[project @ 2001-11-05 14:16:48 by simonpj]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcMonoType.lhs
index dad3e7b..ca4629a 100644 (file)
 %
-% (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1996
+% (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
 %
 \section[TcMonoType]{Typechecking user-specified @MonoTypes@}
 
 \begin{code}
-module TcMonoType ( tcHsType, tcHsTypeKind, tcContext, tcTyVarScope ) where
+module TcMonoType ( tcHsSigType, tcHsType, tcIfaceType, tcHsTheta, 
+                   UserTypeCtxt(..),
+
+                       -- Kind checking
+                   kcHsTyVar, kcHsTyVars, mkTyClTyVars,
+                   kcHsType, kcHsSigType, kcHsSigTypes, 
+                   kcHsLiftedSigType, kcHsContext,
+                   tcAddScopedTyVars, tcHsTyVars, mkImmutTyVars,
+
+                   TcSigInfo(..), tcTySig, mkTcSig, maybeSig,
+                   checkSigTyVars, sigCtxt, sigPatCtxt
+                 ) where
 
 #include "HsVersions.h"
 
-import HsSyn           ( HsType(..), HsTyVar(..), pprContext )
-import RnHsSyn         ( RenamedHsType(..), RenamedContext(..) )
+import HsSyn           ( HsType(..), HsTyVarBndr(..),
+                          Sig(..), HsPred(..), pprParendHsType, HsTupCon(..), hsTyVarNames )
+import RnHsSyn         ( RenamedHsType, RenamedHsPred, RenamedContext, RenamedSig, extractHsTyVars )
+import TcHsSyn         ( TcId )
 
 import TcMonad
-import TcEnv           ( tcLookupTyVar, tcLookupClass, tcLookupTyCon, tcExtendTyVarEnv )
-import TcKind          ( TcKind, mkBoxedTypeKind, mkTypeKind, mkArrowKind,
-                         unifyKind, unifyKinds, newKindVar,
-                         kindToTcKind, tcDefaultKind
+import TcEnv           ( tcExtendTyVarEnv, tcLookup, tcLookupGlobal,
+                         tcGetGlobalTyVars, tcLEnvElts, tcInLocalScope,
+                         TyThing(..), TcTyThing(..), tcExtendKindEnv
+                       )
+import TcMType         ( newKindVar, tcInstSigTyVars, 
+                         zonkKindEnv, zonkTcType, zonkTcTyVars, zonkTcTyVar,
+                         unifyKind, unifyOpenTypeKind,
+                         checkValidType, UserTypeCtxt(..), pprUserTypeCtxt
                        )
-import Type            ( Type, ThetaType, 
-                         mkTyVarTy, mkFunTy, mkAppTy, mkSynTy,
-                         mkSigmaTy, mkDictTy, mkTyConApp, mkAppTys
+import TcType          ( Type, Kind, SourceType(..), ThetaType, TyVarDetails(..),
+                         TcTyVar, TcTyVarSet, TcType, TcKind, TcThetaType, TcTauType,
+                         mkTyVarTy, mkTyVarTys, mkFunTy, mkSynTy,
+                         tcSplitForAllTys, tcSplitRhoTy, 
+                         hoistForAllTys, allDistinctTyVars, zipFunTys, 
+                         mkSigmaTy, mkPredTy, mkTyConApp, mkAppTys, mkRhoTy,
+                         liftedTypeKind, unliftedTypeKind, mkArrowKind,
+                         mkArrowKinds, tcGetTyVar_maybe, tcGetTyVar, tcSplitFunTy_maybe,
+                         tidyOpenType, tidyOpenTypes, tidyOpenTyVar, tidyOpenTyVars,
+                         tyVarsOfType, mkForAllTys
                        )
-import TyVar           ( TyVar, mkTyVar )
-import PrelInfo                ( cCallishClassKeys )
-import TyCon           ( TyCon )
-import Name            ( Name, OccName, isTvOcc, getOccName )
-import TysWiredIn      ( mkListTy, mkTupleTy )
-import Unique          ( Unique, Uniquable(..) )
-import Util            ( zipWithEqual, zipLazy )
+import qualified Type  ( getTyVar_maybe )
+
+import Inst            ( Inst, InstOrigin(..), newMethodWithGivenTy, instToId )
+import PprType         ( pprType )
+import Subst           ( mkTopTyVarSubst, substTy )
+import CoreFVs         ( idFreeTyVars )
+import Id              ( mkLocalId, idName, idType )
+import Var             ( Id, Var, TyVar, mkTyVar, tyVarKind, isMutTyVar, mutTyVarDetails )
+import VarEnv
+import VarSet
+import ErrUtils                ( Message )
+import TyCon           ( TyCon, isSynTyCon, tyConArity, tyConKind )
+import Class           ( classTyCon )
+import Name            ( Name, getSrcLoc )
+import NameSet
+import TysWiredIn      ( mkListTy, mkTupleTy, genUnitTyCon )
+import BasicTypes      ( Boxity(..) )
+import SrcLoc          ( SrcLoc )
+import Util            ( isSingleton, lengthIs )
 import Outputable
+
 \end{code}
 
 
-tcHsType and tcHsTypeKind
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Checking types}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-tcHsType checks that the type really is of kind Type!
+Generally speaking we now type-check types in three phases
 
-\begin{code}
-tcHsType :: RenamedHsType -> TcM s Type
+       1.  Kind check the HsType [kcHsType]
+       2.  Convert from HsType to Type, and hoist the foralls [tcHsType]
+       3.  Check the validity of the resulting type [checkValidType]
 
-tcHsType ty
-  = tcAddErrCtxt (typeCtxt ty)         $
-    tc_hs_type ty
+Often these steps are done one after the othe (tcHsSigType).
+But in mutually recursive groups of type and class decls we do
+       1 kind-check the whole group
+       2 build TyCons/Classes in a knot-tied wa
+       3 check the validity of types in the now-unknotted TyCons/Classes
 
-tc_hs_type ty
-  = tc_hs_type_kind ty                 `thenTc` \ (kind,ty) ->
-       -- Check that it really is a type
-    unifyKind mkTypeKind kind          `thenTc_`
-    returnTc ty
+\begin{code}
+tcHsSigType :: UserTypeCtxt -> RenamedHsType -> TcM Type
+  -- Do kind checking, and hoist for-alls to the top
+tcHsSigType ctxt ty = tcAddErrCtxt (checkTypeCtxt ctxt ty) (
+                       kcTypeType ty           `thenTc_`
+                       tcHsType ty
+                     )                         `thenTc` \ ty' ->
+                     checkValidType ctxt ty'   `thenTc_`
+                     returnTc ty'
+
+checkTypeCtxt ctxt ty
+  = vcat [ptext SLIT("In the type:") <+> ppr ty,
+         ptext SLIT("While checking") <+> pprUserTypeCtxt ctxt ]
+
+tcHsType    :: RenamedHsType -> TcM Type
+  -- Don't do kind checking, nor validity checking, 
+  --   but do hoist for-alls to the top
+  -- 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.]
+tcHsType ty = tc_type ty  `thenTc` \ ty' ->  
+             returnTc (hoistForAllTys ty')
+
+tcHsTheta :: RenamedContext -> TcM ThetaType
+-- Used when we are expecting a ClassContext (i.e. no implicit params)
+-- Does not do validity checking, like tcHsType
+tcHsTheta hs_theta = mapTc tc_pred hs_theta
+
+-- In interface files the type is already kinded,
+-- and we definitely don't want to hoist for-alls.
+-- Otherwise we'll change
+--     dmfail :: forall m:(*->*) Monad m => forall a:* => String -> m a
+-- into 
+--     dmfail :: forall m:(*->*) a:* Monad m => String -> m a
+-- which definitely isn't right!
+tcIfaceType ty = tc_type ty
 \end{code}
 
-tcHsTypeKind does the real work.  It returns a kind and a type.
 
-\begin{code}
-tcHsTypeKind :: RenamedHsType -> TcM s (TcKind s, Type)
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Kind checking}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-tcHsTypeKind ty
-  = tcAddErrCtxt (typeCtxt ty)         $
-    tc_hs_type_kind ty
+Kind checking
+~~~~~~~~~~~~~
+When we come across the binding site for some type variables, we
+proceed in two stages
 
+1. Figure out what kind each tyvar has
 
-       -- This equation isn't needed (the next one would handle it fine)
-       -- but it's rather a common case, so we handle it directly
-tc_hs_type_kind (MonoTyVar name)
-  | isTvOcc (getOccName name)
-  = tcLookupTyVar name                 `thenNF_Tc` \ (kind,tyvar) ->
-    returnTc (kind, mkTyVarTy tyvar)
+2. Create suitably-kinded tyvars, 
+   extend the envt, 
+   and typecheck the body
 
-tc_hs_type_kind ty@(MonoTyVar name)
-  = tcFunType ty []
-    
-tc_hs_type_kind (MonoListTy _ ty)
-  = tc_hs_type ty      `thenTc` \ tau_ty ->
-    returnTc (mkBoxedTypeKind, mkListTy tau_ty)
-
-tc_hs_type_kind (MonoTupleTy _ tys)
-  = mapTc tc_hs_type  tys      `thenTc` \ tau_tys ->
-    returnTc (mkBoxedTypeKind, mkTupleTy (length tys) tau_tys)
-
-tc_hs_type_kind (MonoFunTy ty1 ty2)
-  = tc_hs_type ty1     `thenTc` \ tau_ty1 ->
-    tc_hs_type ty2     `thenTc` \ tau_ty2 ->
-    returnTc (mkBoxedTypeKind, mkFunTy tau_ty1 tau_ty2)
-
-tc_hs_type_kind (MonoTyApp ty1 ty2)
-  = tcTyApp ty1 [ty2]
-
-tc_hs_type_kind (HsForAllTy tv_names context ty)
-  = tcTyVarScope tv_names                      $ \ tyvars ->
-       tcContext context                       `thenTc` \ theta ->
-       tc_hs_type ty                           `thenTc` \ tau ->
-               -- For-all's are of kind type!
-       returnTc (mkBoxedTypeKind, mkSigmaTy tyvars theta tau)
-
--- for unfoldings, and instance decls, only:
-tc_hs_type_kind (MonoDictTy class_name tys)
-  = mapAndUnzipTc tc_hs_type_kind tys  `thenTc` \ (arg_kinds, arg_tys) ->
-    tcLookupClass class_name           `thenTc` \ (class_kinds, clas) ->
+To do step 1, we proceed thus:
+
+1a. Bind each type variable to a kind variable
+1b. Apply the kind checker
+1c. Zonk the resulting kinds
+
+The kind checker is passed to tcHsTyVars as an argument.  
+
+For example, when we find
+       (forall a m. m a -> m a)
+we bind a,m to kind varibles and kind-check (m a -> m a).  This
+makes a get kind *, and m get kind *->*.  Now we typecheck (m a -> m a)
+in an environment that binds a and m suitably.
+
+The kind checker passed to tcHsTyVars needs to look at enough to
+establish the kind of the tyvar:
+  * For a group of type and class decls, it's just the group, not
+       the rest of the program
+  * For a tyvar bound in a pattern type signature, its the types
+       mentioned in the other type signatures in that bunch of patterns
+  * For a tyvar bound in a RULE, it's the type signatures on other
+       universally quantified variables in the rule
+
+Note that this may occasionally give surprising results.  For example:
+
+       data T a b = MkT (a b)
+
+Here we deduce                 a::*->*, b::*.
+But equally valid would be
+                               a::(*->*)-> *, b::*->*
+
+\begin{code}
+-- tcHsTyVars is used for type variables in type signatures
+--     e.g. forall a. a->a
+-- They are immutable, because they scope only over the signature
+-- They may or may not be explicitly-kinded
+tcHsTyVars :: [HsTyVarBndr Name] 
+          -> TcM a                             -- The kind checker
+          -> ([TyVar] -> TcM b)
+          -> TcM b
+
+tcHsTyVars [] kind_check thing_inside = thing_inside []
+       -- A useful short cut for a common case!
+  
+tcHsTyVars tv_names kind_check thing_inside
+  = kcHsTyVars tv_names                                `thenNF_Tc` \ tv_names_w_kinds ->
+    tcExtendKindEnv tv_names_w_kinds kind_check                `thenTc_`
+    zonkKindEnv tv_names_w_kinds                       `thenNF_Tc` \ tvs_w_kinds ->
     let
-       arity  = length class_kinds
-       n_args = length arg_kinds
-       err = arityErr "Class" class_name arity n_args
+       tyvars = mkImmutTyVars tvs_w_kinds
     in
-    checkTc (arity == n_args) err      `thenTc_`
-    unifyKinds class_kinds arg_kinds   `thenTc_`
-    returnTc (mkBoxedTypeKind, mkDictTy clas arg_tys)
+    tcExtendTyVarEnv tyvars (thing_inside tyvars)
+
+
+
+tcAddScopedTyVars :: [RenamedHsType] -> TcM a -> TcM a
+-- tcAddScopedTyVars is used for scoped type variables
+-- added by pattern type signatures
+--     e.g.  \ (x::a) (y::a) -> x+y
+-- They never have explicit kinds (because this is source-code only)
+-- They are mutable (because they can get bound to a more specific type)
+
+-- Find the not-already-in-scope signature type variables,
+-- kind-check them, and bring them into scope
+--
+-- We no longer specify that these type variables must be univerally 
+-- quantified (lots of email on the subject).  If you want to put that 
+-- back in, you need to
+--     a) Do a checkSigTyVars after thing_inside
+--     b) More insidiously, don't pass in expected_ty, else
+--        we unify with it too early and checkSigTyVars barfs
+--        Instead you have to pass in a fresh ty var, and unify
+--        it with expected_ty afterwards
+tcAddScopedTyVars [] thing_inside
+  = thing_inside       -- Quick get-out for the empty case
+
+tcAddScopedTyVars sig_tys thing_inside
+  = tcGetEnv                                   `thenNF_Tc` \ env ->
+    let
+       all_sig_tvs     = foldr (unionNameSets . extractHsTyVars) emptyNameSet sig_tys
+       sig_tvs         = filter not_in_scope (nameSetToList all_sig_tvs)
+       not_in_scope tv = not (tcInLocalScope env tv)
+    in       
+    mapNF_Tc newNamedKindVar sig_tvs                   `thenTc` \ kind_env ->
+    tcExtendKindEnv kind_env (kcHsSigTypes sig_tys)    `thenTc_`
+    zonkKindEnv kind_env                               `thenNF_Tc` \ tvs_w_kinds ->
+    listTc [ tcNewMutTyVar name kind PatSigTv
+          | (name, kind) <- tvs_w_kinds]               `thenNF_Tc` \ tyvars ->
+    tcExtendTyVarEnv tyvars thing_inside
 \end{code}
+    
+
+\begin{code}
+kcHsTyVar  :: HsTyVarBndr name   -> NF_TcM (name, TcKind)
+kcHsTyVars :: [HsTyVarBndr name] -> NF_TcM [(name, TcKind)]
+
+kcHsTyVar (UserTyVar name)       = newNamedKindVar name
+kcHsTyVar (IfaceTyVar name kind) = returnNF_Tc (name, kind)
+
+kcHsTyVars tvs = mapNF_Tc kcHsTyVar tvs
+
+newNamedKindVar name = newKindVar      `thenNF_Tc` \ kind ->
+                      returnNF_Tc (name, kind)
+
+---------------------------
+kcLiftedType :: RenamedHsType -> TcM ()
+       -- The type ty must be a *lifted* *type*
+kcLiftedType ty
+  = kcHsType ty                                `thenTc` \ kind ->
+    tcAddErrCtxt (typeKindCtxt ty)     $
+    unifyKind liftedTypeKind kind
+    
+---------------------------
+kcTypeType :: RenamedHsType -> TcM ()
+       -- The type ty must be a *type*, but it can be lifted or unlifted.
+kcTypeType ty
+  = kcHsType ty                                `thenTc` \ kind ->
+    tcAddErrCtxt (typeKindCtxt ty)     $
+    unifyOpenTypeKind kind
+
+---------------------------
+kcHsSigType, kcHsLiftedSigType :: RenamedHsType -> TcM ()
+       -- Used for type signatures
+kcHsSigType      = kcTypeType
+kcHsSigTypes tys  = mapTc_ kcHsSigType tys
+kcHsLiftedSigType = kcLiftedType
+
+---------------------------
+kcHsType :: RenamedHsType -> TcM TcKind
+kcHsType (HsTyVar name)              = kcTyVar name
+
+kcHsType (HsListTy ty)
+  = kcLiftedType ty            `thenTc` \ tau_ty ->
+    returnTc liftedTypeKind
+
+kcHsType (HsTupleTy (HsTupCon _ boxity _) tys)
+  = mapTc kcTypeType tys       `thenTc_`
+    returnTc (case boxity of
+                 Boxed   -> liftedTypeKind
+                 Unboxed -> unliftedTypeKind)
+
+kcHsType (HsFunTy ty1 ty2)
+  = kcTypeType ty1     `thenTc_`
+    kcTypeType ty2     `thenTc_`
+    returnTc liftedTypeKind
+
+kcHsType (HsNumTy _)           -- The unit type for generics
+  = returnTc liftedTypeKind
+
+kcHsType ty@(HsOpTy ty1 op ty2)
+  = kcTyVar op                         `thenTc` \ op_kind ->
+    kcHsType ty1                       `thenTc` \ ty1_kind ->
+    kcHsType ty2                       `thenTc` \ ty2_kind ->
+    tcAddErrCtxt (appKindCtxt (ppr ty))        $
+    kcAppKind op_kind  ty1_kind                `thenTc` \ op_kind' ->
+    kcAppKind op_kind' ty2_kind
+   
+kcHsType (HsPredTy pred)
+  = kcHsPred pred              `thenTc_`
+    returnTc liftedTypeKind
+
+kcHsType ty@(HsAppTy ty1 ty2)
+  = kcHsType ty1                       `thenTc` \ tc_kind ->
+    kcHsType ty2                       `thenTc` \ arg_kind ->
+    tcAddErrCtxt (appKindCtxt (ppr ty))        $
+    kcAppKind tc_kind arg_kind
+
+kcHsType (HsForAllTy (Just tv_names) context ty)
+  = kcHsTyVars tv_names                `thenNF_Tc` \ kind_env ->
+    tcExtendKindEnv kind_env   $
+    kcHsContext context                `thenTc_`
+    kcHsType ty                        `thenTc_`
+    returnTc liftedTypeKind
+
+---------------------------
+kcAppKind fun_kind arg_kind
+  = case tcSplitFunTy_maybe fun_kind of 
+       Just (arg_kind', res_kind)
+               -> unifyKind arg_kind arg_kind' `thenTc_`
+                  returnTc res_kind
+
+       Nothing -> newKindVar                                           `thenNF_Tc` \ res_kind ->
+                  unifyKind fun_kind (mkArrowKind arg_kind res_kind)   `thenTc_`
+                  returnTc res_kind
+
+
+---------------------------
+kcHsContext ctxt = mapTc_ kcHsPred ctxt
+
+kcHsPred :: RenamedHsPred -> TcM ()
+kcHsPred pred@(HsIParam name ty)
+  = tcAddErrCtxt (appKindCtxt (ppr pred))      $
+    kcLiftedType ty
+
+kcHsPred pred@(HsClassP cls tys)
+  = tcAddErrCtxt (appKindCtxt (ppr pred))      $
+    kcClass cls                                        `thenTc` \ kind ->
+    mapTc kcHsType tys                         `thenTc` \ arg_kinds ->
+    unifyKind kind (mkArrowKinds arg_kinds liftedTypeKind)
+
+ ---------------------------
+kcTyVar name   -- Could be a tyvar or a tycon
+  = tcLookup name      `thenTc` \ thing ->
+    case thing of 
+       AThing kind         -> returnTc kind
+       ATyVar tv           -> returnTc (tyVarKind tv)
+       AGlobal (ATyCon tc) -> returnTc (tyConKind tc) 
+       other               -> failWithTc (wrongThingErr "type" thing name)
+
+kcClass cls    -- Must be a class
+  = tcLookup cls                               `thenNF_Tc` \ thing -> 
+    case thing of
+       AThing kind           -> returnTc kind
+       AGlobal (AClass cls)  -> returnTc (tyConKind (classTyCon cls))
+       other                 -> failWithTc (wrongThingErr "class" thing cls)
+\end{code}
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{tc_type}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+tc_type, the main work horse
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+       -------------------
+       *** BIG WARNING ***
+       -------------------
+
+tc_type is used to typecheck the types in the RHS of data
+constructors.  In the case of recursive data types, that means that
+the type constructors themselves are (partly) black holes.  e.g.
+
+       data T a = MkT a [T a]
+
+While typechecking the [T a] on the RHS, T itself is not yet fully
+defined.  That in turn places restrictions on what you can check in
+tcHsType; if you poke on too much you get a black hole.  I keep
+forgetting this, hence this warning!
+
+So tc_type does no validity-checking.  Instead that's all done
+by TcMType.checkValidType
+
+       --------------------------
+       *** END OF BIG WARNING ***
+       --------------------------
+
 
-Help functions for type applications
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 \begin{code}
-tcTyApp (MonoTyApp ty1 ty2) tys
-  = tcTyApp ty1 (ty2:tys)
+tc_type :: RenamedHsType -> TcM Type
+
+tc_type ty@(HsTyVar name)
+  = tc_app ty []
 
-tcTyApp ty tys
-  | null tys
-  = tcFunType ty []
+tc_type (HsListTy ty)
+  = tc_type ty `thenTc` \ tau_ty ->
+    returnTc (mkListTy tau_ty)
 
-  | otherwise
-  = mapAndUnzipTc tc_hs_type_kind tys  `thenTc` \ (arg_kinds, arg_tys) ->
-    tcFunType ty arg_tys               `thenTc` \ (fun_kind, result_ty) ->
+tc_type (HsTupleTy (HsTupCon _ boxity arity) tys)
+  = ASSERT( tys `lengthIs` arity )
+    tc_types tys       `thenTc` \ tau_tys ->
+    returnTc (mkTupleTy boxity arity tau_tys)
 
-       -- Check argument compatibility
-    newKindVar                         `thenNF_Tc` \ result_kind ->
-    unifyKind fun_kind (foldr mkArrowKind result_kind arg_kinds)
-                                       `thenTc_`
-    returnTc (result_kind, result_ty)
+tc_type (HsFunTy ty1 ty2)
+  = tc_type ty1                        `thenTc` \ tau_ty1 ->
+    tc_type ty2                        `thenTc` \ tau_ty2 ->
+    returnTc (mkFunTy tau_ty1 tau_ty2)
 
--- (tcFunType ty arg_tys) returns (kind-of ty, mkAppTys ty arg_tys)
+tc_type (HsNumTy n)
+  = ASSERT(n== 1)
+    returnTc (mkTyConApp genUnitTyCon [])
+
+tc_type (HsOpTy ty1 op ty2)
+  = tc_type ty1 `thenTc` \ tau_ty1 ->
+    tc_type ty2 `thenTc` \ tau_ty2 ->
+    tc_fun_type op [tau_ty1,tau_ty2]
+
+tc_type (HsAppTy ty1 ty2) = tc_app ty1 [ty2]
+
+tc_type (HsPredTy pred)
+  = tc_pred pred       `thenTc` \ pred' ->
+    returnTc (mkPredTy pred')
+
+tc_type full_ty@(HsForAllTy (Just tv_names) ctxt ty)
+  = let
+       kind_check = kcHsContext ctxt `thenTc_` kcHsType ty
+    in
+    tcHsTyVars tv_names kind_check     $ \ tyvars ->
+    mapTc tc_pred ctxt                 `thenTc` \ theta ->
+    tc_type ty                         `thenTc` \ tau ->
+    returnTc (mkSigmaTy tyvars theta tau)
+
+tc_types arg_tys = mapTc tc_type arg_tys
+\end{code}
+
+Help functions for type applications
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+\begin{code}
+tc_app :: RenamedHsType -> [RenamedHsType] -> TcM Type
+tc_app (HsAppTy ty1 ty2) tys
+  = tc_app ty1 (ty2:tys)
+
+tc_app ty tys
+  = tcAddErrCtxt (appKindCtxt pp_app)  $
+    tc_types tys                       `thenTc` \ arg_tys ->
+    case ty of
+       HsTyVar fun -> tc_fun_type fun arg_tys
+       other       -> tc_type ty               `thenTc` \ fun_ty ->
+                      returnNF_Tc (mkAppTys fun_ty arg_tys)
+  where
+    pp_app = ppr ty <+> sep (map pprParendHsType tys)
+
+-- (tc_fun_type ty arg_tys) returns (mkAppTys ty arg_tys)
 -- But not quite; for synonyms it checks the correct arity, and builds a SynTy
 --     hence the rather strange functionality.
 
-tcFunType (MonoTyVar name) arg_tys
-  | isTvOcc (getOccName name)  -- Must be a type variable
-  = tcLookupTyVar name                 `thenNF_Tc` \ (kind,tyvar) ->
-    returnTc (kind, mkAppTys (mkTyVarTy tyvar) arg_tys)
-
-  | otherwise                  -- Must be a type constructor
-  = tcLookupTyCon name                 `thenTc` \ (tycon_kind,maybe_arity, tycon) ->
-    case maybe_arity of
-       Nothing    ->   -- Data type or newtype 
-                     returnTc (tycon_kind, mkTyConApp tycon arg_tys)
-
-       Just arity ->   -- Type synonym
-                     checkTc (arity <= n_args) err_msg `thenTc_`
-                     returnTc (tycon_kind, result_ty)
-                  where
-                       -- It's OK to have an *over-applied* type synonym
-                       --      data Tree a b = ...
-                       --      type Foo a = Tree [a]
-                       --      f :: Foo a b -> ...
-                     result_ty = mkAppTys (mkSynTy tycon (take arity arg_tys))
-                                          (drop arity arg_tys)
-                     err_msg = arityErr "Type synonym constructor" name arity n_args
-                     n_args  = length arg_tys
-
-tcFunType ty arg_tys
-  = tc_hs_type_kind ty         `thenTc` \ (fun_kind, fun_ty) ->
-    returnTc (fun_kind, mkAppTys fun_ty arg_tys)
+tc_fun_type name arg_tys
+  = tcLookup name                      `thenTc` \ thing ->
+    case thing of
+       ATyVar tv -> returnTc (mkAppTys (mkTyVarTy tv) arg_tys)
+
+       AGlobal (ATyCon tc)
+               | isSynTyCon tc ->  returnTc (mkSynTy tc arg_tys)
+               | otherwise     ->  returnTc (mkTyConApp tc arg_tys)
+
+       other -> failWithTc (wrongThingErr "type constructor" thing name)
 \end{code}
 
 
 Contexts
 ~~~~~~~~
 \begin{code}
+tc_pred assn@(HsClassP class_name tys)
+  = tcAddErrCtxt (appKindCtxt (ppr assn))      $
+    tc_types tys                       `thenTc` \ arg_tys ->
+    tcLookupGlobal class_name                  `thenTc` \ thing ->
+    case thing of
+       AClass clas -> returnTc (ClassP clas arg_tys)
+       other       -> failWithTc (wrongThingErr "class" (AGlobal thing) class_name)
+
+tc_pred assn@(HsIParam name ty)
+  = tcAddErrCtxt (appKindCtxt (ppr assn))      $
+    tc_type ty                                 `thenTc` \ arg_ty ->
+    returnTc (IParam name arg_ty)
+\end{code}
 
-tcContext :: RenamedContext -> TcM s ThetaType
-tcContext context = tcAddErrCtxt (thetaCtxt context) $
-                   mapTc tcClassAssertion context
-
-tcClassAssertion (class_name, tys)
-  = checkTc (canBeUsedInContext class_name)
-           (naughtyCCallContextErr class_name) `thenTc_`
 
-    tcLookupClass class_name           `thenTc` \ (class_kinds, clas) ->
-    mapAndUnzipTc tc_hs_type_kind tys  `thenTc` \ (ty_kinds, tc_tys) ->
 
-    unifyKinds class_kinds ty_kinds    `thenTc_`
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Type variables, with knot tying!}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-    returnTc (clas, tc_tys)
+\begin{code}
+mkImmutTyVars :: [(Name,Kind)] -> [TyVar]
+mkImmutTyVars pairs = [mkTyVar name kind | (name, kind) <- pairs]
+
+mkTyClTyVars :: Kind                   -- Kind of the tycon or class
+            -> [HsTyVarBndr Name]
+            -> [TyVar]
+mkTyClTyVars kind tyvar_names
+  = mkImmutTyVars tyvars_w_kinds
+  where
+    (tyvars_w_kinds, _) = zipFunTys (hsTyVarNames tyvar_names) kind
 \end{code}
 
-HACK warning: Someone discovered that @CCallable@ and @CReturnable@
-could be used in contexts such as:
-\begin{verbatim}
-foo :: CCallable a => a -> PrimIO Int
-\end{verbatim}
 
-Doing this utterly wrecks the whole point of introducing these
-classes so we specifically check that this isn't being done.
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\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}
-canBeUsedInContext :: Name -> Bool
-canBeUsedInContext n = not (uniqueOf n `elem` cCallishClassKeys)
+data TcSigInfo
+  = TySigInfo      
+       Name                    -- N, the Name in corresponding binding
+
+       TcId                    -- *Polymorphic* binder for this value...
+                               -- Has name = N
+
+       [TcTyVar]               -- tyvars
+       TcThetaType             -- theta
+       TcTauType               -- tau
+
+       TcId                    -- *Monomorphic* binder for this value
+                               -- Does *not* have name = N
+                               -- Has type tau
+
+       [Inst]                  -- Empty if theta is null, or
+                               -- (method mono_id) otherwise
+
+       SrcLoc                  -- Of the signature
+
+instance Outputable TcSigInfo where
+    ppr (TySigInfo nm id tyvars theta tau _ inst loc) =
+       ppr nm <+> 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_name _ _ _ _ _ _ _) : sigs) name
+  | name == sig_name = Just sig
+  | otherwise       = maybeSig sigs name
 \end{code}
 
-Type variables, with knot tying!
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
 \begin{code}
-tcTyVarScope
-       :: [HsTyVar Name]               -- Names of some type variables
-       -> ([TyVar] -> TcM s a)         -- Thing to type check in their scope
-       -> TcM s a                      -- Result
+tcTySig :: RenamedSig -> TcM TcSigInfo
+
+tcTySig (Sig v ty src_loc)
+ = tcAddSrcLoc src_loc                         $ 
+   tcHsSigType (FunSigCtxt v) ty               `thenTc` \ sigma_tc_ty ->
+   mkTcSig (mkLocalId v sigma_tc_ty) src_loc   `thenNF_Tc` \ sig -> 
+   returnTc sig
+
+mkTcSig :: TcId -> SrcLoc -> NF_TcM TcSigInfo
+mkTcSig poly_id src_loc
+  =    -- 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
+   let
+       (tyvars, rho) = tcSplitForAllTys (idType poly_id)
+   in
+   tcInstSigTyVars SigTv tyvars                        `thenNF_Tc` \ tyvars' ->
+       -- Make *signature* type variables
+
+   let
+     tyvar_tys' = mkTyVarTys tyvars'
+     rho' = substTy (mkTopTyVarSubst tyvars tyvar_tys') rho
+       -- mkTopTyVarSubst because the tyvars' are fresh
+
+     (theta', tau') = tcSplitRhoTy rho'
+       -- This splitRhoTy tries hard to make sure that tau' is a type synonym
+       -- wherever possible, which can improve interface files.
+   in
+   newMethodWithGivenTy SignatureOrigin 
+               poly_id
+               tyvar_tys'
+               theta' tau'                     `thenNF_Tc` \ inst ->
+       -- We make a Method even if it's not overloaded; no harm
+       
+   returnNF_Tc (TySigInfo name poly_id tyvars' theta' tau' (instToId inst) [inst] src_loc)
+  where
+    name = idName poly_id
+\end{code}
 
-tcTyVarScope tyvar_names thing_inside
-  = mapAndUnzipNF_Tc tcHsTyVar tyvar_names     `thenNF_Tc` \ (names, kinds) ->
 
-    fixTc (\ ~(rec_tyvars, _) ->
-               -- Ok to look at names, kinds, but not tyvars!
 
-       tcExtendTyVarEnv names (kinds `zipLazy` rec_tyvars)
-                        (thing_inside rec_tyvars)              `thenTc` \ result ->
-               -- Get the tyvar's Kinds from their TcKinds
-       mapNF_Tc tcDefaultKind kinds                            `thenNF_Tc` \ kinds' ->
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Checking signature type variables}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-               -- Construct the real TyVars
+@checkSigTyVars@ is used after the type in a type signature has been unified with
+the actual type found.  It then checks that the type variables of the type signature
+are
+       (a) Still all type variables
+               eg matching signature [a] against inferred type [(p,q)]
+               [then a will be unified to a non-type variable]
+
+       (b) Still all distinct
+               eg matching signature [(a,b)] against inferred type [(p,p)]
+               [then a and b will be unified together]
+
+       (c) Not mentioned in the environment
+               eg the signature for f in this:
+
+                       g x = ... where
+                                       f :: a->[a]
+                                       f y = [x,y]
+
+               Here, f is forced to be monorphic by the free occurence of x.
+
+       (d) Not (unified with another type variable that is) in scope.
+               eg f x :: (r->r) = (\y->y) :: forall a. a->r
+           when checking the expression type signature, we find that
+           even though there is nothing in scope whose type mentions r,
+           nevertheless the type signature for the expression isn't right.
+
+           Another example is in a class or instance declaration:
+               class C a where
+                  op :: forall b. a -> b
+                  op x = x
+           Here, b gets unified with a
+
+Before doing this, the substitution is applied to the signature type variable.
+
+We used to have the notion of a "DontBind" type variable, which would
+only be bound to itself or nothing.  Then points (a) and (b) were 
+self-checking.  But it gave rise to bogus consequential error messages.
+For example:
+
+   f = (*)     -- Monomorphic
+
+   g :: Num a => a -> a
+   g x = f x x
+
+Here, we get a complaint when checking the type signature for g,
+that g isn't polymorphic enough; but then we get another one when
+dealing with the (Num x) context arising from f's definition;
+we try to unify x with Int (to default it), but find that x has already
+been unified with the DontBind variable "a" from g's signature.
+This is really a problem with side-effecting unification; we'd like to
+undo g's effects when its type signature fails, but unification is done
+by side effect, so we can't (easily).
+
+So we revert to ordinary type variables for signatures, and try to
+give a helpful message in checkSigTyVars.
+
+\begin{code}
+checkSigTyVars :: [TcTyVar]            -- Universally-quantified type variables in the signature
+              -> TcTyVarSet            -- Tyvars that are free in the type signature
+                                       --      Not necessarily zonked
+                                       --      These should *already* be in the free-in-env set, 
+                                       --      and are used here only to improve the error message
+              -> TcM [TcTyVar]         -- Zonked signature type variables
+
+checkSigTyVars [] free = returnTc []
+checkSigTyVars sig_tyvars free_tyvars
+  = zonkTcTyVars sig_tyvars            `thenNF_Tc` \ sig_tys ->
+    tcGetGlobalTyVars                  `thenNF_Tc` \ globals ->
+
+    checkTcM (allDistinctTyVars sig_tys globals)
+            (complain sig_tys globals) `thenTc_`
+
+    returnTc (map (tcGetTyVar "checkSigTyVars") sig_tys)
+
+  where
+    complain sig_tys globals
+      = -- "check" checks each sig tyvar in turn
+        foldlNF_Tc check
+                  (env2, emptyVarEnv, [])
+                  (tidy_tvs `zip` tidy_tys)    `thenNF_Tc` \ (env3, _, msgs) ->
+
+        failWithTcM (env3, main_msg $$ vcat msgs)
+      where
+       (env1, tidy_tvs) = tidyOpenTyVars emptyTidyEnv sig_tyvars
+       (env2, tidy_tys) = tidyOpenTypes  env1         sig_tys
+
+       main_msg = ptext SLIT("Inferred type is less polymorphic than expected")
+
+       check (tidy_env, acc, msgs) (sig_tyvar,ty)
+               -- sig_tyvar is from the signature;
+               -- ty is what you get if you zonk sig_tyvar and then tidy it
+               --
+               -- acc maps a zonked type variable back to a signature type variable
+         = case tcGetTyVar_maybe ty of {
+             Nothing ->                        -- Error (a)!
+                       returnNF_Tc (tidy_env, acc, unify_msg sig_tyvar (quotes (ppr ty)) : msgs) ;
+
+             Just tv ->
+
+           case lookupVarEnv acc tv of {
+               Just sig_tyvar' ->      -- Error (b)!
+                       returnNF_Tc (tidy_env, acc, unify_msg sig_tyvar thing : msgs)
+                   where
+                       thing = ptext SLIT("another quantified type variable") <+> quotes (ppr sig_tyvar')
+
+             ; Nothing ->
+
+           if tv `elemVarSet` globals  -- Error (c) or (d)! Type variable escapes
+                                       -- The least comprehensible, so put it last
+                       -- Game plan: 
+                       --    a) get the local TcIds and TyVars from the environment,
+                       --       and pass them to find_globals (they might have tv free)
+                       --    b) similarly, find any free_tyvars that mention tv
+           then   tcGetEnv                                                     `thenNF_Tc` \ ve ->
+                  find_globals tv tidy_env  (tcLEnvElts ve)                    `thenNF_Tc` \ (tidy_env1, globs) ->
+                  find_frees   tv tidy_env1 [] (varSetElems free_tyvars)       `thenNF_Tc` \ (tidy_env2, frees) ->
+                  returnNF_Tc (tidy_env2, acc, escape_msg sig_tyvar tv globs frees : msgs)
+
+           else        -- All OK
+           returnNF_Tc (tidy_env, extendVarEnv acc tv sig_tyvar, msgs)
+           }}
+
+-----------------------
+-- find_globals looks at the value environment and finds values
+-- whose types mention the offending type variable.  It has to be 
+-- careful to zonk the Id's type first, so it has to be in the monad.
+-- We must be careful to pass it a zonked type variable, too.
+
+find_globals :: Var 
+             -> TidyEnv 
+             -> [TcTyThing] 
+             -> NF_TcM (TidyEnv, [SDoc])
+
+find_globals tv tidy_env things
+  = go tidy_env [] things
+  where
+    go tidy_env acc [] = returnNF_Tc (tidy_env, acc)
+    go tidy_env acc (thing : things)
+      = find_thing ignore_it tidy_env thing    `thenNF_Tc` \ (tidy_env1, maybe_doc) ->
+       case maybe_doc of
+         Just d  -> go tidy_env1 (d:acc) things
+         Nothing -> go tidy_env1 acc     things
+
+    ignore_it ty = not (tv `elemVarSet` tyVarsOfType ty)
+
+-----------------------
+find_thing ignore_it tidy_env (ATcId id)
+  = zonkTcType  (idType id)    `thenNF_Tc` \ id_ty ->
+    if ignore_it id_ty then
+       returnNF_Tc (tidy_env, Nothing)
+    else let
+       (tidy_env', tidy_ty) = tidyOpenType tidy_env id_ty
+       msg = sep [ppr id <+> dcolon <+> ppr tidy_ty, 
+                  nest 2 (parens (ptext SLIT("bound at") <+>
+                                  ppr (getSrcLoc id)))]
+    in
+    returnNF_Tc (tidy_env', Just msg)
+
+find_thing ignore_it tidy_env (ATyVar tv)
+  = zonkTcTyVar tv             `thenNF_Tc` \ tv_ty ->
+    if ignore_it tv_ty then
+       returnNF_Tc (tidy_env, Nothing)
+    else let
+       (tidy_env1, tv1)     = tidyOpenTyVar tidy_env  tv
+       (tidy_env2, tidy_ty) = tidyOpenType  tidy_env1 tv_ty
+       msg = sep [ptext SLIT("Type variable") <+> quotes (ppr tv1) <+> eq_stuff, nest 2 bound_at]
+
+       eq_stuff | Just tv' <- Type.getTyVar_maybe tv_ty, tv == tv' = empty
+                | otherwise                                        = equals <+> ppr tv_ty
+               -- It's ok to use Type.getTyVar_maybe because ty is zonked by now
+       
+       bound_at | isMutTyVar tv = mut_info     -- The expected case
+                | otherwise     = empty
+       
+       mut_info = sep [ptext SLIT("is bound by the") <+> ppr (mutTyVarDetails tv),
+                       ptext SLIT("at") <+> ppr (getSrcLoc tv)]
+    in
+    returnNF_Tc (tidy_env2, Just msg)
+
+-----------------------
+find_frees tv tidy_env acc []
+  = returnNF_Tc (tidy_env, acc)
+find_frees tv tidy_env acc (ftv:ftvs)
+  = zonkTcTyVar ftv    `thenNF_Tc` \ ty ->
+    if tv `elemVarSet` tyVarsOfType ty then
        let
-         tyvars = zipWithEqual "tcTyVarScope" mkTyVar names kinds'
+           (tidy_env', ftv') = tidyOpenTyVar tidy_env ftv
        in
-       returnTc (tyvars, result)
-    )                                  `thenTc` \ (_,result) ->
-    returnTc result
-
-tcHsTyVar (UserTyVar name)
-  = newKindVar         `thenNF_Tc` \ tc_kind ->
-    returnNF_Tc (name, tc_kind)
-tcHsTyVar (IfaceTyVar name kind)
-  = returnNF_Tc (name, kindToTcKind kind)
+       find_frees tv tidy_env' (ftv':acc) ftvs
+    else
+       find_frees tv tidy_env  acc        ftvs
+
+
+escape_msg sig_tv tv globs frees
+  = mk_msg sig_tv <+> ptext SLIT("escapes") $$
+    if not (null globs) then
+       vcat [pp_it <+> ptext SLIT("is mentioned in the environment:"), 
+             nest 2 (vcat globs)]
+     else if not (null frees) then
+       vcat [ptext SLIT("It is reachable from the type variable(s)") <+> pprQuotedList frees,
+             nest 2 (ptext SLIT("which") <+> is_are <+> ptext SLIT("free in the signature"))
+       ]
+     else
+       empty   -- Sigh.  It's really hard to give a good error message
+               -- all the time.   One bad case is an existential pattern match
+  where
+    is_are | isSingleton frees = ptext SLIT("is")
+          | otherwise         = ptext SLIT("are")
+    pp_it | sig_tv /= tv = ptext SLIT("It unifies with") <+> quotes (ppr tv) <> comma <+> ptext SLIT("which")
+         | otherwise    = ptext SLIT("It")
+
+    vcat_first :: Int -> [SDoc] -> SDoc
+    vcat_first n []     = empty
+    vcat_first 0 (x:xs) = text "...others omitted..."
+    vcat_first n (x:xs) = x $$ vcat_first (n-1) xs
+
+
+unify_msg tv thing = mk_msg tv <+> ptext SLIT("is unified with") <+> thing
+mk_msg tv          = ptext SLIT("Quantified type variable") <+> quotes (ppr tv)
 \end{code}
 
-Errors and contexts
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+These two context are used with checkSigTyVars
+    
 \begin{code}
-naughtyCCallContextErr clas_name
-  = sep [ptext SLIT("Can't use class"), quotes (ppr clas_name), ptext SLIT("in a context")]
+sigCtxt :: Message -> [TcTyVar] -> TcThetaType -> TcTauType
+       -> TidyEnv -> NF_TcM (TidyEnv, Message)
+sigCtxt when sig_tyvars sig_theta sig_tau tidy_env
+  = zonkTcType sig_tau         `thenNF_Tc` \ actual_tau ->
+    let
+       (env1, tidy_sig_tyvars)  = tidyOpenTyVars tidy_env sig_tyvars
+       (env2, tidy_sig_rho)     = tidyOpenType env1 (mkRhoTy sig_theta sig_tau)
+       (env3, tidy_actual_tau)  = tidyOpenType env2 actual_tau
+       msg = vcat [ptext SLIT("Signature type:    ") <+> pprType (mkForAllTys tidy_sig_tyvars tidy_sig_rho),
+                   ptext SLIT("Type to generalise:") <+> pprType tidy_actual_tau,
+                   when
+                  ]
+    in
+    returnNF_Tc (env3, msg)
+
+sigPatCtxt bound_tvs bound_ids tidy_env
+  = returnNF_Tc (env1,
+                sep [ptext SLIT("When checking a pattern that binds"),
+                     nest 4 (vcat (zipWith ppr_id show_ids tidy_tys))])
+  where
+    show_ids = filter is_interesting bound_ids
+    is_interesting id = any (`elemVarSet` idFreeTyVars id) bound_tvs
+
+    (env1, tidy_tys) = tidyOpenTypes tidy_env (map idType show_ids)
+    ppr_id id ty     = ppr id <+> dcolon <+> ppr ty
+       -- Don't zonk the types so we get the separate, un-unified versions
+\end{code}
 
-typeCtxt ty = ptext SLIT("In the type") <+> quotes (ppr ty)
 
-thetaCtxt theta = ptext SLIT("In the context") <+> quotes (pprContext theta)
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Errors and contexts}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+\begin{code}
+typeKindCtxt :: RenamedHsType -> Message
+typeKindCtxt ty = sep [ptext SLIT("When checking that"),
+                      nest 2 (quotes (ppr ty)),
+                      ptext SLIT("is a type")]
+
+appKindCtxt :: SDoc -> Message
+appKindCtxt pp = ptext SLIT("When checking kinds in") <+> quotes pp
+
+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 (ATyVar _)          = ptext SLIT("Type variable")
+    pp_thing (ATcId _)           = ptext SLIT("Local identifier")
+    pp_thing (AThing _)          = ptext SLIT("Utterly bogus")
 \end{code}