[project @ 2000-10-12 12:32:11 by simonpj]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcEnv.lhs
index 1a397f6..19b0ef9 100644 (file)
 \begin{code}
-#include "HsVersions.h"
-
 module TcEnv(
-       TcEnv, 
+       TcId, TcIdSet, tcInstId,
+
+       TcEnv, TyThing(..), TyThingDetails(..),
 
-       initEnv, getEnv_LocalIds, getEnv_TyCons, getEnv_Classes,
+       initEnv, 
+
+       -- Getting stuff from the environment
+       tcEnvTyCons, tcEnvClasses, tcEnvIds, tcEnvTcIds,
        
-       tcExtendTyVarEnv, tcLookupTyVar, 
+       -- Global environment
+       tcLookupTy, tcLookupTyCon, tcLookupClass, tcLookupGlobalId, tcLookupDataCon,
+
+       -- Local environment
+       tcExtendKindEnv, tcExtendTyVarEnv, 
+       tcExtendTyVarEnvForMeths, tcExtendTypeEnv, tcGetInScopeTyVars,
 
-       tcExtendTyConEnv, tcLookupTyCon, tcLookupTyConByKey, 
-       tcExtendClassEnv, tcLookupClass, tcLookupClassByKey,
-       tcGetTyConsAndClasses,
+       -- Global type variables
+       tcGetGlobalTyVars, tcExtendGlobalTyVars,
 
        tcExtendGlobalValEnv, tcExtendLocalValEnv,
-       tcLookupLocalValue, tcLookupLocalValueOK, tcLookupLocalValueByKey, 
-       tcLookupGlobalValue, tcLookupGlobalValueByKey, tcLookupGlobalValueMaybe,
+       tcGetValueEnv,        tcSetValueEnv, 
        tcAddImportedIdInfo,
-       tcLookupGlobalValueByKeyMaybe, 
 
-       newMonoIds, newLocalIds, newLocalId,
-       tcGetGlobalTyVars, tcExtendGlobalTyVars
-  ) where
+       tcLookupValue,      tcLookupValueMaybe, 
+       explicitLookupValue,
+
+       newLocalId, newSpecPragmaId,
+       newDefaultMethodName, newDFunName,
 
+       InstEnv, emptyInstEnv, addToInstEnv, 
+       lookupInstEnv, InstLookupResult(..),
+       tcGetInstEnv, tcSetInstEnv, classInstEnv,
 
-IMP_Ubiq()
-IMPORT_DELOOPER(TcMLoop)  -- for paranoia checking
+       badCon, badPrimOp
+  ) where
+
+#include "HsVersions.h"
 
-import HsTypes ( HsTyVar(..) )
-import Id      ( SYN_IE(Id), GenId, idType, mkUserLocal, mkUserId, replaceIdInfo, getIdInfo )
-import PragmaInfo ( PragmaInfo(..) )
-import TcHsSyn ( SYN_IE(TcIdBndr), TcIdOcc(..) )
-import TcKind  ( TcKind, newKindVars, newKindVar, tcDefaultKind, kindToTcKind, Kind )
-import TcType  ( SYN_IE(TcType), TcMaybe, SYN_IE(TcTyVar), SYN_IE(TcTyVarSet),
-                 newTyVarTys, tcInstTyVars, zonkTcTyVars
+import Id      ( mkUserLocal, isDataConWrapId_maybe )
+import MkId    ( mkSpecPragmaId )
+import Var     ( TyVar, Id, setVarName,
+                 idType, lazySetIdInfo, idInfo, tyVarKind, UVar,
                )
-import TyVar   ( unionTyVarSets, emptyTyVarSet, tyVarSetToList, SYN_IE(TyVar) )
-import PprType ( GenTyVar )
-import Type    ( tyVarsOfTypes, splitForAllTy )
-import TyCon   ( TyCon, tyConKind, synTyConArity, SYN_IE(Arity) )
-import Class   ( SYN_IE(Class), GenClass, classSig )
+import TcType  ( TcType, TcTyVar, TcTyVarSet, TcThetaType,
+                 tcInstTyVars, zonkTcTyVars,
+                 TcKind, 
+               )
+import VarSet
+import Type    ( Kind, Type, superKind,
+                 tyVarsOfType, tyVarsOfTypes,
+                 splitForAllTys, splitRhoTy, splitFunTys,
+                 splitAlgTyConApp_maybe, getTyVar, getDFunTyKey
+               )
+import Subst   ( substTy )
+import UsageSPUtils ( unannotTy )
+import DataCon ( DataCon )
+import TyCon   ( TyCon, tyConKind, tyConArity, isSynTyCon )
+import Class   ( Class, ClassOpItem, ClassContext, classTyCon )
 
 import TcMonad
 
-import IdInfo          ( noIdInfo )
-import Name            ( Name, OccName(..), getSrcLoc, occNameString,
-                         maybeWiredInTyConName, maybeWiredInIdName,
-                         NamedThing(..)
-                       )
-import PprStyle
-import Pretty
-import Unique          ( pprUnique10{-, pprUnique ToDo:rm-}, Unique )
-import UniqFM       
-import Util            ( zipEqual, zipWithEqual, zipWith3Equal, zipLazy,
-                         panic, pprPanic, pprTrace
+import IdInfo          ( vanillaIdInfo )
+import Name            ( Name, OccName, Provenance(..), ExportFlag(..), NamedThing(..), 
+                         nameOccName, nameModule, getSrcLoc, mkGlobalName,
+                         maybeWiredInTyConName, maybeWiredInIdName, isLocallyDefined,
+                         NameEnv, emptyNameEnv, lookupNameEnv, nameEnvElts, 
+                                  extendNameEnv, extendNameEnvList
                        )
+import OccName         ( mkDFunOcc, mkDefaultMethodOcc, occNameString )
+import Module          ( Module )
+import Unify           ( unifyTyListsX, matchTys )
+import Unique          ( pprUnique10, Unique, Uniquable(..) )
+import UniqFM
+import Unique          ( Uniquable(..) )
+import Util            ( zipEqual, zipWith3Equal, mapAccumL )
+import VarEnv          ( TyVarSubstEnv )
+import SrcLoc          ( SrcLoc )
+import FastString      ( FastString )
+import Maybes
 import Outputable
 \end{code}
 
-Data type declarations
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{TcEnv}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
 \begin{code}
-data TcEnv s = TcEnv
-                 (TyVarEnv s)
-                 (TyConEnv s)
-                 (ClassEnv s)
-                 (ValueEnv Id)                 -- Globals
-                 (ValueEnv (TcIdBndr s))       -- Locals
-                 (MutableVar s (TcTyVarSet s)) -- Free type variables of locals
-                                               -- ...why mutable? see notes with tcGetGlobalTyVars
-
-type TyVarEnv s  = UniqFM (TcKind s, TyVar)
-type TyConEnv s  = UniqFM (TcKind s, Maybe Arity, TyCon)       -- Arity present for Synonyms only
-type ClassEnv s  = UniqFM (TcKind s, Class)
-type ValueEnv id = UniqFM id
-
-initEnv :: MutableVar s (TcTyVarSet s) -> TcEnv s
-initEnv mut = TcEnv emptyUFM emptyUFM emptyUFM emptyUFM emptyUFM mut 
-
-getEnv_LocalIds (TcEnv _ _ _ _ ls _) = eltsUFM ls
-getEnv_TyCons   (TcEnv _ ts _ _ _ _) = [tycon | (_, _, tycon) <- eltsUFM ts]
-getEnv_Classes  (TcEnv _ _ cs _ _ _) = [clas  | (_, clas)     <- eltsUFM cs]
+data TcEnv
+  = TcEnv {
+       tcGST    :: GlobalSymbolTable,  -- The symbol table at the moment we began this compilation
+
+       tcInst   :: InstEnv,            -- All instances (both imported and in this module)
+
+       tcGEnv   :: NameEnv TyThing     -- The global type environment we've accumulated while
+                                       -- compiling this module:
+                                       --      types and classes (both imported and local)
+                                       --      imported Ids
+                                       -- (Ids defined in this module are in the local envt)
+
+       tcLEnv   :: NameEnv TcTyThing,  -- The local type environment: Ids and TyVars
+                                       -- defined in this module
+
+       tcTyVars :: TcRef TcTyVarSet    -- The "global tyvars"
+                                       -- Namely, the in-scope TyVars bound in tcLEnv, plus the tyvars
+                                       -- mentioned in the types of Ids bound in tcLEnv
+                                       -- Why mutable? see notes with tcGetGlobalTyVars
+    }
+
 \end{code}
 
-Type variable env
-~~~~~~~~~~~~~~~~~
+The Global-Env/Local-Env story
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+During type checking, we keep in the GlobalEnv
+       * All types and classes
+       * All Ids derived from types and classes (constructors, selectors)
+       * Imported Ids
+
+At the end of type checking, we zonk the local bindings,
+and as we do so we add to the GlobalEnv
+       * Locally defined top-level Ids
+
+Why?  Because they are now Ids not TcIds.  This final GlobalEnv is
+used thus:
+       a) fed back (via the knot) to typechecking the 
+          unfoldings of interface signatures
+
+       b) used to augment the GlobalSymbolTable
+
+
 \begin{code}
-tcExtendTyVarEnv :: [Name] -> [(TcKind s, TyVar)] -> TcM s r -> TcM s r
-tcExtendTyVarEnv names kinds_w_types scope
-  = tcGetEnv                                   `thenNF_Tc` \ (TcEnv tve tce ce gve lve gtvs) ->
-    let
-       tve' = addListToUFM tve (zipEqual "tcTyVarScope" names kinds_w_types)
-    in
-    tcSetEnv (TcEnv tve' tce ce gve lve gtvs) scope
+data TcTyThing
+  = AGlobal TyThing    -- Used only in the return type of a lookup
+  | ATcId  TcId                -- Ids defined in this module
+  | ATyVar TyVar       -- Type variables
+  | AThing TcKind      -- Used temporarily, during kind checking
+-- Here's an example of how the AThing guy is used
+-- Suppose we are checking (forall a. T a Int):
+--     1. We first bind (a -> AThink kv), where kv is a kind variable. 
+--     2. Then we kind-check the (T a Int) part.
+--     3. Then we zonk the kind variable.
+--     4. Now we know the kind for 'a', and we add (a -> ATyVar a::K) to the environment
+
+initEnv :: GlobalSymbolTable -> InstEnv -> NF_TcM TcEnv
+initEnv gst inst_env
+  = tcNewMutVar emptyVarSet    `thenNF_Tc` \ gtv_var ->
+    returnTc (TcEnv { tcGST = gst,
+                     tcGEnv = emptyNameEnv, 
+                     tcInst = inst_env,
+                     tcLEnv = emptyNameEnv,
+                     tcTyVars = gtv_var
+            })
+
+tcEnvClasses env = [cl | AClass cl <- nameEnvElts (tcGEnv env)]
+tcEnvTyCons  env = [tc | ATyCon tc <- nameEnvElts (tcGEnv env)] 
+tcEnvIds     env = [id | AnId   id <- nameEnvElts (tcGEnv env)] 
+tcEnvTyVars  env = [tv | ATyVar tv <- nameEnvElts (tcLEnv env)]
+tcEnvTcIds   env = [id | ATcId  id <- nameEnvElts (tcLEnv env)]
+
+-- This data type is used to help tie the knot
+-- when type checking type and class declarations
+data TyThingDetails = SynTyDetails Type
+                   | DataTyDetails ClassContext [DataCon] [Class]
+                   | ClassDetails ClassContext [Id] [ClassOpItem] DataCon
 \end{code}
 
-The Kind, TyVar, Class and TyCon envs
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
-Extending the environments.  Notice the uses of @zipLazy@, which makes sure
-that the knot-tied TyVars, TyCons and Classes aren't looked at too early.
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Basic lookups}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
 \begin{code}
-tcExtendTyConEnv :: [(Name,Maybe Arity)] -> [TyCon] -> TcM s r -> TcM s r
+lookup_global :: TcEnv -> Name -> Maybe TyThing
+lookup_global env name 
+  =    -- Try the global envt
+    case lookupNameEnv (tcGEnv env) name of {
+       Just thing -> Just thing ;
+       Nothing    ->
+
+       -- Try the global symbol table
+    case lookupModuleEnv (tcGST env) of {
+       Nothing   -> Nothing ;
+       Just genv -> lookupNameEnv genv name
+    }}
+
+lookup_local :: TcEnv -> Name -> Maybe TcTyThing
+lookup_local env name
+ = case lookupNameEnv (tcLEnv env) name of
+       Just thing -> Just thing ;
+       Nothing    -> case lookup_global env name of
+                       Just thing -> AGlobal thing
+                       Nothing    -> Nothing
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{TcId}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-tcExtendTyConEnv names_w_arities tycons scope
-  = newKindVars (length names_w_arities)       `thenNF_Tc` \ kinds ->
-    tcGetEnv                                   `thenNF_Tc` \ (TcEnv tve tce ce gve lve gtvs) ->
+
+\begin{code}
+type TcId    = Id                      -- Type may be a TcType
+type TcIdSet = IdSet
+
+-- A useful function that takes an occurrence of a global thing
+-- and instantiates its type with fresh type variables
+tcInstId :: Id
+        -> NF_TcM ([TcTyVar],  -- It's instantiated type
+                     TcThetaType,      --
+                     TcType)           --
+tcInstId id
+  = let
+      (tyvars, rho) = splitForAllTys (idType id)
+    in
+    tcInstTyVars tyvars                `thenNF_Tc` \ (tyvars', arg_tys, tenv) ->
     let
-       tce' = addListToUFM tce [ (name, (kind, arity, tycon)) 
-                               | ((name,arity), (kind,tycon))
-                                 <- zipEqual "tcExtendTyConEnv" names_w_arities (kinds `zipLazy` tycons)
-                               ]
+       rho'           = substTy tenv rho
+       (theta', tau') = splitRhoTy rho' 
     in
-    tcSetEnv (TcEnv tve tce' ce gve lve gtvs) scope    `thenTc` \ result ->
-    mapNF_Tc tcDefaultKind kinds                       `thenNF_Tc_`
-    returnTc result 
+    returnNF_Tc (tyvars', theta', tau')
+\end{code}
+
 
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{The global environment}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-tcExtendClassEnv :: [Name] -> [Class] -> TcM s r -> TcM s r
-tcExtendClassEnv names classes scope
-  = newKindVars (length names) `thenNF_Tc` \ kinds ->
-    tcGetEnv                   `thenNF_Tc` \ (TcEnv tve tce ce gve lve gtvs) ->
+\begin{code}
+tcExtendGlobalEnv :: [(Name, TyThing)] -> TcM r -> TcM r
+tcExtendGlobalEnv bindings thing_inside
+  = tcGetEnv                           `thenNF_Tc` \ env ->
     let
-       ce' = addListToUFM ce (zipEqual "tcExtendClassEnv" names (kinds `zipLazy` classes))
+       ge' = extendNameEnvList (tcGEnv env) bindings
     in
-    tcSetEnv (TcEnv tve tce ce' gve lve gtvs) scope    `thenTc` \ result ->
-    mapNF_Tc tcDefaultKind kinds                       `thenNF_Tc_`
-    returnTc result 
-\end{code}
+    tcSetEnv (env {tcGEnv = ge'}) thing_inside
 
+tcExtendGlobalValEnv :: [Id] -> TcM a -> TcM a
+tcExtendGlobalValEnv ids thing_inside
+  = tcExtendGlobalEnv [(getName id, AnId id) | id <- ids] thing_inside
+\end{code}
 
-Looking up in the environments.
 
 \begin{code}
-tcLookupTyVar name
-  = tcGetEnv           `thenNF_Tc` \ (TcEnv tve tce ce gve lve gtvs) ->
-    returnNF_Tc (lookupWithDefaultUFM tve (pprPanic "tcLookupTyVar:" (ppr PprShowAll name)) name)
+tcLookupGlobal_maybe :: Name -> NF_TcM (Maybe TyThing)
+tcLookupGlobal_maybe name
+  = tcGetEnv           `thenNF_Tc` \ env ->
+    returnNF_Tc (lookup_global env name)
+\end{code}
 
+A variety of global lookups, when we know what we are looking for.
 
-tcLookupTyCon name
-  = case maybeWiredInTyConName name of
-       Just tc -> returnTc (kindToTcKind (tyConKind tc), synTyConArity tc, tc)
-       Nothing -> tcGetEnv             `thenNF_Tc` \ (TcEnv tve tce ce gve lve gtvs) ->
-                  case lookupUFM tce name of
-                       Just stuff -> returnTc stuff
-                       Nothing    ->   -- Could be that he's using a class name as a type constructor
-                                     case lookupUFM ce name of
-                                       Just _  -> failTc (classAsTyConErr name)
-                                       Nothing -> pprPanic "tcLookupTyCon:" (ppr PprDebug name)
-
-tcLookupTyConByKey uniq
-  = tcGetEnv           `thenNF_Tc` \ (TcEnv tve tce ce gve lve gtvs) ->
-    let 
-       (kind, arity, tycon) =  lookupWithDefaultUFM_Directly tce 
-                                       (pprPanic "tcLookupTyCon:" (pprUnique10 uniq)) 
-                                       uniq
-    in
-    returnNF_Tc tycon
+\begin{code}
+tcLookupGlobal :: Name -> NF_TcM TyThing
+  = tcLookupGlobal_maybe name  `thenNF_Tc` \ maybe_thing ->
+    case maybe_thing of
+       Just thing -> returnNF_Tc thing
+       other      -> notFound "tcLookupGlobal:" name
+
+tcLookupGlobalId :: Name -> NF_TcM Id
+tcLookupGlobalId name
+  = tcLookupGlobal_maybe name  `thenNF_Tc` \ maybe_id ->
+    case maybe_id of
+       Just (AnId clas) -> returnNF_Tc id
+       other            -> notFound "tcLookupGlobalId:" name
+       
+tcLookupDataCon :: Name -> TcM DataCon
+tcLookupDataCon con_name
+  = tcLookupGlobalId con_name          `thenNF_Tc` \ con_id ->
+    case isDataConWrapId_maybe con_id of {
+       Just data_con -> returnTc data_con
+       Nothing       -> failWithTc (badCon con_id);
 
-tcLookupClass name
-  = tcGetEnv           `thenNF_Tc` \ (TcEnv tve tce ce gve lve gtvs) ->
---  pprTrace "tcLookupClass:" (hsep [text "Uniq:", pprUnique10 (uniqueOf name), text "; avail:", hsep (map (pprUnique10 . fst) (ufmToList ce))]) $
---  pprTrace "tcLookupClass:" (hsep [text "Uniq:", pprUnique (uniqueOf name), text "; avail:", hsep (map (pprUnique . fst) (ufmToList ce))]) $
-    case lookupUFM ce name of
-       Just stuff -> returnTc stuff
-       Nothing    ->   -- Could be that he's using a type constructor as a class
-                       case lookupUFM tce name of
-                         Just _ ->  failTc (tyConAsClassErr name)
-                         Nothing -> pprPanic "tcLookupClass:" (ppr PprShowAll name)
-
-tcLookupClassByKey uniq
-  = tcGetEnv           `thenNF_Tc` \ (TcEnv tve tce ce gve lve gtvs) ->
-    let
-       (kind, clas) = lookupWithDefaultUFM_Directly ce 
-                               (pprPanic "tcLookupClassByKey:" (pprUnique10 uniq))
-                               uniq
-    in
-    returnNF_Tc clas
 
-tcGetTyConsAndClasses :: NF_TcM s ([TyCon], [Class])
-tcGetTyConsAndClasses
-  = tcGetEnv           `thenNF_Tc` \ (TcEnv tve tce ce gve lve gtvs) ->
-    returnNF_Tc ([tc | (_, _, tc) <- eltsUFM tce],
-                [c  | (_, c)     <- eltsUFM ce])
+tcLookupClass :: Name -> NF_TcM Class
+tcLookupClass name
+  = tcLookupGlobal_maybe name  `thenNF_Tc` \ maybe_clas ->
+    case maybe_clas of
+       Just (AClass clas) -> returnNF_Tc clas
+       other              -> notFound "tcLookupClass:" name
+       
+tcLookupTyCon :: Name -> NF_TcM TyCon
+tcLookupTyCon name
+  = tcLookupGlobal_maybe name  `thenNF_Tc` \ maybe_tc ->
+    case maybe_tc of
+       Just (ATyCon tc) -> returnNF_Tc tc
+       other            -> notFound "tcLookupTyCon:" name
 \end{code}
 
 
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{The local environment}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-Extending and consulting the value environment
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 \begin{code}
-tcExtendGlobalValEnv ids scope
-  = tcGetEnv           `thenNF_Tc` \ (TcEnv tve tce ce gve lve gtvs) ->
+tcExtendKindEnv :: [(Name,TcKind)] -> TcM r -> TcM r
+tcExtendKindEnv pairs thing_inside
+  = tcGetEnv                           `thenNF_Tc` \ env ->
+    let
+       le' = extendNameEnvList (tcLEnv env) [(n, AThing k) | (n,k) <- pairs]
+       -- No need to extend global tyvars for kind checking
+    in
+    tcSetEnv (env {tcLEnv = le'}) thing_inside
+    
+tcExtendTyVarEnv :: [TyVar] -> TcM r -> TcM r
+tcExtendTyVarEnv tyvars thing_inside
+  = tcGetEnv                   `thenNF_Tc` \ env@(TcEnv {tcLEnv = le, tcTyVars = (in_scope_tvs, gtvs)}) ->
+    let
+       le'           = extendNameEnvList le [ (getName tv, ATyVar tv) | tv <- tyvars]
+       new_tv_set    = mkVarSet tyvars
+    in
+       -- It's important to add the in-scope tyvars to the global tyvar set
+       -- as well.  Consider
+       --      f (x::r) = let g y = y::r in ...
+       -- Here, g mustn't be generalised.  This is also important during
+       -- class and instance decls, when we mustn't generalise the class tyvars
+       -- when typechecking the methods.
+    tc_extend_gtvs gtvs new_tv_set             `thenNF_Tc` \ gtvs' ->
+    tcSetEnv (env {tcLEnv = le', tcTyVars = gtvs'}) thing_inside
+
+-- This variant, tcExtendTyVarEnvForMeths, takes *two* bunches of tyvars:
+--     the signature tyvars contain the original names
+--     the instance  tyvars are what those names should be mapped to
+-- It's needed when typechecking the method bindings of class and instance decls
+-- It does *not* extend the global tyvars; tcMethodBind does that for itself
+
+tcExtendTyVarEnvForMeths :: [TyVar] -> [TcTyVar] -> TcM r -> TcM r
+tcExtendTyVarEnvForMeths sig_tyvars inst_tyvars thing_inside
+  = tcGetEnv                                   `thenNF_Tc` \ env ->
     let
-       gve' = addListToUFM_Directly gve [(uniqueOf id, id) | id <- ids]
+       le'   = extendNameEnvList (tcLEnv env) stuff
+       stuff = [ (getName sig_tv, ATyVar inst_tv)
+               | (sig_tv, inst_tv) <- zipEqual "tcMeth" sig_tyvars inst_tyvars
+               ]
     in
-    tcSetEnv (TcEnv tve tce ce gve' lve gtvs) scope
+    tcSetEnv (env {tcLEnv = le'}) thing_inside
+\end{code}
+
 
-tcExtendLocalValEnv names ids scope
-  = tcGetEnv           `thenNF_Tc` \ (TcEnv tve tce ce gve lve gtvs) ->
-    tcReadMutVar gtvs  `thenNF_Tc` \ global_tvs ->
+\begin{code}
+tcExtendLocalValEnv :: [(Name,TcId)] -> TcM a -> TcM a
+tcExtendLocalValEnv names_w_ids thing_inside
+  = tcGetEnv           `thenNF_Tc` \ env ->
     let
-       lve' = addListToUFM lve (zipEqual "tcExtendLocalValEnv" names ids)
-       extra_global_tyvars = tyVarsOfTypes (map idType ids)
-       new_global_tyvars   = global_tvs `unionTyVarSets` extra_global_tyvars
+       extra_global_tyvars = tyVarsOfTypes [idType id | (name,id) <- names_w_ids]
+       extra_env           = [(name, ATcId id) | (name,id) <- names_w_ids]
+       le'                 = extendNameEnvList (tcLEnv env) extra_env
     in
-    tcNewMutVar new_global_tyvars      `thenNF_Tc` \ gtvs' ->
+    tc_extend_gtvs (tcTyVars env) extra_global_tyvars  `thenNF_Tc` \ gtvs' ->
+    tcSetEnv (env {tcLEnv = le', tcTyVars = gtvs'}) thing_inside
+\end{code}
 
-    tcSetEnv (TcEnv tve tce ce gve lve' gtvs') scope
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{The global tyvars}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+\begin{code}
+tcExtendGlobalTyVars extra_global_tvs thing_inside
+  = tcGetEnv                                           `thenNF_Tc` \ env ->
+    tc_extend_gtvs (tcTyVars env) extra_global_tvs     `thenNF_Tc` \ gtvs' ->
+    tcSetEnv (env {tcTyVars = gtvs') thing_inside
+
+tc_extend_gtvs gtvs extra_global_tvs
+  = tcReadMutVar gtvs                  `thenNF_Tc` \ global_tvs ->
+    tcNewMutVar (global_tvs `unionVarSet` extra_global_tvs)
 \end{code}
 
 @tcGetGlobalTyVars@ returns a fully-zonked set of tyvars free in the environment.
@@ -216,129 +383,394 @@ To improve subsequent calls to the same function it writes the zonked set back i
 the environment.
 
 \begin{code}
-tcGetGlobalTyVars :: NF_TcM s (TcTyVarSet s)
+tcGetGlobalTyVars :: NF_TcM TcTyVarSet
 tcGetGlobalTyVars
-  = tcGetEnv                           `thenNF_Tc` \ (TcEnv tve tce ce gve lve gtvs) ->
-    tcReadMutVar gtvs                  `thenNF_Tc` \ global_tvs ->
-    zonkTcTyVars global_tvs            `thenNF_Tc` \ global_tvs' ->
-    tcWriteMutVar gtvs global_tvs'     `thenNF_Tc_` 
-    returnNF_Tc global_tvs'
-
-tcExtendGlobalTyVars extra_global_tvs scope
-  = tcGetEnv                           `thenNF_Tc` \ (TcEnv tve tce ce gve lve gtvs) ->
-    tcReadMutVar gtvs                  `thenNF_Tc` \ global_tvs ->
+  = tcGetEnv                                   `thenNF_Tc` \ (TcEnv {tcTyVars = gtv_var}) ->
+    tcReadMutVar gtv_var                       `thenNF_Tc` \ global_tvs ->
+    zonkTcTyVars (varSetElems global_tvs)      `thenNF_Tc` \ global_tys' ->
     let
-       new_global_tyvars = global_tvs `unionTyVarSets` extra_global_tvs
+       global_tvs' = (tyVarsOfTypes global_tys')
     in
-    tcNewMutVar new_global_tyvars      `thenNF_Tc` \ gtvs' ->
-    tcSetEnv (TcEnv tve tce ce gve lve gtvs') scope
+    tcWriteMutVar gtv_var global_tvs'          `thenNF_Tc_` 
+    returnNF_Tc global_tvs'
 \end{code}
 
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{The local environment}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
 \begin{code}
-tcLookupLocalValue :: Name -> NF_TcM s (Maybe (TcIdBndr s))
-tcLookupLocalValue name
-  = tcGetEnv           `thenNF_Tc` \ (TcEnv tve tce ce gve lve gtvs) ->
-    returnNF_Tc (lookupUFM lve name)
+tcLookup_maybe :: Name -> NF_TcM (Maybe TcTyThing)
+tcLookup_maybe name
+  = tcGetEnv           `thenNF_Tc` \ env ->
+    returnNF_Tc (lookup_local env name)
+
+tcLookup :: Name -> NF_TcM TcTyThing
+tcLookup name
+  = tcLookup_maybe name                `thenNF_Tc` \ maybe_thing ->
+    case maybe_thing of
+       Just thing -> returnNF_Tc thing
+       other      -> notFound "tcLookup:" name
 
-tcLookupLocalValueByKey :: Unique -> NF_TcM s (Maybe (TcIdBndr s))
-tcLookupLocalValueByKey uniq
-  = tcGetEnv           `thenNF_Tc` \ (TcEnv tve tce ce gve lve gtvs) ->
-    returnNF_Tc (lookupUFM_Directly lve uniq)
 
-tcLookupLocalValueOK :: String -> Name -> NF_TcM s (TcIdBndr s)
-tcLookupLocalValueOK err name
-  = tcGetEnv           `thenNF_Tc` \ (TcEnv tve tce ce gve lve gtvs) ->
-    returnNF_Tc (lookupWithDefaultUFM lve (panic err) name)
 
+tcGetValueEnv :: NF_TcM ValueEnv
+tcGetValueEnv
+  = tcGetEnv           `thenNF_Tc` \ (TcEnv ue te ve ie gtvs) ->
+    returnNF_Tc ve
 
-tcLookupGlobalValue :: Name -> NF_TcM s Id
 
-tcLookupGlobalValue name
+tcSetValueEnv :: ValueEnv -> TcM a -> TcM a
+tcSetValueEnv ve thing_inside
+  = tcGetEnv           `thenNF_Tc` \ (TcEnv ue te _ ie gtvs) ->
+    tcSetEnv (TcEnv ue te ve ie gtvs) thing_inside
+
+explicitLookupValue :: ValueEnv -> Name -> Maybe Id
+explicitLookupValue ve name
   = case maybeWiredInIdName name of
-       Just id -> returnNF_Tc id
-       Nothing -> tcGetEnv             `thenNF_Tc` \ (TcEnv tve tce ce gve lve gtvs) ->
-                  returnNF_Tc (lookupWithDefaultUFM gve def name)
+       Just id -> Just id
+       Nothing -> lookupNameEnv ve name
+
+       -- Extract the IdInfo from an IfaceSig imported from an interface file
+tcAddImportedIdInfo :: ValueEnv -> Id -> Id
+tcAddImportedIdInfo unf_env id
+  | isLocallyDefined id                -- Don't look up locally defined Ids, because they
+                               -- have explicit local definitions, so we get a black hole!
+  = id
+  | otherwise
+  = id `lazySetIdInfo` new_info
+       -- The Id must be returned without a data dependency on maybe_id
   where
-    def = pprPanic "tcLookupGlobalValue:" (ppr PprDebug name)
+    new_info = case explicitLookupValue unf_env (getName id) of
+                    Nothing          -> vanillaIdInfo
+                    Just imported_id -> idInfo imported_id
+               -- ToDo: could check that types are the same
+\end{code}
 
-tcLookupGlobalValueMaybe :: Name -> NF_TcM s (Maybe Id)
 
-tcLookupGlobalValueMaybe name
-  = case maybeWiredInIdName name of
-       Just id -> returnNF_Tc (Just id)
-       Nothing -> tcGetEnv             `thenNF_Tc` \ (TcEnv tve tce ce gve lve gtvs) ->
-                  returnNF_Tc (lookupUFM gve name)
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{The instance environment}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
+Constructing new Ids
 
-tcLookupGlobalValueByKey :: Unique -> NF_TcM s Id
-tcLookupGlobalValueByKey uniq
-  = tcGetEnv           `thenNF_Tc` \ (TcEnv tve tce ce gve lve gtvs) ->
-    returnNF_Tc (lookupWithDefaultUFM_Directly gve def uniq)
+\begin{code}
+newLocalId :: OccName -> TcType -> SrcLoc -> NF_TcM TcId
+newLocalId name ty loc
+  = tcGetUnique                `thenNF_Tc` \ uniq ->
+    returnNF_Tc (mkUserLocal name uniq ty loc)
+
+newSpecPragmaId :: Name -> TcType -> NF_TcM TcId
+newSpecPragmaId name ty 
+  = tcGetUnique                `thenNF_Tc` \ uniq ->
+    returnNF_Tc (mkSpecPragmaId (nameOccName name) uniq ty (getSrcLoc name))
+\end{code}
+
+Make a name for the dict fun for an instance decl
+
+\begin{code}
+newDFunName :: Module -> Class -> [Type] -> SrcLoc -> NF_TcM Name
+newDFunName mod clas (ty:_) loc
+  = tcGetDFunUniq dfun_string  `thenNF_Tc` \ inst_uniq ->
+    tcGetUnique                        `thenNF_Tc` \ uniq ->
+    returnNF_Tc (mkGlobalName uniq mod
+                             (mkDFunOcc dfun_string inst_uniq) 
+                             (LocalDef loc Exported))
   where
-#ifdef DEBUG
-    def = pprPanic "tcLookupGlobalValueByKey:" (pprUnique10 uniq)
-#else
-    def = panic "tcLookupGlobalValueByKey"
-#endif
+       -- Any string that is somewhat unique will do
+    dfun_string = occNameString (getOccName clas) ++ occNameString (getDFunTyKey ty)
+
+newDefaultMethodName :: Name -> SrcLoc -> NF_TcM Name
+newDefaultMethodName op_name loc
+  = tcGetUnique                        `thenNF_Tc` \ uniq ->
+    returnNF_Tc (mkGlobalName uniq (nameModule op_name)
+                             (mkDefaultMethodOcc (getOccName op_name))
+                             (LocalDef loc Exported))
+\end{code}
 
-tcLookupGlobalValueByKeyMaybe :: Unique -> NF_TcM s (Maybe Id)
-tcLookupGlobalValueByKeyMaybe uniq
-  = tcGetEnv           `thenNF_Tc` \ (TcEnv tve tce ce gve lve gtvs) ->
-    returnNF_Tc (lookupUFM_Directly gve uniq)
 
-       -- Extract the IdInfo from an IfaceSig imported from an interface file
-tcAddImportedIdInfo :: Id -> NF_TcM s Id
-tcAddImportedIdInfo id
-  = tcLookupGlobalValueMaybe (getName id)      `thenNF_Tc` \ maybe_id ->
-    let 
-       new_info = case maybe_id of
-                    Nothing          -> noIdInfo
-                    Just imported_id -> getIdInfo imported_id
-               -- ToDo: could check that types are the same
-    in
-    returnNF_Tc (id `replaceIdInfo` new_info)
-       -- The Id must be returned without a data dependency on maybe_id
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{The instance environment}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+\begin{code}
+tcGetInstEnv :: NF_TcM InstEnv
+tcGetInstEnv = tcGetEnv        `thenNF_Tc` \ (TcEnv ue te ve ie (_,gtvs)) ->
+              returnNF_Tc ie
+
+tcSetInstEnv :: InstEnv -> TcM a -> TcM a
+tcSetInstEnv ie thing_inside
+  = tcGetEnv   `thenNF_Tc` \ (TcEnv ue te ve _ gtvs) ->
+    tcSetEnv (TcEnv ue te ve ie gtvs) thing_inside
+\end{code}    
+
+
+\begin{code}
+type InstEnv    = UniqFM ClsInstEnv            -- Maps Class to instances for that class
+type ClsInstEnv = [(TyVarSet, [Type], Id)]     -- The instances for a particular class
+
+classInstEnv :: InstEnv -> Class -> ClsInstEnv
+classInstEnv env cls = lookupWithDefaultUFM env [] cls
 \end{code}
 
+A @ClsInstEnv@ lives inside a class, and identifies all the instances
+of that class.  The @Id@ inside a ClsInstEnv mapping is the dfun for
+that instance.  
 
-Constructing new Ids
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+If class C maps to a list containing the item ([a,b], [t1,t2,t3], dfun), then
+
+       forall a b, C t1 t2 t3  can be constructed by dfun
+
+or, to put it another way, we have
+
+       instance (...) => C t1 t2 t3,  witnessed by dfun
+
+There is an important consistency constraint in the elements of a ClsInstEnv:
+
+  * [a,b] must be a superset of the free vars of [t1,t2,t3]
+
+  * The dfun must itself be quantified over [a,b]
+
+Thus, the @ClassInstEnv@ for @Eq@ might contain the following entry:
+       [a] ===> dfun_Eq_List :: forall a. Eq a => Eq [a]
+The "a" in the pattern must be one of the forall'd variables in
+the dfun type.
+
+
+
+Notes on overlapping instances
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+In some ClsInstEnvs, overlap is prohibited; that is, no pair of templates unify.
+
+In others, overlap is permitted, but only in such a way that one can make
+a unique choice when looking up.  That is, overlap is only permitted if
+one template matches the other, or vice versa.  So this is ok:
+
+  [a]  [Int]
+
+but this is not
+
+  (Int,a)  (b,Int)
+
+If overlap is permitted, the list is kept most specific first, so that
+the first lookup is the right choice.
+
+
+For now we just use association lists.
+
+\subsection{Avoiding a problem with overlapping}
+
+Consider this little program:
+
+\begin{pseudocode}
+     class C a        where c :: a
+     class C a => D a where d :: a
+
+     instance C Int where c = 17
+     instance D Int where d = 13
+
+     instance C a => C [a] where c = [c]
+     instance ({- C [a], -} D a) => D [a] where d = c
+
+     instance C [Int] where c = [37]
+
+     main = print (d :: [Int])
+\end{pseudocode}
+
+What do you think `main' prints  (assuming we have overlapping instances, and
+all that turned on)?  Well, the instance for `D' at type `[a]' is defined to
+be `c' at the same type, and we've got an instance of `C' at `[Int]', so the
+answer is `[37]', right? (the generic `C [a]' instance shouldn't apply because
+the `C [Int]' instance is more specific).
+
+Ghc-4.04 gives `[37]', while ghc-4.06 gives `[17]', so 4.06 is wrong.  That
+was easy ;-)  Let's just consult hugs for good measure.  Wait - if I use old
+hugs (pre-September99), I get `[17]', and stranger yet, if I use hugs98, it
+doesn't even compile!  What's going on!?
+
+What hugs complains about is the `D [a]' instance decl.
+
+\begin{pseudocode}
+     ERROR "mj.hs" (line 10): Cannot build superclass instance
+     *** Instance            : D [a]
+     *** Context supplied    : D a
+     *** Required superclass : C [a]
+\end{pseudocode}
+
+You might wonder what hugs is complaining about.  It's saying that you
+need to add `C [a]' to the context of the `D [a]' instance (as appears
+in comments).  But there's that `C [a]' instance decl one line above
+that says that I can reduce the need for a `C [a]' instance to the
+need for a `C a' instance, and in this case, I already have the
+necessary `C a' instance (since we have `D a' explicitly in the
+context, and `C' is a superclass of `D').
+
+Unfortunately, the above reasoning indicates a premature commitment to the
+generic `C [a]' instance.  I.e., it prematurely rules out the more specific
+instance `C [Int]'.  This is the mistake that ghc-4.06 makes.  The fix is to
+add the context that hugs suggests (uncomment the `C [a]'), effectively
+deferring the decision about which instance to use.
+
+Now, interestingly enough, 4.04 has this same bug, but it's covered up
+in this case by a little known `optimization' that was disabled in
+4.06.  Ghc-4.04 silently inserts any missing superclass context into
+an instance declaration.  In this case, it silently inserts the `C
+[a]', and everything happens to work out.
+
+(See `basicTypes/MkId:mkDictFunId' for the code in question.  Search for
+`Mark Jones', although Mark claims no credit for the `optimization' in
+question, and would rather it stopped being called the `Mark Jones
+optimization' ;-)
+
+So, what's the fix?  I think hugs has it right.  Here's why.  Let's try
+something else out with ghc-4.04.  Let's add the following line:
+
+    d' :: D a => [a]
+    d' = c
+
+Everyone raise their hand who thinks that `d :: [Int]' should give a
+different answer from `d' :: [Int]'.  Well, in ghc-4.04, it does.  The
+`optimization' only applies to instance decls, not to regular
+bindings, giving inconsistent behavior.
+
+Old hugs had this same bug.  Here's how we fixed it: like GHC, the
+list of instances for a given class is ordered, so that more specific
+instances come before more generic ones.  For example, the instance
+list for C might contain:
+    ..., C Int, ..., C a, ...  
+When we go to look for a `C Int' instance we'll get that one first.
+But what if we go looking for a `C b' (`b' is unconstrained)?  We'll
+pass the `C Int' instance, and keep going.  But if `b' is
+unconstrained, then we don't know yet if the more specific instance
+will eventually apply.  GHC keeps going, and matches on the generic `C
+a'.  The fix is to, at each step, check to see if there's a reverse
+match, and if so, abort the search.  This prevents hugs from
+prematurely chosing a generic instance when a more specific one
+exists.
+
+--Jeff
 
 \begin{code}
--- Uses the Name as the Name of the Id
-newMonoIds :: [Name] -> Kind -> ([TcIdBndr s] -> TcM s a) -> TcM s a
+emptyInstEnv :: InstEnv
+emptyInstEnv = emptyUFM
+\end{code}
 
-newMonoIds names kind m
-  = newTyVarTys no_of_names kind       `thenNF_Tc` \ tys ->
-    let
-       new_ids       = zipWithEqual "newMonoIds" mk_id names tys
-       mk_id name ty = mkUserId name ty NoPragmaInfo
-    in
-    tcExtendLocalValEnv names new_ids (m new_ids)
+@lookupInstEnv@ looks up in a @InstEnv@, using a one-way match.  Since
+the env is kept ordered, the first match must be the only one.  The
+thing we are looking up can have an arbitrary "flexi" part.
+
+\begin{code}
+lookupInstEnv :: InstEnv                       -- The envt
+             -> Class -> [Type]        -- Key
+             -> InstLookupResult
+
+data InstLookupResult 
+  = FoundInst                  -- There is a (template,substitution) pair 
+                               -- that makes the template match the key, 
+                               -- and no template is an instance of the key
+       TyVarSubstEnv Id
+
+  | NoMatch Bool       -- Boolean is true iff there is at least one
+                       -- template that matches the key.
+                       -- (but there are other template(s) that are
+                       --  instances of the key, so we don't report 
+                       --  FoundInst)
+       -- The NoMatch True case happens when we look up
+       --      Foo [a]
+       -- in an InstEnv that has entries for
+       --      Foo [Int]
+       --      Foo [b]
+       -- Then which we choose would depend on the way in which 'a'
+       -- is instantiated.  So we say there is no match, but identify
+       -- it as ambiguous case in the hope of giving a better error msg.
+       -- See the notes above from Jeff Lewis
+
+lookupInstEnv env key_cls key_tys
+  = find (classInstEnv env key_cls)
   where
-    no_of_names = length names
+    key_vars = tyVarsOfTypes key_tys
+
+    find [] = NoMatch False
+    find ((tpl_tyvars, tpl, val) : rest)
+      = case matchTys tpl_tyvars tpl key_tys of
+         Nothing                 ->
+           case matchTys key_vars key_tys tpl of
+             Nothing             -> find rest
+             Just (_, _)         -> NoMatch (any_match rest)
+         Just (subst, leftovers) -> ASSERT( null leftovers )
+                                    FoundInst subst val
+
+    any_match rest = or [ maybeToBool (matchTys tvs tpl key_tys)
+                       | (tvs,tpl,_) <- rest
+                       ]
+\end{code}
 
-newLocalId :: OccName -> TcType s -> NF_TcM s (TcIdBndr s)
-newLocalId name ty
-  = tcGetSrcLoc                `thenNF_Tc` \ loc ->
-    tcGetUnique                `thenNF_Tc` \ uniq ->
-    returnNF_Tc (mkUserLocal name uniq ty loc)
+@addToClsInstEnv@ extends a @ClsInstEnv@, checking for overlaps.
 
-newLocalIds :: [OccName] -> [TcType s] -> NF_TcM s [TcIdBndr s]
-newLocalIds names tys
-  = tcGetSrcLoc                        `thenNF_Tc` \ loc ->
-    tcGetUniques (length names) `thenNF_Tc` \ uniqs ->
-    let
-       new_ids            = zipWith3Equal "newLocalIds" mk_id names uniqs tys
-       mk_id name uniq ty = mkUserLocal name uniq ty loc
-    in
-    returnNF_Tc new_ids
+A boolean flag controls overlap reporting.
+
+True => overlap is permitted, but only if one template matches the other;
+        not if they unify but neither is 
+
+\begin{code}
+addToInstEnv :: Bool                                           -- True <=> overlap permitted
+             -> InstEnv                                        -- Envt
+            -> Class -> [TyVar] -> [Type] -> Id        -- New item
+            -> MaybeErr InstEnv                        -- Success...
+                        ([Type], Id)                   -- Failure: Offending overlap
+
+addToInstEnv overlap_ok inst_env clas ins_tvs ins_tys value
+  = case insert_into (classInstEnv inst_env clas) of
+       Failed stuff      -> Failed stuff
+       Succeeded new_env -> Succeeded (addToUFM inst_env clas new_env)
+       
+  where
+    ins_tv_set = mkVarSet ins_tvs
+    ins_item = (ins_tv_set, ins_tys, value)
+
+    insert_into [] = returnMaB [ins_item]
+    insert_into env@(cur_item@(tpl_tvs, tpl_tys, val) : rest)
+
+       -- FAIL if:
+       -- (a) they are the same, or
+       -- (b) they unify, and any sort of overlap is prohibited,
+       -- (c) they unify but neither is more specific than t'other
+      |  identical 
+      || (unifiable && not overlap_ok)
+      || (unifiable && not (ins_item_more_specific || cur_item_more_specific))
+      =  failMaB (tpl_tys, val)
+
+       -- New item is an instance of current item, so drop it here
+      | ins_item_more_specific = returnMaB (ins_item : env)
+
+       -- Otherwise carry on
+      | otherwise  = insert_into rest     `thenMaB` \ rest' ->
+                     returnMaB (cur_item : rest')
+      where
+        unifiable = maybeToBool (unifyTyListsX (ins_tv_set `unionVarSet` tpl_tvs) tpl_tys ins_tys)
+        ins_item_more_specific = maybeToBool (matchTys tpl_tvs    tpl_tys ins_tys)
+        cur_item_more_specific = maybeToBool (matchTys ins_tv_set ins_tys tpl_tys)
+       identical = ins_item_more_specific && cur_item_more_specific
 \end{code}
 
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Errors}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
 \begin{code}
-classAsTyConErr name sty
-  = hcat [ptext SLIT("Class used as a type constructor: "), ppr sty name]
+badCon con_id = quotes (ppr con_id) <+> ptext SLIT("is not a data constructor")
+badPrimOp op  = quotes (ppr op) <+> ptext SLIT("is not a primop")
 
-tyConAsClassErr name sty
-  = hcat [ptext SLIT("Type constructor used as a class: "), ppr sty name]
+notFound where name
+  = failWithTc (text where <> colon <+> quotes (ppr name) <+> ptext SLIT("is not in scope"))
 \end{code}