 import TcEnv            ( tcGetGlobalTyVars, tcLookupId, findGlobals, pprBinders,
42                           lclEnvElts, tcMetaTy )
43 import InstEnv          ( lookupInstEnv, classInstances, pprInstances )
44 import TcMType          ( zonkTcTyVarsAndFV, tcInstTyVars, checkAmbiguity )
45 import TcType           ( TcTyVar, TcTyVarSet, ThetaType, TcPredType, 
46                           mkClassPred, isOverloadedTy, mkTyConApp, isSkolemTyVar,
47                           mkTyVarTy, tcGetTyVar, isTyVarClassPred, mkTyVarTys,
48                           tyVarsOfPred, tcEqType, pprPred, mkPredTy )
49 import TcIface          ( checkWiredInTyCon )
50 import Id               ( idType, mkUserLocal )
51 import Var              ( TyVar )
52 import Name             ( Name, getOccName, getSrcLoc )
53 import NameSet          ( NameSet, mkNameSet, elemNameSet )
54 import Class            ( classBigSig, classKey )
55 import FunDeps          ( oclose, grow, improve, pprEquationDoc )
56 import PrelInfo         ( isNumericClass ) 
57 import PrelNames        ( splitName, fstName, sndName, integerTyConName,
58                           showClassKey, eqClassKey, ordClassKey )
59 import Type             ( zipTopTvSubst, substTheta, substTy )
60 import TysWiredIn       ( pairTyCon, doubleTy, doubleTyCon )
61 import ErrUtils         ( Message )
62 import BasicTypes       ( TopLevelFlag, isNotTopLevel )
63 import VarSet
64 import VarEnv           ( TidyEnv )
65 import FiniteMap
66 import Bag
67 import Outputable
68 import ListSetOps       ( equivClasses )
69 import Util             ( zipEqual, isSingleton )
70 import List             ( partition )
71 import SrcLoc           ( Located(..) )
72 import DynFlags         ( DynFlag(..) )
73 import StaticFlags
74 \end{code}
75
76
77 %************************************************************************
78 %*                                                                      *
79 \subsection{NOTES}
80 %*                                                                      *
81 %************************************************************************
82
83         --------------------------------------
84         Notes on functional dependencies (a bug)
85         --------------------------------------
86
87 | > class Foo a b | a->b
88 | >
89 | > class Bar a b | a->b
90 | >
91 | > data Obj = Obj
92 | >
93 | > instance Bar Obj Obj
94 | >
95 | > instance (Bar a b) => Foo a b
96 | >
97 | > foo:: (Foo a b) => a -> String
98 | > foo _ = "works"
99 | >
100 | > runFoo:: (forall a b. (Foo a b) => a -> w) -> w
101 | > runFoo f = f Obj
102
103 | *Test> runFoo foo
104
105 | <interactive>:1:
106 |     Could not deduce (Bar a b) from the context (Foo a b)
107 |       arising from use of `foo' at <interactive>:1
108 |     Probable fix:
109 |         Add (Bar a b) to the expected type of an expression
110 |     In the first argument of `runFoo', namely `foo'
111 |     In the definition of `it': it = runFoo foo
112
113 | Why all of the sudden does GHC need the constraint Bar a b? The
114 | function foo didn't ask for that... 
115
116 The trouble is that to type (runFoo foo), GHC has to solve the problem:
117
118         Given constraint        Foo a b
119         Solve constraint        Foo a b'
120
121 Notice that b and b' aren't the same.  To solve this, just do
122 improvement and then they are the same.  But GHC currently does
123         simplify constraints
124         apply improvement
125         and loop
126
127 That is usually fine, but it isn't here, because it sees that Foo a b is
128 not the same as Foo a b', and so instead applies the instance decl for
129 instance Bar a b => Foo a b.  And that's where the Bar constraint comes
130 from.
131
132 The Right Thing is to improve whenever the constraint set changes at
133 all.  Not hard in principle, but it'll take a bit of fiddling to do.  
134
135
136
137         --------------------------------------
138                 Notes on quantification
139         --------------------------------------
140
141 Suppose we are about to do a generalisation step.
142 We have in our hand
143
144         G       the environment
145         T       the type of the RHS
146         C       the constraints from that RHS
147
148 The game is to figure out
149
150         Q       the set of type variables over which to quantify
151         Ct      the constraints we will *not* quantify over
152         Cq      the constraints we will quantify over
153
154 So we're going to infer the type
155
156         forall Q. Cq => T
157
158 and float the constraints Ct further outwards.
159
160 Here are the things that *must* be true:
161
162  (A)    Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
163  (B)    Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
164
165 (A) says we can't quantify over a variable that's free in the
166 environment.  (B) says we must quantify over all the truly free
167 variables in T, else we won't get a sufficiently general type.  We do
168 not *need* to quantify over any variable that is fixed by the free
169 vars of the environment G.
170
171         BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
172
173 Example:        class H x y | x->y where ...
174
175         fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
176                         T = c -> b
177
178         (A)  Q intersect {a} is empty
179         (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
180
181         So Q can be {c,d}, {b,c,d}
182
183 Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
184 variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
185 constraints can get into Ct instead of Cq.
186
187
188 -----------------------------------------
189 We will make use of
190
191   fv(T)         the free type vars of T
192
193   oclose(vs,C)  The result of extending the set of tyvars vs
194                 using the functional dependencies from C
195
196   grow(vs,C)    The result of extend the set of tyvars vs
197                 using all conceivable links from C.
198
199                 E.g. vs = {a}, C = {H [a] b, K (b,Int) c, Eq e}
200                 Then grow(vs,C) = {a,b,c}
201
202                 Note that grow(vs,C) `superset` grow(vs,simplify(C))
203                 That is, simplfication can only shrink the result of grow.
204
205 Notice that
206    oclose is conservative one way:      v `elem` oclose(vs,C) => v is definitely fixed by vs
207    grow is conservative the other way:  if v might be fixed by vs => v `elem` grow(vs,C)
208
209
210 -----------------------------------------
211
212 Choosing Q
213 ~~~~~~~~~~
214 Here's a good way to choose Q:
215
216         Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
217
218 That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
219 call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
220 G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
221 albeit perhaps too many.
222
223 Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
224
225         class H x y | x->y where ...
226
227         T = c->c
228         C = (H c d)
229
230   If we used fv(T) = {c} we'd get the type
231
232         forall c. H c d => c -> b
233
234   And then if the fn was called at several different c's, each of
235   which fixed d differently, we'd get a unification error, because
236   d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
237   everything that might be influenced by c.
238
239 Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
240 all the functional dependencies yet:
241
242         class H x y | x->y where ...
243         instance H x y => Eq (T x y) where ...
244
245         T = c->c
246         C = (Eq (T c d))
247
248   Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
249   apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
250
251
252 There really isn't any point in quantifying over any more than
253 grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
254 any other type variables.
255
256
257
258         --------------------------------------
259                 Notes on ambiguity
260         --------------------------------------
261
262 It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
263
264         class K x
265         class H x y | x -> y
266         instance H x y => K (x,y)
267
268 Is this type ambiguous?
269         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
270
271 Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
272 now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
273 without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
274 the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
275
276 Here's another example: is this ambiguous?
277         forall a b. Eq (T b) => a -> a
278 Not if there's an insance decl (with no context)
279         instance Eq (T b) where ...
280
281 You may say of this example that we should use the instance decl right
282 away, but you can't always do that:
283
284         class J a b where ...
285         instance J Int b where ...
286
287         f :: forall a b. J a b => a -> a
288
289 (Notice: no functional dependency in J's class decl.)
290 Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
291 It's premature to complain when meeting f's signature, or even
292 when inferring a type for f.
293
294
295
296 However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
297 show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
298 treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
299
300 So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
301
302         fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
303
304 (all tested before quantification).
305 That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
306 in the environment, or by the variables in the type.
307
308 Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
309
310         class J a b c | a b -> c
311         fv(G) = {a}
312
313 Is this ambiguous?
314         forall b c. (J a b c) => b -> b
315
316 Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
317 do we see that c is fixed.
318
319 It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
320 don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
321 the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
322 only issue a warning.
323
324
325 Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
326
327         c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
328
329 then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
330 certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
331 the nasty example?
332
333         class K x
334         class H x y | x -> y
335         instance H x y => K (x,y)
336
337 Is this type ambiguous?
338         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
339
340 Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
341 is a "bubble" that's a set of constraints
342
343         Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
344
345 Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
346 by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
347 Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
348 The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
349 (which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
350
351
352         --------------------------------------
353                 Notes on principal types
354         --------------------------------------
355
356     class C a where
357       op :: a -> a
358
359     f x = let g y = op (y::Int) in True
360
361 Here the principal type of f is (forall a. a->a)
362 but we'll produce the non-principal type
363     f :: forall a. C Int => a -> a
364
365
366         --------------------------------------
367         The need for forall's in constraints
368         --------------------------------------
369
370 [Exchange on Haskell Cafe 5/6 Dec 2000]
371
372   class C t where op :: t -> Bool
373   instance C [t] where op x = True
374
375   p y = (let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f, y ++ [])
376   q y = (y ++ [], let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f)
377
378 The definitions of p and q differ only in the order of the components in
379 the pair on their right-hand sides.  And yet:
380
381   ghc and "Typing Haskell in Haskell" reject p, but accept q;
382   Hugs rejects q, but accepts p;
383   hbc rejects both p and q;
384   nhc98 ... (Malcolm, can you fill in the blank for us!).
385
386 The type signature for f forces context reduction to take place, and
387 the results of this depend on whether or not the type of y is known,
388 which in turn depends on which component of the pair the type checker
389 analyzes first.  
390
391 Solution: if y::m a, float out the constraints
392         Monad m, forall c. C (m c)
393 When m is later unified with [], we can solve both constraints.
394
395
396         --------------------------------------
397                 Notes on implicit parameters
398         --------------------------------------
399
400 Question 1: can we "inherit" implicit parameters
401 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
402 Consider this:
403
404         f x = (x::Int) + ?y
405
406 where f is *not* a top-level binding.
407 From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
408 There are two types we might infer for f:
409
410         f :: Int -> Int
411
412 (so we get ?y from the context of f's definition), or
413
414         f :: (?y::Int) => Int -> Int
415
416 At first you might think the first was better, becuase then
417 ?y behaves like a free variable of the definition, rather than
418 having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
419 IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
420 dynamic binding means) so we'd better infer the second.
421
422 BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify 
423 over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
424
425
426 Question 2: type signatures
427 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
428 BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
429 to quantify over implicit parameters.  For example:
430
431         (?x + 1) :: Int
432
433 This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
434
435         (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
436
437 That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
438 so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
439 tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
440 and tcSimplifyCheckBind (which does not).
441
442 What about when you supply a type signature for a binding?
443 Is it legal to give the following explicit, user type 
444 signature to f, thus:
445
446         f :: Int -> Int
447         f x = (x::Int) + ?y
448
449 At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
450 that adding a type signature changes the dynamic semantics.
451 Consider this:
452
453         (let f x = (x::Int) + ?y
454          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
455
456                 returns (3+6, 3+5)
457 vs
458         (let f :: Int -> Int
459              f x = x + ?y
460          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
461
462                 returns (3+6, 3+6)
463
464 Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
465 dynamic semantics.
466
467 Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
468 semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
469 change the typing you may change the semantics.
470
471 To make things consistent in all cases where we are *checking* against
472 a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
473 rule: 
474
475         a signature does not need to quantify over implicit params.
476
477 [This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
478 which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
479 params for the reasons mentioned above.]
480
481 But that raises a new question.  Consider 
482
483         Given (signature)       ?x::Int
484         Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
485
486 Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
487 what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
488 what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
489 to float a constraint that
490         neither mentions any of the quantified type variables
491         nor any of the quantified implicit parameters
492
493 See the predicate isFreeWhenChecking.
494
495
496 Question 3: monomorphism
497 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
498 There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
499
500         z = (x::Int) + ?y
501
502 The argument above suggests that we *must* generalise
503 over the ?y parameter, to get
504         z :: (?y::Int) => Int,
505 but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
506         z :: Int.
507 Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
508
509         let z = x + ?y in z+z
510
511 you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
512 we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
513
514
515 Question 4: top level
516 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
517 At the top level, monomorhism makes no sense at all.
518
519     module Main where
520         main = let ?x = 5 in print foo
521
522         foo = woggle 3
523
524         woggle :: (?x :: Int) => Int -> Int
525         woggle y = ?x + y
526
527 We definitely don't want (foo :: Int) with a top-level implicit parameter
528 (?x::Int) becuase there is no way to bind it.  
529
530
531 Possible choices
532 ~~~~~~~~~~~~~~~~
533 (A) Always generalise over implicit parameters
534     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
535         be generalised
536
537     Consequences:
538         * Inlining remains valid
539         * No unexpected loss of sharing
540         * But simple bindings like
541                 z = ?y + 1
542           will be rejected, unless you add an explicit type signature
543           (to avoid the monomorphism restriction)
544                 z :: (?y::Int) => Int
545                 z = ?y + 1
546           This seems unacceptable
547
548 (B) Monomorphism restriction "wins"
549     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
550         be generalised
551     Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
552         that fall under the monomorphism restriction
553
554     Consequences
555         * Inlining isn't valid in general
556         * No unexpected loss of sharing
557         * Simple bindings like
558                 z = ?y + 1
559           accepted (get value of ?y from binding site)
560
561 (C) Always generalise over implicit parameters
562     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
563         be generalised, EXCEPT for implicit parameters
564     Consequences
565         * Inlining remains valid
566         * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
567         * Simple bindings like
568                 z = ?y + 1
569           accepted (get value of ?y from occurrence sites)
570
571
572 Discussion
573 ~~~~~~~~~~
574 None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
575 decide which we want to do.
576
577 It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
578
579         z = (x::Int) + ?y
580
581 would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
582 of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
583 case of function definitions, the answer is clearly the former, but
584 less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
585 if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
586 then inlining 'z' might change the semantics of the program.
587
588 Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
589 to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
590 innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
591 the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
592 use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
593 clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
594 those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
595 one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
596 restriction altogether.
597
598 BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
599
600
601
602 %************************************************************************
603 %*                                                                      *
604 \subsection{tcSimplifyInfer}
605 %*                                                                      *
606 %************************************************************************
607
608 tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
609
610     1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
611
612     2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
613        predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
614
615     3. Try improvement, using functional dependencies
616
617     4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
618        (Unification can change the result of 'grow'.)
619
620 Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
621 Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
622 after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
623 type variables than we absolutely have to.
624
625 For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
626 improvement with unification.  E.g. Suppose we have
627
628         class C x y | x->y where ...
629
630 and tcSimplify is called with:
631         (C Int a, C Int b)
632 Then improvement unifies a with b, giving
633         (C Int a, C Int a)
634
635 If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
636 again.
637
638
639 \begin{code}
640 tcSimplifyInfer
641         :: SDoc
642         -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
643         -> [Inst]               -- Wanted
644         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
645                 TcDictBinds,    -- Bindings
646                 [TcId])         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
647         -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
648 \end{code}
649
650
651 \begin{code}
652 tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted_lie
653   = inferLoop doc (varSetElems tau_tvs)
654               wanted_lie                `thenM` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
655
656     extendLIEs frees                                                    `thenM_`
657     returnM (qtvs, binds, map instToId irreds)
658
659 inferLoop doc tau_tvs wanteds
660   =     -- Step 1
661     zonkTcTyVarsAndFV tau_tvs           `thenM` \ tau_tvs' ->
662     mappM zonkInst wanteds              `thenM` \ wanteds' ->
663     tcGetGlobalTyVars                   `thenM` \ gbl_tvs ->
664     let
665         preds = fdPredsOfInsts wanteds'
666         qtvs  = grow preds tau_tvs' `minusVarSet` oclose preds gbl_tvs
667
668         try_me inst
669           | isFreeWhenInferring qtvs inst = Free
670           | isClassDict inst              = DontReduceUnlessConstant    -- Dicts
671           | otherwise                     = ReduceMe NoSCs              -- Lits and Methods
672     in
673     traceTc (text "infloop" <+> vcat [ppr tau_tvs', ppr wanteds', ppr preds, 
674                                       ppr (grow preds tau_tvs'), ppr qtvs])     `thenM_`
675                 -- Step 2
676     reduceContext doc try_me [] wanteds'    `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
677
678                 -- Step 3
679     if no_improvement then
680         returnM (varSetElems qtvs, frees, binds, irreds)
681     else
682         -- If improvement did some unification, we go round again.  There
683         -- are two subtleties:
684         --   a) We start again with irreds, not wanteds
685         --      Using an instance decl might have introduced a fresh type variable
686         --      which might have been unified, so we'd get an infinite loop
687         --      if we started again with wanteds!  See example [LOOP]
688         --
689         --   b) It's also essential to re-process frees, because unification
690         --      might mean that a type variable that looked free isn't now.
691         --
692         -- Hence the (irreds ++ frees)
693
694         -- However, NOTICE that when we are done, we might have some bindings, but
695         -- the final qtvs might be empty.  See [NO TYVARS] below.
696                                 
697         inferLoop doc tau_tvs (irreds ++ frees) `thenM` \ (qtvs1, frees1, binds1, irreds1) ->
698         returnM (qtvs1, frees1, binds `unionBags` binds1, irreds1)
699 \end{code}
700
701 Example [LOOP]
702
703         class If b t e r | b t e -> r
704         instance If T t e t
705         instance If F t e e
706         class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
707         instance Lte Z b T
708         instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
709
710 Wanted: Max Z (S x) y
711
712 Then we'll reduce using the Max instance to:
713         (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
714 and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
715 on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
716 with (Max Z (S x) y)!
717
718 [NO TYVARS]
719
720         class Y a b | a -> b where
721             y :: a -> X b
722         
723         instance Y [[a]] a where
724             y ((x:_):_) = X x
725         
726         k :: X a -> X a -> X a
727
728         g :: Num a => [X a] -> [X a]
729         g xs = h xs
730             where
731             h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
732
733 The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
734 try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
735 From this we get t1:=:t2, but also various bindings.  We can't forget
736 the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
737 polymorphic in.  
738
739 The net effect of [NO TYVARS] 
740
741 \begin{code}
742 isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst -> Bool
743 isFreeWhenInferring qtvs inst
744   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst          -- Constrains no quantified vars
745   && isInheritableInst inst             -- And no implicit parameter involved
746                                         -- (see "Notes on implicit parameters")
747
748 isFreeWhenChecking :: TyVarSet  -- Quantified tyvars
749                    -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
750                    -> Inst -> Bool
751 isFreeWhenChecking qtvs ips inst
752   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
753   && isFreeWrtIPs    ips inst
754
755 isFreeWrtTyVars qtvs inst = not (tyVarsOfInst inst `intersectsVarSet` qtvs)
756 isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
757 \end{code}
758
759
760 %************************************************************************
761 %*                                                                      *
762 \subsection{tcSimplifyCheck}
763 %*                                                                      *
764 %************************************************************************
765
766 @tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
767 we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
768
769 \begin{code}
770 tcSimplifyCheck
771          :: SDoc
772          -> [TcTyVar]           -- Quantify over these
773          -> [Inst]              -- Given
774          -> [Inst]              -- Wanted
775          -> TcM TcDictBinds     -- Bindings
776
777 -- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
778 -- class decls, instance decls etc.
779 --
780 -- NB: tcSimplifyCheck does not consult the
781 --      global type variables in the environment; so you don't
782 --      need to worry about setting them before calling tcSimplifyCheck
783 tcSimplifyCheck doc qtvs givens wanted_lie
784   = ASSERT( all isSkolemTyVar qtvs )
785     do  { (qtvs', frees, binds) <- tcSimplCheck doc get_qtvs AddSCs givens wanted_lie
786         ; extendLIEs frees
787         ; return binds }
788   where
789 --  get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV qtvs
790     get_qtvs = return (mkVarSet qtvs)   -- All skolems
791
792
793 -- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
794 -- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
795 -- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
796 tcSimplifyInferCheck
797          :: SDoc
798          -> TcTyVarSet          -- fv(T)
799          -> [Inst]              -- Given
800          -> [Inst]              -- Wanted
801          -> TcM ([TcTyVar],     -- Variables over which to quantify
802                  TcDictBinds)   -- Bindings
803
804 tcSimplifyInferCheck doc tau_tvs givens wanted_lie
805   = do  { (qtvs', frees, binds) <- tcSimplCheck doc get_qtvs AddSCs givens wanted_lie
806         ; extendLIEs frees
807         ; return (qtvs', binds) }
808   where
809         -- Figure out which type variables to quantify over
810         -- You might think it should just be the signature tyvars,
811         -- but in bizarre cases you can get extra ones
812         --      f :: forall a. Num a => a -> a
813         --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
814         --      g a b = (b,a)
815         -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
816         -- We don't want g to be monomorphic in b just because
817         -- f isn't quantified over b.
818     all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
819
820     get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV all_tvs        `thenM` \ all_tvs' ->
821                tcGetGlobalTyVars                `thenM` \ gbl_tvs ->
822                let
823                   qtvs = all_tvs' `minusVarSet` gbl_tvs
824                         -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
825                         -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
826                         -- dictionaries, we quantify over
827                in
828                returnM qtvs
829 \end{code}
830
831 Here is the workhorse function for all three wrappers.
832
833 \begin{code}
834 tcSimplCheck doc get_qtvs want_scs givens wanted_lie
835   = do  { (qtvs, frees, binds, irreds) <- check_loop givens wanted_lie
836
837                 -- Complain about any irreducible ones
838         ; if not (null irreds)
839           then do { givens' <- mappM zonkInst given_dicts_and_ips
840                   ; groupErrs (addNoInstanceErrs (Just doc) givens') irreds }
841           else return ()
842
843         ; returnM (qtvs, frees, binds) }
844   where
845     given_dicts_and_ips = filter (not . isMethod) givens
846         -- For error reporting, filter out methods, which are 
847         -- only added to the given set as an optimisation
848
849     ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts givens)
850
851     check_loop givens wanteds
852       =         -- Step 1
853         mappM zonkInst givens   `thenM` \ givens' ->
854         mappM zonkInst wanteds  `thenM` \ wanteds' ->
855         get_qtvs                `thenM` \ qtvs' ->
856
857                     -- Step 2
858         let
859             -- When checking against a given signature we always reduce
860             -- until we find a match against something given, or can't reduce
861             try_me inst | isFreeWhenChecking qtvs' ip_set inst = Free
862                         | otherwise                            = ReduceMe want_scs
863         in
864         reduceContext doc try_me givens' wanteds'       `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
865
866                     -- Step 3
867         if no_improvement then
868             returnM (varSetElems qtvs', frees, binds, irreds)
869         else
870             check_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (qtvs', frees1, binds1, irreds1) ->
871             returnM (qtvs', frees1, binds `unionBags` binds1, irreds1)
872 \end{code}
873
874
875 %************************************************************************
876 %*                                                                      *
877                 tcSimplifySuperClasses
878 %*                                                                      *
879 %************************************************************************
880
881 Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
882 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
883 We have to be very, very careful when generating superclasses, lest we
884 accidentally build a loop. Here's an example:
885
886   class S a
887
888   class S a => C a where { opc :: a -> a }
889   class S b => D b where { opd :: b -> b }
890   
891   instance C Int where
892      opc = opd
893   
894   instance D Int where
895      opd = opc
896
897 From (instance C Int) we get the constraint set {ds1:S Int, dd:D Int}
898 Simplifying, we may well get:
899         $dfCInt = :C ds1 (opd dd)
900         dd  = $dfDInt
901         ds1 = $p1 dd
902 Notice that we spot that we can extract ds1 from dd.  
903
904 Alas!  Alack! We can do the same for (instance D Int):
905
906         $dfDInt = :D ds2 (opc dc)
907         dc  = $dfCInt
908         ds2 = $p1 dc
909
910 And now we've defined the superclass in terms of itself.
911
912 Solution: never generate a superclass selectors at all when
913 satisfying the superclass context of an instance declaration.
914
915 Two more nasty cases are in
916         tcrun021
917         tcrun033
918
919 \begin{code}
920 tcSimplifySuperClasses qtvs givens sc_wanteds
921   = ASSERT( all isSkolemTyVar qtvs )
922     do  { (_, frees, binds1) <- tcSimplCheck doc get_qtvs NoSCs givens sc_wanteds
923         ; binds2             <- tc_simplify_top doc False NoSCs frees
924         ; return (binds1 `unionBags` binds2) }
925   where
926     get_qtvs = return (mkVarSet qtvs)
927     doc = ptext SLIT("instance declaration superclass context")
928 \end{code}
929
930
931 %************************************************************************
932 %*                                                                      *
933 \subsection{tcSimplifyRestricted}
934 %*                                                                      *
935 %************************************************************************
936
937 tcSimplifyRestricted infers which type variables to quantify for a 
938 group of restricted bindings.  This isn't trivial.
939
940 Eg1:    id = \x -> x
941         We want to quantify over a to get id :: forall a. a->a
942         
943 Eg2:    eq = (==)
944         We do not want to quantify over a, because there's an Eq a 
945         constraint, so we get eq :: a->a->Bool  (notice no forall)
946
947 So, assume:
948         RHS has type 'tau', whose free tyvars are tau_tvs
949         RHS has constraints 'wanteds'
950
951 Plan A (simple)
952   Quantify over (tau_tvs \ ftvs(wanteds))
953   This is bad. The constraints may contain (Monad (ST s))
954   where we have         instance Monad (ST s) where...
955   so there's no need to be monomorphic in s!
956
957   Also the constraint might be a method constraint,
958   whose type mentions a perfectly innocent tyvar:
959           op :: Num a => a -> b -> a
960   Here, b is unconstrained.  A good example would be
961         foo = op (3::Int)
962   We want to infer the polymorphic type
963         foo :: forall b. b -> b
964
965
966 Plan B (cunning, used for a long time up to and including GHC 6.2)
967   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
968   with Plan A's problem).  Then set
969         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
970
971   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
972   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
973   The reasons for this is to maximise sharing.
974
975   This fails for a very subtle reason.  Suppose that in the Step 2
976   a constraint (Foo (Succ Zero) (Succ Zero) b) gets thrown upstairs as 'free'.
977   In the Step 1 this constraint might have been simplified, perhaps to
978   (Foo Zero Zero b), AND THEN THAT MIGHT BE IMPROVED, to bind 'b' to 'T'.
979   This won't happen in Step 2... but that in turn might prevent some other
980   constraint (Baz [a] b) being simplified (e.g. via instance Baz [a] T where {..}) 
981   and that in turn breaks the invariant that no constraints are quantified over.
982
983   Test typecheck/should_compile/tc177 (which failed in GHC 6.2) demonstrates
984   the problem.
985
986
987 Plan C (brutal)
988   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
989   with Plan A's problem).  Then set
990         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
991   Return the bindings from Step 1.
992   
993
994 A note about Plan C (arising from "bug" reported by George Russel March 2004)
995 Consider this:
996
997       instance (HasBinary ty IO) => HasCodedValue ty
998
999       foo :: HasCodedValue a => String -> IO a
1000
1001       doDecodeIO :: HasCodedValue a => () -> () -> IO a
1002       doDecodeIO codedValue view  
1003         = let { act = foo "foo" } in  act
1004
1005 You might think this should work becuase the call to foo gives rise to a constraint
1006 (HasCodedValue t), which can be satisfied by the type sig for doDecodeIO.  But the
1007 restricted binding act = ... calls tcSimplifyRestricted, and PlanC simplifies the
1008 constraint using the (rather bogus) instance declaration, and now we are stuffed.
1009
1010 I claim this is not really a bug -- but it bit Sergey as well as George.  So here's
1011 plan D
1012
1013
1014 Plan D (a variant of plan B)
1015   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1016   with Plan A's problem), BUT DO NO IMPROVEMENT.  Then set
1017         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1018
1019   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1020   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1021
1022   The point here is that it's generally OK to have too few qtvs; that is,
1023   to make the thing more monomorphic than it could be.  We don't want to
1024   do that in the common cases, but in wierd cases it's ok: the programmer
1025   can always add a signature.  
1026
1027   Too few qtvs => too many wanteds, which is what happens if you do less
1028   improvement.
1029
1030
1031 \begin{code}
1032 tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
1033                         -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
1034         :: SDoc
1035         -> TopLevelFlag
1036         -> [Name]               -- Things bound in this group
1037         -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
1038         -> [Inst]               -- Free in the RHSs
1039         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
1040                 TcDictBinds)    -- Bindings
1041         -- tcSimpifyRestricted returns no constraints to
1042         -- quantify over; by definition there are none.
1043         -- They are all thrown back in the LIE
1044
1045 tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs tau_tvs wanteds
1046         -- Zonk everything in sight
1047   = mappM zonkInst wanteds                      `thenM` \ wanteds' ->
1048     zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)     `thenM` \ tau_tvs' ->
1049     tcGetGlobalTyVars                           `thenM` \ gbl_tvs' ->
1050
1051         -- 'reduceMe': Reduce as far as we can.  Don't stop at
1052         -- dicts; the idea is to get rid of as many type
1053         -- variables as possible, and we don't want to stop
1054         -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
1055         -- immediately, with no constraint on s.
1056         --
1057         -- BUT do no improvement!  See Plan D above
1058     reduceContextWithoutImprovement 
1059         doc reduceMe wanteds'           `thenM` \ (_frees, _binds, constrained_dicts) ->
1060
1061         -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
1062     let
1063         constrained_tvs = tyVarsOfInsts constrained_dicts
1064         qtvs = (tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs')
1065                          `minusVarSet` constrained_tvs
1066     in
1067     traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
1068                 pprInsts wanteds, pprInsts _frees, pprInsts constrained_dicts,
1069                 ppr _binds,
1070                 ppr constrained_tvs, ppr tau_tvs', ppr qtvs ])  `thenM_`
1071
1072         -- The first step may have squashed more methods than
1073         -- necessary, so try again, this time more gently, knowing the exact
1074         -- set of type variables to quantify over.
1075         --
1076         -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
1077         -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
1078         -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
1079         -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
1080         -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
1081         --
1082         -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
1083         -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
1084         -- just to float all constraints
1085         --
1086         -- At top level, we *do* squash methods becuase we want to 
1087         -- expose implicit parameters to the test that follows
1088     let
1089         is_nested_group = isNotTopLevel top_lvl
1090         try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs inst,
1091                       (is_nested_group || isDict inst) = Free
1092                     | otherwise                        = ReduceMe AddSCs
1093     in
1094     reduceContextWithoutImprovement 
1095         doc try_me wanteds'             `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
1096     ASSERT( null irreds )
1097
1098         -- See "Notes on implicit parameters, Question 4: top level"
1099     if is_nested_group then
1100         extendLIEs frees        `thenM_`
1101         returnM (varSetElems qtvs, binds)
1102     else
1103         let
1104             (non_ips, bad_ips) = partition isClassDict frees
1105         in    
1106         addTopIPErrs bndrs bad_ips      `thenM_`
1107         extendLIEs non_ips              `thenM_`
1108         returnM (varSetElems qtvs, binds)
1109 \end{code}
1110
1111
1112 %************************************************************************
1113 %*                                                                      *
1114 \subsection{tcSimplifyToDicts}
1115 %*                                                                      *
1116 %************************************************************************
1117
1118 On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
1119 getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
1120 as the available stuff for the RHS of the rule.
1121
1122 The same thing is used for specialise pragmas. Consider
1123
1124         f :: Num a => a -> a
1125         {-# SPECIALISE f :: Int -> Int #-}
1126         f = ...
1127
1128 The type checker generates a binding like:
1129
1130         f_spec = (f :: Int -> Int)
1131
1132 and we want to end up with
1133
1134         f_spec = _inline_me_ (f Int dNumInt)
1135
1136 But that means that we must simplify the Method for f to (f Int dNumInt)!
1137 So tcSimplifyToDicts squeezes out all Methods.
1138
1139 IMPORTANT NOTE:  we *don't* want to do superclass commoning up.  Consider
1140
1141         fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
1142         {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
1143
1144 Here, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But we *dont*
1145 want to get
1146
1147         forall dIntegralInt.
1148         fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
1149
1150 because the scsel will mess up RULE matching.  Instead we want
1151
1152         forall dIntegralInt, dNumInt.
1153         fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
1154
1155 Hence "WithoutSCs"
1156
1157 \begin{code}
1158 tcSimplifyToDicts :: [Inst] -> TcM (TcDictBinds)
1159 tcSimplifyToDicts wanteds
1160   = simpleReduceLoop doc try_me wanteds         `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
1161         -- Since try_me doesn't look at types, we don't need to
1162         -- do any zonking, so it's safe to call reduceContext directly
1163     ASSERT( null frees )
1164     extendLIEs irreds           `thenM_`
1165     returnM binds
1166
1167   where
1168     doc = text "tcSimplifyToDicts"
1169
1170         -- Reduce methods and lits only; stop as soon as we get a dictionary
1171     try_me inst | isDict inst = KeepDictWithoutSCs      -- See notes above re "WithoutSCs"
1172                 | otherwise   = ReduceMe NoSCs
1173 \end{code}
1174
1175
1176
1177 tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
1178 a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
1179 any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
1180 Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
1181 Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
1182 this bracket again at its usage site.
1183
1184 \begin{code}
1185 tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
1186 tcSimplifyBracket wanteds
1187   = simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds       `thenM_`
1188     returnM ()
1189   where
1190     doc = text "tcSimplifyBracket"
1191 \end{code}
1192
1193
1194 %************************************************************************
1195 %*                                                                      *
1196 \subsection{Filtering at a dynamic binding}
1197 %*                                                                      *
1198 %************************************************************************
1199
1200 When we have
1201         let ?x = R in B
1202
1203 we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
1204 step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
1205
1206 Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
1207
1208         f :: (?x::Int) => Char -> Char
1209         let ?x = 3 in f 'c'
1210
1211 then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
1212 force the binding for ?x to be of type Int.
1213
1214 \begin{code}
1215 tcSimplifyIPs :: [Inst]         -- The implicit parameters bound here
1216               -> [Inst]         -- Wanted
1217               -> TcM TcDictBinds
1218 tcSimplifyIPs given_ips wanteds
1219   = simpl_loop given_ips wanteds        `thenM` \ (frees, binds) ->
1220     extendLIEs frees                    `thenM_`
1221     returnM binds
1222   where
1223     doc      = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
1224     ip_set   = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
1225
1226         -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
1227     try_me inst | isFreeWrtIPs ip_set inst = Free
1228                 | otherwise                = ReduceMe NoSCs
1229
1230     simpl_loop givens wanteds
1231       = mappM zonkInst givens           `thenM` \ givens' ->
1232         mappM zonkInst wanteds          `thenM` \ wanteds' ->
1233
1234         reduceContext doc try_me givens' wanteds'    `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
1235
1236         if no_improvement then
1237             ASSERT( null irreds )
1238             returnM (frees, binds)
1239         else
1240             simpl_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (frees1, binds1) ->
1241             returnM (frees1, binds `unionBags` binds1)
1242 \end{code}
1243
1244
1245 %************************************************************************
1246 %*                                                                      *
1247 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
1248 %*                                                                      *
1249 %************************************************************************
1250
1251 When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
1252 For example, we might have...
1253 \begin{verbatim}
1254 let f x = x + 1     -- orig local function (overloaded)
1255     f.1 = f Int     -- two instances of f
1256     f.2 = f Float
1257  in
1258     (f.1 5, f.2 6.7)
1259 \end{verbatim}
1260 The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
1261 where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
1262 upwards towards the top-level.  If the @Insts@ were binding-ified up
1263 there, they would have unresolvable references to @f@.
1264
1265 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
1266 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
1267 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
1268 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
1269
1270 \begin{code}
1271 bindInstsOfLocalFuns :: [Inst] -> [TcId] -> TcM TcDictBinds
1272 -- Simlifies only MethodInsts, and generate only bindings of form 
1273 --      fm = f tys dicts
1274 -- We're careful not to even generate bindings of the form
1275 --      d1 = d2
1276 -- You'd think that'd be fine, but it interacts with what is
1277 -- arguably a bug in Match.tidyEqnInfo (see notes there)
1278
1279 bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
1280   | null overloaded_ids
1281         -- Common case
1282   = extendLIEs wanteds          `thenM_`
1283     returnM emptyLHsBinds
1284
1285   | otherwise
1286   = simpleReduceLoop doc try_me for_me  `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
1287     ASSERT( null irreds )
1288     extendLIEs not_for_me       `thenM_`
1289     extendLIEs frees            `thenM_`
1290     returnM binds
1291   where
1292     doc              = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
1293     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
1294     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
1295     (for_me, not_for_me) = partition (isMethodFor overloaded_set) wanteds
1296
1297     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids    -- There can occasionally be a lot of them
1298                                                 -- so it's worth building a set, so that
1299                                                 -- lookup (in isMethodFor) is faster
1300     try_me inst | isMethod inst = ReduceMe NoSCs
1301                 | otherwise     = Free
1302 \end{code}
1303
1304
1305 %************************************************************************
1306 %*                                                                      *
1307 \subsection{Data types for the reduction mechanism}
1308 %*                                                                      *
1309 %************************************************************************
1310
1311 The main control over context reduction is here
1312
1313 \begin{code}
1314 data WhatToDo
1315  = ReduceMe WantSCs     -- Try to reduce this
1316                         -- If there's no instance, behave exactly like
1317                         -- DontReduce: add the inst to
1318                         -- the irreductible ones, but don't
1319                         -- produce an error message of any kind.
1320                         -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
1321
1322  | KeepDictWithoutSCs   -- Return as irreducible; don't add its superclasses
1323                         -- Rather specialised: see notes with tcSimplifyToDicts
1324
1325  | DontReduceUnlessConstant     -- Return as irreducible unless it can
1326                                 -- be reduced to a constant in one step
1327
1328  | Free                   -- Return as free
1329
1330 reduceMe :: Inst -> WhatToDo
1331 reduceMe inst = ReduceMe AddSCs
1332
1333 data WantSCs = NoSCs | AddSCs   -- Tells whether we should add the superclasses
1334                                 -- of a predicate when adding it to the avails
1335 \end{code}
1336
1337
1338
1339 \begin{code}
1340 type Avails = FiniteMap Inst Avail
1341 emptyAvails = emptyFM
1342
1343 data Avail
1344   = IsFree              -- Used for free Insts
1345   | Irred               -- Used for irreducible dictionaries,
1346                         -- which are going to be lambda bound
1347
1348   | Given TcId          -- Used for dictionaries for which we have a binding
1349                         -- e.g. those "given" in a signature
1350           Bool          -- True <=> actually consumed (splittable IPs only)
1351
1352   | NoRhs               -- Used for Insts like (CCallable f)
1353                         -- where no witness is required.
1354                         -- ToDo: remove?
1355
1356   | Rhs                 -- Used when there is a RHS
1357         (LHsExpr TcId)  -- The RHS
1358         [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
1359
1360   | Linear              -- Splittable Insts only.
1361         Int             -- The Int is always 2 or more; indicates how
1362                         -- many copies are required
1363         Inst            -- The splitter
1364         Avail           -- Where the "master copy" is
1365
1366   | LinRhss             -- Splittable Insts only; this is used only internally
1367                         --      by extractResults, where a Linear 
1368                         --      is turned into an LinRhss
1369         [LHsExpr TcId]  -- A supply of suitable RHSs
1370
1371 pprAvails avails = vcat [sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> pprAvail avail)]
1372                         | (inst,avail) <- fmToList avails ]
1373
1374 instance Outputable Avail where
1375     ppr = pprAvail
1376
1377 pprAvail NoRhs          = text "<no rhs>"
1378 pprAvail IsFree         = text "Free"
1379 pprAvail Irred          = text "Irred"
1380 pprAvail (Given x b)    = text "Given" <+> ppr x <+> 
1381                           if b then text "(used)" else empty
1382 pprAvail (Rhs rhs bs)   = text "Rhs" <+> ppr rhs <+> braces (ppr bs)
1383 pprAvail (Linear n i a) = text "Linear" <+> ppr n <+> braces (ppr i) <+> ppr a
1384 pprAvail (LinRhss rhss) = text "LinRhss" <+> ppr rhss
1385 \end{code}
1386
1387 Extracting the bindings from a bunch of Avails.
1388 The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
1389 We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
1390 dependency analyser can sort them out later
1391
1392 The loop startes
1393 \begin{code}
1394 extractResults :: Avails
1395                -> [Inst]                -- Wanted
1396                -> TcM (TcDictBinds,     -- Bindings
1397                         [Inst],         -- Irreducible ones
1398                         [Inst])         -- Free ones
1399
1400 extractResults avails wanteds
1401   = go avails emptyBag [] [] wanteds
1402   where
1403     go avails binds irreds frees [] 
1404       = returnM (binds, irreds, frees)
1405
1406     go avails binds irreds frees (w:ws)
1407       = case lookupFM avails w of
1408           Nothing    -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
1409                         go avails binds irreds frees ws
1410
1411           Just NoRhs  -> go avails               binds irreds     frees     ws
1412           Just IsFree -> go (add_free avails w)  binds irreds     (w:frees) ws
1413           Just Irred  -> go (add_given avails w) binds (w:irreds) frees     ws
1414
1415           Just (Given id _) -> go avails new_binds irreds frees ws
1416                             where
1417                                new_binds | id == instToId w = binds
1418                                          | otherwise        = addBind binds w (L (instSpan w) (HsVar id))
1419                 -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
1420                 -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
1421
1422           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds irreds frees (ws' ++ ws)
1423                              where
1424                                 new_binds = addBind binds w rhs
1425
1426           Just (Linear n split_inst avail)      -- Transform Linear --> LinRhss
1427             -> get_root irreds frees avail w            `thenM` \ (irreds', frees', root_id) ->
1428                split n (instToId split_inst) root_id w  `thenM` \ (binds', rhss) ->
1429                go (addToFM avails w (LinRhss rhss))
1430                   (binds `unionBags` binds')
1431                   irreds' frees' (split_inst : w : ws)
1432
1433           Just (LinRhss (rhs:rhss))             -- Consume one of the Rhss
1434                 -> go new_avails new_binds irreds frees ws
1435                 where           
1436                    new_binds  = addBind binds w rhs
1437                    new_avails = addToFM avails w (LinRhss rhss)
1438
1439     get_root irreds frees (Given id _) w = returnM (irreds, frees, id)
1440     get_root irreds frees Irred        w = cloneDict w  `thenM` \ w' ->
1441                                            returnM (w':irreds, frees, instToId w')
1442     get_root irreds frees IsFree       w = cloneDict w  `thenM` \ w' ->
1443                                            returnM (irreds, w':frees, instToId w')
1444
1445     add_given avails w 
1446         | instBindingRequired w = addToFM avails w (Given (instToId w) True)
1447         | otherwise             = addToFM avails w NoRhs
1448         -- NB: make sure that CCallable/CReturnable use NoRhs rather
1449         --      than Given, else we end up with bogus bindings.
1450
1451     add_free avails w | isMethod w = avails
1452                       | otherwise  = add_given avails w
1453         -- NB: Hack alert!  
1454         -- Do *not* replace Free by Given if it's a method.
1455         -- The following situation shows why this is bad:
1456         --      truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
1457         -- From an application (truncate f i) we get
1458         --      t1 = truncate at f
1459         --      t2 = t1 at i
1460         -- If we have also have a second occurrence of truncate, we get
1461         --      t3 = truncate at f
1462         --      t4 = t3 at i
1463         -- When simplifying with i,f free, we might still notice that
1464         --   t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
1465         --   will continue to float out!
1466         -- (split n i a) returns: n rhss
1467         --                        auxiliary bindings
1468         --                        1 or 0 insts to add to irreds
1469
1470
1471 split :: Int -> TcId -> TcId -> Inst 
1472       -> TcM (TcDictBinds, [LHsExpr TcId])
1473 -- (split n split_id root_id wanted) returns
1474 --      * a list of 'n' expressions, all of which witness 'avail'
1475 --      * a bunch of auxiliary bindings to support these expressions
1476 --      * one or zero insts needed to witness the whole lot
1477 --        (maybe be zero if the initial Inst is a Given)
1478 --
1479 -- NB: 'wanted' is just a template
1480
1481 split n split_id root_id wanted
1482   = go n
1483   where
1484     ty      = linearInstType wanted
1485     pair_ty = mkTyConApp pairTyCon [ty,ty]
1486     id      = instToId wanted
1487     occ     = getOccName id
1488     loc     = getSrcLoc id
1489     span    = instSpan wanted
1490
1491     go 1 = returnM (emptyBag, [L span $ HsVar root_id])
1492
1493     go n = go ((n+1) `div` 2)           `thenM` \ (binds1, rhss) ->
1494            expand n rhss                `thenM` \ (binds2, rhss') ->
1495            returnM (binds1 `unionBags` binds2, rhss')
1496
1497         -- (expand n rhss) 
1498         -- Given ((n+1)/2) rhss, make n rhss, using auxiliary bindings
1499         --  e.g.  expand 3 [rhs1, rhs2]
1500         --        = ( { x = split rhs1 },
1501         --            [fst x, snd x, rhs2] )
1502     expand n rhss
1503         | n `rem` 2 == 0 = go rhss      -- n is even
1504         | otherwise      = go (tail rhss)       `thenM` \ (binds', rhss') ->
1505                            returnM (binds', head rhss : rhss')
1506         where
1507           go rhss = mapAndUnzipM do_one rhss    `thenM` \ (binds', rhss') ->
1508                     returnM (listToBag binds', concat rhss')
1509
1510           do_one rhs = newUnique                        `thenM` \ uniq -> 
1511                        tcLookupId fstName               `thenM` \ fst_id ->
1512                        tcLookupId sndName               `thenM` \ snd_id ->
1513                        let 
1514                           x = mkUserLocal occ uniq pair_ty loc
1515                        in
1516                        returnM (L span (VarBind x (mk_app span split_id rhs)),
1517                                 [mk_fs_app span fst_id ty x, mk_fs_app span snd_id ty x])
1518
1519 mk_fs_app span id ty var = L span (HsVar id) `mkHsTyApp` [ty,ty] `mkHsApp` (L span (HsVar var))
1520
1521 mk_app span id rhs = L span (HsApp (L span (HsVar id)) rhs)
1522
1523 addBind binds inst rhs = binds `unionBags` unitBag (L (instLocSrcSpan (instLoc inst)) 
1524                                                       (VarBind (instToId inst) rhs))
1525 instSpan wanted = instLocSrcSpan (instLoc wanted)
1526 \end{code}
1527
1528
1529 %************************************************************************
1530 %*                                                                      *
1531 \subsection[reduce]{@reduce@}
1532 %*                                                                      *
1533 %************************************************************************
1534
1535 When the "what to do" predicate doesn't depend on the quantified type variables,
1536 matters are easier.  We don't need to do any zonking, unless the improvement step
1537 does something, in which case we zonk before iterating.
1538
1539 The "given" set is always empty.
1540
1541 \begin{code}
1542 simpleReduceLoop :: SDoc
1543                  -> (Inst -> WhatToDo)          -- What to do, *not* based on the quantified type variables
1544                  -> [Inst]                      -- Wanted
1545                  -> TcM ([Inst],                -- Free
1546                          TcDictBinds,
1547                          [Inst])                -- Irreducible
1548
1549 simpleReduceLoop doc try_me wanteds
1550   = mappM zonkInst wanteds                      `thenM` \ wanteds' ->
1551     reduceContext doc try_me [] wanteds'        `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
1552     if no_improvement then
1553         returnM (frees, binds, irreds)
1554     else
1555         simpleReduceLoop doc try_me (irreds ++ frees)   `thenM` \ (frees1, binds1, irreds1) ->
1556         returnM (frees1, binds `unionBags` binds1, irreds1)
1557 \end{code}
1558
1559
1560
1561 \begin{code}
1562 reduceContext :: SDoc
1563               -> (Inst -> WhatToDo)
1564               -> [Inst]                 -- Given
1565               -> [Inst]                 -- Wanted
1566               -> TcM (Bool,             -- True <=> improve step did no unification
1567                          [Inst],        -- Free
1568                          TcDictBinds,   -- Dictionary bindings
1569                          [Inst])        -- Irreducible
1570
1571 reduceContext doc try_me givens wanteds
1572   =
1573     traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1574              text "----------------------",
1575              doc,
1576              text "given" <+> ppr givens,
1577              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1578              text "----------------------"
1579              ]))                                        `thenM_`
1580
1581         -- Build the Avail mapping from "givens"
1582     foldlM addGiven emptyAvails givens                  `thenM` \ init_state ->
1583
1584         -- Do the real work
1585     reduceList (0,[]) try_me wanteds init_state         `thenM` \ avails ->
1586
1587         -- Do improvement, using everything in avails
1588         -- In particular, avails includes all superclasses of everything
1589     tcImprove avails                                    `thenM` \ no_improvement ->
1590
1591     extractResults avails wanteds                       `thenM` \ (binds, irreds, frees) ->
1592
1593     traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1594              text "----------------------",
1595              doc,
1596              text "given" <+> ppr givens,
1597              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1598              text "----",
1599              text "avails" <+> pprAvails avails,
1600              text "frees" <+> ppr frees,
1601              text "no_improvement =" <+> ppr no_improvement,
1602              text "----------------------"
1603              ]))                                        `thenM_`
1604
1605     returnM (no_improvement, frees, binds, irreds)
1606
1607 -- reduceContextWithoutImprovement differs from reduceContext
1608 --      (a) no improvement
1609 --      (b) 'givens' is assumed empty
1610 reduceContextWithoutImprovement doc try_me wanteds
1611   =
1612     traceTc (text "reduceContextWithoutImprovement" <+> (vcat [
1613              text "----------------------",
1614              doc,
1615              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1616              text "----------------------"
1617              ]))                                        `thenM_`
1618
1619         -- Do the real work
1620     reduceList (0,[]) try_me wanteds emptyAvails        `thenM` \ avails ->
1621     extractResults avails wanteds                       `thenM` \ (binds, irreds, frees) ->
1622
1623     traceTc (text "reduceContextWithoutImprovement end" <+> (vcat [
1624              text "----------------------",
1625              doc,
1626              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1627              text "----",
1628              text "avails" <+> pprAvails avails,
1629              text "frees" <+> ppr frees,
1630              text "----------------------"
1631              ]))                                        `thenM_`
1632
1633     returnM (frees, binds, irreds)
1634
1635 tcImprove :: Avails -> TcM Bool         -- False <=> no change
1636 -- Perform improvement using all the predicates in Avails
1637 tcImprove avails
1638  =  tcGetInstEnvs                       `thenM` \ inst_envs -> 
1639     let
1640         preds = [ (pred, pp_loc)
1641                 | (inst, avail) <- fmToList avails,
1642                   pred <- get_preds inst avail,
1643                   let pp_loc = pprInstLoc (instLoc inst)
1644                 ]
1645                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1646                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1647                 -- It does not have duplicates (good)
1648                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1649                 --    so that improve will see them separate
1650
1651         -- For free Methods, we want to take predicates from their context,
1652         -- but for Methods that have been squished their context will already
1653         -- be in Avails, and we don't want duplicates.  Hence this rather
1654         -- horrid get_preds function
1655         get_preds inst IsFree = fdPredsOfInst inst
1656         get_preds inst other | isDict inst = [dictPred inst]
1657                              | otherwise   = []
1658
1659         eqns = improve get_insts preds
1660         get_insts clas = classInstances inst_envs clas
1661      in
1662      if null eqns then
1663         returnM True
1664      else
1665         traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))     `thenM_`
1666         mappM_ unify eqns       `thenM_`
1667         returnM False
1668   where
1669     unify ((qtvs, pairs), doc)
1670          = addErrCtxt doc                       $
1671            tcInstTyVars (varSetElems qtvs)      `thenM` \ (_, _, tenv) ->
1672            mapM_ (unif_pr tenv) pairs
1673     unif_pr tenv (ty1,ty2) =  unifyTauTy (substTy tenv ty1) (substTy tenv ty2)
1674 \end{code}
1675
1676 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1677
1678 \begin{code}
1679 reduceList :: (Int,[Inst])              -- Stack (for err msgs)
1680                                         -- along with its depth
1681            -> (Inst -> WhatToDo)
1682            -> [Inst]
1683            -> Avails
1684            -> TcM Avails
1685 \end{code}
1686
1687 @reduce@ is passed
1688      try_me:    given an inst, this function returns
1689                   Reduce       reduce this
1690                   DontReduce   return this in "irreds"
1691                   Free         return this in "frees"
1692
1693      wanteds:   The list of insts to reduce
1694      state:     An accumulating parameter of type Avails
1695                 that contains the state of the algorithm
1696
1697   It returns a Avails.
1698
1699 The (n,stack) pair is just used for error reporting.
1700 n is always the depth of the stack.
1701 The stack is the stack of Insts being reduced: to produce X
1702 I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1703
1704 \begin{code}
1705 reduceList (n,stack) try_me wanteds state
1706   | n > opt_MaxContextReductionDepth
1707   = failWithTc (reduceDepthErr n stack)
1708
1709   | otherwise
1710   =
1711 #ifdef DEBUG
1712    (if n > 8 then
1713         pprTrace "Interesting! Context reduction stack deeper than 8:" 
1714                  (nest 2 (pprStack stack))
1715     else (\x->x))
1716 #endif
1717     go wanteds state
1718   where
1719     go []     state = returnM state
1720     go (w:ws) state = reduce (n+1, w:stack) try_me w state      `thenM` \ state' ->
1721                       go ws state'
1722
1723     -- Base case: we're done!
1724 reduce stack try_me wanted avails
1725     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1726   | Just avail <- isAvailable avails wanted
1727   = if isLinearInst wanted then
1728         addLinearAvailable avails avail wanted  `thenM` \ (avails', wanteds') ->
1729         reduceList stack try_me wanteds' avails'
1730     else
1731         returnM avails          -- No op for non-linear things
1732
1733   | otherwise
1734   = case try_me wanted of {
1735
1736       KeepDictWithoutSCs -> addIrred NoSCs avails wanted
1737
1738     ; DontReduceUnlessConstant ->    -- It's irreducible (or at least should not be reduced)
1739                                      -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1740         try_simple (addIrred AddSCs)    -- Assume want superclasses
1741
1742     ; Free ->   -- It's free so just chuck it upstairs
1743                 -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1744         try_simple addFree
1745
1746     ; ReduceMe want_scs ->      -- It should be reduced
1747         lookupInst wanted             `thenM` \ lookup_result ->
1748         case lookup_result of
1749             GenInst wanteds' rhs -> addIrred NoSCs avails wanted                `thenM` \ avails1 ->
1750                                     reduceList stack try_me wanteds' avails1    `thenM` \ avails2 ->
1751                                     addWanted want_scs avails2 wanted rhs wanteds'
1752                 -- Experiment with temporarily doing addIrred *before* the reduceList, 
1753                 -- which has the effect of adding the thing we are trying
1754                 -- to prove to the database before trying to prove the things it
1755                 -- needs.  See note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1756                 -- NB: we must not do an addWanted before, because that adds the
1757                 --     superclasses too, and thaat can lead to a spurious loop; see
1758                 --     the examples in [SUPERCLASS-LOOP]
1759                 -- So we do an addIrred before, and then overwrite it afterwards with addWanted
1760
1761             SimpleInst rhs -> addWanted want_scs avails wanted rhs []
1762
1763             NoInstance ->    -- No such instance!
1764                              -- Add it and its superclasses
1765                              addIrred want_scs avails wanted
1766     }
1767   where
1768     try_simple do_this_otherwise
1769       = lookupInst wanted         `thenM` \ lookup_result ->
1770         case lookup_result of
1771             SimpleInst rhs -> addWanted AddSCs avails wanted rhs []
1772             other          -> do_this_otherwise avails wanted
1773 \end{code}
1774
1775
1776 \begin{code}
1777 -------------------------
1778 isAvailable :: Avails -> Inst -> Maybe Avail
1779 isAvailable avails wanted = lookupFM avails wanted
1780         -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
1781         --  *not* by unique.  So
1782         --      d1::C Int ==  d2::C Int
1783
1784 addLinearAvailable :: Avails -> Avail -> Inst -> TcM (Avails, [Inst])
1785 addLinearAvailable avails avail wanted
1786         -- avails currently maps [wanted -> avail]
1787         -- Extend avails to reflect a neeed for an extra copy of avail
1788
1789   | Just avail' <- split_avail avail
1790   = returnM (addToFM avails wanted avail', [])
1791
1792   | otherwise
1793   = tcLookupId splitName                        `thenM` \ split_id ->
1794     tcInstClassOp (instLoc wanted) split_id 
1795                   [linearInstType wanted]       `thenM` \ split_inst ->
1796     returnM (addToFM avails wanted (Linear 2 split_inst avail), [split_inst])
1797
1798   where
1799     split_avail :: Avail -> Maybe Avail
1800         -- (Just av) if there's a modified version of avail that
1801         --           we can use to replace avail in avails
1802         -- Nothing   if there isn't, so we need to create a Linear
1803     split_avail (Linear n i a)              = Just (Linear (n+1) i a)
1804     split_avail (Given id used) | not used  = Just (Given id True)
1805                                 | otherwise = Nothing
1806     split_avail Irred                       = Nothing
1807     split_avail IsFree                      = Nothing
1808     split_avail other = pprPanic "addLinearAvailable" (ppr avail $$ ppr wanted $$ ppr avails)
1809                   
1810 -------------------------
1811 addFree :: Avails -> Inst -> TcM Avails
1812         -- When an Inst is tossed upstairs as 'free' we nevertheless add it
1813         -- to avails, so that any other equal Insts will be commoned up right
1814         -- here rather than also being tossed upstairs.  This is really just
1815         -- an optimisation, and perhaps it is more trouble that it is worth,
1816         -- as the following comments show!
1817         --
1818         -- NB: do *not* add superclasses.  If we have
1819         --      df::Floating a
1820         --      dn::Num a
1821         -- but a is not bound here, then we *don't* want to derive
1822         -- dn from df here lest we lose sharing.
1823         --
1824 addFree avails free = returnM (addToFM avails free IsFree)
1825
1826 addWanted :: WantSCs -> Avails -> Inst -> LHsExpr TcId -> [Inst] -> TcM Avails
1827 addWanted want_scs avails wanted rhs_expr wanteds
1828   = addAvailAndSCs want_scs avails wanted avail
1829   where
1830     avail | instBindingRequired wanted = Rhs rhs_expr wanteds
1831           | otherwise                  = ASSERT( null wanteds ) NoRhs
1832
1833 addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
1834 addGiven avails given = addAvailAndSCs AddSCs avails given (Given (instToId given) False)
1835         -- Always add superclasses for 'givens'
1836         --
1837         -- No ASSERT( not (given `elemFM` avails) ) because in an instance
1838         -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
1839         -- so the assert isn't true
1840
1841 addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
1842 addIrred want_scs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemFM` avails), ppr irred $$ ppr avails )
1843                                  addAvailAndSCs want_scs avails irred Irred
1844
1845 addAvailAndSCs :: WantSCs -> Avails -> Inst -> Avail -> TcM Avails
1846 addAvailAndSCs want_scs avails inst avail
1847   | not (isClassDict inst) = return avails_with_inst
1848   | NoSCs <- want_scs      = return avails_with_inst
1849   | otherwise              = do { traceTc (text "addAvailAndSCs" <+> vcat [ppr inst, ppr deps])
1850                                 ; addSCs is_loop avails_with_inst inst }
1851   where
1852     avails_with_inst = addToFM avails inst avail
1853
1854     is_loop pred = any (`tcEqType` mkPredTy pred) dep_tys
1855                         -- Note: this compares by *type*, not by Unique
1856     deps         = findAllDeps (unitVarSet (instToId inst)) avail
1857     dep_tys      = map idType (varSetElems deps)
1858
1859     findAllDeps :: IdSet -> Avail -> IdSet
1860     -- Find all the Insts that this one depends on
1861     -- See Note [SUPERCLASS-LOOP]
1862     -- Watch out, though.  Since the avails may contain loops 
1863     -- (see Note [RECURSIVE DICTIONARIES]), so we need to track the ones we've seen so far
1864     findAllDeps so_far (Rhs _ kids) = foldl find_all so_far kids
1865     findAllDeps so_far other        = so_far
1866
1867     find_all :: IdSet -> Inst -> IdSet
1868     find_all so_far kid
1869       | kid_id `elemVarSet` so_far        = so_far
1870       | Just avail <- lookupFM avails kid = findAllDeps so_far' avail
1871       | otherwise                         = so_far'
1872       where
1873         so_far' = extendVarSet so_far kid_id    -- Add the new kid to so_far
1874         kid_id = instToId kid
1875
1876 addSCs :: (TcPredType -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
1877         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
1878         -- The first param says "dont do this because the original thing
1879         --      depends on this one, so you'd build a loop"
1880         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
1881
1882 addSCs is_loop avails dict
1883   = do  { sc_dicts <- newDictsAtLoc (instLoc dict) sc_theta'
1884         ; foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels) }
1885   where
1886     (clas, tys) = getDictClassTys dict
1887     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
1888     sc_theta' = substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
1889
1890     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)
1891       | is_loop (dictPred sc_dict) = return avails      -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
1892       | is_given sc_dict           = return avails
1893       | otherwise                  = addSCs is_loop avails' sc_dict
1894       where
1895         sc_sel_rhs = mkHsDictApp (mkHsTyApp (L (instSpan dict) (HsVar sc_sel)) tys) [instToId dict]
1896         avails'    = addToFM avails sc_dict (Rhs sc_sel_rhs [dict])
1897
1898     is_given :: Inst -> Bool
1899     is_given sc_dict = case lookupFM avails sc_dict of
1900                           Just (Given _ _) -> True      -- Given is cheaper than superclass selection
1901                           other            -> False     
1902 \end{code}
1903
1904 Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
1905 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1906 But the above isn't enough.  Suppose we are *given* d1:Ord a,
1907 and want to deduce (d2:C [a]) where
1908
1909         class Ord a => C a where
1910         instance Ord [a] => C [a] where ...
1911
1912 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] from Ord [a], and then add the
1913 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1914 for Ord [a] (which is obtained from Ord a) with a superclass selection or we'll just
1915 build a loop! 
1916
1917 Here's another variant, immortalised in tcrun020
1918         class Monad m => C1 m
1919         class C1 m => C2 m x
1920         instance C2 Maybe Bool
1921 For the instance decl we need to build (C1 Maybe), and it's no good if
1922 we run around and add (C2 Maybe Bool) and its superclasses to the avails 
1923 before we search for C1 Maybe.
1924
1925 Here's another example 
1926         class Eq b => Foo a b
1927         instance Eq a => Foo [a] a
1928 If we are reducing
1929         (Foo [t] t)
1930
1931 we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
1932 then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1933
1934 At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
1935 in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
1936 becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
1937 I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
1938 simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Irred
1939 first time, but reducible next time.
1940
1941 Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
1942 when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
1943
1944
1945 Note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1946 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1947 Consider 
1948     data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
1949     
1950     instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
1951         ZeroD     == ZeroD     = True
1952         (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
1953         _         == _         = False;
1954     
1955     equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
1956     equalDC = (==);
1957
1958 We need to prove (Eq (D [])).  Here's how we go:
1959
1960         d1 : Eq (D [])
1961
1962 by instance decl, holds if
1963         d2 : Eq [D []]
1964         where   d1 = dfEqD d2
1965
1966 by instance decl of Eq, holds if
1967         d3 : D []
1968         where   d2 = dfEqList d3
1969                 d1 = dfEqD d2
1970
1971 But now we can "tie the knot" to give
1972
1973         d3 = d1
1974         d2 = dfEqList d3
1975         d1 = dfEqD d2
1976
1977 and it'll even run!  The trick is to put the thing we are trying to prove
1978 (in this case Eq (D []) into the database before trying to prove its
1979 contributing clauses.
1980         
1981
1982 %************************************************************************
1983 %*                                                                      *
1984 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
1985 %*                                                                      *
1986 %************************************************************************
1987
1988
1989 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
1990 and ambiguous Insts.
1991
1992 We need to be careful of one case.  Suppose we have
1993
1994         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
1995
1996 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
1997 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
1998
1999 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
2000
2001
2002 \begin{code}
2003 tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
2004 tcSimplifyTop wanteds
2005   = tc_simplify_top doc False {- Not interactive loop -} AddSCs wanteds
2006   where 
2007     doc = text "tcSimplifyTop"
2008
2009 tcSimplifyInteractive wanteds
2010   = tc_simplify_top doc True  {- Interactive loop -}     AddSCs wanteds
2011   where 
2012     doc = text "tcSimplifyTop"
2013
2014 -- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
2015 -- error message generation for the monomorphism restriction
2016 tc_simplify_top doc is_interactive want_scs wanteds
2017   = do  { lcl_env <- getLclEnv
2018         ; traceTc (text "tcSimplifyTop" <+> ppr (lclEnvElts lcl_env))
2019
2020         ; let try_me inst = ReduceMe want_scs
2021         ; (frees, binds, irreds) <- simpleReduceLoop doc try_me wanteds
2022
2023         ; let
2024                 -- All the non-std ones are definite errors
2025             (stds, non_stds) = partition isStdClassTyVarDict irreds
2026     
2027                     -- Group by type variable
2028             std_groups = equivClasses cmp_by_tyvar stds
2029     
2030                     -- Pick the ones which its worth trying to disambiguate
2031                     -- namely, the onese whose type variable isn't bound
2032                     -- up with one of the non-standard classes
2033             (std_oks, std_bads) = partition worth_a_try std_groups
2034             worth_a_try group@(d:_) = not (non_std_tyvars `intersectsVarSet` tyVarsOfInst d)
2035             non_std_tyvars              = unionVarSets (map tyVarsOfInst non_stds)
2036     
2037                     -- Collect together all the bad guys
2038             bad_guys       = non_stds ++ concat std_bads
2039             (non_ips, bad_ips) = partition isClassDict bad_guys
2040             (ambigs, no_insts) = partition isTyVarDict non_ips
2041             -- If the dict has no type constructors involved, it must be ambiguous,
2042             -- except I suppose that another error with fundeps maybe should have
2043             -- constrained those type variables
2044
2045         -- Report definite errors
2046         ; ASSERT( null frees )
2047           groupErrs (addNoInstanceErrs Nothing []) no_insts
2048         ; strangeTopIPErrs bad_ips
2049
2050         -- Deal with ambiguity errors, but only if
2051         -- if there has not been an error so far:
2052         -- errors often give rise to spurious ambiguous Insts.
2053         -- For example:
2054         --   f = (*)    -- Monomorphic
2055         --   g :: Num a => a -> a
2056         --   g x = f x x
2057         -- Here, we get a complaint when checking the type signature for g,
2058         -- that g isn't polymorphic enough; but then we get another one when
2059         -- dealing with the (Num a) context arising from f's definition;
2060         -- we try to unify a with Int (to default it), but find that it's
2061         -- already been unified with the rigid variable from g's type sig
2062         ; binds_ambig <- ifErrsM (returnM []) $
2063             do  { -- Complain about the ones that don't fall under
2064                   -- the Haskell rules for disambiguation
2065                   -- This group includes both non-existent instances
2066                   --    e.g. Num (IO a) and Eq (Int -> Int)
2067                   -- and ambiguous dictionaries
2068                   --    e.g. Num a
2069                   addTopAmbigErrs ambigs
2070
2071                   -- Disambiguate the ones that look feasible
2072                 ; mappM (disambigGroup is_interactive) std_oks }
2073
2074         ; return (binds `unionBags` unionManyBags binds_ambig) }
2075
2076 ----------------------------------
2077 d1 `cmp_by_tyvar` d2 = get_tv d1 `compare` get_tv d2
2078
2079 get_tv d   = case getDictClassTys d of
2080                    (clas, [ty]) -> tcGetTyVar "tcSimplify" ty
2081 get_clas d = case getDictClassTys d of
2082                    (clas, [ty]) -> clas
2083 \end{code}
2084
2085 If a dictionary constrains a type variable which is
2086         * not mentioned in the environment
2087         * and not mentioned in the type of the expression
2088 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
2089 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
2090 parameter to a function.
2091
2092 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
2093 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
2094 Specifically, if
2095         * at least one of its classes is a numeric class, and
2096         * all of its classes are numeric or standard
2097 then the type variable can be defaulted to the first type in the
2098 default-type list which is an instance of all the offending classes.
2099
2100 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
2101 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
2102 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
2103 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
2104
2105 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
2106 the same type variable.
2107
2108 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
2109 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
2110 the most common use of defaulting is code like:
2111 \begin{verbatim}
2112         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
2113 \end{verbatim}
2114 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
2115 @void@.
2116
2117 \begin{code}
2118 disambigGroup :: Bool   -- True <=> simplifying at top-level interactive loop
2119               -> [Inst] -- All standard classes of form (C a)
2120               -> TcM TcDictBinds
2121
2122 disambigGroup is_interactive dicts
2123   |   any std_default_class classes     -- Guaranteed all standard classes
2124   =     -- THE DICTS OBEY THE DEFAULTABLE CONSTRAINT
2125         -- SO, TRY DEFAULT TYPES IN ORDER
2126
2127         -- Failure here is caused by there being no type in the
2128         -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
2129         -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
2130         -- default list is Int.
2131     get_default_tys                     `thenM` \ default_tys ->
2132     let
2133       try_default []    -- No defaults work, so fail
2134         = failM
2135
2136       try_default (default_ty : default_tys)
2137         = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $ -- If default_ty fails, we try
2138                                                 -- default_tys instead
2139           tcSimplifyDefault theta               `thenM` \ _ ->
2140           returnM default_ty
2141         where
2142           theta = [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
2143     in
2144         -- See if any default works
2145     tryM (try_default default_tys)      `thenM` \ mb_ty ->
2146     case mb_ty of
2147         Left  _                 -> bomb_out
2148         Right chosen_default_ty -> choose_default chosen_default_ty
2149
2150   | otherwise                           -- No defaults
2151   = bomb_out
2152
2153   where
2154     tyvar   = get_tv (head dicts)       -- Should be non-empty
2155     classes = map get_clas dicts
2156
2157     std_default_class cls
2158       =  isNumericClass cls
2159       || (is_interactive && 
2160           classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
2161                 -- In interactive mode, we default Show a to Show ()
2162                 -- to avoid graututious errors on "show []"
2163
2164     choose_default default_ty   -- Commit to tyvar = default_ty
2165       = -- Bind the type variable 
2166         unifyTauTy default_ty (mkTyVarTy tyvar) `thenM_`
2167         -- and reduce the context, for real this time
2168         simpleReduceLoop (text "disambig" <+> ppr dicts)
2169                          reduceMe dicts                 `thenM` \ (frees, binds, ambigs) ->
2170         WARN( not (null frees && null ambigs), ppr frees $$ ppr ambigs )
2171         warnDefault dicts default_ty                    `thenM_`
2172         returnM binds
2173
2174     bomb_out = addTopAmbigErrs dicts    `thenM_`
2175                returnM emptyBag
2176
2177 get_default_tys
2178   = do  { mb_defaults <- getDefaultTys
2179         ; case mb_defaults of
2180                 Just tys -> return tys
2181                 Nothing  ->     -- No use-supplied default;
2182                                 -- use [Integer, Double]
2183                             do { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
2184                                ; checkWiredInTyCon doubleTyCon
2185                                ; return [integer_ty, doubleTy] } }
2186 \end{code}
2187
2188 [Aside - why the defaulting mechanism is turned off when
2189  dealing with arguments and results to ccalls.
2190
2191 When typechecking _ccall_s, TcExpr ensures that the external
2192 function is only passed arguments (and in the other direction,
2193 results) of a restricted set of 'native' types. This is
2194 implemented via the help of the pseudo-type classes,
2195 @CReturnable@ (CR) and @CCallable@ (CC.)
2196
2197 The interaction between the defaulting mechanism for numeric
2198 values and CC & CR can be a bit puzzling to the user at times.
2199 For example,
2200
2201     x <- _ccall_ f
2202     if (x /= 0) then
2203        _ccall_ g x
2204      else
2205        return ()
2206
2207 What type has 'x' got here? That depends on the default list
2208 in operation, if it is equal to Haskell 98's default-default
2209 of (Integer, Double), 'x' has type Double, since Integer
2210 is not an instance of CR. If the default list is equal to
2211 Haskell 1.4's default-default of (Int, Double), 'x' has type
2212 Int.
2213
2214 To try to minimise the potential for surprises here, the
2215 defaulting mechanism is turned off in the presence of
2216 CCallable and CReturnable.
2217
2218 End of aside]
2219
2220
2221 %************************************************************************
2222 %*                                                                      *
2223 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
2224 %*                                                                      *
2225 %************************************************************************
2226
2227 Much simpler versions when there are no bindings to make!
2228
2229 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
2230 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
2231 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
2232
2233 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
2234 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
2235 instance declarations.
2236
2237 \begin{code}
2238 tcSimplifyDeriv :: [TyVar]      
2239                 -> ThetaType            -- Wanted
2240                 -> TcM ThetaType        -- Needed
2241
2242 tcSimplifyDeriv tyvars theta
2243   = tcInstTyVars tyvars                 `thenM` \ (tvs, _, tenv) ->
2244         -- The main loop may do unification, and that may crash if 
2245         -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
2246         -- ToDo: what if two of them do get unified?
2247     newDicts DerivOrigin (substTheta tenv theta)        `thenM` \ wanteds ->
2248     simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds               `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
2249     ASSERT( null frees )                        -- reduceMe never returns Free
2250
2251     doptM Opt_AllowUndecidableInstances         `thenM` \ undecidable_ok ->
2252     let
2253         tv_set      = mkVarSet tvs
2254
2255         (bad_insts, ok_insts) = partition is_bad_inst irreds
2256         is_bad_inst dict 
2257            = let pred = dictPred dict   -- reduceMe squashes all non-dicts
2258              in isEmptyVarSet (tyVarsOfPred pred)
2259                   -- Things like (Eq T) are bad
2260              || (not undecidable_ok && not (isTyVarClassPred pred))
2261                   -- The returned dictionaries should be of form (C a b)
2262                   --    (where a, b are type variables).  
2263                   -- We allow non-tyvar dicts if we had -fallow-undecidable-instances,
2264                   -- but note that risks non-termination in the 'deriving' context-inference
2265                   -- fixpoint loop.   It is useful for situations like
2266                   --    data Min h a = E | M a (h a)
2267                   -- which gives the instance decl
2268                   --    instance (Eq a, Eq (h a)) => Eq (Min h a)
2269   
2270         simpl_theta = map dictPred ok_insts
2271         weird_preds = [pred | pred <- simpl_theta
2272                             , not (tyVarsOfPred pred `subVarSet` tv_set)]  
2273           -- Check for a bizarre corner case, when the derived instance decl should
2274           -- have form  instance C a b => D (T a) where ...
2275           -- Note that 'b' isn't a parameter of T.  This gives rise to all sorts
2276           -- of problems; in particular, it's hard to compare solutions for
2277           -- equality when finding the fixpoint.  So I just rule it out for now.
2278   
2279         rev_env = zipTopTvSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
2280                 -- This reverse-mapping is a Royal Pain, 
2281                 -- but the result should mention TyVars not TcTyVars
2282     in
2283    
2284     addNoInstanceErrs Nothing [] bad_insts              `thenM_`
2285     mapM_ (addErrTc . badDerivedPred) weird_preds       `thenM_`
2286     checkAmbiguity tvs simpl_theta tv_set               `thenM_`
2287     returnM (substTheta rev_env simpl_theta)
2288   where
2289     doc    = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
2290 \end{code}
2291
2292 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
2293 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
2294 whether it worked or not.
2295
2296 \begin{code}
2297 tcSimplifyDefault :: ThetaType  -- Wanted; has no type variables in it
2298                   -> TcM ()
2299
2300 tcSimplifyDefault theta
2301   = newDicts DefaultOrigin theta                `thenM` \ wanteds ->
2302     simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds       `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
2303     ASSERT( null frees )        -- try_me never returns Free
2304     addNoInstanceErrs Nothing []  irreds        `thenM_`
2305     if null irreds then
2306         returnM ()
2307     else
2308         failM
2309   where
2310     doc = ptext SLIT("default declaration")
2311 \end{code}
2312
2313
2314 %************************************************************************
2315 %*                                                                      *
2316 \section{Errors and contexts}
2317 %*                                                                      *
2318 %************************************************************************
2319
2320 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
2321 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
2322 now?
2323
2324 \begin{code}
2325 groupErrs :: ([Inst] -> TcM ()) -- Deal with one group
2326           -> [Inst]             -- The offending Insts
2327           -> TcM ()
2328 -- Group together insts with the same origin
2329 -- We want to report them together in error messages
2330
2331 groupErrs report_err [] 
2332   = returnM ()
2333 groupErrs report_err (inst:insts) 
2334   = do_one (inst:friends)               `thenM_`
2335     groupErrs report_err others
2336
2337   where
2338         -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
2339         --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
2340         --  and it avoids need equality on InstLocs.)
2341    (friends, others) = partition is_friend insts
2342    loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
2343    is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
2344    do_one insts = addInstCtxt (instLoc (head insts)) (report_err insts)
2345                 -- Add location and context information derived from the Insts
2346
2347 -- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
2348 addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
2349 addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstLoc (instLoc (head insts)))
2350
2351 plural [x] = empty
2352 plural xs  = char 's'
2353
2354 addTopIPErrs :: [Name] -> [Inst] -> TcM ()
2355 addTopIPErrs bndrs [] 
2356   = return ()
2357 addTopIPErrs bndrs ips
2358   = addErrTcM (tidy_env, mk_msg tidy_ips)
2359   where
2360     (tidy_env, tidy_ips) = tidyInsts ips
2361     mk_msg ips = vcat [sep [ptext SLIT("Implicit parameters escape from the monomorphic top-level binding(s) of"),
2362                             pprBinders bndrs <> colon],
2363                        nest 2 (vcat (map ppr_ip ips)),
2364                        monomorphism_fix]
2365     ppr_ip ip = pprPred (dictPred ip) <+> pprInstLoc (instLoc ip)
2366
2367 strangeTopIPErrs :: [Inst] -> TcM ()
2368 strangeTopIPErrs dicts  -- Strange, becuase addTopIPErrs should have caught them all
2369   = groupErrs report tidy_dicts
2370   where
2371     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2372     report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
2373     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> 
2374                                      plural tidy_dicts <+> pprDictsTheta tidy_dicts)
2375
2376 addNoInstanceErrs :: Maybe SDoc -- Nothing => top level
2377                                 -- Just d => d describes the construct
2378                   -> [Inst]     -- What is given by the context or type sig
2379                   -> [Inst]     -- What is wanted
2380                   -> TcM ()     
2381 addNoInstanceErrs mb_what givens [] 
2382   = returnM ()
2383 addNoInstanceErrs mb_what givens dicts
2384   =     -- Some of the dicts are here because there is no instances
2385         -- and some because there are too many instances (overlap)
2386     tcGetInstEnvs       `thenM` \ inst_envs ->
2387     let
2388         (tidy_env1, tidy_givens) = tidyInsts givens
2389         (tidy_env2, tidy_dicts)  = tidyMoreInsts tidy_env1 dicts
2390
2391         -- Run through the dicts, generating a message for each
2392         -- overlapping one, but simply accumulating all the 
2393         -- no-instance ones so they can be reported as a group
2394         (overlap_doc, no_inst_dicts) = foldl check_overlap (empty, []) tidy_dicts
2395         check_overlap (overlap_doc, no_inst_dicts) dict 
2396           | not (isClassDict dict) = (overlap_doc, dict : no_inst_dicts)
2397           | otherwise
2398           = case lookupInstEnv inst_envs clas tys of
2399                 -- The case of exactly one match and no unifiers means
2400                 -- a successful lookup.  That can't happen here, becuase
2401                 -- dicts only end up here if they didn't match in Inst.lookupInst
2402 #ifdef DEBUG
2403                 ([m],[]) -> pprPanic "addNoInstanceErrs" (ppr dict)
2404 #endif
2405                 ([], _)  -> (overlap_doc, dict : no_inst_dicts)         -- No match
2406                 res      -> (mk_overlap_msg dict res $$ overlap_doc, no_inst_dicts)
2407           where
2408             (clas,tys) = getDictClassTys dict
2409     in
2410         
2411         -- Now generate a good message for the no-instance bunch
2412     mk_probable_fix tidy_env2 no_inst_dicts     `thenM` \ (tidy_env3, probable_fix) ->
2413     let
2414         no_inst_doc | null no_inst_dicts = empty
2415                     | otherwise = vcat [addInstLoc no_inst_dicts heading, probable_fix]
2416         heading | null givens = ptext SLIT("No instance") <> plural no_inst_dicts <+> 
2417                                 ptext SLIT("for") <+> pprDictsTheta no_inst_dicts
2418                 | otherwise   = sep [ptext SLIT("Could not deduce") <+> pprDictsTheta no_inst_dicts,
2419                                      nest 2 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprDictsTheta tidy_givens]
2420     in
2421         -- And emit both the non-instance and overlap messages
2422     addErrTcM (tidy_env3, no_inst_doc $$ overlap_doc)
2423   where
2424     mk_overlap_msg dict (matches, unifiers)
2425       = vcat [  addInstLoc [dict] ((ptext SLIT("Overlapping instances for") 
2426                                         <+> pprPred (dictPred dict))),
2427                 sep [ptext SLIT("Matching instances") <> colon,
2428                      nest 2 (vcat [pprInstances ispecs, pprInstances unifiers])],
2429                 ASSERT( not (null matches) )
2430                 if not (isSingleton matches)
2431                 then    -- Two or more matches
2432                      empty
2433                 else    -- One match, plus some unifiers
2434                 ASSERT( not (null unifiers) )
2435                 parens (vcat [ptext SLIT("The choice depends on the instantiation of") <+>
2436                                  quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInst dict))),
2437                               ptext SLIT("Use -fallow-incoherent-instances to use the first choice above")])]
2438       where
2439         ispecs = [ispec | (_, ispec) <- matches]
2440
2441     mk_probable_fix tidy_env dicts      
2442       = returnM (tidy_env, sep [ptext SLIT("Probable fix:"), nest 2 (vcat fixes)])
2443       where
2444         fixes = add_ors (fix1 ++ fix2)
2445
2446         fix1 = case mb_what of
2447                  Nothing   -> []        -- Top level
2448                  Just what -> -- Nested (type signatures, instance decls)
2449                               [ sep [ ptext SLIT("add") <+> pprDictsTheta dicts,
2450                                 ptext SLIT("to the") <+> what] ]
2451
2452         fix2 | null instance_dicts = []
2453              | otherwise           = [ ptext SLIT("add an instance declaration for")
2454                                        <+> pprDictsTheta instance_dicts ]
2455         instance_dicts = [d | d <- dicts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
2456                 -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
2457                 -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
2458
2459         add_ors :: [SDoc] -> [SDoc]     -- The empty case should not happen
2460         add_ors []      = [ptext SLIT("[No suggested fixes]")]  -- Strange
2461         add_ors (f1:fs) = f1 : map (ptext SLIT("or") <+>) fs
2462
2463 addTopAmbigErrs dicts
2464 -- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
2465   = mapM report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
2466   where
2467     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2468
2469     tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
2470     tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
2471     cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
2472     
2473     report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
2474     report pairs@((inst,tvs) : _)       -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
2475         = mkMonomorphismMsg tidy_env tvs        `thenM` \ (tidy_env, mono_msg) ->
2476           setSrcSpan (instLocSrcSpan (instLoc inst)) $
2477                 -- the location of the first one will do for the err message
2478           addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
2479         where
2480           dicts = map fst pairs
2481           msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
2482                           pprQuotedList tvs <+> in_msg,
2483                      nest 2 (pprDictsInFull dicts)]
2484           in_msg = text "in the constraint" <> plural dicts <> colon
2485
2486
2487 mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [TcTyVar] -> TcM (TidyEnv, Message)
2488 -- There's an error with these Insts; if they have free type variables
2489 -- it's probably caused by the monomorphism restriction. 
2490 -- Try to identify the offending variable
2491 -- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
2492 mkMonomorphismMsg tidy_env inst_tvs
2493   = findGlobals (mkVarSet inst_tvs) tidy_env    `thenM` \ (tidy_env, docs) ->
2494     returnM (tidy_env, mk_msg docs)
2495   where
2496     mk_msg []   = ptext SLIT("Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)")
2497                         -- This happens in things like
2498                         --      f x = show (read "foo")
2499                         -- whre monomorphism doesn't play any role
2500     mk_msg docs = vcat [ptext SLIT("Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
2501                         nest 2 (vcat docs),
2502                         monomorphism_fix
2503                        ]
2504 monomorphism_fix :: SDoc
2505 monomorphism_fix = ptext SLIT("Probable fix:") <+> 
2506                    (ptext SLIT("give these definition(s) an explicit type signature")
2507                     $$ ptext SLIT("or use -fno-monomorphism-restriction"))
2508     
2509 warnDefault dicts default_ty
2510   = doptM Opt_WarnTypeDefaults  `thenM` \ warn_flag ->
2511     addInstCtxt (instLoc (head dicts)) (warnTc warn_flag warn_msg)
2512   where
2513         -- Tidy them first
2514     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2515     warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
2516                                 quotes (ppr default_ty),
2517                       pprDictsInFull tidy_dicts]
2518
2519 -- Used for the ...Thetas variants; all top level
2520 badDerivedPred pred
2521   = vcat [ptext SLIT("Can't derive instances where the instance context mentions"),
2522           ptext SLIT("type variables that are not data type parameters"),
2523           nest 2 (ptext SLIT("Offending constraint:") <+> ppr pred)]
2524
2525 reduceDepthErr n stack
2526   = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
2527           ptext SLIT("Use -fcontext-stack20 to increase stack size to (e.g.) 20"),
2528           nest 4 (pprStack stack)]
2529
2530 pprStack stack = vcat (map pprInstInFull stack)
2531 \end{code}