Simon's big boxy-type commit
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcHsType.lhs
index 757097c..968ccfb 100644 (file)
@@ -5,62 +5,60 @@
 
 \begin{code}
 module TcHsType (
-       tcHsSigType, tcHsPred,
+       tcHsSigType, tcHsDeriv,
        UserTypeCtxt(..), 
 
                -- Kind checking
        kcHsTyVars, kcHsSigType, kcHsLiftedSigType, 
-       kcCheckHsType, kcHsContext, kcHsType,
+       kcCheckHsType, kcHsContext, kcHsType, 
        
                -- Typechecking kinded types
-       tcHsKindedContext, tcHsKindedType, tcTyVarBndrs, dsHsType, 
+       tcHsKindedContext, tcHsKindedType, tcHsBangType,
+       tcTyVarBndrs, dsHsType, tcLHsConResTy,
+       tcDataKindSig,
 
-       tcAddScopedTyVars, 
-       
-       TcSigInfo(..), tcTySig, mkTcSig, maybeSig 
+               -- Pattern type signatures
+       tcHsPatSigType, tcPatSig
    ) where
 
 #include "HsVersions.h"
 
 import HsSyn           ( HsType(..), LHsType, HsTyVarBndr(..), LHsTyVarBndr, 
-                         LHsContext, Sig(..), LSig, HsPred(..), LHsPred )
+                         LHsContext, HsPred(..), LHsPred, HsExplicitForAll(..) )
 import RnHsSyn         ( extractHsTyVars )
-import TcHsSyn         ( TcId )
-
 import TcRnMonad
-import TcEnv           ( tcExtendTyVarEnv, tcExtendTyVarKindEnv,
+import TcEnv           ( tcExtendTyVarEnv, tcExtendKindEnvTvs, 
                          tcLookup, tcLookupClass, tcLookupTyCon,
-                         TyThing(..), TcTyThing(..), 
-                         getInLocalScope
+                         TyThing(..), getInLocalScope, getScopedTyVarBinds,
+                         wrongThingErr
                        )
-import TcMType         ( newKindVar, newOpenTypeKind, tcInstType, newMutTyVar, 
-                         zonkTcType, zonkTcKindToKind,
-                         checkValidType, UserTypeCtxt(..), pprHsSigCtxt
+import TcMType         ( newKindVar, 
+                         zonkTcKindToKind, 
+                         tcInstBoxyTyVar, readFilledBox,
+                         checkValidType
                        )
-import TcUnify         ( unifyKind, unifyFunKind )
-import TcType          ( Type, PredType(..), ThetaType, TyVarDetails(..),
-                         TcTyVar, TcKind, TcThetaType, TcTauType,
-                         mkTyVarTy, mkTyVarTys, mkFunTy, isTypeKind,
-                         mkForAllTys, mkFunTys, tcEqType, isPredTy,
-                         mkSigmaTy, mkPredTy, mkGenTyConApp, mkTyConApp, mkAppTys, 
-                         liftedTypeKind, unliftedTypeKind, eqKind,
-                         tcSplitFunTy_maybe, tcSplitForAllTys, pprKind )
-import qualified Type  ( splitFunTys )
-import Inst            ( Inst, InstOrigin(..), newMethod, instToId )
-
-import Id              ( mkLocalId, idName, idType )
-import Var             ( TyVar, mkTyVar, tyVarKind )
+import TcUnify         ( boxyUnify, unifyFunKind, checkExpectedKind )
+import TcIface         ( checkWiredInTyCon )
+import TcType          ( Type, PredType(..), ThetaType, BoxySigmaType,
+                         TcType, TcKind, isRigidTy,
+                         UserTypeCtxt(..), pprUserTypeCtxt,
+                         substTyWith, mkTyVarTys, tcEqType,
+                         tcIsTyVarTy, mkFunTy, mkSigmaTy, mkPredTy, 
+                         mkTyConApp, mkAppTys, typeKind )
+import Kind            ( Kind, isLiftedTypeKind, liftedTypeKind, ubxTupleKind, 
+                         openTypeKind, argTypeKind, splitKindFunTys )
+import Var             ( TyVar, mkTyVar, tyVarName )
 import TyCon           ( TyCon, tyConKind )
-import Class           ( classTyCon )
-import Name            ( Name )
+import Class           ( Class, classTyCon )
+import Name            ( Name, mkInternalName )
+import OccName         ( mkOccName, tvName )
 import NameSet
 import PrelNames       ( genUnitTyConName )
-import Subst           ( deShadowTy )
-import TysWiredIn      ( mkListTy, mkPArrTy, mkTupleTy )
+import TysWiredIn      ( mkListTy, listTyCon, mkPArrTy, parrTyCon, tupleTyCon )
 import BasicTypes      ( Boxity(..) )
-import SrcLoc          ( SrcSpan, Located(..), unLoc, noLoc )
+import SrcLoc          ( Located(..), unLoc, noLoc, getLoc, srcSpanStart )
+import UniqSupply      ( uniqsFromSupply )
 import Outputable
-import List            ( nubBy )
 \end{code}
 
 
@@ -149,6 +147,9 @@ the TyCon being defined.
 \begin{code}
 tcHsSigType :: UserTypeCtxt -> LHsType Name -> TcM Type
   -- Do kind checking, and hoist for-alls to the top
+  -- NB: it's important that the foralls that come from the top-level
+  --    HsForAllTy in hs_ty occur *first* in the returned type.
+  --     See Note [Scoped] with TcSigInfo
 tcHsSigType ctxt hs_ty 
   = addErrCtxt (pprHsSigCtxt ctxt hs_ty) $
     do { kinded_ty <- kcTypeType hs_ty
@@ -156,12 +157,27 @@ tcHsSigType ctxt hs_ty
        ; checkValidType ctxt ty        
        ; returnM ty }
 
--- tcHsPred is happy with a partial application, e.g. (ST s)
--- Used from TcDeriv
-tcHsPred pred 
-  = do { (kinded_pred,_) <- wrapLocFstM kc_pred pred   -- kc_pred rather than kcHsPred
-                                                       -- to avoid the partial application check
-       ; dsHsPred kinded_pred }
+-- Used for the deriving(...) items
+tcHsDeriv :: LHsType Name -> TcM ([TyVar], Class, [Type])
+tcHsDeriv = addLocM (tc_hs_deriv [])
+
+tc_hs_deriv tv_names (HsPredTy (HsClassP cls_name hs_tys))
+  = kcHsTyVars tv_names                $ \ tv_names' ->
+    do { cls_kind <- kcClass cls_name
+       ; (tys, res_kind) <- kcApps cls_kind (ppr cls_name) hs_tys
+       ; tcTyVarBndrs tv_names'        $ \ tyvars ->
+    do { arg_tys <- dsHsTypes tys
+       ; cls <- tcLookupClass cls_name
+       ; return (tyvars, cls, arg_tys) }}
+
+tc_hs_deriv tv_names1 (HsForAllTy _ tv_names2 (L _ []) (L _ ty))
+  =    -- Funny newtype deriving form
+       --      forall a. C [a]
+       -- where C has arity 2.  Hence can't use regular functions
+    tc_hs_deriv (tv_names1 ++ tv_names2) ty
+
+tc_hs_deriv _ other
+  = failWithTc (ptext SLIT("Illegal deriving item") <+> ppr other)
 \end{code}
 
        These functions are used during knot-tying in
@@ -180,14 +196,17 @@ tcHsKindedType :: LHsType Name -> TcM Type
   -- This is used in type and class decls, where kinding is
   -- done in advance, and validity checking is done later
   -- [Validity checking done later because of knot-tying issues.]
-tcHsKindedType hs_ty 
-  = do { ty <- dsHsType hs_ty
-       ; return (hoistForAllTys ty) }
+tcHsKindedType hs_ty = dsHsType hs_ty
+
+tcHsBangType :: LHsType Name -> TcM Type
+-- Permit a bang, but discard it
+tcHsBangType (L span (HsBangTy b ty)) = tcHsKindedType ty
+tcHsBangType ty                      = tcHsKindedType ty
 
 tcHsKindedContext :: LHsContext Name -> TcM ThetaType
 -- Used when we are expecting a ClassContext (i.e. no implicit params)
 -- Does not do validity checking, like tcHsKindedType
-tcHsKindedContext hs_theta = addLocM (mappM dsHsPred) hs_theta
+tcHsKindedContext hs_theta = addLocM (mappM dsHsLPred) hs_theta
 \end{code}
 
 
@@ -207,26 +226,31 @@ kcLiftedType ty = kcCheckHsType ty liftedTypeKind
     
 ---------------------------
 kcTypeType :: LHsType Name -> TcM (LHsType Name)
--- The type ty must be a *type*, but it can be lifted or unlifted
--- Be sure to use checkExpectedKind, rather than simply unifying 
--- with (Type bx), because it gives better error messages
-kcTypeType ty
-  = kcHsType ty                        `thenM` \ (ty', kind) ->
-    if isTypeKind kind then
-       return ty'
-    else
-    newOpenTypeKind                            `thenM` \ type_kind ->
-    traceTc (text "kcTypeType" $$ nest 2 (ppr ty $$ ppr ty' $$ ppr kind $$ ppr type_kind)) `thenM_`
-    checkExpectedKind ty kind type_kind                `thenM_`
-    returnM ty'
+-- The type ty must be a *type*, but it can be lifted or 
+-- unlifted or an unboxed tuple.
+kcTypeType ty = kcCheckHsType ty openTypeKind
 
 ---------------------------
 kcCheckHsType :: LHsType Name -> TcKind -> TcM (LHsType Name)
 -- Check that the type has the specified kind
-kcCheckHsType ty exp_kind 
-  = kcHsType ty                                        `thenM` \ (ty', act_kind) ->
-    checkExpectedKind ty act_kind exp_kind     `thenM_`
-    returnM ty'
+-- Be sure to use checkExpectedKind, rather than simply unifying 
+-- with OpenTypeKind, because it gives better error messages
+kcCheckHsType (L span ty) exp_kind 
+  = setSrcSpan span                            $
+    do { (ty', act_kind) <- add_ctxt ty (kc_hs_type ty)
+               -- Add the context round the inner check only
+               -- because checkExpectedKind already mentions
+               -- 'ty' by name in any error message
+
+       ; checkExpectedKind ty act_kind exp_kind
+       ; return (L span ty') }
+  where
+       -- Wrap a context around only if we want to
+       -- show that contexts.  Omit invisble ones
+       -- and ones user's won't grok (HsPred p).
+    add_ctxt (HsPredTy p)                         thing = thing
+    add_ctxt (HsForAllTy Implicit tvs (L _ []) ty) thing = thing
+    add_ctxt other_ty thing = addErrCtxt (typeCtxt ty) thing
 \end{code}
 
        Here comes the main function
@@ -248,9 +272,6 @@ kc_hs_type (HsParTy ty)
  = kcHsType ty         `thenM` \ (ty', kind) ->
    returnM (HsParTy ty', kind)
 
--- kcHsType (HsSpliceTy s)
---   = kcSpliceType s)
-
 kc_hs_type (HsTyVar name)
   = kcTyVar name       `thenM` \ kind ->
     returnM (HsTyVar name, kind)
@@ -276,11 +297,11 @@ kc_hs_type (HsTupleTy Boxed tys)
 
 kc_hs_type (HsTupleTy Unboxed tys)
   = mappM kcTypeType tys       `thenM` \ tys' ->
-    returnM (HsTupleTy Unboxed tys', unliftedTypeKind)
+    returnM (HsTupleTy Unboxed tys', ubxTupleKind)
 
 kc_hs_type (HsFunTy ty1 ty2)
-  = kcTypeType ty1     `thenM` \ ty1' ->
-    kcTypeType ty2     `thenM` \ ty2' ->
+  = kcCheckHsType ty1 argTypeKind      `thenM` \ ty1' ->
+    kcTypeType ty2                     `thenM` \ ty2' ->
     returnM (HsFunTy ty1' ty2', liftedTypeKind)
 
 kc_hs_type ty@(HsOpTy ty1 op ty2)
@@ -307,18 +328,24 @@ kc_hs_type (HsForAllTy exp tv_names context ty)
   = kcHsTyVars tv_names                $ \ tv_names' ->
     kcHsContext context                `thenM` \ ctxt' ->
     kcLiftedType ty            `thenM` \ ty' ->
-       -- The body of a forall must be a type, but in principle
+       -- The body of a forall is usually a type, but in principle
        -- there's no reason to prohibit *unlifted* types.
        -- In fact, GHC can itself construct a function with an
        -- unboxed tuple inside a for-all (via CPR analyis; see 
        -- typecheck/should_compile/tc170)
        --
        -- Still, that's only for internal interfaces, which aren't
-       -- kind-checked, and it's a bit inconvenient to use kcTypeType
-       -- here (because it doesn't return the result kind), so I'm 
-       -- leaving it as lifted types for now.
+       -- kind-checked, so we only allow liftedTypeKind here
     returnM (HsForAllTy exp tv_names' ctxt' ty', liftedTypeKind)
 
+kc_hs_type (HsBangTy b ty)
+  = do { (ty', kind) <- kcHsType ty
+       ; return (HsBangTy b ty', kind) }
+
+kc_hs_type ty@(HsSpliceTy _)
+  = failWithTc (ptext SLIT("Unexpected type splice:") <+> ppr ty)
+
+
 ---------------------------
 kcApps :: TcKind                       -- Function kind
        -> SDoc                         -- Function 
@@ -326,7 +353,7 @@ kcApps :: TcKind                    -- Function kind
        -> TcM ([LHsType Name], TcKind) -- Kind-checked args
 kcApps fun_kind ppr_fun args
   = split_fk fun_kind (length args)    `thenM` \ (arg_kinds, res_kind) ->
-    mappM kc_arg (args `zip` arg_kinds)        `thenM` \ args' ->
+    zipWithM kc_arg args arg_kinds     `thenM` \ args' ->
     returnM (args', res_kind)
   where
     split_fk fk 0 = returnM ([], fk)
@@ -336,17 +363,21 @@ kcApps fun_kind ppr_fun args
                        Just (ak,fk') -> split_fk fk' (n-1)     `thenM` \ (aks, rk) ->
                                         returnM (ak:aks, rk)
 
-    kc_arg (arg, arg_kind) = kcCheckHsType arg arg_kind
+    kc_arg arg arg_kind = kcCheckHsType arg arg_kind
 
     too_many_args = ptext SLIT("Kind error:") <+> quotes ppr_fun <+>
                    ptext SLIT("is applied to too many type arguments")
 
 ---------------------------
 kcHsContext :: LHsContext Name -> TcM (LHsContext Name)
-kcHsContext ctxt = wrapLocM (mappM kcHsPred) ctxt
+kcHsContext ctxt = wrapLocM (mappM kcHsLPred) ctxt
+
+kcHsLPred :: LHsPred Name -> TcM (LHsPred Name)
+kcHsLPred = wrapLocM kcHsPred
 
-kcHsPred pred          -- Checks that the result is of kind liftedType
-  = wrapLocFstM kc_pred pred                   `thenM` \ (pred', kind) ->
+kcHsPred :: HsPred Name -> TcM (HsPred Name)
+kcHsPred pred  -- Checks that the result is of kind liftedType
+  = kc_pred pred                               `thenM` \ (pred', kind) ->
     checkExpectedKind pred kind liftedTypeKind `thenM_` 
     returnM pred'
     
@@ -366,81 +397,24 @@ kc_pred pred@(HsClassP cls tys)
 ---------------------------
 kcTyVar :: Name -> TcM TcKind
 kcTyVar name   -- Could be a tyvar or a tycon
-  = tcLookup name      `thenM` \ thing ->
+  = traceTc (text "lk1" <+> ppr name)  `thenM_`
+    tcLookup name      `thenM` \ thing ->
+    traceTc (text "lk2" <+> ppr name <+> ppr thing)    `thenM_`
     case thing of 
-       ATyVar tv               -> returnM (tyVarKind tv)
-       ARecTyCon kind          -> returnM kind
+       ATyVar _ ty             -> returnM (typeKind ty)
+       AThing kind             -> returnM kind
        AGlobal (ATyCon tc)     -> returnM (tyConKind tc) 
-       other                   -> failWithTc (wrongThingErr "type" thing name)
+       other                   -> wrongThingErr "type" thing name
 
 kcClass :: Name -> TcM TcKind
 kcClass cls    -- Must be a class
   = tcLookup cls                               `thenM` \ thing -> 
     case thing of
-       ARecClass kind          -> returnM kind
+       AThing kind             -> returnM kind
        AGlobal (AClass cls)    -> returnM (tyConKind (classTyCon cls))
-       other                   -> failWithTc (wrongThingErr "class" thing cls)
+       other                   -> wrongThingErr "class" thing cls
 \end{code}
 
-       Helper functions
-
-
-\begin{code}
----------------------------
--- We would like to get a decent error message from
---   (a) Under-applied type constructors
---             f :: (Maybe, Maybe)
---   (b) Over-applied type constructors
---             f :: Int x -> Int x
---
-
-
-checkExpectedKind :: Outputable a => Located a -> TcKind -> TcKind -> TcM TcKind
--- A fancy wrapper for 'unifyKind', which tries to give 
--- decent error messages.
--- Returns the same kind that it is passed, exp_kind
-checkExpectedKind (L span ty) act_kind exp_kind
-  | act_kind `eqKind` exp_kind -- Short cut for a very common case
-  = returnM exp_kind   
-  | otherwise
-  = tryTc (unifyKind exp_kind act_kind)        `thenM` \ (errs, mb_r) ->
-    case mb_r of {
-       Just _  -> returnM exp_kind ;   -- Unification succeeded
-       Nothing ->
-
-       -- So there's definitely an error
-       -- Now to find out what sort
-    addSrcSpan span            $
-    zonkTcType exp_kind                `thenM` \ exp_kind ->
-    zonkTcType act_kind                `thenM` \ act_kind ->
-
-    let (exp_as, _) = Type.splitFunTys exp_kind
-        (act_as, _) = Type.splitFunTys act_kind
-               -- Use the Type versions for kinds      
-       n_exp_as = length exp_as
-       n_act_as = length act_as
-
-       err | n_exp_as < n_act_as       -- E.g. [Maybe]
-           = quotes (ppr ty) <+> ptext SLIT("is not applied to enough type arguments")
-
-               -- Now n_exp_as >= n_act_as. In the next two cases, 
-               -- n_exp_as == 0, and hence so is n_act_as
-           | exp_kind `eqKind` liftedTypeKind && act_kind `eqKind` unliftedTypeKind
-           = ptext SLIT("Expecting a lifted type, but") <+> quotes (ppr ty) 
-               <+> ptext SLIT("is unlifted")
-
-           | exp_kind `eqKind` unliftedTypeKind && act_kind `eqKind` liftedTypeKind
-           = ptext SLIT("Expecting an unlifted type, but") <+> quotes (ppr ty) 
-               <+> ptext SLIT("is lifted")
-
-           | otherwise                 -- E.g. Monad [Int]
-           = sep [ ptext SLIT("Expecting kind") <+> quotes (pprKind exp_kind) <> comma,
-                   ptext SLIT("but") <+> quotes (ppr ty) <+> 
-                       ptext SLIT("has kind") <+> quotes (pprKind act_kind)]
-   in
-   failWithTc (ptext SLIT("Kind error:") <+> err) 
-   }
-\end{code}
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
@@ -453,7 +427,10 @@ The type desugarer
        * Transforms from HsType to Type
        * Zonks any kinds
 
-It cannot fail, and does no validity checking
+It cannot fail, and does no validity checking, except for 
+structural matters, such as
+       (a) spurious ! annotations.
+       (b) a class used as a type
 
 \begin{code}
 dsHsType :: LHsType Name -> TcM Type
@@ -466,20 +443,28 @@ ds_type ty@(HsTyVar name)
 ds_type (HsParTy ty)           -- Remove the parentheses markers
   = dsHsType ty
 
+ds_type ty@(HsBangTy _ _)      -- No bangs should be here
+  = failWithTc (ptext SLIT("Unexpected strictness annotation:") <+> ppr ty)
+
 ds_type (HsKindSig ty k)
   = dsHsType ty        -- Kind checking done already
 
 ds_type (HsListTy ty)
-  = dsHsType ty                                `thenM` \ tau_ty ->
+  = dsHsType ty                        `thenM` \ tau_ty ->
+    checkWiredInTyCon listTyCon        `thenM_`
     returnM (mkListTy tau_ty)
 
 ds_type (HsPArrTy ty)
-  = dsHsType ty                                `thenM` \ tau_ty ->
+  = dsHsType ty                        `thenM` \ tau_ty ->
+    checkWiredInTyCon parrTyCon        `thenM_`
     returnM (mkPArrTy tau_ty)
 
 ds_type (HsTupleTy boxity tys)
-  = dsHsTypes tys                      `thenM` \ tau_tys ->
-    returnM (mkTupleTy boxity (length tys) tau_tys)
+  = dsHsTypes tys              `thenM` \ tau_tys ->
+    checkWiredInTyCon tycon    `thenM_`
+    returnM (mkTyConApp tycon tau_tys)
+  where
+    tycon = tupleTyCon boxity (length tys)
 
 ds_type (HsFunTy ty1 ty2)
   = dsHsType ty1                       `thenM` \ tau_ty1 ->
@@ -489,7 +474,7 @@ ds_type (HsFunTy ty1 ty2)
 ds_type (HsOpTy ty1 (L span op) ty2)
   = dsHsType ty1               `thenM` \ tau_ty1 ->
     dsHsType ty2               `thenM` \ tau_ty2 ->
-    addSrcSpan span (ds_var_app op [tau_ty1,tau_ty2])
+    setSrcSpan span (ds_var_app op [tau_ty1,tau_ty2])
 
 ds_type (HsNumTy n)
   = ASSERT(n==1)
@@ -505,7 +490,7 @@ ds_type (HsPredTy pred)
 
 ds_type full_ty@(HsForAllTy exp tv_names ctxt ty)
   = tcTyVarBndrs tv_names              $ \ tyvars ->
-    mappM dsHsPred (unLoc ctxt)                `thenM` \ theta ->
+    mappM dsHsLPred (unLoc ctxt)       `thenM` \ theta ->
     dsHsType ty                                `thenM` \ tau ->
     returnM (mkSigmaTy tyvars theta tau)
 
@@ -531,30 +516,60 @@ ds_var_app :: Name -> [Type] -> TcM Type
 ds_var_app name arg_tys 
  = tcLookup name                       `thenM` \ thing ->
     case thing of
-       ATyVar tv            -> returnM (mkAppTys (mkTyVarTy tv) arg_tys)
-       AGlobal (ATyCon tc)  -> returnM (mkGenTyConApp tc arg_tys)
-       ARecTyCon _          -> tcLookupTyCon name      `thenM` \ tc ->
-                               returnM (mkGenTyConApp tc arg_tys)
-       other -> pprPanic "ds_app_type" (ppr name <+> ppr arg_tys)
+       ATyVar _ ty         -> returnM (mkAppTys ty arg_tys)
+       AGlobal (ATyCon tc) -> returnM (mkTyConApp tc arg_tys)
+       other               -> wrongThingErr "type" thing name
 \end{code}
 
 
 Contexts
 ~~~~~~~~
+
 \begin{code}
-dsHsPred :: LHsPred Name -> TcM PredType
-dsHsPred pred = ds_pred (unLoc pred)
+dsHsLPred :: LHsPred Name -> TcM PredType
+dsHsLPred pred = dsHsPred (unLoc pred)
 
-ds_pred pred@(HsClassP class_name tys)
+dsHsPred pred@(HsClassP class_name tys)
   = dsHsTypes tys                      `thenM` \ arg_tys ->
     tcLookupClass class_name           `thenM` \ clas ->
     returnM (ClassP clas arg_tys)
 
-ds_pred (HsIParam name ty)
+dsHsPred (HsIParam name ty)
   = dsHsType ty                                        `thenM` \ arg_ty ->
     returnM (IParam name arg_ty)
 \end{code}
 
+GADT constructor signatures
+
+\begin{code}
+tcLHsConResTy :: LHsType Name -> TcM (TyCon, [TcType])
+tcLHsConResTy ty@(L span _) 
+  = setSrcSpan span $ 
+    addErrCtxt (gadtResCtxt ty) $
+    tc_con_res ty []
+
+tc_con_res (L _ (HsAppTy fun res_ty)) res_tys
+  = do { res_ty' <- dsHsType res_ty
+       ; tc_con_res fun (res_ty' : res_tys) }
+
+tc_con_res ty@(L _ (HsTyVar name)) res_tys
+  = do { thing <- tcLookup name
+       ; case thing of
+           AGlobal (ATyCon tc) -> return (tc, res_tys)
+           other -> failWithTc (badGadtDecl ty)
+       }
+
+tc_con_res ty _ = failWithTc (badGadtDecl ty)
+
+gadtResCtxt ty
+  = hang (ptext SLIT("In the result type of a data constructor:"))
+       2 (ppr ty)
+badGadtDecl ty
+  = hang (ptext SLIT("Malformed constructor result type:"))
+       2 (ppr ty)
+
+typeCtxt ty = ptext SLIT("In the type") <+> quotes (ppr ty)
+\end{code}
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
@@ -570,8 +585,7 @@ kcHsTyVars :: [LHsTyVarBndr Name]
           -> TcM r
 kcHsTyVars tvs thing_inside 
   = mappM (wrapLocM kcHsTyVar) tvs     `thenM` \ bndrs ->
-    tcExtendTyVarKindEnv bndrs                 $
-    thing_inside bndrs
+    tcExtendKindEnvTvs bndrs (thing_inside bndrs)
 
 kcHsTyVar :: HsTyVarBndr Name -> TcM (HsTyVarBndr Name)
        -- Return a *kind-annotated* binder, and a tyvar with a mutable kind in it      
@@ -589,10 +603,40 @@ tcTyVarBndrs bndrs thing_inside
   = mapM (zonk . unLoc) bndrs  `thenM` \ tyvars ->
     tcExtendTyVarEnv tyvars (thing_inside tyvars)
   where
-    zonk (KindedTyVar name kind) = zonkTcKindToKind kind       `thenM` \ kind' ->
-                                  returnM (mkTyVar name kind')
-    zonk (UserTyVar name) = pprTrace "BAD: Un-kinded tyvar" (ppr name) $
-                           returnM (mkTyVar name liftedTypeKind)
+    zonk (KindedTyVar name kind) = do { kind' <- zonkTcKindToKind kind
+                                     ; return (mkTyVar name kind') }
+    zonk (UserTyVar name) = pprTrace "Un-kinded tyvar" (ppr name) $
+                           return (mkTyVar name liftedTypeKind)
+
+-----------------------------------
+tcDataKindSig :: Maybe Kind -> TcM [TyVar]
+-- GADT decls can have a (perhpas partial) kind signature
+--     e.g.  data T :: * -> * -> * where ...
+-- This function makes up suitable (kinded) type variables for 
+-- the argument kinds, and checks that the result kind is indeed *
+tcDataKindSig Nothing = return []
+tcDataKindSig (Just kind)
+  = do { checkTc (isLiftedTypeKind res_kind) (badKindSig kind)
+       ; span <- getSrcSpanM
+       ; us   <- newUniqueSupply 
+       ; let loc   = srcSpanStart span
+             uniqs = uniqsFromSupply us
+       ; return [ mk_tv loc uniq str kind 
+                | ((kind, str), uniq) <- arg_kinds `zip` names `zip` uniqs ] }
+  where
+    (arg_kinds, res_kind) = splitKindFunTys kind
+    mk_tv loc uniq str kind = mkTyVar name kind
+       where
+          name = mkInternalName uniq occ loc
+          occ  = mkOccName tvName str
+
+    names :: [String]  -- a,b,c...aa,ab,ac etc
+    names = [ c:cs | cs <- "" : names, c <- ['a'..'z'] ] 
+
+badKindSig :: Kind -> SDoc
+badKindSig kind 
+ = hang (ptext SLIT("Kind signature on data type declaration has non-* return kind"))
+       2 (ppr kind)
 \end{code}
 
 
@@ -636,210 +680,137 @@ Historical note:
           it with expected_ty afterwards
 
 \begin{code}
-tcAddScopedTyVars :: [LHsType Name] -> TcM a -> TcM a
-tcAddScopedTyVars [] thing_inside
-  = thing_inside       -- Quick get-out for the empty case
-
-tcAddScopedTyVars sig_tys thing_inside
-  = getInLocalScope                    `thenM` \ in_scope ->
-    getSrcSpanM                                `thenM` \ span ->
-    let
-       sig_tvs = [ L span (UserTyVar n) 
-                 | ty <- sig_tys,
-                   n <- nameSetToList (extractHsTyVars ty),
-                   not (in_scope n) ]
-       -- The tyvars we want are the free type variables of 
-       -- the type that are not already in scope
-    in       
-       -- Behave like kcHsType on a ForAll type
-       -- i.e. make kinded tyvars with mutable kinds, 
-       --      and kind-check the enclosed types
-    kcHsTyVars sig_tvs (\ kinded_tvs -> do
-                           { mappM kcTypeType sig_tys
-                           ; return kinded_tvs })      `thenM` \ kinded_tvs ->
-
-       -- Zonk the mutable kinds and bring the tyvars into scope
-       -- Rather like tcTyVarBndrs, except that it brings *mutable* 
-       -- tyvars into scope, not immutable ones
-       --
-       -- Furthermore, the tyvars are PatSigTvs, which means that we get better
-       -- error messages when type variables escape:
-       --      Inferred type is less polymorphic than expected
-       --      Quantified type variable `t' escapes
-       --      It is mentioned in the environment:
-       --      t is bound by the pattern type signature at tcfail103.hs:6
-    mapM (zonk . unLoc) kinded_tvs     `thenM` \ tyvars ->
-    tcExtendTyVarEnv tyvars thing_inside
-
+tcHsPatSigType :: UserTypeCtxt
+              -> LHsType Name          -- The type signature
+              -> TcM ([TyVar],         -- Newly in-scope type variables
+                       Type)           -- The signature
+-- Used for type-checking type signatures in
+-- (a) patterns          e.g  f (x::Int) = e
+-- (b) result signatures  e.g. g x :: Int = e
+-- (c) RULE forall bndrs  e.g. forall (x::Int). f x = x
+
+tcHsPatSigType ctxt hs_ty 
+  = addErrCtxt (pprHsSigCtxt ctxt hs_ty) $
+    do {       -- Find the type variables that are mentioned in the type
+               -- but not already in scope.  These are the ones that
+               -- should be bound by the pattern signature
+         in_scope <- getInLocalScope
+       ; let span = getLoc hs_ty
+             sig_tvs = [ L span (UserTyVar n) 
+                       | n <- nameSetToList (extractHsTyVars hs_ty),
+                         not (in_scope n) ]
+
+       -- Behave very like type-checking (HsForAllTy sig_tvs hs_ty),
+       -- except that we want to keep the tvs separate
+       ; (kinded_tvs, kinded_ty) <- kcHsTyVars sig_tvs $ \ kinded_tvs -> do
+                                   { kinded_ty <- kcTypeType hs_ty
+                                   ; return (kinded_tvs, kinded_ty) }
+       ; tcTyVarBndrs kinded_tvs $ \ tyvars -> do
+       { sig_ty <- dsHsType kinded_ty
+       ; checkValidType ctxt sig_ty 
+       ; return (tyvars, sig_ty)
+      } }
+
+tcPatSig :: UserTypeCtxt
+        -> LHsType Name
+        -> BoxySigmaType
+        -> TcM (TcType,           -- The type to use for "inside" the signature
+                [(Name,TcType)])  -- The new bit of type environment, binding
+                                  -- the scoped type variables
+tcPatSig ctxt sig res_ty
+  = do { (sig_tvs, sig_ty) <- tcHsPatSigType ctxt sig
+
+       ; if null sig_tvs then do {
+               -- The type signature binds no type variables, 
+               -- and hence is rigid, so use it to zap the res_ty
+                 boxyUnify sig_ty res_ty
+               ; return (sig_ty, [])
+
+       } else do {
+               -- Type signature binds at least one scoped type variable
+       
+               -- A pattern binding cannot bind scoped type variables
+               -- The renamer fails with a name-out-of-scope error 
+               -- if a pattern binding tries to bind a type variable,
+               -- So we just have an ASSERT here
+       ; let in_pat_bind = case ctxt of
+                               BindPatSigCtxt -> True
+                               other          -> False
+       ; ASSERT( not in_pat_bind || null sig_tvs ) return ()
+
+               -- Check that pat_ty is rigid
+       ; checkTc (isRigidTy res_ty) (wobblyPatSig sig_tvs)
+
+               -- Now match the pattern signature against res_ty
+               -- For convenience, and uniform-looking error messages
+               -- we do the matching by allocating meta type variables, 
+               -- unifying, and reading out the results.
+               -- This is a strictly local operation.
+       ; box_tvs <- mapM tcInstBoxyTyVar sig_tvs
+       ; boxyUnify (substTyWith sig_tvs (mkTyVarTys box_tvs) sig_ty) res_ty
+       ; sig_tv_tys <- mapM readFilledBox box_tvs
+
+               -- Check that each is bound to a distinct type variable,
+               -- and one that is not already in scope
+       ; let tv_binds = map tyVarName sig_tvs `zip` sig_tv_tys
+       ; binds_in_scope <- getScopedTyVarBinds
+       ; check binds_in_scope tv_binds
+       
+               -- Phew!
+       ; return (res_ty, tv_binds)
+       } }
   where
-    zonk (KindedTyVar name kind) = zonkTcKindToKind kind       `thenM` \ kind' ->
-                                  newMutTyVar name kind' PatSigTv
-    zonk (UserTyVar name) = pprTrace "BAD: Un-kinded tyvar" (ppr name) $
-                           returnM (mkTyVar name liftedTypeKind)
-\end{code}
+    check in_scope []           = return ()
+    check in_scope ((n,ty):rest) = do { check_one in_scope n ty
+                                     ; check ((n,ty):in_scope) rest }
 
+    check_one in_scope n ty
+       = do { checkTc (tcIsTyVarTy ty) (scopedNonVar n ty)
+               -- Must bind to a type variable
 
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection{Signatures}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-@tcSigs@ checks the signatures for validity, and returns a list of
-{\em freshly-instantiated} signatures.  That is, the types are already
-split up, and have fresh type variables installed.  All non-type-signature
-"RenamedSigs" are ignored.
-
-The @TcSigInfo@ contains @TcTypes@ because they are unified with
-the variable's type, and after that checked to see whether they've
-been instantiated.
-
-\begin{code}
-data TcSigInfo
-  = TySigInfo {
-       sig_poly_id :: TcId,    -- *Polymorphic* binder for this value...
-                               -- Has name = N
-
-       sig_tvs   :: [TcTyVar],         -- tyvars
-       sig_theta :: TcThetaType,       -- theta
-       sig_tau   :: TcTauType,         -- tau
-
-       sig_mono_id :: TcId,    -- *Monomorphic* binder for this value
-                               -- Does *not* have name = N
-                               -- Has type tau
-
-       sig_insts :: [Inst],    -- Empty if theta is null, or
-                               -- (method mono_id) otherwise
-
-       sig_loc :: SrcSpan      -- The location of the signature
-    }
-
-
-instance Outputable TcSigInfo where
-    ppr (TySigInfo id tyvars theta tau _ inst _) =
-       ppr id <+> ptext SLIT("::") <+> ppr tyvars <+> ppr theta <+> ptext SLIT("=>") <+> ppr tau
-
-maybeSig :: [TcSigInfo] -> Name -> Maybe (TcSigInfo)
-       -- Search for a particular signature
-maybeSig [] name = Nothing
-maybeSig (sig@(TySigInfo sig_id _ _ _ _ _ _) : sigs) name
-  | name == idName sig_id = Just sig
-  | otherwise            = maybeSig sigs name
-\end{code}
-
+            ; checkTc (null dups) (dupInScope n (head dups) ty)
+               -- Must not bind to the same type variable
+               -- as some other in-scope type variable
 
-\begin{code}
-tcTySig :: LSig Name -> TcM TcSigInfo
-
-tcTySig (L span (Sig (L _ v) ty))
- = addSrcSpan span                     $
-   tcHsSigType (FunSigCtxt v) ty       `thenM` \ sigma_tc_ty ->
-   mkTcSig (mkLocalId v sigma_tc_ty)   `thenM` \ sig -> 
-   returnM sig
-
-mkTcSig :: TcId -> TcM TcSigInfo
-mkTcSig poly_id
-  =    -- Instantiate this type
-       -- It's important to do this even though in the error-free case
-       -- we could just split the sigma_tc_ty (since the tyvars don't
-       -- unified with anything).  But in the case of an error, when
-       -- the tyvars *do* get unified with something, we want to carry on
-       -- typechecking the rest of the program with the function bound
-       -- to a pristine type, namely sigma_tc_ty
-   tcInstType SigTv (idType poly_id)           `thenM` \ (tyvars', theta', tau') ->
-
-   getInstLoc SignatureOrigin                  `thenM` \ inst_loc ->
-   newMethod inst_loc poly_id
-            (mkTyVarTys tyvars')
-            theta' tau'                        `thenM` \ inst ->
-       -- We make a Method even if it's not overloaded; no harm
-       -- But do not extend the LIE!  We're just making an Id.
-       
-   getSrcSpanM                                 `thenM` \ src_loc ->
-   returnM (TySigInfo { sig_poly_id = poly_id, sig_tvs = tyvars', 
-                       sig_theta = theta', sig_tau = tau', 
-                       sig_mono_id = instToId inst,
-                       sig_insts = [inst], sig_loc = src_loc })
+            ; return () }
+       where
+         dups = [n' | (n',ty') <- in_scope, tcEqType ty' ty]
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{Errors and contexts}
+               Scoped type variables
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-
 \begin{code}
-hoistForAllTys :: Type -> Type
--- Used for user-written type signatures only
--- Move all the foralls and constraints to the top
--- e.g.  T -> forall a. a        ==>   forall a. T -> a
---      T -> (?x::Int) -> Int   ==>   (?x::Int) -> T -> Int
---
--- Also: eliminate duplicate constraints.  These can show up
--- when hoisting constraints, notably implicit parameters.
---
--- We want to 'look through' type synonyms when doing this
--- so it's better done on the Type than the HsType
-
-hoistForAllTys ty
-  = let
-       no_shadow_ty = deShadowTy ty
-       -- Running over ty with an empty substitution gives it the
-       -- no-shadowing property.  This is important.  For example:
-       --      type Foo r = forall a. a -> r
-       --      foo :: Foo (Foo ())
-       -- Here the hoisting should give
-       --      foo :: forall a a1. a -> a1 -> ()
-       --
-       -- What about type vars that are lexically in scope in the envt?
-       -- We simply rely on them having a different unique to any
-       -- binder in 'ty'.  Otherwise we'd have to slurp the in-scope-tyvars
-       -- out of the envt, which is boring and (I think) not necessary.
-    in
-    case hoist no_shadow_ty of 
-       (tvs, theta, body) -> mkForAllTys tvs (mkFunTys (nubBy tcEqType theta) body)
-               -- The 'nubBy' eliminates duplicate constraints,
-               -- notably implicit parameters
+pprHsSigCtxt :: UserTypeCtxt -> LHsType Name -> SDoc
+pprHsSigCtxt ctxt hs_ty = vcat [ ptext SLIT("In") <+> pprUserTypeCtxt ctxt <> colon, 
+                                nest 2 (pp_sig ctxt) ]
   where
-    hoist ty
-       | (tvs1, body_ty) <- tcSplitForAllTys ty,
-         not (null tvs1)
-       = case hoist body_ty of
-               (tvs2,theta,tau) -> (tvs1 ++ tvs2, theta, tau)
-
-       | Just (arg, res) <- tcSplitFunTy_maybe ty
-       = let
-             arg' = hoistForAllTys arg -- Don't forget to apply hoist recursively
-         in                            -- to the argument type
-         if (isPredTy arg') then
-           case hoist res of
-               (tvs,theta,tau) -> (tvs, arg':theta, tau)
-         else
-            case hoist res of
-               (tvs,theta,tau) -> (tvs, theta, mkFunTy arg' tau)
-
-       | otherwise = ([], [], ty)
+    pp_sig (FunSigCtxt n)  = pp_n_colon n
+    pp_sig (ConArgCtxt n)  = pp_n_colon n
+    pp_sig (ForSigCtxt n)  = pp_n_colon n
+    pp_sig (RuleSigCtxt n) = pp_n_colon n
+    pp_sig other          = ppr (unLoc hs_ty)
+
+    pp_n_colon n = ppr n <+> dcolon <+> ppr (unLoc hs_ty)
+
+
+wobblyPatSig sig_tvs
+  = hang (ptext SLIT("A pattern type signature cannot bind scoped type variables") 
+               <+> pprQuotedList sig_tvs)
+       2 (ptext SLIT("unless the pattern has a rigid type context"))
+               
+scopedNonVar n ty
+  = vcat [sep [ptext SLIT("The scoped type variable") <+> quotes (ppr n),
+              nest 2 (ptext SLIT("is bound to the type") <+> quotes (ppr ty))],
+         nest 2 (ptext SLIT("You can only bind scoped type variables to type variables"))]
+
+dupInScope n n' ty
+  = hang (ptext SLIT("The scoped type variables") <+> quotes (ppr n) <+> ptext SLIT("and") <+> quotes (ppr n'))
+       2 (vcat [ptext SLIT("are bound to the same type (variable)"),
+               ptext SLIT("Distinct scoped type variables must be distinct")])
 \end{code}
 
-
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection{Errors and contexts}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
-
-\begin{code}
-wrongThingErr expected thing name
-  = pp_thing thing <+> quotes (ppr name) <+> ptext SLIT("used as a") <+> text expected
-  where
-    pp_thing (AGlobal (ATyCon _))   = ptext SLIT("Type constructor")
-    pp_thing (AGlobal (AClass _))   = ptext SLIT("Class")
-    pp_thing (AGlobal (AnId   _))   = ptext SLIT("Identifier")
-    pp_thing (AGlobal (ADataCon _)) = ptext SLIT("Data constructor")
-    pp_thing (ATyVar _)            = ptext SLIT("Type variable")
-    pp_thing (ATcId _ _ _)         = ptext SLIT("Local identifier")
-    pp_thing (ARecTyCon _)         = ptext SLIT("Rec tycon")
-    pp_thing (ARecClass _)         = ptext SLIT("Rec class")
-\end{code}