[project @ 2005-02-09 14:02:31 by simonpj]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcSimplify.lhs
index 126109a..4c0ca4b 100644 (file)
 %
-% (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1995
+% (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
 %
 \section[TcSimplify]{TcSimplify}
 
-\begin{code}
-#include "HsVersions.h"
 
+
+\begin{code}
 module TcSimplify (
-       tcSimplify, tcSimplifyAndCheck,
-       tcSimplifyTop, tcSimplifyThetas, tcSimplifyCheckThetas, tcSimplifyRank2,
+       tcSimplifyInfer, tcSimplifyInferCheck,
+       tcSimplifyCheck, tcSimplifyRestricted,
+       tcSimplifyToDicts, tcSimplifyIPs, 
+       tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive,
+       tcSimplifyBracket,
+
+       tcSimplifyDeriv, tcSimplifyDefault,
        bindInstsOfLocalFuns
     ) where
 
-IMPORT_Trace           -- ToDo: rm (debugging)
-import Outputable
-import Pretty
-
-import TcMonad         -- typechecking monadic machinery
-import TcMonadFns      ( newDicts, applyTcSubstAndExpectTyVars )
-import AbsSyn          -- the stuff being typechecked
+#include "HsVersions.h"
 
-import AbsUniType      ( isSuperClassOf, getTyVar, eqTyVar, ltTyVar,
-                         instantiateThetaTy, isFunType, getUniDataTyCon,
-                         getSuperDictSelId, InstTyEnv(..)
-                         IF_ATTACK_PRAGMAS(COMMA isTyVarTy COMMA pprUniType)
-                         IF_ATTACK_PRAGMAS(COMMA assocMaybe)
-                       )
-import UniType         ( UniType(..) ) -- ******* CHEATING ************
-import Disambig                ( disambiguateDicts )
-import Errors          ( reduceErr, genCantGenErr, Error(..) )
-import Id              ( mkInstId )
-import Inst            ( extractTyVarsFromInst, isTyVarDict, matchesInst,
-                         instBindingRequired, instCanBeGeneralised,
-                         Inst(..),     -- We import the CONCRETE type, because
-                                       -- TcSimplify is allowed to see the rep
-                                       -- of Insts
-                         InstOrigin, OverloadedLit, InstTemplate
+import {-# SOURCE #-} TcUnify( unifyTauTy )
+import TcEnv           -- temp
+import HsSyn           ( HsBind(..), HsExpr(..), LHsExpr, emptyLHsBinds )
+import TcHsSyn         ( TcId, TcDictBinds, mkHsApp, mkHsTyApp, mkHsDictApp )
+
+import TcRnMonad
+import Inst            ( lookupInst, LookupInstResult(..),
+                         tyVarsOfInst, fdPredsOfInsts, newDicts, 
+                         isDict, isClassDict, isLinearInst, linearInstType,
+                         isStdClassTyVarDict, isMethodFor, isMethod,
+                         instToId, tyVarsOfInsts,  cloneDict,
+                         ipNamesOfInsts, ipNamesOfInst, dictPred,
+                         instBindingRequired, fdPredsOfInst,
+                         newDictsFromOld, tcInstClassOp,
+                         getDictClassTys, isTyVarDict,
+                         instLoc, zonkInst, tidyInsts, tidyMoreInsts,
+                         Inst, pprInsts, pprDictsInFull, pprInstInFull, tcGetInstEnvs,
+                         isInheritableInst, pprDFuns, pprDictsTheta
                        )
-import InstEnv
-import LIE
-import ListSetOps      ( minusList )
-import Maybes          ( catMaybes, maybeToBool, Maybe(..) )
-import Util
+import TcEnv           ( tcGetGlobalTyVars, tcLookupId, findGlobals, pprBinders )
+import InstEnv         ( lookupInstEnv, classInstances )
+import TcMType         ( zonkTcTyVarsAndFV, tcInstTyVars, checkAmbiguity )
+import TcType          ( TcTyVar, TcTyVarSet, ThetaType, 
+                          mkClassPred, isOverloadedTy, mkTyConApp,
+                         mkTyVarTy, tcGetTyVar, isTyVarClassPred, mkTyVarTys,
+                         tyVarsOfPred, tcEqType, pprPred )
+import Id              ( idType, mkUserLocal )
+import Var             ( TyVar )
+import Name            ( Name, getOccName, getSrcLoc )
+import NameSet         ( NameSet, mkNameSet, elemNameSet )
+import Class           ( classBigSig, classKey )
+import FunDeps         ( oclose, grow, improve, pprEquationDoc )
+import PrelInfo                ( isNumericClass ) 
+import PrelNames       ( splitName, fstName, sndName, integerTyConName,
+                         showClassKey, eqClassKey, ordClassKey )
+import Type            ( zipTopTvSubst, substTheta, substTy )
+import TysWiredIn      ( pairTyCon, doubleTy )
+import ErrUtils                ( Message )
+import BasicTypes      ( TopLevelFlag, isNotTopLevel )
+import VarSet
+import VarEnv          ( TidyEnv )
+import FiniteMap
+import Bag
+import Outputable
+import ListSetOps      ( equivClasses )
+import Util            ( zipEqual, isSingleton )
+import List            ( partition )
+import SrcLoc          ( Located(..) )
+import CmdLineOpts
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection[tcSimplify-main]{Main entry function}
+\subsection{NOTES}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-* May modify the substitution to bind ambiguous type variables.
+       --------------------------------------
+       Notes on functional dependencies (a bug)
+       --------------------------------------
 
-Specification
-~~~~~~~~~~~~~
-(1) If an inst constrains only ``global'' type variables, (or none),
-    return it as a ``global'' inst.
+| > class Foo a b | a->b
+| >
+| > class Bar a b | a->b
+| >
+| > data Obj = Obj
+| >
+| > instance Bar Obj Obj
+| >
+| > instance (Bar a b) => Foo a b
+| >
+| > foo:: (Foo a b) => a -> String
+| > foo _ = "works"
+| >
+| > runFoo:: (forall a b. (Foo a b) => a -> w) -> w
+| > runFoo f = f Obj
+| 
+| *Test> runFoo foo
+| 
+| <interactive>:1:
+|     Could not deduce (Bar a b) from the context (Foo a b)
+|       arising from use of `foo' at <interactive>:1
+|     Probable fix:
+|         Add (Bar a b) to the expected type of an expression
+|     In the first argument of `runFoo', namely `foo'
+|     In the definition of `it': it = runFoo foo
+| 
+| Why all of the sudden does GHC need the constraint Bar a b? The
+| function foo didn't ask for that... 
 
-OTHERWISE
+The trouble is that to type (runFoo foo), GHC has to solve the problem:
 
-(2) Simplify it repeatedly (checking for (1) of course) until it is a dict
-    constraining only a type variable.
+       Given constraint        Foo a b
+       Solve constraint        Foo a b'
 
-(3) If it constrains a ``local'' type variable, return it as a ``local'' inst.
-    Otherwise it must be ambiguous, so try to resolve the ambiguity.
+Notice that b and b' aren't the same.  To solve this, just do
+improvement and then they are the same.  But GHC currently does
+       simplify constraints
+       apply improvement
+       and loop
 
+That is usually fine, but it isn't here, because it sees that Foo a b is
+not the same as Foo a b', and so instead applies the instance decl for
+instance Bar a b => Foo a b.  And that's where the Bar constraint comes
+from.
 
-\begin{code}
-tcSimpl :: Bool                                -- True <=> Don't simplify const insts
-       -> [TyVar]                      -- ``Global'' type variables
-       -> [TyVar]                      -- ``Local''  type variables
-       -> [Inst]                       -- Given; these constrain only local tyvars
-       -> [Inst]                       -- Wanted
-       -> TcM ([Inst],                 -- Free
-               [(Inst,TypecheckedExpr)],-- Bindings
-               [Inst])                 -- Remaining wanteds; no dups
-
-tcSimpl dont_squash_consts global_tvs local_tvs givens wanteds
-  =
-        -- Make sure the insts and type variables are fixed points of the substitution
-    applyTcSubstAndExpectTyVars global_tvs `thenNF_Tc` \ global_tvs ->
-    applyTcSubstAndExpectTyVars local_tvs  `thenNF_Tc` \ local_tvs ->
-    applyTcSubstToInsts givens          `thenNF_Tc` \ givens ->
-    applyTcSubstToInsts wanteds                 `thenNF_Tc` \ wanteds ->
-    let
-       is_elem1 = isIn "tcSimpl1"
-       is_elem2 = isIn "tcSimpl2"
-    in
-       -- Deal with duplicates and type constructors
-    elimTyCons
-        dont_squash_consts (\tv -> tv `is_elem1` global_tvs)
-        givens wanteds         `thenTc` \ (globals, tycon_binds, locals_and_ambigs) ->
+The Right Thing is to improve whenever the constraint set changes at
+all.  Not hard in principle, but it'll take a bit of fiddling to do.  
 
-       -- Now disambiguate if necessary
-    let
-       (ambigs, unambigs) = partition (is_ambiguous local_tvs) locals_and_ambigs
-       (locals, cant_generalise) = partition instCanBeGeneralised unambigs
-    in
-    checkTc (not (null cant_generalise)) (genCantGenErr cant_generalise)       `thenTc_`
 
-    (if (null ambigs) then
 
-       -- No ambiguous dictionaries.  Just bash on with the results
-       -- of the elimTyCons
-       returnTc (globals, tycon_binds, locals_and_ambigs)
+       --------------------------------------
+               Notes on quantification
+       --------------------------------------
 
-    else
+Suppose we are about to do a generalisation step.
+We have in our hand
 
-       -- Some ambiguous dictionaries.  We now disambiguate them,
-       -- which binds the offending type variables to suitable types in the
-       -- substitution, and then we retry the whole process.  This
-       -- time there won't be any ambiguous ones.
-       -- There's no need to back-substitute on global and local tvs,
-       -- because the ambiguous type variables can't be in either.
+       G       the environment
+       T       the type of the RHS
+       C       the constraints from that RHS
 
-       -- Why do we retry the whole process?  Because binding a type variable
-       -- to a particular type might enable a short-cut simplification which
-       -- elimTyCons will have missed the first time.
+The game is to figure out
 
-       disambiguateDicts ambigs        `thenTc_`
-       applyTcSubstToInsts givens      `thenNF_Tc` \ givens ->
-       applyTcSubstToInsts wanteds     `thenNF_Tc` \ wanteds ->
-       elimTyCons
-               dont_squash_consts (\tv -> tv `is_elem2` global_tvs)
-               givens wanteds
+       Q       the set of type variables over which to quantify
+       Ct      the constraints we will *not* quantify over
+       Cq      the constraints we will quantify over
 
-    ) {- End of the "if" -} `thenTc` \ (globals, tycon_binds, locals) ->
+So we're going to infer the type
 
-       -- Deal with superclass relationships
-    elimSCs givens locals              `thenNF_Tc` \ (sc_binds, locals2) ->
+       forall Q. Cq => T
 
-        -- Finished
-    returnTc (globals, sc_binds ++ tycon_binds, locals2)
-  where
-    is_ambiguous local_tvs (Dict _ _ ty _)
-      = getTyVar "is_ambiguous" ty `not_elem` local_tvs
-      where
-       not_elem = isn'tIn "is_ambiguous"
-\end{code}
+and float the constraints Ct further outwards.
 
-The main wrapper is @tcSimplify@.  It just calls @tcSimpl@, but with
-the ``don't-squash-consts'' flag set depending on top-level ness.  For
-top level defns we *do* squash constants, so that they stay local to a
-single defn.  This makes things which are inlined more likely to be
-exportable, because their constants are "inside".  Later passes will
-float them out if poss, after inlinings are sorted out.
+Here are the things that *must* be true:
 
-\begin{code}
-tcSimplify
-       :: Bool                         -- True <=> top level
-       -> [TyVar]                      -- ``Global'' type variables
-       -> [TyVar]                      -- ``Local''  type variables
-       -> [Inst]                       -- Wanted
-       -> TcM ([Inst],                 -- Free
-               [(Inst, TypecheckedExpr)],-- Bindings
-               [Inst])                 -- Remaining wanteds; no dups
-
-tcSimplify top_level global_tvs local_tvs wanteds
-  = tcSimpl (not top_level) global_tvs local_tvs [] wanteds
-\end{code}
+ (A)   Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
+ (B)   Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
 
-@tcSimplifyAndCheck@ is similar to the above, except that it checks
-that there is an empty wanted-set at the end.
+(A) says we can't quantify over a variable that's free in the
+environment.  (B) says we must quantify over all the truly free
+variables in T, else we won't get a sufficiently general type.  We do
+not *need* to quantify over any variable that is fixed by the free
+vars of the environment G.
 
-It may still return some of constant insts, which have
-to be resolved finally at the end.
+       BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
 
-\begin{code}
-tcSimplifyAndCheck
-        :: Bool                                -- True <=> top level
-        -> [TyVar]                             -- ``Global''  type variables
-        -> [TyVar]                             -- ``Local''  type variables
-        -> [Inst]                              -- Given
-        -> [Inst]                              -- Wanted
-        -> UnifyErrContext                     -- Context info for error 
-        -> TcM ([Inst],                        -- Free
-                [(Inst, TypecheckedExpr)])     -- Bindings
-
-tcSimplifyAndCheck top_level global_tvs local_tvs givens wanteds err_ctxt
-  = tcSimpl (not top_level) global_tvs local_tvs givens wanteds
-                       `thenTc` \ (free_insts, binds, wanteds') ->
-    checkTc (not (null wanteds')) (reduceErr wanteds' err_ctxt)
-                       `thenTc_`
-    returnTc (free_insts, binds)
-\end{code}
+Example:       class H x y | x->y where ...
 
-@tcSimplifyRank2@ checks that the argument of a rank-2 polymorphic function
-is not overloaded.  
+       fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
+                       T = c -> b
 
-\begin{code}
-tcSimplifyRank2 :: [TyVar]             -- ``Local'' type variables; guaranteed fixpoint of subst
-               -> [Inst]               -- Given
-               -> UnifyErrContext
-               -> TcM ([Inst],                         -- Free
-                       [(Inst, TypecheckedExpr)])      -- Bindings
-
-tcSimplifyRank2 local_tvs givens err_ctxt
-  = applyTcSubstToInsts givens          `thenNF_Tc` \ givens' ->
-    elimTyCons False 
-              (\tv -> not (tv `is_elem` local_tvs))
-               -- This predicate claims that all
-               -- any non-local tyvars are global,
-               -- thereby postponing dealing with
-               -- ambiguity until the enclosing Gen
-              [] givens'       `thenTc` \ (free, dict_binds, wanteds) ->
-
-    checkTc (not (null wanteds)) (reduceErr wanteds err_ctxt)  `thenTc_`
-
-    returnTc (free, dict_binds)
-  where
-    is_elem = isIn "tcSimplifyRank2"
-\end{code}
+       (A)  Q intersect {a} is empty
+       (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
+
+       So Q can be {c,d}, {b,c,d}
+
+Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
+variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
+constraints can get into Ct instead of Cq.
+
+
+-----------------------------------------
+We will make use of
+
+  fv(T)                the free type vars of T
+
+  oclose(vs,C) The result of extending the set of tyvars vs
+               using the functional dependencies from C
+
+  grow(vs,C)   The result of extend the set of tyvars vs
+               using all conceivable links from C.
+
+               E.g. vs = {a}, C = {H [a] b, K (b,Int) c, Eq e}
+               Then grow(vs,C) = {a,b,c}
+
+               Note that grow(vs,C) `superset` grow(vs,simplify(C))
+               That is, simplfication can only shrink the result of grow.
+
+Notice that
+   oclose is conservative one way:      v `elem` oclose(vs,C) => v is definitely fixed by vs
+   grow is conservative the other way:  if v might be fixed by vs => v `elem` grow(vs,C)
+
+
+-----------------------------------------
+
+Choosing Q
+~~~~~~~~~~
+Here's a good way to choose Q:
+
+       Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
+
+That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
+call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
+G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
+albeit perhaps too many.
+
+Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
+
+       class H x y | x->y where ...
+
+       T = c->c
+       C = (H c d)
+
+  If we used fv(T) = {c} we'd get the type
+
+       forall c. H c d => c -> b
+
+  And then if the fn was called at several different c's, each of
+  which fixed d differently, we'd get a unification error, because
+  d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
+  everything that might be influenced by c.
+
+Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
+all the functional dependencies yet:
+
+       class H x y | x->y where ...
+       instance H x y => Eq (T x y) where ...
+
+       T = c->c
+       C = (Eq (T c d))
+
+  Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
+  apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
+
+
+There really isn't any point in quantifying over any more than
+grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
+any other type variables.
+
+
+
+       --------------------------------------
+               Notes on ambiguity
+       --------------------------------------
+
+It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
+
+       class K x
+       class H x y | x -> y
+       instance H x y => K (x,y)
+
+Is this type ambiguous?
+       forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
+
+Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
+now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
+without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
+the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
+
+Here's another example: is this ambiguous?
+       forall a b. Eq (T b) => a -> a
+Not if there's an insance decl (with no context)
+       instance Eq (T b) where ...
+
+You may say of this example that we should use the instance decl right
+away, but you can't always do that:
+
+       class J a b where ...
+       instance J Int b where ...
+
+       f :: forall a b. J a b => a -> a
+
+(Notice: no functional dependency in J's class decl.)
+Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
+It's premature to complain when meeting f's signature, or even
+when inferring a type for f.
+
+
+
+However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
+show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
+treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
+
+So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
+
+       fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
+
+(all tested before quantification).
+That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
+in the environment, or by the variables in the type.
+
+Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
+
+       class J a b c | a b -> c
+       fv(G) = {a}
+
+Is this ambiguous?
+       forall b c. (J a b c) => b -> b
+
+Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
+do we see that c is fixed.
+
+It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
+don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
+the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
+only issue a warning.
+
+
+Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
+
+       c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
+
+then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
+certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
+the nasty example?
+
+       class K x
+       class H x y | x -> y
+       instance H x y => K (x,y)
+
+Is this type ambiguous?
+       forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
+
+Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
+is a "bubble" that's a set of constraints
+
+       Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
+
+Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
+by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
+Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
+The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
+(which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
+
+
+       --------------------------------------
+               Notes on principal types
+       --------------------------------------
+
+    class C a where
+      op :: a -> a
+
+    f x = let g y = op (y::Int) in True
+
+Here the principal type of f is (forall a. a->a)
+but we'll produce the non-principal type
+    f :: forall a. C Int => a -> a
+
+
+       --------------------------------------
+       The need for forall's in constraints
+       --------------------------------------
+
+[Exchange on Haskell Cafe 5/6 Dec 2000]
+
+  class C t where op :: t -> Bool
+  instance C [t] where op x = True
+
+  p y = (let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f, y ++ [])
+  q y = (y ++ [], let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f)
+
+The definitions of p and q differ only in the order of the components in
+the pair on their right-hand sides.  And yet:
+
+  ghc and "Typing Haskell in Haskell" reject p, but accept q;
+  Hugs rejects q, but accepts p;
+  hbc rejects both p and q;
+  nhc98 ... (Malcolm, can you fill in the blank for us!).
+
+The type signature for f forces context reduction to take place, and
+the results of this depend on whether or not the type of y is known,
+which in turn depends on which component of the pair the type checker
+analyzes first.  
+
+Solution: if y::m a, float out the constraints
+       Monad m, forall c. C (m c)
+When m is later unified with [], we can solve both constraints.
+
+
+       --------------------------------------
+               Notes on implicit parameters
+       --------------------------------------
+
+Question 1: can we "inherit" implicit parameters
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Consider this:
+
+       f x = (x::Int) + ?y
+
+where f is *not* a top-level binding.
+From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
+There are two types we might infer for f:
+
+       f :: Int -> Int
+
+(so we get ?y from the context of f's definition), or
+
+       f :: (?y::Int) => Int -> Int
+
+At first you might think the first was better, becuase then
+?y behaves like a free variable of the definition, rather than
+having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
+IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
+dynamic binding means) so we'd better infer the second.
+
+BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify 
+over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
+
+
+Question 2: type signatures
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
+to quantify over implicit parameters.  For example:
+
+       (?x + 1) :: Int
+
+This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
+
+       (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
+
+That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
+so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
+tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
+and tcSimplifyCheckBind (which does not).
+
+What about when you supply a type signature for a binding?
+Is it legal to give the following explicit, user type 
+signature to f, thus:
+
+       f :: Int -> Int
+       f x = (x::Int) + ?y
+
+At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
+that adding a type signature changes the dynamic semantics.
+Consider this:
+
+       (let f x = (x::Int) + ?y
+        in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
+
+               returns (3+6, 3+5)
+vs
+       (let f :: Int -> Int
+            f x = x + ?y
+        in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
+
+               returns (3+6, 3+6)
+
+Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
+dynamic semantics.
+
+Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
+semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
+change the typing you may change the semantics.
+
+To make things consistent in all cases where we are *checking* against
+a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
+rule: 
+
+       a signature does not need to quantify over implicit params.
+
+[This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
+which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
+params for the reasons mentioned above.]
+
+But that raises a new question.  Consider 
+
+       Given (signature)       ?x::Int
+       Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
+
+Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
+what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
+what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
+to float a constraint that
+       neither mentions any of the quantified type variables
+       nor any of the quantified implicit parameters
+
+See the predicate isFreeWhenChecking.
+
+
+Question 3: monomorphism
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
+
+       z = (x::Int) + ?y
+
+The argument above suggests that we *must* generalise
+over the ?y parameter, to get
+       z :: (?y::Int) => Int,
+but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
+       z :: Int.
+Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
+
+       let z = x + ?y in z+z
+
+you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
+we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
+
+
+Question 4: top level
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+At the top level, monomorhism makes no sense at all.
+
+    module Main where
+       main = let ?x = 5 in print foo
+
+       foo = woggle 3
+
+       woggle :: (?x :: Int) => Int -> Int
+       woggle y = ?x + y
+
+We definitely don't want (foo :: Int) with a top-level implicit parameter
+(?x::Int) becuase there is no way to bind it.  
+
+
+Possible choices
+~~~~~~~~~~~~~~~~
+(A) Always generalise over implicit parameters
+    Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
+       be generalised
+
+    Consequences:
+       * Inlining remains valid
+       * No unexpected loss of sharing
+       * But simple bindings like
+               z = ?y + 1
+         will be rejected, unless you add an explicit type signature
+         (to avoid the monomorphism restriction)
+               z :: (?y::Int) => Int
+               z = ?y + 1
+         This seems unacceptable
+
+(B) Monomorphism restriction "wins"
+    Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
+       be generalised
+    Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
+       that fall under the monomorphism restriction
+
+    Consequences
+       * Inlining isn't valid in general
+       * No unexpected loss of sharing
+       * Simple bindings like
+               z = ?y + 1
+         accepted (get value of ?y from binding site)
+
+(C) Always generalise over implicit parameters
+    Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
+       be generalised, EXCEPT for implicit parameters
+    Consequences
+       * Inlining remains valid
+       * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
+       * Simple bindings like
+               z = ?y + 1
+         accepted (get value of ?y from occurrence sites)
+
+
+Discussion
+~~~~~~~~~~
+None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
+decide which we want to do.
+
+It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
+
+       z = (x::Int) + ?y
+
+would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
+of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
+case of function definitions, the answer is clearly the former, but
+less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
+if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
+then inlining 'z' might change the semantics of the program.
+
+Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
+to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
+innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
+the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
+use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
+clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
+those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
+one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
+restriction altogether.
+
+BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
+
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{tcSimplifyInfer}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
+
+    1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
+
+    2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
+       predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
+
+    3. Try improvement, using functional dependencies
+
+    4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
+       (Unification can change the result of 'grow'.)
+
+Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
+Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
+after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
+type variables than we absolutely have to.
+
+For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
+improvement with unification.  E.g. Suppose we have
+
+       class C x y | x->y where ...
+
+and tcSimplify is called with:
+       (C Int a, C Int b)
+Then improvement unifies a with b, giving
+       (C Int a, C Int a)
+
+If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
+again.
 
-@tcSimplifyTop@ deals with constant @Insts@, using the standard simplification
-mechansim with the extra flag to say ``beat out constant insts''.
 
 \begin{code}
-tcSimplifyTop :: [Inst] -> TcM [(Inst, TypecheckedExpr)]
-tcSimplifyTop dicts
-  = tcSimpl False [] [] [] dicts    `thenTc` \ (_, binds, _) ->
-    returnTc binds
+tcSimplifyInfer
+       :: SDoc
+       -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
+       -> [Inst]               -- Wanted
+       -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
+               TcDictBinds,    -- Bindings
+               [TcId])         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
+       -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
 \end{code}
 
-@tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
-@deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
-only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
 
 \begin{code}
-tcSimplifyThetas :: (Class -> TauType -> InstOrigin)  -- Creates an origin for the dummy dicts
-                -> [(Class, TauType)]                -- Simplify this
-                -> TcM [(Class, TauType)]            -- Result
+tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted_lie
+  = inferLoop doc (varSetElems tau_tvs)
+             wanted_lie                `thenM` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
+
+    extendLIEs frees                                                   `thenM_`
+    returnM (qtvs, binds, map instToId irreds)
+
+inferLoop doc tau_tvs wanteds
+  =    -- Step 1
+    zonkTcTyVarsAndFV tau_tvs          `thenM` \ tau_tvs' ->
+    mappM zonkInst wanteds             `thenM` \ wanteds' ->
+    tcGetGlobalTyVars                  `thenM` \ gbl_tvs ->
+    let
+       preds = fdPredsOfInsts wanteds'
+       qtvs  = grow preds tau_tvs' `minusVarSet` oclose preds gbl_tvs
 
-tcSimplifyThetas mk_inst_origin theta
-  = let
-       dicts = map mk_dummy_dict theta
+       try_me inst
+         | isFreeWhenInferring qtvs inst = Free
+         | isClassDict inst              = DontReduceUnlessConstant    -- Dicts
+         | otherwise                     = ReduceMe                    -- Lits and Methods
     in
-        -- Do the business (this is just the heart of "tcSimpl")
-    elimTyCons False (\tv -> False) [] dicts    `thenTc`       \ (_, _, dicts2) ->
+    traceTc (text "infloop" <+> vcat [ppr tau_tvs', ppr wanteds', ppr preds, 
+                                     ppr (grow preds tau_tvs'), ppr qtvs])     `thenM_`
+               -- Step 2
+    reduceContext doc try_me [] wanteds'    `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
+
+               -- Step 3
+    if no_improvement then
+       returnM (varSetElems qtvs, frees, binds, irreds)
+    else
+       -- If improvement did some unification, we go round again.  There
+       -- are two subtleties:
+       --   a) We start again with irreds, not wanteds
+       --      Using an instance decl might have introduced a fresh type variable
+       --      which might have been unified, so we'd get an infinite loop
+       --      if we started again with wanteds!  See example [LOOP]
+       --
+       --   b) It's also essential to re-process frees, because unification
+       --      might mean that a type variable that looked free isn't now.
+       --
+       -- Hence the (irreds ++ frees)
+
+       -- However, NOTICE that when we are done, we might have some bindings, but
+       -- the final qtvs might be empty.  See [NO TYVARS] below.
+                               
+       inferLoop doc tau_tvs (irreds ++ frees) `thenM` \ (qtvs1, frees1, binds1, irreds1) ->
+       returnM (qtvs1, frees1, binds `unionBags` binds1, irreds1)
+\end{code}
 
-         -- Deal with superclass relationships
-    elimSCs [] dicts2              `thenNF_Tc` \ (_, dicts3) ->
+Example [LOOP]
 
-    returnTc (map unmk_dummy_dict dicts3)
-  where
-    mk_dummy_dict (clas, ty)
-      = Dict uniq clas ty (mk_inst_origin clas ty)
+       class If b t e r | b t e -> r
+       instance If T t e t
+       instance If F t e e
+       class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
+       instance Lte Z b T
+       instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
 
-    uniq = panic "tcSimplifyThetas:uniq"
+Wanted:        Max Z (S x) y
 
-    unmk_dummy_dict (Dict _ clas ty _) = (clas, ty)
-\end{code}
+Then we'll reduce using the Max instance to:
+       (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
+and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
+on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
+with (Max Z (S x) y)!
 
-@tcSimplifyCheckThetas@ just checks class-type constraints, essentially;
-used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
-whether it worked or not.
+[NO TYVARS]
 
-\begin{code}
-tcSimplifyCheckThetas :: InstOrigin            -- context; for error msg
-               -> [(Class, TauType)]   -- Simplify this
-               -> TcM ()
+       class Y a b | a -> b where
+           y :: a -> X b
+       
+       instance Y [[a]] a where
+           y ((x:_):_) = X x
+       
+       k :: X a -> X a -> X a
 
-tcSimplifyCheckThetas origin theta
-  = let
-       dicts = map mk_dummy_dict theta
-    in
-        -- Do the business (this is just the heart of "tcSimpl")
-    elimTyCons False (\tv -> False) [] dicts    `thenTc`       \ _ ->
+       g :: Num a => [X a] -> [X a]
+       g xs = h xs
+           where
+           h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
 
-    returnTc ()
-  where
-    mk_dummy_dict (clas, ty)
-      = Dict uniq clas ty origin
+The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
+try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
+From this we get t1:=:t2, but also various bindings.  We can't forget
+the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
+polymorphic in.  
+
+The net effect of [NO TYVARS] 
 
-    uniq = panic "tcSimplifyCheckThetas:uniq"
+\begin{code}
+isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst        -> Bool
+isFreeWhenInferring qtvs inst
+  =  isFreeWrtTyVars qtvs inst         -- Constrains no quantified vars
+  && isInheritableInst inst            -- And no implicit parameter involved
+                                       -- (see "Notes on implicit parameters")
+
+isFreeWhenChecking :: TyVarSet -- Quantified tyvars
+                  -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
+                  -> Inst -> Bool
+isFreeWhenChecking qtvs ips inst
+  =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
+  && isFreeWrtIPs    ips inst
+
+isFreeWrtTyVars qtvs inst = not (tyVarsOfInst inst `intersectsVarSet` qtvs)
+isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection[elimTyCons]{@elimTyCons@}
+\subsection{tcSimplifyCheck}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
+@tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
+we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
+
 \begin{code}
-elimTyCons :: Bool                             -- True <=> Don't simplify const insts
-          -> (TyVar -> Bool)                   -- Free tyvar predicate
-          -> [Inst]                            -- Given
-          -> [Inst]                            -- Wanted
-          -> TcM ([Inst],                      -- Free
-                  [(Inst, TypecheckedExpr)],   -- Bindings
-                  [Inst]                       -- Remaining wanteds; no dups;
-                                               -- dicts only (no Methods)
-              )
+tcSimplifyCheck
+        :: SDoc
+        -> [TcTyVar]           -- Quantify over these
+        -> [Inst]              -- Given
+        -> [Inst]              -- Wanted
+        -> TcM TcDictBinds     -- Bindings
+
+-- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
+-- class decls, instance decls etc.
+--
+-- NB: tcSimplifyCheck does not consult the
+--     global type variables in the environment; so you don't
+--     need to worry about setting them before calling tcSimplifyCheck
+tcSimplifyCheck doc qtvs givens wanted_lie
+  = tcSimplCheck doc get_qtvs
+                givens wanted_lie      `thenM` \ (qtvs', binds) ->
+    returnM binds
+  where
+--    get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV qtvs
+    get_qtvs = return (mkVarSet qtvs)
+
+
+-- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
+-- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
+-- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
+tcSimplifyInferCheck
+        :: SDoc
+        -> TcTyVarSet          -- fv(T)
+        -> [Inst]              -- Given
+        -> [Inst]              -- Wanted
+        -> TcM ([TcTyVar],     -- Variables over which to quantify
+                TcDictBinds)   -- Bindings
+
+tcSimplifyInferCheck doc tau_tvs givens wanted_lie
+  = tcSimplCheck doc get_qtvs givens wanted_lie
+  where
+       -- Figure out which type variables to quantify over
+       -- You might think it should just be the signature tyvars,
+       -- but in bizarre cases you can get extra ones
+       --      f :: forall a. Num a => a -> a
+       --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
+       --      g a b = (b,a)
+       -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
+       -- We don't want g to be monomorphic in b just because
+       -- f isn't quantified over b.
+    all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
+
+    get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV all_tvs       `thenM` \ all_tvs' ->
+              tcGetGlobalTyVars                `thenM` \ gbl_tvs ->
+              let
+                 qtvs = all_tvs' `minusVarSet` gbl_tvs
+                       -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
+                       -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
+                       -- dictionaries, we quantify over
+              in
+              returnM qtvs
+\end{code}
+
+Here is the workhorse function for all three wrappers.
+
+\begin{code}
+tcSimplCheck doc get_qtvs givens wanted_lie
+  = check_loop givens wanted_lie       `thenM` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
+
+       -- Complain about any irreducible ones
+    mappM zonkInst given_dicts_and_ips                         `thenM` \ givens' ->
+    groupErrs (addNoInstanceErrs (Just doc) givens') irreds    `thenM_`
+
+       -- Done
+    extendLIEs frees           `thenM_`
+    returnM (qtvs, binds)
+
+  where
+    given_dicts_and_ips = filter (not . isMethod) givens
+       -- For error reporting, filter out methods, which are 
+       -- only added to the given set as an optimisation
+
+    ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts givens)
+
+    check_loop givens wanteds
+      =                -- Step 1
+       mappM zonkInst givens   `thenM` \ givens' ->
+       mappM zonkInst wanteds  `thenM` \ wanteds' ->
+       get_qtvs                `thenM` \ qtvs' ->
+
+                   -- Step 2
+       let
+           -- When checking against a given signature we always reduce
+           -- until we find a match against something given, or can't reduce
+           try_me inst | isFreeWhenChecking qtvs' ip_set inst = Free
+                       | otherwise                            = ReduceMe
+       in
+       reduceContext doc try_me givens' wanteds'       `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
+
+                   -- Step 3
+       if no_improvement then
+           returnM (varSetElems qtvs', frees, binds, irreds)
+       else
+           check_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (qtvs', frees1, binds1, irreds1) ->
+           returnM (qtvs', frees1, binds `unionBags` binds1, irreds1)
 \end{code}
 
-The bindings returned may mention any or all of ``givens'', so the
-order in which the generated binds are put together is {\em tricky}.
-Case~4 of @try@ is the general case to see.
 
-When we do @eTC givens (wanted:wanteds)@ [some details omitted], we...
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{tcSimplifyRestricted}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+tcSimplifyRestricted infers which type variables to quantify for a 
+group of restricted bindings.  This isn't trivial.
+
+Eg1:   id = \x -> x
+       We want to quantify over a to get id :: forall a. a->a
+       
+Eg2:   eq = (==)
+       We do not want to quantify over a, because there's an Eq a 
+       constraint, so we get eq :: a->a->Bool  (notice no forall)
+
+So, assume:
+       RHS has type 'tau', whose free tyvars are tau_tvs
+       RHS has constraints 'wanteds'
+
+Plan A (simple)
+  Quantify over (tau_tvs \ ftvs(wanteds))
+  This is bad. The constraints may contain (Monad (ST s))
+  where we have        instance Monad (ST s) where...
+  so there's no need to be monomorphic in s!
+
+  Also the constraint might be a method constraint,
+  whose type mentions a perfectly innocent tyvar:
+         op :: Num a => a -> b -> a
+  Here, b is unconstrained.  A good example would be
+       foo = op (3::Int)
+  We want to infer the polymorphic type
+       foo :: forall b. b -> b
+
+
+Plan B (cunning, used for a long time up to and including GHC 6.2)
+  Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
+  with Plan A's problem).  Then set
+       qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
+
+  Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
+  it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
+  The reasons for this is to maximise sharing.
 
-    (1) first look up @wanted@; this gives us one binding to heave in:
-           wanted = rhs
+  This fails for a very subtle reason.  Suppose that in the Step 2
+  a constraint (Foo (Succ Zero) (Succ Zero) b) gets thrown upstairs as 'free'.
+  In the Step 1 this constraint might have been simplified, perhaps to
+  (Foo Zero Zero b), AND THEN THAT MIGHT BE IMPROVED, to bind 'b' to 'T'.
+  This won't happen in Step 2... but that in turn might prevent some other
+  constraint (Baz [a] b) being simplified (e.g. via instance Baz [a] T where {..}) 
+  and that in turn breaks the invariant that no constraints are quantified over.
 
-    (2) step (1) also gave us some @simpler_wanteds@; we simplify
-       these and get some (simpler-wanted-)bindings {\em that must be
-       in scope} for the @wanted=rhs@ binding above!
+  Test typecheck/should_compile/tc177 (which failed in GHC 6.2) demonstrates
+  the problem.
 
-    (3) we simplify the remaining @wanteds@ (recursive call), giving
-       us yet more bindings.
 
-The final arrangement of the {\em non-recursive} bindings is
+Plan C (brutal)
+  Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
+  with Plan A's problem).  Then set
+       qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
+  Return the bindings from Step 1.
+  
+
+A note about Plan C (arising from "bug" reported by George Russel March 2004)
+Consider this:
+
+      instance (HasBinary ty IO) => HasCodedValue ty
+
+      foo :: HasCodedValue a => String -> IO a
+
+      doDecodeIO :: HasCodedValue a => () -> () -> IO a
+      doDecodeIO codedValue view  
+        = let { act = foo "foo" } in  act
+
+You might think this should work becuase the call to foo gives rise to a constraint
+(HasCodedValue t), which can be satisfied by the type sig for doDecodeIO.  But the
+restricted binding act = ... calls tcSimplifyRestricted, and PlanC simplifies the
+constraint using the (rather bogus) instance declaration, and now we are stuffed.
+
+I claim this is not really a bug -- but it bit Sergey as well as George.  So here's
+plan D
+
+
+Plan D (a variant of plan B)
+  Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
+  with Plan A's problem), BUT DO NO IMPROVEMENT.  Then set
+       qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
+
+  Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
+  it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
+
+  The point here is that it's generally OK to have too few qtvs; that is,
+  to make the thing more monomorphic than it could be.  We don't want to
+  do that in the common cases, but in wierd cases it's ok: the programmer
+  can always add a signature.  
+
+  Too few qtvs => too many wanteds, which is what happens if you do less
+  improvement.
 
-    let <simpler-wanted-binds> in
-    let wanted = rhs          in
-    let <yet-more-bindings> ...
 
 \begin{code}
-elimTyCons dont_squash_consts is_free_tv givens wanteds
-  = eTC givens wanteds
-  where
-    eTC :: [Inst] -> [Inst]
-       -> TcM ([Inst], [(Inst, TypecheckedExpr)], [Inst])
-
-    eTC _ [] = returnTc ([], [], [])
-
-    eTC givens (wanted:wanteds) = try givens wanted wanteds
-                                     (extractTyVarsFromInst wanted)
-                                     (find_equiv givens wanted)
-       -- find_equiv looks in "givens" for an inst equivalent to "wanted"
-       -- This is used only in Case 2 below; it's like a guard which also
-       -- returns a result.
-
-    try :: [Inst] -> Inst -> [Inst] -> [TyVar] -> (Maybe Inst)
-       -> TcM ([Inst], [(Inst, TypecheckedExpr)], [Inst])
-
-    -- Case 0: same as existing dict, so build a simple binding
-    try givens wanted wanteds tvs_of_wanted (Just this)
-     = eTC givens wanteds      `thenTc` \ (frees, binds, wanteds') ->
-       let 
-         -- Create a new binding iff it's needed
-         new_binds | instBindingRequired wanted = (wanted, Var (mkInstId this)):binds
-                   | otherwise                  = binds
-       in
-       returnTc (frees, new_binds, wanteds')
-
-    -- Case 1: constrains no type variables at all
-    -- In this case we have a quick go to see if it has an
-    -- instance which requires no inputs (ie a constant); if so we use
-    -- it; if not, we give up on the instance and just heave it out the
-    -- top in the free result
-    try givens wanted wanteds tvs_of_wanted _ | null tvs_of_wanted
-      = simplify_it dont_squash_consts {- If dont_squash_consts is true,
-                                         simplify only if trival -}
-                   givens wanted wanteds
-
-    -- Case 2: constrains free vars only, so fling it out the top in free_ids
-    try givens wanted wanteds tvs_of_wanted _
-      | all is_free_tv tvs_of_wanted
-      = eTC (wanted:givens) wanteds    `thenTc` \ (frees, binds, wanteds') ->
-       returnTc (wanted:frees, binds, wanteds')
-
-    -- Case 3: is a dict constraining only a tyvar,
-    -- so return it as part of the "wanteds" result
-    try givens wanted wanteds tvs_of_wanted _
-      | isTyVarDict wanted
-      = eTC (wanted:givens) wanteds    `thenTc` \ (frees, binds, wanteds') ->
-       returnTc (frees, binds, wanted:wanteds')
-
-    -- Case 4: is not a simple dict, so look up in instance environment
-    try givens wanted wanteds tvs_of_wanted _
-      = simplify_it False {- Simplify even if not trivial -}
-                   givens wanted wanteds
-
-    simplify_it only_if_trivial givens wanted wanteds
-      = if not (instBindingRequired wanted) then
-               -- No binding required for this chap, so squash right away
-          lookupNoBindInst_Tc wanted   `thenTc` \ simpler_wanteds ->
-
-          eTC givens simpler_wanteds   `thenTc` \ (frees1, binds1, wanteds1) ->
-          let
-              new_givens = [new_given | (new_given,rhs) <- binds1]
-               -- Typically binds1 is empty
-          in
-          eTC givens wanteds           `thenTc` \ (frees2, binds2, wanteds2) ->
-
-          returnTc (frees1 ++ frees2,
-                    binds1 ++ binds2,
-                    wanteds1 ++ wanteds2)
-
-       else    -- An binding is required for this inst
-       lookupInst_Tc wanted    `thenTc` \ (rhs, simpler_wanteds) ->
-
-        if (only_if_trivial && not_var rhs) then
-          -- Ho ho!  It isn't trivial to simplify "wanted",
-          -- because the rhs isn't a simple variable.  The flag
-          -- dont_squash_consts tells us to give up now and
-          -- just fling it out the top.
-          eTC (wanted:givens) wanteds  `thenTc` \ (frees, binds, wanteds') ->
-          returnTc (wanted:frees, binds, wanteds')
-       else
-          -- Aha! Either it's easy, or dont_squash_consts is
-          -- False, so we must do it right here.
-
-          eTC givens simpler_wanteds   `thenTc` \ (frees1, binds1, wanteds1) ->
-          let
-              new_givens = [new_given | (new_given,rhs) <- binds1]
-          in
-          eTC (new_givens ++ [wanted] ++ wanteds1 ++ givens) wanteds
-                                  `thenTc` \ (frees2, binds2, wanteds2) ->
-          returnTc (frees1 ++ frees2,
-                    binds1 ++ [(wanted, rhs)] ++ binds2,
-                    wanteds1 ++ wanteds2)
-      where
-       not_var :: TypecheckedExpr -> Bool
-       not_var (Var _) = False
-       not_var other   = True
-
-    find_equiv :: [Inst] -> Inst -> Maybe Inst
-       -- Look through the argument list for an inst which is
-       -- equivalent to the second arg.
-
-    find_equiv []            wanted = Nothing
-    find_equiv (given:givens) wanted
-      | wanted `matchesInst` given = Just given
-      | otherwise                 = find_equiv givens wanted
+tcSimplifyRestricted   -- Used for restricted binding groups
+                       -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
+       :: SDoc
+       -> TopLevelFlag
+       -> [Name]               -- Things bound in this group
+       -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
+       -> [Inst]               -- Free in the RHSs
+       -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
+               TcDictBinds)    -- Bindings
+       -- tcSimpifyRestricted returns no constraints to
+       -- quantify over; by definition there are none.
+       -- They are all thrown back in the LIE
+
+tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs tau_tvs wanteds
+       -- Zonk everything in sight
+  = mappM zonkInst wanteds                     `thenM` \ wanteds' ->
+    zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)    `thenM` \ tau_tvs' ->
+    tcGetGlobalTyVars                          `thenM` \ gbl_tvs' ->
+
+       -- 'reduceMe': Reduce as far as we can.  Don't stop at
+       -- dicts; the idea is to get rid of as many type
+       -- variables as possible, and we don't want to stop
+       -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
+       -- immediately, with no constraint on s.
+       --
+       -- BUT do no improvement!  See Plan D above
+    reduceContextWithoutImprovement 
+       doc reduceMe wanteds'           `thenM` \ (_frees, _binds, constrained_dicts) ->
+
+       -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
+    let
+       constrained_tvs = tyVarsOfInsts constrained_dicts
+       qtvs = (tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs')
+                        `minusVarSet` constrained_tvs
+    in
+    traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
+               pprInsts wanteds, pprInsts _frees, pprInsts constrained_dicts,
+               ppr _binds,
+               ppr constrained_tvs, ppr tau_tvs', ppr qtvs ])  `thenM_`
+
+       -- The first step may have squashed more methods than
+       -- necessary, so try again, this time more gently, knowing the exact
+       -- set of type variables to quantify over.
+       --
+       -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
+       -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
+       -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
+       -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
+       -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
+       --
+       -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
+       -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
+       -- just to float all constraints
+       --
+       -- At top level, we *do* squash methods becuase we want to 
+       -- expose implicit parameters to the test that follows
+    let
+       is_nested_group = isNotTopLevel top_lvl
+        try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs inst,
+                     (is_nested_group || isDict inst) = Free
+                   | otherwise                        = ReduceMe
+    in
+    reduceContextWithoutImprovement 
+       doc try_me wanteds'             `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
+    ASSERT( null irreds )
+
+       -- See "Notes on implicit parameters, Question 4: top level"
+    if is_nested_group then
+       extendLIEs frees        `thenM_`
+        returnM (varSetElems qtvs, binds)
+    else
+       let
+           (non_ips, bad_ips) = partition isClassDict frees
+       in    
+       addTopIPErrs bndrs bad_ips      `thenM_`
+       extendLIEs non_ips              `thenM_`
+        returnM (varSetElems qtvs, binds)
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection[elimSCs]{@elimSCs@}
+\subsection{tcSimplifyToDicts}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-\begin{code}
-elimSCs :: [Inst]                              -- Given; no dups
-       -> [Inst]                               -- Wanted; no dups; all dictionaries, all
-                                               -- constraining just a type variable
-       -> NF_TcM ([(Inst,TypecheckedExpr)],    -- Bindings
-                  [Inst])                      -- Minimal wanted set
+On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
+getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
+as the available stuff for the RHS of the rule.
 
-elimSCs givens wanteds
-  = -- Sort the wanteds so that subclasses occur before superclasses
-    elimSCs_help
-       [dict | dict@(Dict _ _ _ _) <- givens]  -- Filter out non-dictionaries
-       (sortSC wanteds)
+The same thing is used for specialise pragmas. Consider
 
-elimSCs_help :: [Inst]                         -- Given; no dups
-            -> [Inst]                          -- Wanted; no dups;
-            -> NF_TcM ([(Inst,TypecheckedExpr)],-- Bindings
-                       [Inst])                 -- Minimal wanted set
+       f :: Num a => a -> a
+       {-# SPECIALISE f :: Int -> Int #-}
+       f = ...
 
-elimSCs_help given [] = returnNF_Tc ([], [])
+The type checker generates a binding like:
 
-elimSCs_help givens (wanted@(Dict _ wanted_class wanted_ty wanted_orig):wanteds)
-  = case (trySC givens wanted_class wanted_ty) of
+       f_spec = (f :: Int -> Int)
 
-      Nothing -> -- No superclass relnship found
-                elimSCs_help (wanted:givens) wanteds `thenNF_Tc` \ (binds, wanteds') ->
-                returnNF_Tc (binds, wanted:wanteds')
+and we want to end up with
 
-      Just (given, classes) -> -- Aha! There's a superclass relnship
+       f_spec = _inline_me_ (f Int dNumInt)
 
-       -- Build intermediate dictionaries
-       let
-           theta = [ (clas, wanted_ty) | clas <- classes ]
-       in
-       newDicts wanted_orig theta              `thenNF_Tc` \ intermediates ->
+But that means that we must simplify the Method for f to (f Int dNumInt)!
+So tcSimplifyToDicts squeezes out all Methods.
 
-       -- Deal with the recursive call
-       elimSCs_help (wanted : (intermediates ++ givens)) wanteds
-                                               `thenNF_Tc` \ (binds, wanteds') ->
+IMPORTANT NOTE:  we *don't* want to do superclass commoning up.  Consider
+
+       fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
+       {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
+
+Here, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But we *dont*
+want to get
+
+       forall dIntegralInt.
+       fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
+
+because the scsel will mess up matching.  Instead we want
+
+       forall dIntegralInt, dNumInt.
+       fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
+
+Hence "WithoutSCs"
+
+\begin{code}
+tcSimplifyToDicts :: [Inst] -> TcM (TcDictBinds)
+tcSimplifyToDicts wanteds
+  = simpleReduceLoop doc try_me wanteds                `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
+       -- Since try_me doesn't look at types, we don't need to
+       -- do any zonking, so it's safe to call reduceContext directly
+    ASSERT( null frees )
+    extendLIEs irreds          `thenM_`
+    returnM binds
 
-       -- Create bindings for the wanted dictionary and the intermediates.
-       -- Later binds may depend on earlier ones, so each new binding is pushed
-       -- on the front of the accumulating parameter list of bindings
-       let
-           new_binds = mk_binds wanted wanted_class (intermediates ++ [given]) []
-       in
-       returnNF_Tc (new_binds ++ binds, wanteds')
   where
-    mk_binds :: Inst                           -- Define this
-            -> Class                           -- ...whose class is this
-            -> [Inst]                          -- In terms of this sub-class chain
-            -> [(Inst, TypecheckedExpr)]       -- Push the binding on front of these
-            -> [(Inst, TypecheckedExpr)]
-
-    mk_binds dict clas [] binds_so_far = binds_so_far
-    mk_binds dict clas (dict_sub@(Dict _ dict_sub_class ty _):dicts_sub) binds_so_far
-      = mk_binds dict_sub dict_sub_class dicts_sub (new_bind:binds_so_far)
-      where
-       new_bind = (dict, DictApp (TyApp (Var (getSuperDictSelId dict_sub_class clas))
-                                        [ty])
-                                 [mkInstId dict_sub])
-
-
-trySC :: [Inst]                                -- Givens
-      -> Class -> UniType              -- Wanted
-      -> Maybe (Inst, [Class])         -- Nothing if no link; Just (given, classes)
-                                       -- if wanted can be given in terms of given, with
-                                       -- intermediate classes specified
-trySC givens wanted_class wanted_ty
-  = case subclass_relns of
-        [] -> Nothing
-        ((given, classes, _): _) -> Just (given, classes)
+    doc = text "tcSimplifyToDicts"
+
+       -- Reduce methods and lits only; stop as soon as we get a dictionary
+    try_me inst        | isDict inst = KeepDictWithoutSCs      -- See notes above re "WithoutSCs"
+               | otherwise   = ReduceMe
+\end{code}
+
+
+
+tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
+a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
+any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
+Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
+Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
+this bracket again at its usage site.
+
+\begin{code}
+tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
+tcSimplifyBracket wanteds
+  = simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds      `thenM_`
+    returnM ()
   where
-    subclass_relns :: [(Inst, [Class], Int)]   -- Subclass of wanted,
-                                                -- intervening classes,
-                                                -- and number of intervening classes
-                                                -- Sorted with shortest link first
-    subclass_relns = sortLt reln_lt (catMaybes (map find_subclass_reln givens))
+    doc = text "tcSimplifyBracket"
+\end{code}
 
-    reln_lt :: (Inst, [Class], Int) -> (Inst, [Class], Int) -> Bool
-    (_,_,n1) `reln_lt` (_,_,n2) = n1 < n2
 
-    find_subclass_reln given@(Dict _ given_class given_ty _)
-        | wanted_ty == given_ty
-        = case (wanted_class `isSuperClassOf` given_class) of
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Filtering at a dynamic binding}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-                Just classes -> Just (given,
-                                      classes,
-                                      length classes)
+When we have
+       let ?x = R in B
 
-                Nothing      -> Nothing
+we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
+step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
 
-        | otherwise = Nothing
+Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
 
+       f :: (?x::Int) => Char -> Char
+       let ?x = 3 in f 'c'
 
-sortSC :: [Inst]    -- Expected to be all dicts (no MethodIds), all of
-                   -- which constrain type variables
-       -> [Inst]    -- Sorted with subclasses before superclasses
+then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
+force the binding for ?x to be of type Int.
 
-sortSC dicts = sortLt lt dicts
+\begin{code}
+tcSimplifyIPs :: [Inst]                -- The implicit parameters bound here
+             -> [Inst]         -- Wanted
+             -> TcM TcDictBinds
+tcSimplifyIPs given_ips wanteds
+  = simpl_loop given_ips wanteds       `thenM` \ (frees, binds) ->
+    extendLIEs frees                   `thenM_`
+    returnM binds
   where
-    (Dict _ c1 ty1 _) `lt` (Dict _ c2 ty2 _)
-       = tv1 `ltTyVar` tv2 ||
-       (tv1 `eqTyVar` tv2 && maybeToBool (c2 `isSuperClassOf` c1))
-       where
-       tv1 = getTyVar "sortSC" ty1
-       tv2 = getTyVar "sortSC" ty2
+    doc             = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
+    ip_set   = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
+
+       -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
+    try_me inst | isFreeWrtIPs ip_set inst = Free
+               | otherwise                = ReduceMe
+
+    simpl_loop givens wanteds
+      = mappM zonkInst givens          `thenM` \ givens' ->
+        mappM zonkInst wanteds         `thenM` \ wanteds' ->
+
+        reduceContext doc try_me givens' wanteds'    `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
+
+        if no_improvement then
+           ASSERT( null irreds )
+           returnM (frees, binds)
+       else
+           simpl_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (frees1, binds1) ->
+           returnM (frees1, binds `unionBags` binds1)
 \end{code}
 
 
@@ -567,36 +1204,1256 @@ there, they would have unresolvable references to @f@.
 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
-@LIE@), as well as the @Binds@ generated.
+@LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
+
+\begin{code}
+bindInstsOfLocalFuns ::        [Inst] -> [TcId] -> TcM TcDictBinds
+-- Simlifies only MethodInsts, and generate only bindings of form 
+--     fm = f tys dicts
+-- We're careful not to even generate bindings of the form
+--     d1 = d2
+-- You'd think that'd be fine, but it interacts with what is
+-- arguably a bug in Match.tidyEqnInfo (see notes there)
+
+bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
+  | null overloaded_ids
+       -- Common case
+  = extendLIEs wanteds         `thenM_`
+    returnM emptyLHsBinds
+
+  | otherwise
+  = simpleReduceLoop doc try_me for_me `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
+    ASSERT( null irreds )
+    extendLIEs not_for_me      `thenM_`
+    extendLIEs frees           `thenM_`
+    returnM binds
+  where
+    doc                     = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
+    overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
+    is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
+    (for_me, not_for_me) = partition (isMethodFor overloaded_set) wanteds
+
+    overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids   -- There can occasionally be a lot of them
+                                               -- so it's worth building a set, so that
+                                               -- lookup (in isMethodFor) is faster
+    try_me inst | isMethod inst = ReduceMe
+               | otherwise     = Free
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Data types for the reduction mechanism}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+The main control over context reduction is here
 
 \begin{code}
-bindInstsOfLocalFuns ::        LIE -> [Id] -> NF_TcM (LIE, TypecheckedMonoBinds)
+data WhatToDo
+ = ReduceMe            -- Try to reduce this
+                       -- If there's no instance, behave exactly like
+                       -- DontReduce: add the inst to
+                       -- the irreductible ones, but don't
+                       -- produce an error message of any kind.
+                       -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
+
+ | KeepDictWithoutSCs  -- Return as irreducible; don't add its superclasses
+                       -- Rather specialised: see notes with tcSimplifyToDicts
+
+ | DontReduceUnlessConstant    -- Return as irreducible unless it can
+                               -- be reduced to a constant in one step
+
+ | Free                          -- Return as free
+
+reduceMe :: Inst -> WhatToDo
+reduceMe inst = ReduceMe
+
+data WantSCs = NoSCs | AddSCs  -- Tells whether we should add the superclasses
+                               -- of a predicate when adding it to the avails
+\end{code}
+
+
+
+\begin{code}
+type Avails = FiniteMap Inst Avail
+emptyAvails = emptyFM
+
+data Avail
+  = IsFree             -- Used for free Insts
+  | Irred              -- Used for irreducible dictionaries,
+                       -- which are going to be lambda bound
+
+  | Given TcId                 -- Used for dictionaries for which we have a binding
+                       -- e.g. those "given" in a signature
+         Bool          -- True <=> actually consumed (splittable IPs only)
+
+  | NoRhs              -- Used for Insts like (CCallable f)
+                       -- where no witness is required.
+                       -- ToDo: remove?
+
+  | Rhs                -- Used when there is a RHS
+       (LHsExpr TcId)  -- The RHS
+       [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
+
+  | Linear             -- Splittable Insts only.
+       Int             -- The Int is always 2 or more; indicates how
+                       -- many copies are required
+       Inst            -- The splitter
+       Avail           -- Where the "master copy" is
+
+  | LinRhss            -- Splittable Insts only; this is used only internally
+                       --      by extractResults, where a Linear 
+                       --      is turned into an LinRhss
+       [LHsExpr TcId]  -- A supply of suitable RHSs
+
+pprAvails avails = vcat [sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> pprAvail avail)]
+                       | (inst,avail) <- fmToList avails ]
+
+instance Outputable Avail where
+    ppr = pprAvail
+
+pprAvail NoRhs         = text "<no rhs>"
+pprAvail IsFree                = text "Free"
+pprAvail Irred         = text "Irred"
+pprAvail (Given x b)           = text "Given" <+> ppr x <+> 
+                         if b then text "(used)" else empty
+pprAvail (Rhs rhs bs)   = text "Rhs" <+> ppr rhs <+> braces (ppr bs)
+pprAvail (Linear n i a) = text "Linear" <+> ppr n <+> braces (ppr i) <+> ppr a
+pprAvail (LinRhss rhss) = text "LinRhss" <+> ppr rhss
+\end{code}
+
+Extracting the bindings from a bunch of Avails.
+The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
+We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
+dependency analyser can sort them out later
+
+The loop startes
+\begin{code}
+extractResults :: Avails
+              -> [Inst]                -- Wanted
+              -> TcM (TcDictBinds,     -- Bindings
+                       [Inst],         -- Irreducible ones
+                       [Inst])         -- Free ones
+
+extractResults avails wanteds
+  = go avails emptyBag [] [] wanteds
+  where
+    go avails binds irreds frees [] 
+      = returnM (binds, irreds, frees)
+
+    go avails binds irreds frees (w:ws)
+      = case lookupFM avails w of
+         Nothing    -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
+                       go avails binds irreds frees ws
+
+         Just NoRhs  -> go avails               binds irreds     frees     ws
+         Just IsFree -> go (add_free avails w)  binds irreds     (w:frees) ws
+         Just Irred  -> go (add_given avails w) binds (w:irreds) frees     ws
+
+         Just (Given id _) -> go avails new_binds irreds frees ws
+                           where
+                              new_binds | id == instToId w = binds
+                                        | otherwise        = addBind binds w (L (instSpan w) (HsVar id))
+               -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
+               -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
+
+         Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds irreds frees (ws' ++ ws)
+                            where
+                               new_binds = addBind binds w rhs
+
+         Just (Linear n split_inst avail)      -- Transform Linear --> LinRhss
+           -> get_root irreds frees avail w            `thenM` \ (irreds', frees', root_id) ->
+              split n (instToId split_inst) root_id w  `thenM` \ (binds', rhss) ->
+              go (addToFM avails w (LinRhss rhss))
+                 (binds `unionBags` binds')
+                 irreds' frees' (split_inst : w : ws)
+
+         Just (LinRhss (rhs:rhss))             -- Consume one of the Rhss
+               -> go new_avails new_binds irreds frees ws
+               where           
+                  new_binds  = addBind binds w rhs
+                  new_avails = addToFM avails w (LinRhss rhss)
+
+    get_root irreds frees (Given id _) w = returnM (irreds, frees, id)
+    get_root irreds frees Irred               w = cloneDict w  `thenM` \ w' ->
+                                          returnM (w':irreds, frees, instToId w')
+    get_root irreds frees IsFree       w = cloneDict w `thenM` \ w' ->
+                                          returnM (irreds, w':frees, instToId w')
+
+    add_given avails w 
+       | instBindingRequired w = addToFM avails w (Given (instToId w) True)
+       | otherwise             = addToFM avails w NoRhs
+       -- NB: make sure that CCallable/CReturnable use NoRhs rather
+       --      than Given, else we end up with bogus bindings.
+
+    add_free avails w | isMethod w = avails
+                     | otherwise  = add_given avails w
+       -- NB: Hack alert!  
+       -- Do *not* replace Free by Given if it's a method.
+       -- The following situation shows why this is bad:
+       --      truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
+       -- From an application (truncate f i) we get
+       --      t1 = truncate at f
+       --      t2 = t1 at i
+       -- If we have also have a second occurrence of truncate, we get
+       --      t3 = truncate at f
+       --      t4 = t3 at i
+       -- When simplifying with i,f free, we might still notice that
+       --   t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
+       --   will continue to float out!
+       -- (split n i a) returns: n rhss
+       --                        auxiliary bindings
+       --                        1 or 0 insts to add to irreds
+
+
+split :: Int -> TcId -> TcId -> Inst 
+      -> TcM (TcDictBinds, [LHsExpr TcId])
+-- (split n split_id root_id wanted) returns
+--     * a list of 'n' expressions, all of which witness 'avail'
+--     * a bunch of auxiliary bindings to support these expressions
+--     * one or zero insts needed to witness the whole lot
+--       (maybe be zero if the initial Inst is a Given)
+--
+-- NB: 'wanted' is just a template
+
+split n split_id root_id wanted
+  = go n
+  where
+    ty      = linearInstType wanted
+    pair_ty = mkTyConApp pairTyCon [ty,ty]
+    id      = instToId wanted
+    occ     = getOccName id
+    loc     = getSrcLoc id
+    span    = instSpan wanted
+
+    go 1 = returnM (emptyBag, [L span $ HsVar root_id])
+
+    go n = go ((n+1) `div` 2)          `thenM` \ (binds1, rhss) ->
+          expand n rhss                `thenM` \ (binds2, rhss') ->
+          returnM (binds1 `unionBags` binds2, rhss')
+
+       -- (expand n rhss) 
+       -- Given ((n+1)/2) rhss, make n rhss, using auxiliary bindings
+       --  e.g.  expand 3 [rhs1, rhs2]
+       --        = ( { x = split rhs1 },
+       --            [fst x, snd x, rhs2] )
+    expand n rhss
+       | n `rem` 2 == 0 = go rhss      -- n is even
+       | otherwise      = go (tail rhss)       `thenM` \ (binds', rhss') ->
+                          returnM (binds', head rhss : rhss')
+       where
+         go rhss = mapAndUnzipM do_one rhss    `thenM` \ (binds', rhss') ->
+                   returnM (listToBag binds', concat rhss')
+
+         do_one rhs = newUnique                        `thenM` \ uniq -> 
+                      tcLookupId fstName               `thenM` \ fst_id ->
+                      tcLookupId sndName               `thenM` \ snd_id ->
+                      let 
+                         x = mkUserLocal occ uniq pair_ty loc
+                      in
+                      returnM (L span (VarBind x (mk_app span split_id rhs)),
+                               [mk_fs_app span fst_id ty x, mk_fs_app span snd_id ty x])
+
+mk_fs_app span id ty var = L span (HsVar id) `mkHsTyApp` [ty,ty] `mkHsApp` (L span (HsVar var))
+
+mk_app span id rhs = L span (HsApp (L span (HsVar id)) rhs)
+
+addBind binds inst rhs = binds `unionBags` unitBag (L (instLocSrcSpan (instLoc inst)) 
+                                                     (VarBind (instToId inst) rhs))
+instSpan wanted = instLocSrcSpan (instLoc wanted)
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection[reduce]{@reduce@}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+When the "what to do" predicate doesn't depend on the quantified type variables,
+matters are easier.  We don't need to do any zonking, unless the improvement step
+does something, in which case we zonk before iterating.
+
+The "given" set is always empty.
+
+\begin{code}
+simpleReduceLoop :: SDoc
+                -> (Inst -> WhatToDo)          -- What to do, *not* based on the quantified type variables
+                -> [Inst]                      -- Wanted
+                -> TcM ([Inst],                -- Free
+                        TcDictBinds,
+                        [Inst])                -- Irreducible
+
+simpleReduceLoop doc try_me wanteds
+  = mappM zonkInst wanteds                     `thenM` \ wanteds' ->
+    reduceContext doc try_me [] wanteds'       `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
+    if no_improvement then
+       returnM (frees, binds, irreds)
+    else
+       simpleReduceLoop doc try_me (irreds ++ frees)   `thenM` \ (frees1, binds1, irreds1) ->
+       returnM (frees1, binds `unionBags` binds1, irreds1)
+\end{code}
+
+
+
+\begin{code}
+reduceContext :: SDoc
+             -> (Inst -> WhatToDo)
+             -> [Inst]                 -- Given
+             -> [Inst]                 -- Wanted
+             -> TcM (Bool,             -- True <=> improve step did no unification
+                        [Inst],        -- Free
+                        TcDictBinds,   -- Dictionary bindings
+                        [Inst])        -- Irreducible
+
+reduceContext doc try_me givens wanteds
+  =
+    traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
+            text "----------------------",
+            doc,
+            text "given" <+> ppr givens,
+            text "wanted" <+> ppr wanteds,
+            text "----------------------"
+            ]))                                        `thenM_`
+
+        -- Build the Avail mapping from "givens"
+    foldlM addGiven emptyAvails givens                 `thenM` \ init_state ->
+
+        -- Do the real work
+    reduceList (0,[]) try_me wanteds init_state                `thenM` \ avails ->
+
+       -- Do improvement, using everything in avails
+       -- In particular, avails includes all superclasses of everything
+    tcImprove avails                                   `thenM` \ no_improvement ->
+
+    extractResults avails wanteds                      `thenM` \ (binds, irreds, frees) ->
+
+    traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
+            text "----------------------",
+            doc,
+            text "given" <+> ppr givens,
+            text "wanted" <+> ppr wanteds,
+            text "----",
+            text "avails" <+> pprAvails avails,
+            text "frees" <+> ppr frees,
+            text "no_improvement =" <+> ppr no_improvement,
+            text "----------------------"
+            ]))                                        `thenM_`
+
+    returnM (no_improvement, frees, binds, irreds)
+
+-- reduceContextWithoutImprovement differs from reduceContext
+--     (a) no improvement
+--     (b) 'givens' is assumed empty
+reduceContextWithoutImprovement doc try_me wanteds
+  =
+    traceTc (text "reduceContextWithoutImprovement" <+> (vcat [
+            text "----------------------",
+            doc,
+            text "wanted" <+> ppr wanteds,
+            text "----------------------"
+            ]))                                        `thenM_`
+
+        -- Do the real work
+    reduceList (0,[]) try_me wanteds emptyAvails       `thenM` \ avails ->
+    extractResults avails wanteds                      `thenM` \ (binds, irreds, frees) ->
+
+    traceTc (text "reduceContextWithoutImprovement end" <+> (vcat [
+            text "----------------------",
+            doc,
+            text "wanted" <+> ppr wanteds,
+            text "----",
+            text "avails" <+> pprAvails avails,
+            text "frees" <+> ppr frees,
+            text "----------------------"
+            ]))                                        `thenM_`
+
+    returnM (frees, binds, irreds)
+
+tcImprove :: Avails -> TcM Bool                -- False <=> no change
+-- Perform improvement using all the predicates in Avails
+tcImprove avails
+ =  tcGetInstEnvs                      `thenM` \ inst_envs -> 
+    let
+       preds = [ (pred, pp_loc)
+               | (inst, avail) <- fmToList avails,
+                 pred <- get_preds inst avail,
+                 let pp_loc = pprInstLoc (instLoc inst)
+               ]
+               -- Avails has all the superclasses etc (good)
+               -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
+               -- It does not have duplicates (good)
+               -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
+               --    so that improve will see them separate
+
+       -- For free Methods, we want to take predicates from their context,
+       -- but for Methods that have been squished their context will already
+       -- be in Avails, and we don't want duplicates.  Hence this rather
+       -- horrid get_preds function
+       get_preds inst IsFree = fdPredsOfInst inst
+       get_preds inst other | isDict inst = [dictPred inst]
+                            | otherwise   = []
+
+       eqns = improve get_insts preds
+       get_insts clas = classInstances inst_envs clas
+     in
+     if null eqns then
+       returnM True
+     else
+       traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))     `thenM_`
+        mappM_ unify eqns      `thenM_`
+       returnM False
+  where
+    unify ((qtvs, pairs), doc)
+        = addErrCtxt doc                       $
+          tcInstTyVars (varSetElems qtvs)      `thenM` \ (_, _, tenv) ->
+          mapM_ (unif_pr tenv) pairs
+    unif_pr tenv (ty1,ty2) =  unifyTauTy (substTy tenv ty1) (substTy tenv ty2)
+\end{code}
+
+The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
+
+\begin{code}
+reduceList :: (Int,[Inst])             -- Stack (for err msgs)
+                                       -- along with its depth
+                  -> (Inst -> WhatToDo)
+                  -> [Inst]
+                  -> Avails
+                  -> TcM Avails
+\end{code}
+
+@reduce@ is passed
+     try_me:   given an inst, this function returns
+                 Reduce       reduce this
+                 DontReduce   return this in "irreds"
+                 Free         return this in "frees"
+
+     wanteds:  The list of insts to reduce
+     state:    An accumulating parameter of type Avails
+               that contains the state of the algorithm
+
+  It returns a Avails.
 
-bindInstsOfLocalFuns init_lie local_ids
-  = let
-       insts = unMkLIE init_lie
+The (n,stack) pair is just used for error reporting.
+n is always the depth of the stack.
+The stack is the stack of Insts being reduced: to produce X
+I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
+
+\begin{code}
+reduceList (n,stack) try_me wanteds state
+  | n > opt_MaxContextReductionDepth
+  = failWithTc (reduceDepthErr n stack)
+
+  | otherwise
+  =
+#ifdef DEBUG
+   (if n > 8 then
+       pprTrace "Interesting! Context reduction stack deeper than 8:" 
+                (nest 2 (pprStack stack))
+    else (\x->x))
+#endif
+    go wanteds state
+  where
+    go []     state = returnM state
+    go (w:ws) state = reduce (n+1, w:stack) try_me w state     `thenM` \ state' ->
+                     go ws state'
+
+    -- Base case: we're done!
+reduce stack try_me wanted avails
+    -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
+  | Just avail <- isAvailable avails wanted
+  = if isLinearInst wanted then
+       addLinearAvailable avails avail wanted  `thenM` \ (avails', wanteds') ->
+       reduceList stack try_me wanteds' avails'
+    else
+       returnM avails          -- No op for non-linear things
+
+  | otherwise
+  = case try_me wanted of {
+
+      KeepDictWithoutSCs -> addIrred NoSCs avails wanted
+
+    ; DontReduceUnlessConstant ->    -- It's irreducible (or at least should not be reduced)
+                                    -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
+       try_simple (addIrred AddSCs)    -- Assume want superclasses
+
+    ; Free ->  -- It's free so just chuck it upstairs
+               -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
+       try_simple addFree
+
+    ; ReduceMe ->              -- It should be reduced
+       lookupInst wanted             `thenM` \ lookup_result ->
+       case lookup_result of
+           GenInst wanteds' rhs -> addIrred NoSCs avails wanted                `thenM` \ avails1 ->
+                                   reduceList stack try_me wanteds' avails1    `thenM` \ avails2 ->
+                                   addWanted avails2 wanted rhs wanteds'
+               -- Experiment with temporarily doing addIrred *before* the reduceList, 
+               -- which has the effect of adding the thing we are trying
+               -- to prove to the database before trying to prove the things it
+               -- needs.  See note [RECURSIVE DICTIONARIES]
+               -- NB: we must not do an addWanted before, because that adds the
+               --     superclasses too, and thaat can lead to a spurious loop; see
+               --     the examples in [SUPERCLASS-LOOP]
+               -- So we do an addIrred before, and then overwrite it afterwards with addWanted
+
+           SimpleInst rhs       -> addWanted avails wanted rhs []
+
+           NoInstance ->    -- No such instance!
+                            -- Add it and its superclasses
+                            addIrred AddSCs avails wanted
+    }
+  where
+    try_simple do_this_otherwise
+      = lookupInst wanted        `thenM` \ lookup_result ->
+       case lookup_result of
+           SimpleInst rhs -> addWanted avails wanted rhs []
+           other          -> do_this_otherwise avails wanted
+\end{code}
+
+
+\begin{code}
+-------------------------
+isAvailable :: Avails -> Inst -> Maybe Avail
+isAvailable avails wanted = lookupFM avails wanted
+       -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
+       -- *not* by unique.  So
+       --      d1::C Int ==  d2::C Int
+
+addLinearAvailable :: Avails -> Avail -> Inst -> TcM (Avails, [Inst])
+addLinearAvailable avails avail wanted
+       -- avails currently maps [wanted -> avail]
+       -- Extend avails to reflect a neeed for an extra copy of avail
+
+  | Just avail' <- split_avail avail
+  = returnM (addToFM avails wanted avail', [])
+
+  | otherwise
+  = tcLookupId splitName                       `thenM` \ split_id ->
+    tcInstClassOp (instLoc wanted) split_id 
+                 [linearInstType wanted]       `thenM` \ split_inst ->
+    returnM (addToFM avails wanted (Linear 2 split_inst avail), [split_inst])
+
+  where
+    split_avail :: Avail -> Maybe Avail
+       -- (Just av) if there's a modified version of avail that
+       --           we can use to replace avail in avails
+       -- Nothing   if there isn't, so we need to create a Linear
+    split_avail (Linear n i a)             = Just (Linear (n+1) i a)
+    split_avail (Given id used) | not used  = Just (Given id True)
+                               | otherwise = Nothing
+    split_avail Irred                      = Nothing
+    split_avail IsFree                     = Nothing
+    split_avail other = pprPanic "addLinearAvailable" (ppr avail $$ ppr wanted $$ ppr avails)
+                 
+-------------------------
+addFree :: Avails -> Inst -> TcM Avails
+       -- When an Inst is tossed upstairs as 'free' we nevertheless add it
+       -- to avails, so that any other equal Insts will be commoned up right
+       -- here rather than also being tossed upstairs.  This is really just
+       -- an optimisation, and perhaps it is more trouble that it is worth,
+       -- as the following comments show!
+       --
+       -- NB: do *not* add superclasses.  If we have
+       --      df::Floating a
+       --      dn::Num a
+       -- but a is not bound here, then we *don't* want to derive
+       -- dn from df here lest we lose sharing.
+       --
+addFree avails free = returnM (addToFM avails free IsFree)
+
+addWanted :: Avails -> Inst -> LHsExpr TcId -> [Inst] -> TcM Avails
+addWanted avails wanted rhs_expr wanteds
+  = addAvailAndSCs avails wanted avail
+  where
+    avail | instBindingRequired wanted = Rhs rhs_expr wanteds
+         | otherwise                  = ASSERT( null wanteds ) NoRhs
+
+addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
+addGiven avails given = addAvailAndSCs avails given (Given (instToId given) False)
+       -- No ASSERT( not (given `elemFM` avails) ) because in an instance
+       -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
+       -- so the assert isn't true
+
+addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
+addIrred NoSCs  avails irred = returnM (addToFM avails irred Irred)
+addIrred AddSCs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemFM` avails), ppr irred $$ ppr avails )
+                              addAvailAndSCs avails irred Irred
+
+addAvailAndSCs :: Avails -> Inst -> Avail -> TcM Avails
+addAvailAndSCs avails inst avail
+  | not (isClassDict inst) = returnM avails1
+  | otherwise             = traceTc (text "addAvailAndSCs" <+> vcat [ppr inst, ppr deps]) `thenM_`
+                            addSCs is_loop avails1 inst 
+  where
+    avails1     = addToFM avails inst avail
+    is_loop inst = any (`tcEqType` idType (instToId inst)) dep_tys
+                       -- Note: this compares by *type*, not by Unique
+    deps         = findAllDeps (unitVarSet (instToId inst)) avail
+    dep_tys     = map idType (varSetElems deps)
+
+    findAllDeps :: IdSet -> Avail -> IdSet
+    -- Find all the Insts that this one depends on
+    -- See Note [SUPERCLASS-LOOP]
+    -- Watch out, though.  Since the avails may contain loops 
+    -- (see Note [RECURSIVE DICTIONARIES]), so we need to track the ones we've seen so far
+    findAllDeps so_far (Rhs _ kids) = foldl find_all so_far kids
+    findAllDeps so_far other       = so_far
+
+    find_all :: IdSet -> Inst -> IdSet
+    find_all so_far kid
+      | kid_id `elemVarSet` so_far       = so_far
+      | Just avail <- lookupFM avails kid = findAllDeps so_far' avail
+      | otherwise                        = so_far'
+      where
+       so_far' = extendVarSet so_far kid_id    -- Add the new kid to so_far
+       kid_id = instToId kid
+
+addSCs :: (Inst -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
+       -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
+       -- The first param says "dont do this because the original thing
+       --      depends on this one, so you'd build a loop"
+       -- Invariant: the Inst is already in Avails.
+
+addSCs is_loop avails dict
+  = newDictsFromOld dict sc_theta'     `thenM` \ sc_dicts ->
+    foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels)
+  where
+    (clas, tys) = getDictClassTys dict
+    (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
+    sc_theta' = substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
+
+    add_sc avails (sc_dict, sc_sel)    -- Add it, and its superclasses
+      | add_me sc_dict = addSCs is_loop avails' sc_dict
+      | otherwise      = returnM avails
+      where
+       sc_sel_rhs = mkHsDictApp (mkHsTyApp (L (instSpan dict) (HsVar sc_sel)) tys) [instToId dict]
+       avails'    = addToFM avails sc_dict (Rhs sc_sel_rhs [dict])
+
+    add_me :: Inst -> Bool
+    add_me sc_dict
+       | is_loop sc_dict = False       -- See Note [SUPERCLASS-LOOP]
+       | otherwise       = case lookupFM avails sc_dict of
+                               Just (Given _ _) -> False       -- Given is cheaper than superclass selection
+                               other            -> True        
+\end{code}
+
+Note [SUPERCLASS-LOOP]: Checking for loops
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+We have to be careful here.  If we are *given* d1:Ord a,
+and want to deduce (d2:C [a]) where
+
+       class Ord a => C a where
+       instance Ord [a] => C [a] where ...
+
+Then we'll use the instance decl to deduce C [a] from Ord [a], and then add the
+superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
+for Ord [a] (which is obtained from Ord a) with a superclass selection or we'll just
+build a loop! 
+
+Here's another variant, immortalised in tcrun020
+       class Monad m => C1 m
+       class C1 m => C2 m x
+       instance C2 Maybe Bool
+For the instance decl we need to build (C1 Maybe), and it's no good if
+we run around and add (C2 Maybe Bool) and its superclasses to the avails 
+before we search for C1 Maybe.
+
+Here's another example 
+       class Eq b => Foo a b
+       instance Eq a => Foo [a] a
+If we are reducing
+       (Foo [t] t)
+
+we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
+then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
+
+At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
+in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
+becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
+I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
+simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Irred
+first time, but reducible next time.
+
+Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
+when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
+
+
+Note [RECURSIVE DICTIONARIES]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Consider 
+    data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
+    
+    instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
+        ZeroD     == ZeroD     = True
+        (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
+        _         == _         = False;
+    
+    equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
+    equalDC = (==);
+
+We need to prove (Eq (D [])).  Here's how we go:
+
+       d1 : Eq (D [])
+
+by instance decl, holds if
+       d2 : Eq [D []]
+       where   d1 = dfEqD d2
+
+by instance decl of Eq, holds if
+       d3 : D []
+       where   d2 = dfEqList d3
+               d1 = dfEqD d2
+
+But now we can "tie the knot" to give
+
+       d3 = d1
+       d2 = dfEqList d3
+       d1 = dfEqD d2
+
+and it'll even run!  The trick is to put the thing we are trying to prove
+(in this case Eq (D []) into the database before trying to prove its
+contributing clauses.
+       
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\section{tcSimplifyTop: defaulting}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+
+@tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
+and ambiguous Insts.
+
+We need to be careful of one case.  Suppose we have
+
+       instance Num a => Num (Foo a b) where ...
+
+and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
+to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
+
+It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
+
+
+\begin{code}
+tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
+tcSimplifyTop         wanteds = tc_simplify_top False {- Not interactive loop -} wanteds
+tcSimplifyInteractive wanteds = tc_simplify_top True  {- Interactive loop -}     wanteds
+
+
+-- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
+-- error message generation for the monomorphism restriction
+tc_simplify_top is_interactive wanteds
+  = getLclEnv                                                  `thenM` \ lcl_env ->
+    traceTc (text "tcSimplifyTop" <+> ppr (lclEnvElts lcl_env))        `thenM_`
+    simpleReduceLoop (text "tcSimplTop") reduceMe wanteds      `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
+    ASSERT( null frees )
+
+    let
+               -- All the non-std ones are definite errors
+       (stds, non_stds) = partition isStdClassTyVarDict irreds
+
+               -- Group by type variable
+       std_groups = equivClasses cmp_by_tyvar stds
+
+               -- Pick the ones which its worth trying to disambiguate
+               -- namely, the onese whose type variable isn't bound
+               -- up with one of the non-standard classes
+       (std_oks, std_bads)     = partition worth_a_try std_groups
+       worth_a_try group@(d:_) = not (non_std_tyvars `intersectsVarSet` tyVarsOfInst d)
+       non_std_tyvars          = unionVarSets (map tyVarsOfInst non_stds)
+
+               -- Collect together all the bad guys
+       bad_guys           = non_stds ++ concat std_bads
+       (non_ips, bad_ips) = partition isClassDict bad_guys
+       (ambigs, no_insts) = partition is_ambig non_ips
+       is_ambig d         = not (tyVarsOfInst d `subVarSet` fixed_tvs)
+       fixed_tvs          = oclose (fdPredsOfInsts irreds) emptyVarSet
+       -- If the dict has free type variables, it's almost certainly ambiguous,
+       -- and that's the first thing to fix.  
+       -- Otherwise, addNoInstanceErrs does the right thing
+       -- I say "almost certain" because we might have
+       --       class C a b | a -> B where ...
+       -- plus an Inst (C Int x).  Then the 'x' isn't ambiguous; it's just that
+       -- there's no instance decl for (C Int ...).  Hence the oclose.
+    in
+
+       -- Report definite errors
+    groupErrs (addNoInstanceErrs Nothing []) no_insts  `thenM_`
+    strangeTopIPErrs bad_ips                           `thenM_`
+
+       -- Deal with ambiguity errors, but only if
+       -- if there has not been an error so far; errors often
+       -- give rise to spurious ambiguous Insts
+    ifErrsM (returnM []) (
+       
+       -- Complain about the ones that don't fall under
+       -- the Haskell rules for disambiguation
+       -- This group includes both non-existent instances
+       --      e.g. Num (IO a) and Eq (Int -> Int)
+       -- and ambiguous dictionaries
+       --      e.g. Num a
+       addTopAmbigErrs ambigs          `thenM_`
+
+       -- Disambiguate the ones that look feasible
+        mappM (disambigGroup is_interactive) std_oks
+    )                                  `thenM` \ binds_ambig ->
+
+    returnM (binds `unionBags` unionManyBags binds_ambig)
+
+----------------------------------
+d1 `cmp_by_tyvar` d2 = get_tv d1 `compare` get_tv d2
+
+get_tv d   = case getDictClassTys d of
+                  (clas, [ty]) -> tcGetTyVar "tcSimplify" ty
+get_clas d = case getDictClassTys d of
+                  (clas, [ty]) -> clas
+\end{code}
+
+If a dictionary constrains a type variable which is
+       * not mentioned in the environment
+       * and not mentioned in the type of the expression
+then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
+the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
+parameter to a function.
+
+It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
+certain rules to be applied in the special case of numeric types.
+Specifically, if
+       * at least one of its classes is a numeric class, and
+       * all of its classes are numeric or standard
+then the type variable can be defaulted to the first type in the
+default-type list which is an instance of all the offending classes.
+
+So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
+dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
+complains.  It works by splitting the dictionary list by type
+variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
+
+@disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
+the same type variable.
+
+ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
+@()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
+the most common use of defaulting is code like:
+\begin{verbatim}
+       _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
+\end{verbatim}
+Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
+@void@.
+
+\begin{code}
+disambigGroup :: Bool  -- True <=> simplifying at top-level interactive loop
+             -> [Inst] -- All standard classes of form (C a)
+             -> TcM TcDictBinds
+
+disambigGroup is_interactive dicts
+  |   any std_default_class classes    -- Guaranteed all standard classes
+  =    -- THE DICTS OBEY THE DEFAULTABLE CONSTRAINT
+       -- SO, TRY DEFAULT TYPES IN ORDER
+
+       -- Failure here is caused by there being no type in the
+       -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
+       -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
+       -- default list is Int.
+    get_default_tys                    `thenM` \ default_tys ->
+    let
+      try_default []   -- No defaults work, so fail
+       = failM
+
+      try_default (default_ty : default_tys)
+       = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $ -- If default_ty fails, we try
+                                               -- default_tys instead
+         tcSimplifyDefault theta               `thenM` \ _ ->
+         returnM default_ty
+        where
+         theta = [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
     in
-    bind_insts insts [] EmptyMonoBinds
+       -- See if any default works
+    tryM (try_default default_tys)     `thenM` \ mb_ty ->
+    case mb_ty of
+       Left  _                 -> bomb_out
+       Right chosen_default_ty -> choose_default chosen_default_ty
+
+  | otherwise                          -- No defaults
+  = bomb_out
+
   where
-    bind_insts :: [Inst]               -- Insts to mangle
-               -> [Inst]               -- accum. Insts to return
-               -> TypecheckedMonoBinds -- accum. Binds to return
-               -> NF_TcM (LIE, TypecheckedMonoBinds)
+    tyvar   = get_tv (head dicts)      -- Should be non-empty
+    classes = map get_clas dicts
+
+    std_default_class cls
+      =  isNumericClass cls
+      || (is_interactive && 
+         classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
+               -- In interactive mode, we default Show a to Show ()
+               -- to avoid graututious errors on "show []"
+
+    choose_default default_ty  -- Commit to tyvar = default_ty
+      =        -- Bind the type variable 
+       unifyTauTy default_ty (mkTyVarTy tyvar) `thenM_`
+       -- and reduce the context, for real this time
+       simpleReduceLoop (text "disambig" <+> ppr dicts)
+                    reduceMe dicts                     `thenM` \ (frees, binds, ambigs) ->
+       WARN( not (null frees && null ambigs), ppr frees $$ ppr ambigs )
+       warnDefault dicts default_ty                    `thenM_`
+       returnM binds
+
+    bomb_out = addTopAmbigErrs dicts   `thenM_`
+              returnM emptyBag
+
+get_default_tys
+  = do         { mb_defaults <- getDefaultTys
+       ; case mb_defaults of
+               Just tys -> return tys
+               Nothing  ->     -- No use-supplied default;
+                               -- use [Integer, Double]
+                           do { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
+                              ; return [integer_ty, doubleTy] } }
+\end{code}
 
-    bind_insts [] acc_insts acc_binds
-      = returnNF_Tc (mkLIE acc_insts, acc_binds)
+[Aside - why the defaulting mechanism is turned off when
+ dealing with arguments and results to ccalls.
 
-    bind_insts (inst@(Method uniq id tys orig):insts) acc_insts acc_binds
-      | id `is_elem` local_ids
-      = noFailTc (lookupInst_Tc inst)  `thenNF_Tc` \ (expr, dict_insts) ->
-       let
-           bind =  VarMonoBind (mkInstId inst) expr
-       in
-       bind_insts insts (dict_insts ++ acc_insts) (bind `AndMonoBinds` acc_binds)
+When typechecking _ccall_s, TcExpr ensures that the external
+function is only passed arguments (and in the other direction,
+results) of a restricted set of 'native' types. This is
+implemented via the help of the pseudo-type classes,
+@CReturnable@ (CR) and @CCallable@ (CC.)
+
+The interaction between the defaulting mechanism for numeric
+values and CC & CR can be a bit puzzling to the user at times.
+For example,
 
-    bind_insts (some_other_inst:insts) acc_insts acc_binds
-       -- Either not a method, or a method instance for an id not in local_ids
-      = bind_insts insts (some_other_inst:acc_insts) acc_binds
+    x <- _ccall_ f
+    if (x /= 0) then
+       _ccall_ g x
+     else
+       return ()
 
-    is_elem = isIn "bindInstsOfLocalFuns"
+What type has 'x' got here? That depends on the default list
+in operation, if it is equal to Haskell 98's default-default
+of (Integer, Double), 'x' has type Double, since Integer
+is not an instance of CR. If the default list is equal to
+Haskell 1.4's default-default of (Int, Double), 'x' has type
+Int.
+
+To try to minimise the potential for surprises here, the
+defaulting mechanism is turned off in the presence of
+CCallable and CReturnable.
+
+End of aside]
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection[simple]{@Simple@ versions}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+Much simpler versions when there are no bindings to make!
+
+@tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
+@deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
+only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
+
+It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
+a,b,c are type variables.  This is required for the context of
+instance declarations.
+
+\begin{code}
+tcSimplifyDeriv :: [TyVar]     
+               -> ThetaType            -- Wanted
+               -> TcM ThetaType        -- Needed
+
+tcSimplifyDeriv tyvars theta
+  = tcInstTyVars tyvars                        `thenM` \ (tvs, _, tenv) ->
+       -- The main loop may do unification, and that may crash if 
+       -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
+       -- ToDo: what if two of them do get unified?
+    newDicts DerivOrigin (substTheta tenv theta)       `thenM` \ wanteds ->
+    simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds              `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
+    ASSERT( null frees )                       -- reduceMe never returns Free
+
+    doptM Opt_AllowUndecidableInstances                `thenM` \ undecidable_ok ->
+    let
+       tv_set      = mkVarSet tvs
+
+       (bad_insts, ok_insts) = partition is_bad_inst irreds
+       is_bad_inst dict 
+          = let pred = dictPred dict   -- reduceMe squashes all non-dicts
+            in isEmptyVarSet (tyVarsOfPred pred)
+                 -- Things like (Eq T) are bad
+            || (not undecidable_ok && not (isTyVarClassPred pred))
+                 -- The returned dictionaries should be of form (C a b)
+                 --    (where a, b are type variables).  
+                 -- We allow non-tyvar dicts if we had -fallow-undecidable-instances,
+                 -- but note that risks non-termination in the 'deriving' context-inference
+                 -- fixpoint loop.   It is useful for situations like
+                 --    data Min h a = E | M a (h a)
+                 -- which gives the instance decl
+                 --    instance (Eq a, Eq (h a)) => Eq (Min h a)
+  
+       simpl_theta = map dictPred ok_insts
+       weird_preds = [pred | pred <- simpl_theta
+                           , not (tyVarsOfPred pred `subVarSet` tv_set)]  
+         -- Check for a bizarre corner case, when the derived instance decl should
+         -- have form  instance C a b => D (T a) where ...
+         -- Note that 'b' isn't a parameter of T.  This gives rise to all sorts
+         -- of problems; in particular, it's hard to compare solutions for
+         -- equality when finding the fixpoint.  So I just rule it out for now.
+  
+       rev_env = zipTopTvSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
+               -- This reverse-mapping is a Royal Pain, 
+               -- but the result should mention TyVars not TcTyVars
+    in
+   
+    addNoInstanceErrs Nothing [] bad_insts             `thenM_`
+    mapM_ (addErrTc . badDerivedPred) weird_preds      `thenM_`
+    checkAmbiguity tvs simpl_theta tv_set              `thenM_`
+    returnM (substTheta rev_env simpl_theta)
+  where
+    doc    = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
+\end{code}
+
+@tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
+used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
+whether it worked or not.
+
+\begin{code}
+tcSimplifyDefault :: ThetaType -- Wanted; has no type variables in it
+                 -> TcM ()
+
+tcSimplifyDefault theta
+  = newDicts DefaultOrigin theta               `thenM` \ wanteds ->
+    simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds      `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
+    ASSERT( null frees )       -- try_me never returns Free
+    addNoInstanceErrs Nothing []  irreds       `thenM_`
+    if null irreds then
+       returnM ()
+    else
+       failM
+  where
+    doc = ptext SLIT("default declaration")
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\section{Errors and contexts}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
+from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
+now?
+
+\begin{code}
+groupErrs :: ([Inst] -> TcM ())        -- Deal with one group
+         -> [Inst]             -- The offending Insts
+          -> TcM ()
+-- Group together insts with the same origin
+-- We want to report them together in error messages
+
+groupErrs report_err [] 
+  = returnM ()
+groupErrs report_err (inst:insts) 
+  = do_one (inst:friends)              `thenM_`
+    groupErrs report_err others
+
+  where
+       -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
+       --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
+       --  and it avoids need equality on InstLocs.)
+   (friends, others) = partition is_friend insts
+   loc_msg          = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
+   is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
+   do_one insts = addInstCtxt (instLoc (head insts)) (report_err insts)
+               -- Add location and context information derived from the Insts
+
+-- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
+addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
+addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstLoc (instLoc (head insts)))
+
+plural [x] = empty
+plural xs  = char 's'
+
+addTopIPErrs :: [Name] -> [Inst] -> TcM ()
+addTopIPErrs bndrs [] 
+  = return ()
+addTopIPErrs bndrs ips
+  = addErrTcM (tidy_env, mk_msg tidy_ips)
+  where
+    (tidy_env, tidy_ips) = tidyInsts ips
+    mk_msg ips = vcat [sep [ptext SLIT("Implicit parameters escape from the monomorphic top-level binding(s) of"),
+                           pprBinders bndrs <> colon],
+                      nest 2 (vcat (map ppr_ip ips)),
+                      monomorphism_fix]
+    ppr_ip ip = pprPred (dictPred ip) <+> pprInstLoc (instLoc ip)
+
+strangeTopIPErrs :: [Inst] -> TcM ()
+strangeTopIPErrs dicts -- Strange, becuase addTopIPErrs should have caught them all
+  = groupErrs report tidy_dicts
+  where
+    (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
+    report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
+    mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> 
+                                    plural tidy_dicts <+> pprDictsTheta tidy_dicts)
+
+addNoInstanceErrs :: Maybe SDoc        -- Nothing => top level
+                               -- Just d => d describes the construct
+                 -> [Inst]     -- What is given by the context or type sig
+                 -> [Inst]     -- What is wanted
+                 -> TcM ()     
+addNoInstanceErrs mb_what givens [] 
+  = returnM ()
+addNoInstanceErrs mb_what givens dicts
+  =    -- Some of the dicts are here because there is no instances
+       -- and some because there are too many instances (overlap)
+    getDOpts           `thenM` \ dflags ->
+    tcGetInstEnvs      `thenM` \ inst_envs ->
+    let
+       (tidy_env1, tidy_givens) = tidyInsts givens
+       (tidy_env2, tidy_dicts)  = tidyMoreInsts tidy_env1 dicts
+
+       -- Run through the dicts, generating a message for each
+       -- overlapping one, but simply accumulating all the 
+       -- no-instance ones so they can be reported as a group
+       (overlap_doc, no_inst_dicts) = foldl check_overlap (empty, []) tidy_dicts
+       check_overlap (overlap_doc, no_inst_dicts) dict 
+         | not (isClassDict dict) = (overlap_doc, dict : no_inst_dicts)
+         | otherwise
+         = case lookupInstEnv dflags inst_envs clas tys of
+               -- The case of exactly one match and no unifiers means
+               -- a successful lookup.  That can't happen here, becuase
+               -- dicts only end up here if they didn't match in Inst.lookupInst
+#ifdef DEBUG
+               ([m],[]) -> pprPanic "addNoInstanceErrs" (ppr dict)
+#endif
+               ([], _)  -> (overlap_doc, dict : no_inst_dicts)         -- No match
+               res      -> (mk_overlap_msg dict res $$ overlap_doc, no_inst_dicts)
+         where
+           (clas,tys) = getDictClassTys dict
+    in
+       
+       -- Now generate a good message for the no-instance bunch
+    mk_probable_fix tidy_env2 no_inst_dicts    `thenM` \ (tidy_env3, probable_fix) ->
+    let
+       no_inst_doc | null no_inst_dicts = empty
+                   | otherwise = vcat [addInstLoc no_inst_dicts heading, probable_fix]
+       heading | null givens = ptext SLIT("No instance") <> plural no_inst_dicts <+> 
+                               ptext SLIT("for") <+> pprDictsTheta no_inst_dicts
+               | otherwise   = sep [ptext SLIT("Could not deduce") <+> pprDictsTheta no_inst_dicts,
+                                    nest 2 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprDictsTheta tidy_givens]
+    in
+       -- And emit both the non-instance and overlap messages
+    addErrTcM (tidy_env3, no_inst_doc $$ overlap_doc)
+  where
+    mk_overlap_msg dict (matches, unifiers)
+      = vcat [ addInstLoc [dict] ((ptext SLIT("Overlapping instances for") 
+                                       <+> pprPred (dictPred dict))),
+               sep [ptext SLIT("Matching instances") <> colon,
+                    nest 2 (vcat [pprDFuns dfuns, pprDFuns unifiers])],
+               ASSERT( not (null matches) )
+               if not (isSingleton matches)
+               then    -- Two or more matches
+                    empty
+               else    -- One match, plus some unifiers
+               ASSERT( not (null unifiers) )
+               parens (vcat [ptext SLIT("The choice depends on the instantiation of") <+>
+                                quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInst dict))),
+                             ptext SLIT("Use -fallow-incoherent-instances to use the first choice above")])]
+      where
+       dfuns = [df | (_, (_,_,df)) <- matches]
+
+    mk_probable_fix tidy_env dicts     
+      = returnM (tidy_env, sep [ptext SLIT("Probable fix:"), nest 2 (vcat fixes)])
+      where
+       fixes = add_ors (fix1 ++ fix2)
+
+       fix1 = case mb_what of
+                Nothing   -> []        -- Top level
+                Just what -> -- Nested (type signatures, instance decls)
+                             [ sep [ ptext SLIT("add") <+> pprDictsTheta dicts,
+                               ptext SLIT("to the") <+> what] ]
+
+       fix2 | null instance_dicts = []
+            | otherwise           = [ ptext SLIT("add an instance declaration for")
+                                      <+> pprDictsTheta instance_dicts ]
+       instance_dicts = [d | d <- dicts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
+               -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
+               -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
+
+       add_ors :: [SDoc] -> [SDoc]
+       add_ors (f1:fs) = f1 : map (ptext SLIT("or") <+>) fs
+
+addTopAmbigErrs dicts
+-- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
+  = mapM report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
+  where
+    (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
+
+    tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
+    tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
+    cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
+    
+    report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
+    report pairs@((inst,tvs) : _)      -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
+       = mkMonomorphismMsg tidy_env tvs        `thenM` \ (tidy_env, mono_msg) ->
+         setSrcSpan (instLocSrcSpan (instLoc inst)) $
+               -- the location of the first one will do for the err message
+         addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
+       where
+         dicts = map fst pairs
+         msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
+                         pprQuotedList tvs <+> in_msg,
+                    nest 2 (pprDictsInFull dicts)]
+         in_msg = text "in the constraint" <> plural dicts <> colon
+
+
+mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [TcTyVar] -> TcM (TidyEnv, Message)
+-- There's an error with these Insts; if they have free type variables
+-- it's probably caused by the monomorphism restriction. 
+-- Try to identify the offending variable
+-- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
+mkMonomorphismMsg tidy_env inst_tvs
+  = findGlobals (mkVarSet inst_tvs) tidy_env   `thenM` \ (tidy_env, docs) ->
+    returnM (tidy_env, mk_msg docs)
+  where
+    mk_msg []   = ptext SLIT("Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)")
+                       -- This happens in things like
+                       --      f x = show (read "foo")
+                       -- whre monomorphism doesn't play any role
+    mk_msg docs = vcat [ptext SLIT("Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
+                       nest 2 (vcat docs),
+                       monomorphism_fix
+                      ]
+monomorphism_fix :: SDoc
+monomorphism_fix = ptext SLIT("Probable fix:") <+> 
+                  (ptext SLIT("give these definition(s) an explicit type signature")
+                   $$ ptext SLIT("or use -fno-monomorphism-restriction"))
+    
+warnDefault dicts default_ty
+  = doptM Opt_WarnTypeDefaults  `thenM` \ warn_flag ->
+    addInstCtxt (instLoc (head dicts)) (warnTc warn_flag warn_msg)
+  where
+       -- Tidy them first
+    (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
+    warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
+                               quotes (ppr default_ty),
+                     pprDictsInFull tidy_dicts]
+
+-- Used for the ...Thetas variants; all top level
+badDerivedPred pred
+  = vcat [ptext SLIT("Can't derive instances where the instance context mentions"),
+         ptext SLIT("type variables that are not data type parameters"),
+         nest 2 (ptext SLIT("Offending constraint:") <+> ppr pred)]
+
+reduceDepthErr n stack
+  = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
+         ptext SLIT("Use -fcontext-stack20 to increase stack size to (e.g.) 20"),
+         nest 4 (pprStack stack)]
+
+pprStack stack = vcat (map pprInstInFull stack)
 \end{code}