[project @ 2002-09-26 16:29:10 by simonpj]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcSimplify.lhs
index c6089d0..4d3d8ae 100644 (file)
 %
 %
-% (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1996
+% (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
 %
 \section[TcSimplify]{TcSimplify}
 
 %
 \section[TcSimplify]{TcSimplify}
 
-\begin{code}
-#include "HsVersions.h"
 
 
+
+\begin{code}
 module TcSimplify (
 module TcSimplify (
-       tcSimplify, tcSimplifyAndCheck, tcSimplifyWithExtraGlobals,
-       tcSimplifyTop, tcSimplifyThetas, tcSimplifyCheckThetas, tcSimplifyRank2,
+       tcSimplifyInfer, tcSimplifyInferCheck,
+       tcSimplifyCheck, tcSimplifyRestricted,
+       tcSimplifyToDicts, tcSimplifyIPs, tcSimplifyTop,
+       tcSimplifyBracket,
+
+       tcSimplifyDeriv, tcSimplifyDefault,
        bindInstsOfLocalFuns
     ) where
 
        bindInstsOfLocalFuns
     ) where
 
-IMP_Ubiq()
-
-import HsSyn           ( MonoBinds(..), HsExpr(..), InPat, OutPat, HsLit, 
-                         Match, HsBinds, Qualifier, PolyType, ArithSeqInfo,
-                         GRHSsAndBinds, Stmt, Fake )
-import TcHsSyn         ( TcIdOcc(..), TcIdBndr(..), TcExpr(..), TcMonoBinds(..) )
-
-import TcMonad         hiding ( rnMtoTcM )
-import Inst            ( lookupInst, lookupSimpleInst,
-                         tyVarsOfInst, isTyVarDict, isDict,
-                         matchesInst, instToId, instBindingRequired,
-                         instCanBeGeneralised, newDictsAtLoc,
-                         pprInst,
-                         Inst(..), LIE(..), zonkLIE, emptyLIE,
-                         plusLIE, unitLIE, consLIE, InstOrigin(..),
-                         OverloadedLit )
-import TcEnv           ( tcGetGlobalTyVars )
-import TcType          ( TcType(..), TcTyVar(..), TcTyVarSet(..), TcMaybe, tcInstType )
-import Unify           ( unifyTauTy )
-
-import Bag             ( Bag, unitBag, listToBag, foldBag, filterBag, emptyBag, bagToList, 
-                         snocBag, consBag, unionBags, isEmptyBag )
-import Class           ( GenClass, Class(..), ClassInstEnv(..),
-                         isNumericClass, isStandardClass, isCcallishClass,
-                         isSuperClassOf, classSuperDictSelId, classInstEnv
+#include "HsVersions.h"
+
+import {-# SOURCE #-} TcUnify( unifyTauTy )
+
+import HsSyn           ( MonoBinds(..), HsExpr(..), andMonoBinds, andMonoBindList )
+import TcHsSyn         ( TcExpr, TcId,
+                         TcMonoBinds, TcDictBinds
+                       )
+
+import TcRnMonad
+import Inst            ( lookupInst, LookupInstResult(..),
+                         tyVarsOfInst, fdPredsOfInsts, fdPredsOfInst, newDicts,
+                         isDict, isClassDict, isLinearInst, linearInstType,
+                         isStdClassTyVarDict, isMethodFor, isMethod,
+                         instToId, tyVarsOfInsts,  cloneDict,
+                         ipNamesOfInsts, ipNamesOfInst, dictPred,
+                         instBindingRequired, instCanBeGeneralised,
+                         newDictsFromOld, newMethodAtLoc,
+                         getDictClassTys, isTyVarDict,
+                         instLoc, pprInst, zonkInst, tidyInsts, tidyMoreInsts,
+                         Inst, pprInsts, pprInstsInFull,
+                         isIPDict, isInheritableInst
                        )
                        )
-import Id              ( GenId )
-import Maybes          ( expectJust, firstJust, catMaybes, seqMaybe, maybeToBool, Maybe(..) )
-import Outputable      ( Outputable(..){-instance * []-} )
-import PprStyle--ToDo:rm
-import PprType         ( GenType, GenTyVar, GenClass{-instance Outputable;ToDo:rm-} )
-import Pretty
-import SrcLoc          ( mkUnknownSrcLoc )
-import Util
-import Type            ( GenType, Type(..), TauType(..), mkTyVarTy, getTyVar, eqSimpleTy,
-                         getTyVar_maybe )
-import TysWiredIn      ( intTy )
-import TyVar           ( GenTyVar, GenTyVarSet(..), 
-                         elementOfTyVarSet, emptyTyVarSet, unionTyVarSets,
-                         isEmptyTyVarSet, tyVarSetToList )
-import Unique          ( Unique )
+import TcEnv           ( tcGetGlobalTyVars, tcGetInstEnv, tcLookupId )
+import InstEnv         ( lookupInstEnv, classInstEnv, InstLookupResult(..) )
+import TcMType         ( zonkTcTyVarsAndFV, tcInstTyVars, checkAmbiguity )
+import TcType          ( TcTyVar, TcTyVarSet, ThetaType, TyVarDetails(VanillaTv),
+                         mkClassPred, isOverloadedTy, mkTyConApp,
+                         mkTyVarTy, tcGetTyVar, isTyVarClassPred, mkTyVarTys,
+                         tyVarsOfPred )
+import Id              ( idType, mkUserLocal )
+import Var             ( TyVar )
+import Name            ( getOccName, getSrcLoc )
+import NameSet         ( NameSet, mkNameSet, elemNameSet )
+import Class           ( classBigSig )
+import FunDeps         ( oclose, grow, improve, pprEquationDoc )
+import PrelInfo                ( isNumericClass, isCreturnableClass, isCcallishClass, 
+                         splitName, fstName, sndName )
+
+import Subst           ( mkTopTyVarSubst, substTheta, substTy )
+import TysWiredIn      ( unitTy, pairTyCon )
+import VarSet
+import FiniteMap
+import Outputable
+import ListSetOps      ( equivClasses )
+import Util            ( zipEqual )
+import List            ( partition )
+import CmdLineOpts
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection[tcSimplify-main]{Main entry function}
+\subsection{NOTES}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-* May modify the substitution to bind ambiguous type variables.
+       --------------------------------------
+               Notes on quantification
+       --------------------------------------
 
 
-Specification
-~~~~~~~~~~~~~
-(1) If an inst constrains only ``global'' type variables, (or none),
-    return it as a ``global'' inst.
+Suppose we are about to do a generalisation step.
+We have in our hand
 
 
-OTHERWISE
+       G       the environment
+       T       the type of the RHS
+       C       the constraints from that RHS
 
 
-(2) Simplify it repeatedly (checking for (1) of course) until it is a dict
-    constraining only a type variable.
+The game is to figure out
 
 
-(3) If it constrains a ``local'' type variable, return it as a ``local'' inst.
-    Otherwise it must be ambiguous, so try to resolve the ambiguity.
+       Q       the set of type variables over which to quantify
+       Ct      the constraints we will *not* quantify over
+       Cq      the constraints we will quantify over
 
 
+So we're going to infer the type
 
 
-\begin{code}
-tcSimpl :: Bool                                -- True <=> simplify const insts
-       -> TcTyVarSet s                 -- ``Global'' type variables
-       -> TcTyVarSet s                 -- ``Local''  type variables
-                                       -- ASSERT: both these tyvar sets are already zonked
-       -> LIE s                        -- Given; these constrain only local tyvars
-       -> LIE s                        -- Wanted
-       -> TcM s (LIE s,                        -- Free
-                 [(TcIdOcc s,TcExpr s)],       -- Bindings
-                 LIE s)                        -- Remaining wanteds; no dups
-
-tcSimpl squash_consts global_tvs local_tvs givens wanteds
-  =    -- ASSSERT: global_tvs and local_tvs are already zonked
-       -- Make sure the insts fixed points of the substitution
-    zonkLIE givens                     `thenNF_Tc` \ givens ->
-    zonkLIE wanteds                    `thenNF_Tc` \ wanteds ->
-
-       -- Deal with duplicates and type constructors
-    elimTyCons
-        squash_consts (\tv -> tv `elementOfTyVarSet` global_tvs)
-        givens wanteds         `thenTc` \ (globals, tycon_binds, locals_and_ambigs) ->
-
-       -- Now disambiguate if necessary
-    let
-       ambigs = filterBag is_ambiguous locals_and_ambigs
-    in
-    if not (isEmptyBag ambigs) then
-       -- Some ambiguous dictionaries.  We now disambiguate them,
-       -- which binds the offending type variables to suitable types in the
-       -- substitution, and then we retry the whole process.  This
-       -- time there won't be any ambiguous ones.
-       -- There's no need to back-substitute on global and local tvs,
-       -- because the ambiguous type variables can't be in either.
+       forall Q. Cq => T
 
 
-       -- Why do we retry the whole process?  Because binding a type variable
-       -- to a particular type might enable a short-cut simplification which
-       -- elimTyCons will have missed the first time.
+and float the constraints Ct further outwards.
 
 
-       disambiguateDicts ambigs                `thenTc_`
-       tcSimpl squash_consts global_tvs local_tvs givens wanteds
+Here are the things that *must* be true:
 
 
-    else
-       -- No ambiguous dictionaries.  Just bash on with the results
-       -- of the elimTyCons
+ (A)   Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
+ (B)   Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
 
 
-       -- Check for non-generalisable insts
-    let
-       locals          = locals_and_ambigs     -- ambigs is empty
-       cant_generalise = filterBag (not . instCanBeGeneralised) locals
-    in
-    checkTc (isEmptyBag cant_generalise)
-           (genCantGenErr cant_generalise)     `thenTc_`
+(A) says we can't quantify over a variable that's free in the
+environment.  (B) says we must quantify over all the truly free
+variables in T, else we won't get a sufficiently general type.  We do
+not *need* to quantify over any variable that is fixed by the free
+vars of the environment G.
 
 
+       BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
 
 
-       -- Deal with superclass relationships
-    elimSCs givens locals              `thenNF_Tc` \ (sc_binds, locals2) ->
+Example:       class H x y | x->y where ...
 
 
-        -- Finished
-    returnTc (globals, bagToList (sc_binds `unionBags` tycon_binds), locals2)
-  where
-    is_ambiguous (Dict _ _ ty _ _)
-       = not (getTyVar "is_ambiguous" ty `elementOfTyVarSet` local_tvs)
-\end{code}
+       fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
+                       T = c -> b
 
 
-The main wrapper is @tcSimplify@.  It just calls @tcSimpl@, but with
-the ``don't-squash-consts'' flag set depending on top-level ness.  For
-top level defns we *do* squash constants, so that they stay local to a
-single defn.  This makes things which are inlined more likely to be
-exportable, because their constants are "inside".  Later passes will
-float them out if poss, after inlinings are sorted out.
+       (A)  Q intersect {a} is empty
+       (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
 
 
-\begin{code}
-tcSimplify
-       :: TcTyVarSet s                 -- ``Local''  type variables
-       -> LIE s                        -- Wanted
-       -> TcM s (LIE s,                        -- Free
-                 [(TcIdOcc s,TcExpr s)],       -- Bindings
-                 LIE s)                        -- Remaining wanteds; no dups
-
-tcSimplify local_tvs wanteds
-  = tcGetGlobalTyVars                  `thenNF_Tc` \ global_tvs ->
-    tcSimpl False global_tvs local_tvs emptyBag wanteds
-\end{code}
+       So Q can be {c,d}, {b,c,d}
 
 
-@tcSimplifyWithExtraGlobals@ is just like @tcSimplify@ except that you get
-to specify some extra global type variables that the simplifer will treat
-as free in the environment.
+Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
+variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
+constraints can get into Ct instead of Cq.
 
 
-\begin{code}
-tcSimplifyWithExtraGlobals
-       :: TcTyVarSet s                 -- Extra ``Global'' type variables
-       -> TcTyVarSet s                 -- ``Local''  type variables
-       -> LIE s                        -- Wanted
-       -> TcM s (LIE s,                        -- Free
-                 [(TcIdOcc s,TcExpr s)],       -- Bindings
-                 LIE s)                        -- Remaining wanteds; no dups
-
-tcSimplifyWithExtraGlobals extra_global_tvs local_tvs wanteds
-  = tcGetGlobalTyVars                  `thenNF_Tc` \ global_tvs ->
-    tcSimpl False
-           (global_tvs `unionTyVarSets` extra_global_tvs)
-           local_tvs emptyBag wanteds
-\end{code}
 
 
-@tcSimplifyAndCheck@ is similar to the above, except that it checks
-that there is an empty wanted-set at the end.  It may still return
-some of constant insts, which have to be resolved finally at the end.
+-----------------------------------------
+We will make use of
+
+  fv(T)                the free type vars of T
+
+  oclose(vs,C) The result of extending the set of tyvars vs
+               using the functional dependencies from C
+
+  grow(vs,C)   The result of extend the set of tyvars vs
+               using all conceivable links from C.
+
+               E.g. vs = {a}, C = {H [a] b, K (b,Int) c, Eq e}
+               Then grow(vs,C) = {a,b,c}
+
+               Note that grow(vs,C) `superset` grow(vs,simplify(C))
+               That is, simplfication can only shrink the result of grow.
+
+Notice that
+   oclose is conservative one way:      v `elem` oclose(vs,C) => v is definitely fixed by vs
+   grow is conservative the other way:  if v might be fixed by vs => v `elem` grow(vs,C)
+
+
+-----------------------------------------
+
+Choosing Q
+~~~~~~~~~~
+Here's a good way to choose Q:
+
+       Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
+
+That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
+call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
+G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
+albeit perhaps too many.
+
+Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
+
+       class H x y | x->y where ...
+
+       T = c->c
+       C = (H c d)
+
+  If we used fv(T) = {c} we'd get the type
+
+       forall c. H c d => c -> b
+
+  And then if the fn was called at several different c's, each of
+  which fixed d differently, we'd get a unification error, because
+  d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
+  everything that might be influenced by c.
+
+Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
+all the functional dependencies yet:
+
+       class H x y | x->y where ...
+       instance H x y => Eq (T x y) where ...
+
+       T = c->c
+       C = (Eq (T c d))
+
+  Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
+  apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
+
+
+There really isn't any point in quantifying over any more than
+grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
+any other type variables.
+
+
+
+       --------------------------------------
+               Notes on ambiguity
+       --------------------------------------
+
+It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
+
+       class K x
+       class H x y | x -> y
+       instance H x y => K (x,y)
+
+Is this type ambiguous?
+       forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
+
+Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
+now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
+without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
+the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
+
+Here's another example: is this ambiguous?
+       forall a b. Eq (T b) => a -> a
+Not if there's an insance decl (with no context)
+       instance Eq (T b) where ...
+
+You may say of this example that we should use the instance decl right
+away, but you can't always do that:
+
+       class J a b where ...
+       instance J Int b where ...
+
+       f :: forall a b. J a b => a -> a
+
+(Notice: no functional dependency in J's class decl.)
+Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
+It's premature to complain when meeting f's signature, or even
+when inferring a type for f.
+
+
+
+However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
+show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
+treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
+
+So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
+
+       fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
+
+(all tested before quantification).
+That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
+in the environment, or by the variables in the type.
+
+Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
+
+       class J a b c | a b -> c
+       fv(G) = {a}
+
+Is this ambiguous?
+       forall b c. (J a b c) => b -> b
+
+Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
+do we see that c is fixed.
+
+It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
+don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
+the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
+only issue a warning.
+
+
+Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
+
+       c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
+
+then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
+certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
+the nasty example?
+
+       class K x
+       class H x y | x -> y
+       instance H x y => K (x,y)
+
+Is this type ambiguous?
+       forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
+
+Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
+is a "bubble" that's a set of constraints
+
+       Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
+
+Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
+by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
+Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
+The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
+(which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
+
+
+       --------------------------------------
+               Notes on principal types
+       --------------------------------------
+
+    class C a where
+      op :: a -> a
+
+    f x = let g y = op (y::Int) in True
+
+Here the principal type of f is (forall a. a->a)
+but we'll produce the non-principal type
+    f :: forall a. C Int => a -> a
+
+
+       --------------------------------------
+               Notes on implicit parameters
+       --------------------------------------
+
+Question 1: can we "inherit" implicit parameters
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Consider this:
+
+       f x = (x::Int) + ?y
+
+where f is *not* a top-level binding.
+From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
+There are two types we might infer for f:
+
+       f :: Int -> Int
+
+(so we get ?y from the context of f's definition), or
+
+       f :: (?y::Int) => Int -> Int
+
+At first you might think the first was better, becuase then
+?y behaves like a free variable of the definition, rather than
+having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
+IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
+dynamic binding means) so we'd better infer the second.
+
+BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify 
+over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
+
+
+Question 2: type signatures
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
+to quantify over implicit parameters.  For example:
+
+       (?x + 1) :: Int
+
+This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
+
+       (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
+
+That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
+so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
+tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
+and tcSimplifyCheckBind (which does not).
+
+What about when you supply a type signature for a binding?
+Is it legal to give the following explicit, user type 
+signature to f, thus:
+
+       f :: Int -> Int
+       f x = (x::Int) + ?y
+
+At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
+that adding a type signature changes the dynamic semantics.
+Consider this:
+
+       (let f x = (x::Int) + ?y
+        in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
+
+               returns (3+6, 3+5)
+vs
+       (let f :: Int -> Int
+            f x = x + ?y
+        in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
+
+               returns (3+6, 3+6)
+
+Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
+dynamic semantics.
+
+Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
+semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
+change the typing you may change the semantics.
+
+To make things consistent in all cases where we are *checking* against
+a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
+rule: 
+
+       a signature does not need to quantify over implicit params.
+
+[This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
+which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
+params for the reasons mentioned above.]
+
+But that raises a new question.  Consider 
+
+       Given (signature)       ?x::Int
+       Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
+
+Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
+what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
+what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
+to float a constraint that
+       neither mentions any of the quantified type variables
+       nor any of the quantified implicit parameters
+
+See the predicate isFreeWhenChecking.
+
+
+Question 3: monomorphism
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
+
+       z = (x::Int) + ?y
+
+The argument above suggests that we *must* generalise
+over the ?y parameter, to get
+       z :: (?y::Int) => Int,
+but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
+       z :: Int.
+Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
+
+       let z = x + ?y in z+z
+
+you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
+we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
+
+
+
+Possible choices
+~~~~~~~~~~~~~~~~
+(A) Always generalise over implicit parameters
+    Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
+       be generalised
+
+    Consequences:
+       * Inlining remains valid
+       * No unexpected loss of sharing
+       * But simple bindings like
+               z = ?y + 1
+         will be rejected, unless you add an explicit type signature
+         (to avoid the monomorphism restriction)
+               z :: (?y::Int) => Int
+               z = ?y + 1
+         This seems unacceptable
+
+(B) Monomorphism restriction "wins"
+    Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
+       be generalised
+    Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
+       that fall under the monomorphism restriction
+
+    Consequences
+       * Inlining isn't valid in general
+       * No unexpected loss of sharing
+       * Simple bindings like
+               z = ?y + 1
+         accepted (get value of ?y from binding site)
+
+(C) Always generalise over implicit parameters
+    Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
+       be generalised, EXCEPT for implicit parameters
+    Consequences
+       * Inlining remains valid
+       * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
+       * Simple bindings like
+               z = ?y + 1
+         accepted (get value of ?y from occurrence sites)
+
+
+Discussion
+~~~~~~~~~~
+None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
+decide which we want to do.
+
+It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
+
+       z = (x::Int) + ?y
+
+would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
+of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
+case of function definitions, the answer is clearly the former, but
+less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
+if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
+then inlining 'z' might change the semantics of the program.
+
+Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
+to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
+innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
+the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
+use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
+clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
+those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
+one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
+restriction altogether.
+
+BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
+
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{tcSimplifyInfer}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
+
+    1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
+
+    2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
+       predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
+
+    3. Try improvement, using functional dependencies
+
+    4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
+       (Unification can change the result of 'grow'.)
+
+Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
+Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
+after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
+type variables than we absolutely have to.
+
+For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
+improvement with unification.  E.g. Suppose we have
+
+       class C x y | x->y where ...
+
+and tcSimplify is called with:
+       (C Int a, C Int b)
+Then improvement unifies a with b, giving
+       (C Int a, C Int a)
+
+If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
+again.
+
 
 \begin{code}
 
 \begin{code}
-tcSimplifyAndCheck
-        :: TcTyVarSet s                -- ``Local''  type variables; ASSERT is fixpoint
-        -> LIE s                       -- Given
-        -> LIE s                       -- Wanted
-        -> TcM s (LIE s,                       -- Free
-                  [(TcIdOcc s,TcExpr s)])      -- Bindings
-
-tcSimplifyAndCheck local_tvs givens wanteds
-  = tcGetGlobalTyVars                  `thenNF_Tc` \ global_tvs ->
-    tcSimpl False global_tvs local_tvs
-           givens wanteds              `thenTc` \ (free_insts, binds, wanteds') ->
-    checkTc (isEmptyBag wanteds')
-           (reduceErr wanteds')        `thenTc_`
-    returnTc (free_insts, binds)
+tcSimplifyInfer
+       :: SDoc
+       -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
+       -> [Inst]               -- Wanted
+       -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
+               TcDictBinds,    -- Bindings
+               [TcId])         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
+       -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
 \end{code}
 
 \end{code}
 
-@tcSimplifyRank2@ checks that the argument of a rank-2 polymorphic function
-is not overloaded.
 
 \begin{code}
 
 \begin{code}
-tcSimplifyRank2 :: TcTyVarSet s                -- ``Local'' type variables; ASSERT is fixpoint
-               -> LIE s                -- Given
-               -> TcM s (LIE s,                        -- Free
-                         [(TcIdOcc s,TcExpr s)])       -- Bindings
+tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted_lie
+  = inferLoop doc (varSetElems tau_tvs)
+             wanted_lie                `thenM` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
 
 
+       -- Check for non-generalisable insts
+    mappM_ addCantGenErr (filter (not . instCanBeGeneralised) irreds)  `thenM_`
 
 
-tcSimplifyRank2 local_tvs givens
-  = zonkLIE givens                     `thenNF_Tc` \ givens' ->
-    elimTyCons True
-              (\tv -> not (tv `elementOfTyVarSet` local_tvs))
-               -- This predicate claims that all
-               -- any non-local tyvars are global,
-               -- thereby postponing dealing with
-               -- ambiguity until the enclosing Gen
-              emptyLIE givens' `thenTc` \ (free, dict_binds, wanteds) ->
+    extendLIEs frees                                                   `thenM_`
+    returnM (qtvs, binds, map instToId irreds)
 
 
-    checkTc (isEmptyBag wanteds) (reduceErr wanteds)   `thenTc_`
+inferLoop doc tau_tvs wanteds
+  =    -- Step 1
+    zonkTcTyVarsAndFV tau_tvs          `thenM` \ tau_tvs' ->
+    mappM zonkInst wanteds             `thenM` \ wanteds' ->
+    tcGetGlobalTyVars                  `thenM` \ gbl_tvs ->
+    let
+       preds = fdPredsOfInsts wanteds'
+       qtvs  = grow preds tau_tvs' `minusVarSet` oclose preds gbl_tvs
 
 
-    returnTc (free, bagToList dict_binds)
+       try_me inst
+         | isFreeWhenInferring qtvs inst = Free
+         | isClassDict inst              = DontReduceUnlessConstant    -- Dicts
+         | otherwise                     = ReduceMe                    -- Lits and Methods
+    in
+               -- Step 2
+    reduceContext doc try_me [] wanteds'    `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
+
+               -- Step 3
+    if no_improvement then
+       returnM (varSetElems qtvs, frees, binds, irreds)
+    else
+       -- If improvement did some unification, we go round again.  There
+       -- are two subtleties:
+       --   a) We start again with irreds, not wanteds
+       --      Using an instance decl might have introduced a fresh type variable
+       --      which might have been unified, so we'd get an infinite loop
+       --      if we started again with wanteds!  See example [LOOP]
+       --
+       --   b) It's also essential to re-process frees, because unification
+       --      might mean that a type variable that looked free isn't now.
+       --
+       -- Hence the (irreds ++ frees)
+
+       -- However, NOTICE that when we are done, we might have some bindings, but
+       -- the final qtvs might be empty.  See [NO TYVARS] below.
+                               
+       inferLoop doc tau_tvs (irreds ++ frees) `thenM` \ (qtvs1, frees1, binds1, irreds1) ->
+       returnM (qtvs1, frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
 \end{code}
 
 \end{code}
 
-@tcSimplifyTop@ deals with constant @Insts@, using the standard simplification
-mechansim with the extra flag to say ``beat out constant insts''.
+Example [LOOP]
+
+       class If b t e r | b t e -> r
+       instance If T t e t
+       instance If F t e e
+       class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
+       instance Lte Z b T
+       instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
+
+Wanted:        Max Z (S x) y
+
+Then we'll reduce using the Max instance to:
+       (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
+and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
+on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
+with (Max Z (S x) y)!
+
+[NO TYVARS]
+
+       class Y a b | a -> b where
+           y :: a -> X b
+       
+       instance Y [[a]] a where
+           y ((x:_):_) = X x
+       
+       k :: X a -> X a -> X a
+
+       g :: Num a => [X a] -> [X a]
+       g xs = h xs
+           where
+           h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
+
+The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
+try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
+From this we get t1:=:t2, but also various bindings.  We can't forget
+the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
+polymorphic in.  
+
+The net effect of [NO TYVARS] 
 
 \begin{code}
 
 \begin{code}
-tcSimplifyTop :: LIE s -> TcM s [(TcIdOcc s, TcExpr s)]
-tcSimplifyTop dicts
-  = tcSimpl True emptyTyVarSet emptyTyVarSet emptyBag dicts    `thenTc` \ (_, binds, _) ->
-    returnTc binds
+isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst        -> Bool
+isFreeWhenInferring qtvs inst
+  =  isFreeWrtTyVars qtvs inst         -- Constrains no quantified vars
+  && isInheritableInst inst            -- And no implicit parameter involved
+                                       -- (see "Notes on implicit parameters")
+
+isFreeWhenChecking :: TyVarSet -- Quantified tyvars
+                  -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
+                  -> Inst -> Bool
+isFreeWhenChecking qtvs ips inst
+  =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
+  && isFreeWrtIPs    ips inst
+
+isFreeWrtTyVars qtvs inst = not (tyVarsOfInst inst `intersectsVarSet` qtvs)
+isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
 \end{code}
 
 \end{code}
 
+
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection[elimTyCons]{@elimTyCons@}
+\subsection{tcSimplifyCheck}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
+@tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
+we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
+
 \begin{code}
 \begin{code}
-elimTyCons :: Bool                             -- True <=> Simplify const insts
-          -> (TcTyVar s -> Bool)               -- Free tyvar predicate
-          -> LIE s                             -- Given
-          -> LIE s                             -- Wanted
-          -> TcM s (LIE s,                     -- Free
-                    Bag (TcIdOcc s, TcExpr s), -- Bindings
-                    LIE s                      -- Remaining wanteds; no dups;
-                                               -- dicts only (no Methods)
-              )
+tcSimplifyCheck
+        :: SDoc
+        -> [TcTyVar]           -- Quantify over these
+        -> [Inst]              -- Given
+        -> [Inst]              -- Wanted
+        -> TcM TcDictBinds     -- Bindings
+
+-- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
+-- class decls, instance decls etc.
+--
+-- NB: tcSimplifyCheck does not consult the
+--     global type variables in the environment; so you don't
+--     need to worry about setting them before calling tcSimplifyCheck
+tcSimplifyCheck doc qtvs givens wanted_lie
+  = tcSimplCheck doc get_qtvs
+                givens wanted_lie      `thenM` \ (qtvs', binds) ->
+    returnM binds
+  where
+    get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV qtvs
+
+
+-- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
+-- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
+-- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
+tcSimplifyInferCheck
+        :: SDoc
+        -> TcTyVarSet          -- fv(T)
+        -> [Inst]              -- Given
+        -> [Inst]              -- Wanted
+        -> TcM ([TcTyVar],     -- Variables over which to quantify
+                TcDictBinds)   -- Bindings
+
+tcSimplifyInferCheck doc tau_tvs givens wanted_lie
+  = tcSimplCheck doc get_qtvs givens wanted_lie
+  where
+       -- Figure out which type variables to quantify over
+       -- You might think it should just be the signature tyvars,
+       -- but in bizarre cases you can get extra ones
+       --      f :: forall a. Num a => a -> a
+       --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
+       --      g a b = (b,a)
+       -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
+       -- We don't want g to be monomorphic in b just because
+       -- f isn't quantified over b.
+    all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
+
+    get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV all_tvs       `thenM` \ all_tvs' ->
+              tcGetGlobalTyVars                `thenM` \ gbl_tvs ->
+              let
+                 qtvs = all_tvs' `minusVarSet` gbl_tvs
+                       -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
+                       -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
+                       -- dictionaries, we quantify over
+              in
+              returnM qtvs
 \end{code}
 
 \end{code}
 
-The bindings returned may mention any or all of ``givens'', so the
-order in which the generated binds are put together is {\em tricky}.
-Case~4 of @try@ is the general case to see.
-
-When we do @eTC givens (wanted:wanteds)@ [some details omitted], we...
-
-    (1) first look up @wanted@; this gives us one binding to heave in:
-           wanted = rhs
-
-    (2) step (1) also gave us some @simpler_wanteds@; we simplify
-       these and get some (simpler-wanted-)bindings {\em that must be
-       in scope} for the @wanted=rhs@ binding above!
+Here is the workhorse function for all three wrappers.
 
 
-    (3) we simplify the remaining @wanteds@ (recursive call), giving
-       us yet more bindings.
+\begin{code}
+tcSimplCheck doc get_qtvs givens wanted_lie
+  = check_loop givens wanted_lie       `thenM` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
 
 
-The final arrangement of the {\em non-recursive} bindings is
+       -- Complain about any irreducible ones
+    complainCheck doc givens irreds            `thenM_`
 
 
-    let <simpler-wanted-binds> in
-    let wanted = rhs          in
-    let <yet-more-bindings> ...
+       -- Done
+    extendLIEs frees                           `thenM_`
+    returnM (qtvs, binds)
 
 
-\begin{code}
-elimTyCons squash_consts is_free_tv givens wanteds
-  = eTC givens (bagToList wanteds)     `thenTc` \ (_, free, binds, irreds) ->
-    returnTc (free,binds,irreds)
   where
   where
---    eTC :: LIE s -> [Inst s]
---       -> TcM s (LIE s, LIE s, Bag (TcIdOcc s, TcExpr s), LIE s)
-
-    eTC givens [] = returnTc (givens, emptyBag, emptyBag, emptyBag)
-
-    eTC givens (wanted:wanteds)
-    -- Case 0: same as an existing inst
-      | maybeToBool maybe_equiv
-      = eTC givens wanteds     `thenTc` \ (givens1, frees, binds, irreds) ->
-       let
-         -- Create a new binding iff it's needed
-         this = expectJust "eTC" maybe_equiv
-         new_binds | instBindingRequired wanted = (instToId wanted, HsVar (instToId this))
-                                                  `consBag` binds
-                   | otherwise                  = binds
-       in
-       returnTc (givens1, frees, new_binds, irreds)
-
-    -- Case 1: constrains no type variables at all
-    -- In this case we have a quick go to see if it has an
-    -- instance which requires no inputs (ie a constant); if so we use
-    -- it; if not, we give up on the instance and just heave it out the
-    -- top in the free result
-      | isEmptyTyVarSet tvs_of_wanted
-      = simplify_it squash_consts      {- If squash_consts is false,
-                                          simplify only if trival -}
-                   givens wanted wanteds
-
-    -- Case 2: constrains free vars only, so fling it out the top in free_ids
-      | all is_free_tv (tyVarSetToList tvs_of_wanted)
-      = eTC (wanted `consBag` givens) wanteds  `thenTc` \ (givens1, frees, binds, irreds) ->
-       returnTc (givens1, wanted `consBag` frees, binds, irreds)
-
-    -- Case 3: is a dict constraining only a tyvar,
-    -- so return it as part of the "wanteds" result
-      | isTyVarDict wanted
-      = eTC (wanted `consBag` givens) wanteds  `thenTc` \ (givens1, frees, binds, irreds) ->
-       returnTc (givens1, frees, binds, wanted `consBag` irreds)
-
-    -- Case 4: is not a simple dict, so look up in instance environment
-      | otherwise
-      = simplify_it True {- Simplify even if not trivial -}
-                   givens wanted wanteds
-      where
-       tvs_of_wanted  = tyVarsOfInst wanted
-
-       -- Look for something in "givens" that matches "wanted"
-       Just the_equiv = maybe_equiv
-       maybe_equiv    = foldBag seqMaybe try Nothing givens
-       try given | wanted `matchesInst` given = Just given
-                 | otherwise                  = Nothing
-
-
-    simplify_it simplify_always givens wanted wanteds
-       -- Recover immediately on no-such-instance errors
-      = recoverTc (returnTc (wanted `consBag` givens, emptyLIE, emptyBag, emptyLIE)) 
-                 (simplify_one simplify_always givens wanted)
-                               `thenTc` \ (givens1, frees1, binds1, irreds1) ->
-       eTC givens1 wanteds     `thenTc` \ (givens2, frees2, binds2, irreds2) ->
-       returnTc (givens2, frees1 `plusLIE` frees2,
-                          binds1 `unionBags` binds2,
-                          irreds1 `plusLIE` irreds2)
-
-
-    simplify_one simplify_always givens wanted
-     | not (instBindingRequired wanted)
-     =                 -- No binding required for this chap, so squash right away
-          lookupInst wanted            `thenTc` \ (simpler_wanteds, _) ->
-          eTC givens simpler_wanteds   `thenTc` \ (givens1, frees1, binds1, irreds1) ->
-          returnTc (wanted `consBag` givens1, frees1, binds1, irreds1)
-
-     | otherwise
-     =                 -- An binding is required for this inst
-       lookupInst wanted               `thenTc` \ (simpler_wanteds, bind@(_,rhs)) ->
-
-       if (not_var rhs && not simplify_always) then
-          -- Ho ho!  It isn't trivial to simplify "wanted",
-          -- because the rhs isn't a simple variable.  Unless the flag
-          -- simplify_always is set, just give up now and
-          -- just fling it out the top.
-          returnTc (wanted `consLIE` givens, unitLIE wanted, emptyBag, emptyLIE)
-       else
-          -- Aha! Either it's easy, or simplify_always is True
-          -- so we must do it right here.
-          eTC givens simpler_wanteds   `thenTc` \ (givens1, frees1, binds1, irreds1) ->
-          returnTc (wanted `consLIE` givens1, frees1,
-                    binds1 `snocBag` bind,
-                    irreds1)
-
-    not_var :: TcExpr s -> Bool
-    not_var (HsVar _) = False
-    not_var other     = True
+    ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts givens)
+
+    check_loop givens wanteds
+      =                -- Step 1
+       mappM zonkInst givens   `thenM` \ givens' ->
+       mappM zonkInst wanteds  `thenM` \ wanteds' ->
+       get_qtvs                        `thenM` \ qtvs' ->
+
+                   -- Step 2
+       let
+           -- When checking against a given signature we always reduce
+           -- until we find a match against something given, or can't reduce
+           try_me inst | isFreeWhenChecking qtvs' ip_set inst = Free
+                       | otherwise                            = ReduceMe
+       in
+       reduceContext doc try_me givens' wanteds'       `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
+
+                   -- Step 3
+       if no_improvement then
+           returnM (varSetElems qtvs', frees, binds, irreds)
+       else
+           check_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (qtvs', frees1, binds1, irreds1) ->
+           returnM (qtvs', frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection[elimSCs]{@elimSCs@}
+\subsection{tcSimplifyRestricted}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
 \begin{code}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
 \begin{code}
-elimSCs :: LIE s                               -- Given; no dups
-       -> LIE s                                -- Wanted; no dups; all dictionaries, all
-                                               -- constraining just a type variable
-       -> NF_TcM s (Bag (TcIdOcc s,TcExpr s),  -- Bindings
-                    LIE s)                     -- Minimal wanted set
-
-elimSCs givens wanteds
-  = -- Sort the wanteds so that subclasses occur before superclasses
-    elimSCs_help
-       (filterBag isDict givens)       -- Filter out non-dictionaries
-       (sortSC wanteds)
-
-elimSCs_help :: LIE s                                  -- Given; no dups
-            -> [Inst s]                                -- Wanted; no dups;
-            -> NF_TcM s (Bag (TcIdOcc s, TcExpr s),    -- Bindings
-                         LIE s)                        -- Minimal wanted set
-
-elimSCs_help given [] = returnNF_Tc (emptyBag, emptyLIE)
-
-elimSCs_help givens (wanted:wanteds)
-  = trySC givens wanted                `thenNF_Tc` \ (givens1, binds1, irreds1) ->
-    elimSCs_help givens1 wanteds       `thenNF_Tc` \ (binds2, irreds2) ->
-    returnNF_Tc (binds1 `unionBags` binds2, irreds1 `plusLIE` irreds2)
-
-
-trySC :: LIE s                         -- Givens
-      -> Inst s                                -- Wanted
-      -> NF_TcM s (LIE s,                      -- New givens,
-                  Bag (TcIdOcc s,TcExpr s),    -- Bindings
-                  LIE s)                       -- Irreducible wanted set
-
-trySC givens wanted@(Dict _ wanted_class wanted_ty wanted_orig loc)
-  | not (maybeToBool maybe_best_subclass_chain)
-  =    -- No superclass relationship
-    returnNF_Tc (givens, emptyBag, unitLIE wanted)
+tcSimplifyRestricted   -- Used for restricted binding groups
+                       -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
+       :: SDoc
+       -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
+       -> [Inst]               -- Free in the RHSs
+       -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
+               TcDictBinds)    -- Bindings
+
+tcSimplifyRestricted doc tau_tvs wanteds
+  =    -- First squash out all methods, to find the constrained tyvars
+       -- We can't just take the free vars of wanted_lie because that'll
+       -- have methods that may incidentally mention entirely unconstrained variables
+       --      e.g. a call to  f :: Eq a => a -> b -> b
+       -- Here, b is unconstrained.  A good example would be
+       --      foo = f (3::Int)
+       -- We want to infer the polymorphic type
+       --      foo :: forall b. b -> b
+    let
+       try_me inst = ReduceMe          -- Reduce as far as we can.  Don't stop at
+                                       -- dicts; the idea is to get rid of as many type
+                                       -- variables as possible, and we don't want to stop
+                                       -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
+                                       -- immediately, with no constraint on s.
+    in
+    simpleReduceLoop doc try_me wanteds                `thenM` \ (_, _, constrained_dicts) ->
 
 
-  | otherwise
-  =    -- There's a subclass relationship with a "given"
-       -- Build intermediate dictionaries
+       -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
+    zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)    `thenM` \ tau_tvs' ->
+    tcGetGlobalTyVars                          `thenM` \ gbl_tvs ->
     let
     let
-       theta = [ (clas, wanted_ty) | clas <- reverse classes ]
-       -- The reverse is because the list comes back in the "wrong" order I think
+       constrained_tvs = tyVarsOfInsts constrained_dicts
+       qtvs = (tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs)
+                        `minusVarSet` constrained_tvs
     in
     in
-    newDictsAtLoc wanted_orig loc theta                `thenNF_Tc` \ (intermediates, _) ->
 
 
-       -- Create bindings for the wanted dictionary and the intermediates.
-       -- Later binds may depend on earlier ones, so each new binding is pushed
-       -- on the front of the accumulating parameter list of bindings
+       -- The first step may have squashed more methods than
+       -- necessary, so try again, this time knowing the exact
+       -- set of type variables to quantify over.
+       --
+       -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
+       -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
+       -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
+       -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
+       -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
+       --
+       -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
+       -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
+       -- just to float all constraints
+    mappM zonkInst wanteds                     `thenM` \ wanteds' ->
     let
     let
-       mk_bind (dict,clas) dict_sub@(Dict _ dict_sub_class ty _ _)
-         = ((dict_sub, dict_sub_class),
-            (instToId dict, DictApp (TyApp (HsVar (RealId (classSuperDictSelId dict_sub_class 
-                                                                             clas)))
-                                           [ty])
-                                    [instToId dict_sub]))
-       (_, new_binds) = mapAccumR mk_bind (wanted,wanted_class) (given : intermediates)
+        try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs inst = Free
+                   | otherwise                 = ReduceMe
     in
     in
-    returnNF_Tc (wanted `consLIE` givens `plusLIE` listToBag intermediates,
-                listToBag new_binds,
-                emptyLIE)
+    reduceContext doc try_me [] wanteds'       `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
+    ASSERT( no_improvement )
+    ASSERT( null irreds )
+       -- No need to loop because simpleReduceLoop will have
+       -- already done any improvement necessary
+
+    extendLIEs frees                           `thenM_`
+    returnM (varSetElems qtvs, binds)
+\end{code}
 
 
-  where
-    maybe_best_subclass_chain = foldBag choose_best find_subclass_chain Nothing givens
-    Just (given, classes, _) = maybe_best_subclass_chain
 
 
-    choose_best c1@(Just (_,_,n1)) c2@(Just (_,_,n2)) | n1 <= n2  = c1
-                                                     | otherwise = c2
-    choose_best Nothing                   c2                             = c2
-    choose_best c1                Nothing                        = c1
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{tcSimplifyToDicts}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
 
-    find_subclass_chain given@(Dict _ given_class given_ty _ _)
-        | wanted_ty `eqSimpleTy` given_ty
-        = case (wanted_class `isSuperClassOf` given_class) of
+On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
+getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
+as the available stuff for the RHS of the rule.
 
 
-                Just classes -> Just (given,
-                                      classes,
-                                      length classes)
+The same thing is used for specialise pragmas. Consider
 
 
-                Nothing      -> Nothing
+       f :: Num a => a -> a
+       {-# SPECIALISE f :: Int -> Int #-}
+       f = ...
 
 
-        | otherwise = Nothing
+The type checker generates a binding like:
 
 
+       f_spec = (f :: Int -> Int)
 
 
-sortSC :: LIE s     -- Expected to be all dicts (no MethodIds), all of
-                   -- which constrain type variables
-       -> [Inst s]  -- Sorted with subclasses before superclasses
+and we want to end up with
 
 
-sortSC dicts = sortLt lt (bagToList dicts)
-  where
-    (Dict _ c1 ty1 _ _) `lt` (Dict _ c2 ty2 _ _)
-       = if ty1 `eqSimpleTy` ty2 then
-               maybeToBool (c2 `isSuperClassOf` c1)
-        else
-               -- Order is immaterial, I think...
-               False
-\end{code}
+       f_spec = _inline_me_ (f Int dNumInt)
 
 
+But that means that we must simplify the Method for f to (f Int dNumInt)!
+So tcSimplifyToDicts squeezes out all Methods.
 
 
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection[simple]{@Simple@ versions}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
+IMPORTANT NOTE:  we *don't* want to do superclass commoning up.  Consider
 
 
-Much simpler versions when there are no bindings to make!
+       fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
+       {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
 
 
-@tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
-@deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
-only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
+Here, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But we *dont*
+want to get
+
+       forall dIntegralInt.
+       fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
+
+because the scsel will mess up matching.  Instead we want
+
+       forall dIntegralInt, dNumInt.
+       fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
+
+Hence "DontReduce NoSCs"
 
 \begin{code}
 
 \begin{code}
-tcSimplifyThetas :: (Class -> ClassInstEnv)            -- How to find the ClassInstEnv
-                -> [(Class, TauType)]                  -- Given
-                -> [(Class, TauType)]                  -- Wanted
-                -> TcM s [(Class, TauType)]
+tcSimplifyToDicts :: [Inst] -> TcM (TcDictBinds)
+tcSimplifyToDicts wanteds
+  = simpleReduceLoop doc try_me wanteds                `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
+       -- Since try_me doesn't look at types, we don't need to
+       -- do any zonking, so it's safe to call reduceContext directly
+    ASSERT( null frees )
+    extendLIEs irreds          `thenM_`
+    returnM binds
 
 
+  where
+    doc = text "tcSimplifyToDicts"
 
 
-tcSimplifyThetas inst_mapper given wanted
-  = elimTyConsSimple inst_mapper wanted        `thenTc`    \ wanted1 ->
-    returnTc (elimSCsSimple given wanted1)
+       -- Reduce methods and lits only; stop as soon as we get a dictionary
+    try_me inst        | isDict inst = DontReduce NoSCs
+               | otherwise   = ReduceMe
 \end{code}
 
 \end{code}
 
-@tcSimplifyCheckThetas@ just checks class-type constraints, essentially;
-used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
-whether it worked or not.
+
+
+tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
+a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
+any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
+Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
+Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
+this bracket again at its usage site.
 
 \begin{code}
 
 \begin{code}
-tcSimplifyCheckThetas :: [(Class, TauType)]    -- Simplify this to nothing at all
-                     -> TcM s ()
+tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
+tcSimplifyBracket wanteds
+  = simpleReduceLoop doc try_me wanteds                `thenM_`
+    returnM ()
 
 
-tcSimplifyCheckThetas theta
-  = elimTyConsSimple classInstEnv theta    `thenTc`    \ theta1 ->
-    ASSERT( null theta1 )
-    returnTc ()
+  where
+    doc     = text "tcSimplifyBracket"
+    try_me inst        = ReduceMe
 \end{code}
 
 
 \end{code}
 
 
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Filtering at a dynamic binding}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+When we have
+       let ?x = R in B
+
+we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
+step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
+
+Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
+
+       f :: (?x::Int) => Char -> Char
+       let ?x = 3 in f 'c'
+
+then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
+force the binding for ?x to be of type Int.
+
 \begin{code}
 \begin{code}
-elimTyConsSimple :: (Class -> ClassInstEnv) 
-                -> [(Class,Type)]
-                -> TcM s [(Class,Type)]
-elimTyConsSimple inst_mapper theta
-  = elim theta
-  where
-    elim []              = returnTc []
-    elim ((clas,ty):rest) = elim_one clas ty   `thenTc` \ r1 ->
-                           elim rest           `thenTc` \ r2 ->
-                           returnTc (r1++r2)
-
-    elim_one clas ty
-       = case getTyVar_maybe ty of
-
-           Just tv   -> returnTc [(clas,ty)]
-
-           otherwise -> recoverTc (returnTc []) $
-                        lookupSimpleInst (inst_mapper clas) clas ty    `thenTc` \ theta ->
-                        elim theta
-
-elimSCsSimple :: [(Class,Type)]        -- Given
-             -> [(Class,Type)]         -- Wanted
-             -> [(Class,Type)]         -- Subset of wanted; no dups, no subclass relnships
-
-elimSCsSimple givens [] = []
-elimSCsSimple givens (c_t@(clas,ty) : rest)
-  | any (`subsumes` c_t) givens ||
-    any (`subsumes` c_t) rest                          -- (clas,ty) is old hat
-  = elimSCsSimple givens rest
-  | otherwise                                          -- (clas,ty) is new
-  = c_t : elimSCsSimple (c_t : givens) rest
+tcSimplifyIPs :: [Inst]                -- The implicit parameters bound here
+             -> [Inst]         -- Wanted
+             -> TcM TcDictBinds
+tcSimplifyIPs given_ips wanteds
+  = simpl_loop given_ips wanteds       `thenM` \ (frees, binds) ->
+    extendLIEs frees                   `thenM_`
+    returnM binds
   where
   where
-    rest' = elimSCsSimple rest
-    (c1,t1) `subsumes` (c2,t2) = t1 `eqSimpleTy` t2 && 
-                                (c1 == c2 || maybeToBool (c2 `isSuperClassOf` c1))
--- We deal with duplicates here   ^^^^^^^^
--- It's a simple place to do it, although it's done in elimTyCons in the
--- full-blown version of the simpifier.
+    doc             = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
+    ip_set   = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
+
+       -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
+    try_me inst | isFreeWrtIPs ip_set inst = Free
+               | otherwise                = ReduceMe
+
+    simpl_loop givens wanteds
+      = mappM zonkInst givens          `thenM` \ givens' ->
+        mappM zonkInst wanteds         `thenM` \ wanteds' ->
+
+        reduceContext doc try_me givens' wanteds'    `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
+
+        if no_improvement then
+           ASSERT( null irreds )
+           returnM (frees, binds)
+       else
+           simpl_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (frees1, binds1) ->
+           returnM (frees1, binds `AndMonoBinds` binds1)
 \end{code}
 
 \end{code}
 
+
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
@@ -589,53 +991,692 @@ For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
 
 \begin{code}
 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
 
 \begin{code}
-bindInstsOfLocalFuns ::        LIE s -> [TcIdBndr s] -> TcM s (LIE s, TcMonoBinds s)
+bindInstsOfLocalFuns ::        [Inst] -> [TcId] -> TcM TcMonoBinds
+
+bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
+  | null overloaded_ids
+       -- Common case
+  = extendLIEs wanteds         `thenM_`
+    returnM EmptyMonoBinds
+
+  | otherwise
+  = simpleReduceLoop doc try_me wanteds                `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
+    ASSERT( null irreds )
+    extendLIEs frees           `thenM_`
+    returnM binds
+  where
+    doc                     = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
+    overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
+    is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
+
+    overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids   -- There can occasionally be a lot of them
+                                               -- so it's worth building a set, so that
+                                               -- lookup (in isMethodFor) is faster
+
+    try_me inst | isMethodFor overloaded_set inst = ReduceMe
+               | otherwise                       = Free
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Data types for the reduction mechanism}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+The main control over context reduction is here
+
+\begin{code}
+data WhatToDo
+ = ReduceMe            -- Try to reduce this
+                       -- If there's no instance, behave exactly like
+                       -- DontReduce: add the inst to
+                       -- the irreductible ones, but don't
+                       -- produce an error message of any kind.
+                       -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
+
+ | DontReduce WantSCs          -- Return as irreducible
+
+ | DontReduceUnlessConstant    -- Return as irreducible unless it can
+                               -- be reduced to a constant in one step
+
+ | Free                          -- Return as free
+
+reduceMe :: Inst -> WhatToDo
+reduceMe inst = ReduceMe
+
+data WantSCs = NoSCs | AddSCs  -- Tells whether we should add the superclasses
+                               -- of a predicate when adding it to the avails
+\end{code}
+
+
+
+\begin{code}
+type Avails = FiniteMap Inst Avail
+
+data Avail
+  = IsFree             -- Used for free Insts
+  | Irred              -- Used for irreducible dictionaries,
+                       -- which are going to be lambda bound
+
+  | Given TcId                 -- Used for dictionaries for which we have a binding
+                       -- e.g. those "given" in a signature
+         Bool          -- True <=> actually consumed (splittable IPs only)
+
+  | NoRhs              -- Used for Insts like (CCallable f)
+                       -- where no witness is required.
+
+  | Rhs                -- Used when there is a RHS
+       TcExpr          -- The RHS
+       [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
+
+  | Linear             -- Splittable Insts only.
+       Int             -- The Int is always 2 or more; indicates how
+                       -- many copies are required
+       Inst            -- The splitter
+       Avail           -- Where the "master copy" is
+
+  | LinRhss            -- Splittable Insts only; this is used only internally
+                       --      by extractResults, where a Linear 
+                       --      is turned into an LinRhss
+       [TcExpr]        -- A supply of suitable RHSs
+
+pprAvails avails = vcat [sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> pprAvail avail)]
+                       | (inst,avail) <- fmToList avails ]
+
+instance Outputable Avail where
+    ppr = pprAvail
+
+pprAvail NoRhs         = text "<no rhs>"
+pprAvail IsFree                = text "Free"
+pprAvail Irred         = text "Irred"
+pprAvail (Given x b)           = text "Given" <+> ppr x <+> 
+                         if b then text "(used)" else empty
+pprAvail (Rhs rhs bs)   = text "Rhs" <+> ppr rhs <+> braces (ppr bs)
+pprAvail (Linear n i a) = text "Linear" <+> ppr n <+> braces (ppr i) <+> ppr a
+pprAvail (LinRhss rhss) = text "LinRhss" <+> ppr rhss
+\end{code}
+
+Extracting the bindings from a bunch of Avails.
+The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
+We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
+dependency analyser can sort them out later
+
+The loop startes
+\begin{code}
+extractResults :: Avails
+              -> [Inst]                -- Wanted
+              -> TcM (TcDictBinds,     -- Bindings
+                         [Inst],       -- Irreducible ones
+                         [Inst])       -- Free ones
+
+extractResults avails wanteds
+  = go avails EmptyMonoBinds [] [] wanteds
+  where
+    go avails binds irreds frees [] 
+      = returnM (binds, irreds, frees)
+
+    go avails binds irreds frees (w:ws)
+      = case lookupFM avails w of
+         Nothing    -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
+                       go avails binds irreds frees ws
+
+         Just NoRhs  -> go avails               binds irreds     frees     ws
+         Just IsFree -> go (add_free avails w)  binds irreds     (w:frees) ws
+         Just Irred  -> go (add_given avails w) binds (w:irreds) frees     ws
+
+         Just (Given id _) -> go avails new_binds irreds frees ws
+                           where
+                              new_binds | id == instToId w = binds
+                                        | otherwise        = addBind binds w (HsVar id)
+               -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
+               -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
+
+         Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds irreds frees (ws' ++ ws)
+                            where
+                               new_binds = addBind binds w rhs
+
+         Just (Linear n split_inst avail)      -- Transform Linear --> LinRhss
+           -> get_root irreds frees avail w            `thenM` \ (irreds', frees', root_id) ->
+              split n (instToId split_inst) root_id w  `thenM` \ (binds', rhss) ->
+              go (addToFM avails w (LinRhss rhss))
+                 (binds `AndMonoBinds` binds')
+                 irreds' frees' (split_inst : w : ws)
+
+         Just (LinRhss (rhs:rhss))             -- Consume one of the Rhss
+               -> go new_avails new_binds irreds frees ws
+               where           
+                  new_binds  = addBind binds w rhs
+                  new_avails = addToFM avails w (LinRhss rhss)
+
+    get_root irreds frees (Given id _) w = returnM (irreds, frees, id)
+    get_root irreds frees Irred               w = cloneDict w  `thenM` \ w' ->
+                                          returnM (w':irreds, frees, instToId w')
+    get_root irreds frees IsFree       w = cloneDict w `thenM` \ w' ->
+                                          returnM (irreds, w':frees, instToId w')
+
+    add_given avails w 
+       | instBindingRequired w = addToFM avails w (Given (instToId w) True)
+       | otherwise             = addToFM avails w NoRhs
+       -- NB: make sure that CCallable/CReturnable use NoRhs rather
+       --      than Given, else we end up with bogus bindings.
+
+    add_free avails w | isMethod w = avails
+                     | otherwise  = add_given avails w
+       -- NB: Hack alert!  
+       -- Do *not* replace Free by Given if it's a method.
+       -- The following situation shows why this is bad:
+       --      truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
+       -- From an application (truncate f i) we get
+       --      t1 = truncate at f
+       --      t2 = t1 at i
+       -- If we have also have a second occurrence of truncate, we get
+       --      t3 = truncate at f
+       --      t4 = t3 at i
+       -- When simplifying with i,f free, we might still notice that
+       --   t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
+       --   will continue to float out!
+       -- (split n i a) returns: n rhss
+       --                        auxiliary bindings
+       --                        1 or 0 insts to add to irreds
+
+
+split :: Int -> TcId -> TcId -> Inst 
+      -> TcM (TcDictBinds, [TcExpr])
+-- (split n split_id root_id wanted) returns
+--     * a list of 'n' expressions, all of which witness 'avail'
+--     * a bunch of auxiliary bindings to support these expressions
+--     * one or zero insts needed to witness the whole lot
+--       (maybe be zero if the initial Inst is a Given)
+--
+-- NB: 'wanted' is just a template
+
+split n split_id root_id wanted
+  = go n
+  where
+    ty      = linearInstType wanted
+    pair_ty = mkTyConApp pairTyCon [ty,ty]
+    id      = instToId wanted
+    occ     = getOccName id
+    loc     = getSrcLoc id
+
+    go 1 = returnM (EmptyMonoBinds, [HsVar root_id])
+
+    go n = go ((n+1) `div` 2)          `thenM` \ (binds1, rhss) ->
+          expand n rhss                `thenM` \ (binds2, rhss') ->
+          returnM (binds1 `AndMonoBinds` binds2, rhss')
+
+       -- (expand n rhss) 
+       -- Given ((n+1)/2) rhss, make n rhss, using auxiliary bindings
+       --  e.g.  expand 3 [rhs1, rhs2]
+       --        = ( { x = split rhs1 },
+       --            [fst x, snd x, rhs2] )
+    expand n rhss
+       | n `rem` 2 == 0 = go rhss      -- n is even
+       | otherwise      = go (tail rhss)       `thenM` \ (binds', rhss') ->
+                          returnM (binds', head rhss : rhss')
+       where
+         go rhss = mapAndUnzipM do_one rhss    `thenM` \ (binds', rhss') ->
+                   returnM (andMonoBindList binds', concat rhss')
+
+         do_one rhs = newUnique                        `thenM` \ uniq -> 
+                      tcLookupId fstName               `thenM` \ fst_id ->
+                      tcLookupId sndName               `thenM` \ snd_id ->
+                      let 
+                         x = mkUserLocal occ uniq pair_ty loc
+                      in
+                      returnM (VarMonoBind x (mk_app split_id rhs),
+                                   [mk_fs_app fst_id ty x, mk_fs_app snd_id ty x])
+
+mk_fs_app id ty var = HsVar id `TyApp` [ty,ty] `HsApp` HsVar var
+
+mk_app id rhs = HsApp (HsVar id) rhs
+
+addBind binds inst rhs = binds `AndMonoBinds` VarMonoBind (instToId inst) rhs
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection[reduce]{@reduce@}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+When the "what to do" predicate doesn't depend on the quantified type variables,
+matters are easier.  We don't need to do any zonking, unless the improvement step
+does something, in which case we zonk before iterating.
+
+The "given" set is always empty.
+
+\begin{code}
+simpleReduceLoop :: SDoc
+                -> (Inst -> WhatToDo)          -- What to do, *not* based on the quantified type variables
+                -> [Inst]                      -- Wanted
+                -> TcM ([Inst],                -- Free
+                        TcDictBinds,
+                        [Inst])                -- Irreducible
+
+simpleReduceLoop doc try_me wanteds
+  = mappM zonkInst wanteds                     `thenM` \ wanteds' ->
+    reduceContext doc try_me [] wanteds'       `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
+    if no_improvement then
+       returnM (frees, binds, irreds)
+    else
+       simpleReduceLoop doc try_me (irreds ++ frees)   `thenM` \ (frees1, binds1, irreds1) ->
+       returnM (frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
+\end{code}
+
+
+
+\begin{code}
+reduceContext :: SDoc
+             -> (Inst -> WhatToDo)
+             -> [Inst]                 -- Given
+             -> [Inst]                 -- Wanted
+             -> TcM (Bool,             -- True <=> improve step did no unification
+                        [Inst],        -- Free
+                        TcDictBinds,   -- Dictionary bindings
+                        [Inst])        -- Irreducible
+
+reduceContext doc try_me givens wanteds
+  =
+    traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
+            text "----------------------",
+            doc,
+            text "given" <+> ppr givens,
+            text "wanted" <+> ppr wanteds,
+            text "----------------------"
+            ]))                                        `thenM_`
+
+        -- Build the Avail mapping from "givens"
+    foldlM addGiven emptyFM givens                     `thenM` \ init_state ->
+
+        -- Do the real work
+    reduceList (0,[]) try_me wanteds init_state                `thenM` \ avails ->
+
+       -- Do improvement, using everything in avails
+       -- In particular, avails includes all superclasses of everything
+    tcImprove avails                                   `thenM` \ no_improvement ->
+
+    extractResults avails wanteds                      `thenM` \ (binds, irreds, frees) ->
+
+    traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
+            text "----------------------",
+            doc,
+            text "given" <+> ppr givens,
+            text "wanted" <+> ppr wanteds,
+            text "----",
+            text "avails" <+> pprAvails avails,
+            text "frees" <+> ppr frees,
+            text "no_improvement =" <+> ppr no_improvement,
+            text "----------------------"
+            ]))                                        `thenM_`
+
+    returnM (no_improvement, frees, binds, irreds)
+
+tcImprove avails
+ =  tcGetInstEnv                               `thenM` \ inst_env ->
+    let
+       preds = [ (pred, pp_loc)
+               | inst <- keysFM avails,
+                 let pp_loc = pprInstLoc (instLoc inst),
+                 pred <- fdPredsOfInst inst
+               ]
+               -- Avails has all the superclasses etc (good)
+               -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
+               -- It does not have duplicates (good)
+               -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
+               --    so that improve will see them separate
+       eqns  = improve (classInstEnv inst_env) preds
+     in
+     if null eqns then
+       returnM True
+     else
+       traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))     `thenM_`
+        mappM_ unify eqns      `thenM_`
+       returnM False
+  where
+    unify ((qtvs, t1, t2), doc)
+        = addErrCtxt doc                               $
+          tcInstTyVars VanillaTv (varSetElems qtvs)    `thenM` \ (_, _, tenv) ->
+          unifyTauTy (substTy tenv t1) (substTy tenv t2)
+\end{code}
+
+The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
+
+\begin{code}
+reduceList :: (Int,[Inst])             -- Stack (for err msgs)
+                                       -- along with its depth
+                  -> (Inst -> WhatToDo)
+                  -> [Inst]
+                  -> Avails
+                  -> TcM Avails
+\end{code}
+
+@reduce@ is passed
+     try_me:   given an inst, this function returns
+                 Reduce       reduce this
+                 DontReduce   return this in "irreds"
+                 Free         return this in "frees"
+
+     wanteds:  The list of insts to reduce
+     state:    An accumulating parameter of type Avails
+               that contains the state of the algorithm
+
+  It returns a Avails.
+
+The (n,stack) pair is just used for error reporting.
+n is always the depth of the stack.
+The stack is the stack of Insts being reduced: to produce X
+I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
+
+\begin{code}
+reduceList (n,stack) try_me wanteds state
+  | n > opt_MaxContextReductionDepth
+  = failWithTc (reduceDepthErr n stack)
+
+  | otherwise
+  =
+#ifdef DEBUG
+   (if n > 8 then
+       pprTrace "Jeepers! ReduceContext:" (reduceDepthMsg n stack)
+    else (\x->x))
+#endif
+    go wanteds state
+  where
+    go []     state = returnM state
+    go (w:ws) state = reduce (n+1, w:stack) try_me w state     `thenM` \ state' ->
+                     go ws state'
+
+    -- Base case: we're done!
+reduce stack try_me wanted state
+    -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
+  | Just avail <- isAvailable state wanted
+  = if isLinearInst wanted then
+       addLinearAvailable state avail wanted   `thenM` \ (state', wanteds') ->
+       reduceList stack try_me wanteds' state'
+    else
+       returnM state           -- No op for non-linear things
+
+  | otherwise
+  = case try_me wanted of {
+
+      DontReduce want_scs -> addIrred want_scs state wanted
+
+    ; DontReduceUnlessConstant ->    -- It's irreducible (or at least should not be reduced)
+                                    -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
+       try_simple (addIrred AddSCs)    -- Assume want superclasses
+
+    ; Free ->  -- It's free so just chuck it upstairs
+               -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
+       try_simple addFree
 
 
-bindInstsOfLocalFuns init_lie local_ids
-  = foldrTc bind_inst (emptyBag, EmptyMonoBinds) (bagToList init_lie)
+    ; ReduceMe ->              -- It should be reduced
+       lookupInst wanted             `thenM` \ lookup_result ->
+       case lookup_result of
+           GenInst wanteds' rhs -> reduceList stack try_me wanteds' state      `thenM` \ state' ->
+                                   addWanted state' wanted rhs wanteds'
+           SimpleInst rhs       -> addWanted state wanted rhs []
+
+           NoInstance ->    -- No such instance!
+                            -- Add it and its superclasses
+                            addIrred AddSCs state wanted
+
+    }
   where
   where
-    bind_inst inst@(Method uniq (TcId id) tys rho orig loc) (insts, binds)
-      | id `is_elem` local_ids
-      = lookupInst inst                `thenTc` \ (dict_insts, (id,rhs)) ->
-       returnTc (listToBag dict_insts `plusLIE` insts, 
-                 VarMonoBind id rhs `AndMonoBinds` binds)
+    try_simple do_this_otherwise
+      = lookupInst wanted        `thenM` \ lookup_result ->
+       case lookup_result of
+           SimpleInst rhs -> addWanted state wanted rhs []
+           other          -> do_this_otherwise state wanted
+\end{code}
+
+
+\begin{code}
+-------------------------
+isAvailable :: Avails -> Inst -> Maybe Avail
+isAvailable avails wanted = lookupFM avails wanted
+       -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
+       -- *not* by unique.  So
+       --      d1::C Int ==  d2::C Int
+
+addLinearAvailable :: Avails -> Avail -> Inst -> TcM (Avails, [Inst])
+addLinearAvailable avails avail wanted
+       -- avails currently maps [wanted -> avail]
+       -- Extend avails to reflect a neeed for an extra copy of avail
 
 
-    bind_inst some_other_inst (insts, binds)
-       -- Either not a method, or a method instance for an id not in local_ids
-      = returnTc (some_other_inst `consBag` insts, binds)
+  | Just avail' <- split_avail avail
+  = returnM (addToFM avails wanted avail', [])
 
 
-    is_elem = isIn "bindInstsOfLocalFuns"
+  | otherwise
+  = tcLookupId splitName                       `thenM` \ split_id ->
+    newMethodAtLoc (instLoc wanted) split_id 
+                  [linearInstType wanted]      `thenM` \ split_inst ->
+    returnM (addToFM avails wanted (Linear 2 split_inst avail), [split_inst])
+
+  where
+    split_avail :: Avail -> Maybe Avail
+       -- (Just av) if there's a modified version of avail that
+       --           we can use to replace avail in avails
+       -- Nothing   if there isn't, so we need to create a Linear
+    split_avail (Linear n i a)             = Just (Linear (n+1) i a)
+    split_avail (Given id used) | not used  = Just (Given id True)
+                               | otherwise = Nothing
+    split_avail Irred                      = Nothing
+    split_avail IsFree                     = Nothing
+    split_avail other = pprPanic "addLinearAvailable" (ppr avail $$ ppr wanted $$ ppr avails)
+                 
+-------------------------
+addFree :: Avails -> Inst -> TcM Avails
+       -- When an Inst is tossed upstairs as 'free' we nevertheless add it
+       -- to avails, so that any other equal Insts will be commoned up right
+       -- here rather than also being tossed upstairs.  This is really just
+       -- an optimisation, and perhaps it is more trouble that it is worth,
+       -- as the following comments show!
+       --
+       -- NB: do *not* add superclasses.  If we have
+       --      df::Floating a
+       --      dn::Num a
+       -- but a is not bound here, then we *don't* want to derive
+       -- dn from df here lest we lose sharing.
+       --
+addFree avails free = returnM (addToFM avails free IsFree)
+
+addWanted :: Avails -> Inst -> TcExpr -> [Inst] -> TcM Avails
+addWanted avails wanted rhs_expr wanteds
+  = ASSERT2( not (wanted `elemFM` avails), ppr wanted $$ ppr avails )
+    addAvailAndSCs avails wanted avail
+  where
+    avail | instBindingRequired wanted = Rhs rhs_expr wanteds
+         | otherwise                  = ASSERT( null wanteds ) NoRhs
+
+addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
+addGiven state given = addAvailAndSCs state given (Given (instToId given) False)
+       -- No ASSERT( not (given `elemFM` avails) ) because in an instance
+       -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
+       -- so the assert isn't true
+
+addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
+addIrred NoSCs  avails irred = returnM (addToFM avails irred Irred)
+addIrred AddSCs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemFM` avails), ppr irred $$ ppr avails )
+                              addAvailAndSCs avails irred Irred
+
+addAvailAndSCs :: Avails -> Inst -> Avail -> TcM Avails
+addAvailAndSCs avails inst avail
+  | not (isClassDict inst) = returnM avails1
+  | otherwise             = addSCs is_loop avails1 inst 
+  where
+    avails1 = addToFM avails inst avail
+    is_loop inst = inst `elem` deps    -- Note: this compares by *type*, not by Unique
+    deps         = findAllDeps avails avail
+
+findAllDeps :: Avails -> Avail -> [Inst]
+-- Find all the Insts that this one depends on
+-- See Note [SUPERCLASS-LOOP]
+findAllDeps avails (Rhs _ kids) = kids ++ concat (map (find_all_deps_help avails) kids)
+findAllDeps avails other       = []
+
+find_all_deps_help :: Avails -> Inst -> [Inst]
+find_all_deps_help avails inst
+  = case lookupFM avails inst of
+       Just avail -> findAllDeps avails avail
+       Nothing    -> []
+
+addSCs :: (Inst -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
+       -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
+       -- The first param says "dont do this because the original thing
+       --      depends on this one, so you'd build a loop"
+       -- Invariant: the Inst is already in Avails.
+
+addSCs is_loop avails dict
+  = newDictsFromOld dict sc_theta'     `thenM` \ sc_dicts ->
+    foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels)
+  where
+    (clas, tys) = getDictClassTys dict
+    (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
+    sc_theta' = substTheta (mkTopTyVarSubst tyvars tys) sc_theta
+
+    add_sc avails (sc_dict, sc_sel)    -- Add it, and its superclasses
+      = case lookupFM avails sc_dict of
+         Just (Given _ _) -> returnM avails    -- Given is cheaper than
+                                                       --   a superclass selection
+         Just other | is_loop sc_dict -> returnM avails        -- See Note [SUPERCLASS-LOOP]
+                    | otherwise       -> returnM avails'       -- SCs already added
+
+         Nothing -> addSCs is_loop avails' sc_dict
+      where
+       sc_sel_rhs = DictApp (TyApp (HsVar sc_sel) tys) [instToId dict]
+       avail      = Rhs sc_sel_rhs [dict]
+       avails'    = addToFM avails sc_dict avail
 \end{code}
 
 \end{code}
 
+Note [SUPERCLASS-LOOP]: Checking for loops
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+We have to be careful here.  If we are *given* d1:Ord a,
+and want to deduce (d2:C [a]) where
+
+       class Ord a => C a where
+       instance Ord a => C [a] where ...
+
+Then we'll use the instance decl to deduce C [a] and then add the
+superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
+for d1:Ord a (which is given) with a superclass selection or we'll just
+build a loop! 
+
+Here's another example 
+       class Eq b => Foo a b
+       instance Eq a => Foo [a] a
+If we are reducing
+       (Foo [t] t)
+
+we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
+then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
+
+At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
+in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
+becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
+I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
+simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Irred
+first time, but reducible next time.
+
+Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
+when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
+
+
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\section[Disambig]{Disambiguation of overloading}
+\section{tcSimplifyTop: defaulting}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
 
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
 
+@tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
+and ambiguous Insts.
+
+We need to be careful of one case.  Suppose we have
+
+       instance Num a => Num (Foo a b) where ...
+
+and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
+to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
+
+It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
+
+
+\begin{code}
+tcSimplifyTop :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
+tcSimplifyTop wanteds
+  = simpleReduceLoop (text "tcSimplTop") reduceMe wanteds      `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
+    ASSERT( null frees )
+
+    let
+               -- All the non-std ones are definite errors
+       (stds, non_stds) = partition isStdClassTyVarDict irreds
+
+               -- Group by type variable
+       std_groups = equivClasses cmp_by_tyvar stds
+
+               -- Pick the ones which its worth trying to disambiguate
+               -- namely, the onese whose type variable isn't bound
+               -- up with one of the non-standard classes
+       (std_oks, std_bads)     = partition worth_a_try std_groups
+       worth_a_try group@(d:_) = not (non_std_tyvars `intersectsVarSet` tyVarsOfInst d)
+       non_std_tyvars          = unionVarSets (map tyVarsOfInst non_stds)
+
+               -- Collect together all the bad guys
+       bad_guys               = non_stds ++ concat std_bads
+       (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts bad_guys
+       (bad_ips, non_ips)     = partition isIPDict tidy_dicts
+       (no_insts, ambigs)     = partition no_inst non_ips
+       no_inst d = not (isTyVarDict d) || tyVarsOfInst d `subVarSet` fixed_tvs
+       fixed_tvs = oclose (fdPredsOfInsts tidy_dicts) emptyVarSet
+    in
+
+       -- Report definite errors
+    mappM (addTopInstanceErrs tidy_env) (groupInsts no_insts)  `thenM_`
+    mappM (addTopIPErrs tidy_env)       (groupInsts bad_ips)           `thenM_`
+
+       -- Deal with ambiguity errors, but only if
+       -- if there has not been an error so far; errors often
+       -- give rise to spurious ambiguous Insts
+    ifErrsM (returnM []) (
+       
+       -- Complain about the ones that don't fall under
+       -- the Haskell rules for disambiguation
+       -- This group includes both non-existent instances
+       --      e.g. Num (IO a) and Eq (Int -> Int)
+       -- and ambiguous dictionaries
+       --      e.g. Num a
+       mappM (addAmbigErr tidy_env)    ambigs  `thenM_`
+
+       -- Disambiguate the ones that look feasible
+        mappM disambigGroup std_oks
+    )                                  `thenM` \ binds_ambig ->
+
+    returnM (binds `andMonoBinds` andMonoBindList binds_ambig)
+
+----------------------------------
+d1 `cmp_by_tyvar` d2 = get_tv d1 `compare` get_tv d2
+
+get_tv d   = case getDictClassTys d of
+                  (clas, [ty]) -> tcGetTyVar "tcSimplify" ty
+get_clas d = case getDictClassTys d of
+                  (clas, [ty]) -> clas
+\end{code}
+
 If a dictionary constrains a type variable which is
 If a dictionary constrains a type variable which is
-\begin{itemize}
-\item
-not mentioned in the environment
-\item
-and not mentioned in the type of the expression
-\end{itemize}
+       * not mentioned in the environment
+       * and not mentioned in the type of the expression
 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
 parameter to a function.
 
 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
 parameter to a function.
 
 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
-
 Specifically, if
 Specifically, if
-\begin{itemize}
-\item
-at least one of its classes is a numeric class, and
-\item
-all of its classes are numeric or standard
-\end{itemize}
+       * at least one of its classes is a numeric class, and
+       * all of its classes are numeric or standard
 then the type variable can be defaulted to the first type in the
 default-type list which is an instance of all the offending classes.
 
 then the type variable can be defaulted to the first type in the
 default-type list which is an instance of all the offending classes.
 
@@ -644,25 +1685,6 @@ dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
 
 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
 
-IMPORTANT: @disambiguate@ assumes that its argument dictionaries
-constrain only a simple type variable.
-
-\begin{code}
-type SimpleDictInfo s = (Inst s, Class, TcTyVar s)
-
-disambiguateDicts :: LIE s -> TcM s ()
-
-disambiguateDicts insts
-  = mapTc disambigOne inst_infos    `thenTc` \ binds_lists ->
-    returnTc ()
-  where
-    inst_infos = equivClasses cmp_tyvars (map mk_inst_info (bagToList insts))
-    (_,_,tv1) `cmp_tyvars` (_,_,tv2) = tv1 `cmp` tv2
-
-    mk_inst_info dict@(Dict _ clas ty _ _)
-      = (dict, clas, getTyVar "disambiguateDicts" ty)
-\end{code}
-
 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
 the same type variable.
 
 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
 the same type variable.
 
@@ -676,13 +1698,15 @@ Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
 @void@.
 
 \begin{code}
 @void@.
 
 \begin{code}
-disambigOne :: [SimpleDictInfo s] -> TcM s ()
-
-disambigOne dict_infos
-  | not (isStandardNumericDefaultable classes)
-  = failTc (ambigErr dicts) -- no default
-
-  | otherwise -- isStandardNumericDefaultable dict_infos
+disambigGroup :: [Inst]        -- All standard classes of form (C a)
+             -> TcM TcDictBinds
+
+disambigGroup dicts
+  |   any isNumericClass classes       -- Guaranteed all standard classes
+         -- see comment at the end of function for reasons as to
+         -- why the defaulting mechanism doesn't apply to groups that
+         -- include CCallable or CReturnable dicts.
+   && not (any isCcallishClass classes)
   =    -- THE DICTS OBEY THE DEFAULTABLE CONSTRAINT
        -- SO, TRY DEFAULT TYPES IN ORDER
 
   =    -- THE DICTS OBEY THE DEFAULTABLE CONSTRAINT
        -- SO, TRY DEFAULT TYPES IN ORDER
 
@@ -690,80 +1714,324 @@ disambigOne dict_infos
        -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
        -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
        -- default list is Int.
        -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
        -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
        -- default list is Int.
-    tcGetDefaultTys                    `thenNF_Tc` \ default_tys ->
+    getDefaultTys                      `thenM` \ default_tys ->
     let
       try_default []   -- No defaults work, so fail
     let
       try_default []   -- No defaults work, so fail
-       = failTc (defaultErr dicts default_tys) 
+       = failM
 
       try_default (default_ty : default_tys)
 
       try_default (default_ty : default_tys)
-       = tryTc (try_default default_tys) $     -- If default_ty fails, we try
+       = tryTc_ (try_default default_tys) $    -- If default_ty fails, we try
                                                -- default_tys instead
                                                -- default_tys instead
-         tcSimplifyCheckThetas thetas  `thenTc` \ _ ->
-         returnTc default_ty
+         tcSimplifyDefault theta               `thenM` \ _ ->
+         returnM default_ty
         where
         where
-         thetas = classes `zip` repeat default_ty
+         theta = [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
     in
        -- See if any default works, and if so bind the type variable to it
     in
        -- See if any default works, and if so bind the type variable to it
-    try_default default_tys            `thenTc` \ chosen_default_ty ->
-    tcInstType [] chosen_default_ty    `thenNF_Tc` \ chosen_default_tc_ty ->   -- Tiresome!
-    unifyTauTy (mkTyVarTy tyvar) chosen_default_tc_ty
+       -- If not, add an AmbigErr
+    recoverM (addAmbigErrs dicts       `thenM_`
+             returnM EmptyMonoBinds)   $
+
+    try_default default_tys                    `thenM` \ chosen_default_ty ->
+
+       -- Bind the type variable and reduce the context, for real this time
+    unifyTauTy chosen_default_ty (mkTyVarTy tyvar)     `thenM_`
+    simpleReduceLoop (text "disambig" <+> ppr dicts)
+                    reduceMe dicts                     `thenM` \ (frees, binds, ambigs) ->
+    WARN( not (null frees && null ambigs), ppr frees $$ ppr ambigs )
+    warnDefault dicts chosen_default_ty                        `thenM_`
+    returnM binds
+
+  | all isCreturnableClass classes
+  =    -- Default CCall stuff to (); we don't even both to check that () is an
+       -- instance of CReturnable, because we know it is.
+    unifyTauTy (mkTyVarTy tyvar) unitTy    `thenM_`
+    returnM EmptyMonoBinds
+
+  | otherwise -- No defaults
+  = addAmbigErrs dicts `thenM_`
+    returnM EmptyMonoBinds
 
   where
 
   where
-    (_,_,tyvar) = head dict_infos              -- Should be non-empty
-    dicts   = [dict | (dict,_,_) <- dict_infos]
-    classes = [clas | (_,clas,_) <- dict_infos]
-
+    tyvar       = get_tv (head dicts)          -- Should be non-empty
+    classes     = map get_clas dicts
 \end{code}
 
 \end{code}
 
-@isStandardNumericDefaultable@ sees whether the dicts have the
-property required for defaulting; namely at least one is numeric, and
-all are standard; or all are CcallIsh.
+[Aside - why the defaulting mechanism is turned off when
+ dealing with arguments and results to ccalls.
+
+When typechecking _ccall_s, TcExpr ensures that the external
+function is only passed arguments (and in the other direction,
+results) of a restricted set of 'native' types. This is
+implemented via the help of the pseudo-type classes,
+@CReturnable@ (CR) and @CCallable@ (CC.)
+
+The interaction between the defaulting mechanism for numeric
+values and CC & CR can be a bit puzzling to the user at times.
+For example,
+
+    x <- _ccall_ f
+    if (x /= 0) then
+       _ccall_ g x
+     else
+       return ()
+
+What type has 'x' got here? That depends on the default list
+in operation, if it is equal to Haskell 98's default-default
+of (Integer, Double), 'x' has type Double, since Integer
+is not an instance of CR. If the default list is equal to
+Haskell 1.4's default-default of (Int, Double), 'x' has type
+Int.
+
+To try to minimise the potential for surprises here, the
+defaulting mechanism is turned off in the presence of
+CCallable and CReturnable.
+
+End of aside]
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection[simple]{@Simple@ versions}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+Much simpler versions when there are no bindings to make!
+
+@tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
+@deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
+only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
+
+It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
+a,b,c are type variables.  This is required for the context of
+instance declarations.
 
 \begin{code}
 
 \begin{code}
-isStandardNumericDefaultable :: [Class] -> Bool
+tcSimplifyDeriv :: [TyVar]     
+               -> ThetaType            -- Wanted
+               -> TcM ThetaType        -- Needed
+
+tcSimplifyDeriv tyvars theta
+  = tcInstTyVars VanillaTv tyvars                      `thenM` \ (tvs, _, tenv) ->
+       -- The main loop may do unification, and that may crash if 
+       -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
+       -- ToDo: what if two of them do get unified?
+    newDicts DataDeclOrigin (substTheta tenv theta)    `thenM` \ wanteds ->
+    simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds              `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
+    ASSERT( null frees )                       -- reduceMe never returns Free
+
+    doptM Opt_AllowUndecidableInstances                `thenM` \ undecidable_ok ->
+    let
+       tv_set      = mkVarSet tvs
+       simpl_theta = map dictPred irreds       -- reduceMe squashes all non-dicts
+
+       check_pred pred
+         | isEmptyVarSet pred_tyvars   -- Things like (Eq T) should be rejected
+         = addErrTc (noInstErr pred)
+
+         | not undecidable_ok && not (isTyVarClassPred pred)
+         -- Check that the returned dictionaries are all of form (C a b)
+         --    (where a, b are type variables).  
+         -- We allow this if we had -fallow-undecidable-instances,
+         -- but note that risks non-termination in the 'deriving' context-inference
+         -- fixpoint loop.   It is useful for situations like
+         --    data Min h a = E | M a (h a)
+         -- which gives the instance decl
+         --    instance (Eq a, Eq (h a)) => Eq (Min h a)
+          = addErrTc (noInstErr pred)
+  
+         | not (pred_tyvars `subVarSet` tv_set) 
+         -- Check for a bizarre corner case, when the derived instance decl should
+         -- have form  instance C a b => D (T a) where ...
+         -- Note that 'b' isn't a parameter of T.  This gives rise to all sorts
+         -- of problems; in particular, it's hard to compare solutions for
+         -- equality when finding the fixpoint.  So I just rule it out for now.
+         = addErrTc (badDerivedPred pred)
+  
+         | otherwise
+         = returnM ()
+         where
+           pred_tyvars = tyVarsOfPred pred
+
+       rev_env = mkTopTyVarSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
+               -- This reverse-mapping is a Royal Pain, 
+               -- but the result should mention TyVars not TcTyVars
+    in
+   
+    mappM check_pred simpl_theta               `thenM_`
+    checkAmbiguity tvs simpl_theta tv_set      `thenM_`
+    returnM (substTheta rev_env simpl_theta)
+  where
+    doc    = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
+\end{code}
+
+@tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
+used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
+whether it worked or not.
 
 
-isStandardNumericDefaultable classes
-  = --pprTrace "isStdNumeric:\n" (ppAboves [ppCat (map (ppr PprDebug) classes), ppCat (map (ppr PprDebug . isNumericClass) classes), ppCat (map (ppr PprDebug . isStandardClass) classes), ppCat (map (ppr PprDebug . isCcallishClass) classes)]) $
-     (any isNumericClass classes && all isStandardClass classes)
-  || (all isCcallishClass classes)
+\begin{code}
+tcSimplifyDefault :: ThetaType -- Wanted; has no type variables in it
+                 -> TcM ()
+
+tcSimplifyDefault theta
+  = newDicts DataDeclOrigin theta              `thenM` \ wanteds ->
+    simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds      `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
+    ASSERT( null frees )       -- try_me never returns Free
+    mappM (addErrTc . noInstErr) irreds        `thenM_`
+    if null irreds then
+       returnM ()
+    else
+       failM
+  where
+    doc = ptext SLIT("default declaration")
 \end{code}
 
 
 \end{code}
 
 
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\section{Errors and contexts}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
 
-Errors and contexts
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
 now?
 
 \begin{code}
 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
 now?
 
 \begin{code}
-genCantGenErr insts sty        -- Can't generalise these Insts
-  = ppHang (ppStr "Cannot generalise these overloadings (in a _ccall_):") 
-          4  (ppAboves (map (ppr sty) (bagToList insts)))
-\end{code}
+groupInsts :: [Inst] -> [[Inst]]
+-- Group together insts with the same origin
+-- We want to report them together in error messages
+groupInsts []          = []
+groupInsts (inst:insts) = (inst:friends) : groupInsts others
+                       where
+                               -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
+                               --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
+                               --  and it avoids need equality on InstLocs.)
+                         (friends, others) = partition is_friend insts
+                         loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
+                         is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
+
+plural [x] = empty
+plural xs  = char 's'
+
+addTopIPErrs tidy_env tidy_dicts
+  = addInstErrTcM (instLoc (head tidy_dicts))
+       (tidy_env,
+        ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> plural tidy_dicts <+> pprInsts tidy_dicts)
+
+-- Used for top-level irreducibles
+addTopInstanceErrs tidy_env tidy_dicts
+  = addInstErrTcM (instLoc (head tidy_dicts))
+       (tidy_env,
+        ptext SLIT("No instance") <> plural tidy_dicts <+> 
+               ptext SLIT("for") <+> pprInsts tidy_dicts)
+
+addAmbigErrs dicts
+  = mappM (addAmbigErr tidy_env) tidy_dicts
+  where
+    (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
 
 
-\begin{code}
-ambigErr insts sty
-  = ppAboves (map (pprInst sty "Ambiguous overloading") insts)
-\end{code}
+addAmbigErr tidy_env tidy_dict
+  = addInstErrTcM (instLoc tidy_dict)
+       (tidy_env,
+        sep [text "Ambiguous type variable(s)" <+> pprQuotedList ambig_tvs,
+             nest 4 (text "in the constraint" <+> quotes (pprInst tidy_dict))])
+  where
+    ambig_tvs = varSetElems (tyVarsOfInst tidy_dict)
 
 
-@reduceErr@ complains if we can't express required dictionaries in
-terms of the signature.
+warnDefault dicts default_ty
+  = doptM Opt_WarnTypeDefaults  `thenM` \ warn_flag ->
+    addSrcLoc (get_loc (head dicts)) (warnTc warn_flag warn_msg)
+  where
+       -- Tidy them first
+    (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
+    get_loc i = case instLoc i of { (_,loc,_) -> loc }
+    warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
+                               quotes (ppr default_ty),
+                     pprInstsInFull tidy_dicts]
+
+complainCheck doc givens irreds
+  = mappM zonkInst given_dicts_and_ips                   `thenM` \ givens' ->
+    mappM (addNoInstanceErrs doc givens') (groupInsts irreds)  `thenM_`
+    returnM ()
+  where
+    given_dicts_and_ips = filter (not . isMethod) givens
+       -- Filter out methods, which are only added to
+       -- the given set as an optimisation
 
 
-\begin{code}
-reduceErr insts sty
-  = ppAboves (map (pprInst sty "Context required by inferred type, but missing on a type signature")
-                 (bagToList insts))
-\end{code}
+addNoInstanceErrs what_doc givens dicts
+  = getDOpts           `thenM` \ dflags ->
+    tcGetInstEnv       `thenM` \ inst_env ->
+    let
+       (tidy_env1, tidy_givens) = tidyInsts givens
+       (tidy_env2, tidy_dicts)  = tidyMoreInsts tidy_env1 dicts
+
+       doc = vcat [sep [herald <+> pprInsts tidy_dicts,
+                        nest 4 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprInsts tidy_givens],
+                   ambig_doc,
+                   ptext SLIT("Probable fix:"),
+                   nest 4 fix1,
+                   nest 4 fix2]
+
+       herald = ptext SLIT("Could not") <+> unambig_doc <+> ptext SLIT("deduce")
+       unambig_doc | ambig_overlap = ptext SLIT("unambiguously")
+                   | otherwise     = empty
+
+               -- The error message when we don't find a suitable instance
+               -- is complicated by the fact that sometimes this is because
+               -- there is no instance, and sometimes it's because there are
+               -- too many instances (overlap).  See the comments in TcEnv.lhs
+               -- with the InstEnv stuff.
+
+       ambig_doc
+           | not ambig_overlap = empty
+           | otherwise
+           = vcat [ptext SLIT("The choice of (overlapping) instance declaration"),
+                   nest 4 (ptext SLIT("depends on the instantiation of") <+>
+                           quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInsts tidy_dicts))))]
+
+       fix1 = sep [ptext SLIT("Add") <+> pprInsts tidy_dicts,
+                   ptext SLIT("to the") <+> what_doc]
+
+       fix2 | null instance_dicts 
+            = empty
+            | otherwise
+            = ptext SLIT("Or add an instance declaration for") <+> pprInsts instance_dicts
+
+       instance_dicts = [d | d <- tidy_dicts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
+               -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
+               -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
+
+           -- Checks for the ambiguous case when we have overlapping instances
+       ambig_overlap = any ambig_overlap1 dicts
+       ambig_overlap1 dict 
+               | isClassDict dict
+               = case lookupInstEnv dflags inst_env clas tys of
+                           NoMatch ambig -> ambig
+                           other         -> False
+               | otherwise = False
+               where
+                 (clas,tys) = getDictClassTys dict
+    in
+    addInstErrTcM (instLoc (head dicts)) (tidy_env2, doc)
 
 
-\begin{code}
-defaultErr dicts defaulting_tys sty
-  = ppHang (ppStr "Ambiguously-overloaded types could not be resolved:")
-        4 (ppAboves [
-            ppHang (ppStr "Conflicting:")
-                 4 (ppInterleave ppSemi (map (pprInst sty ""{-???-}) dicts)),
-            ppHang (ppStr "Defaulting types :")
-                 4 (ppr sty defaulting_tys),
-            ppStr "([Int, Double] is the default list of defaulting types.)" ])
-\end{code}
+-- Used for the ...Thetas variants; all top level
+noInstErr pred = ptext SLIT("No instance for") <+> quotes (ppr pred)
+
+badDerivedPred pred
+  = vcat [ptext SLIT("Can't derive instances where the instance context mentions"),
+         ptext SLIT("type variables that are not data type parameters"),
+         nest 2 (ptext SLIT("Offending constraint:") <+> ppr pred)]
 
 
+reduceDepthErr n stack
+  = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
+         ptext SLIT("Use -fcontext-stack20 to increase stack size to (e.g.) 20"),
+         nest 4 (pprInstsInFull stack)]
+
+reduceDepthMsg n stack = nest 4 (pprInstsInFull stack)
+
+-----------------------------------------------
+addCantGenErr inst
+  = addErrTc (sep [ptext SLIT("Cannot generalise these overloadings (in a _ccall_):"),
+                  nest 4 (ppr inst <+> pprInstLoc (instLoc inst))])
+\end{code}