[project @ 2003-06-20 11:14:18 by simonpj]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcSimplify.lhs
index 27e54e6..999d390 100644 (file)
 %
-% (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1996
+% (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,
+       tcSimplifyBracket,
+
+       tcSimplifyDeriv, tcSimplifyDefault,
        bindInstsOfLocalFuns
     ) where
 
-IMP_Ubiq()
-
-import HsSyn           ( MonoBinds(..), HsExpr(..), InPat, OutPat, HsLit, 
-                         Match, HsBinds, HsType, ArithSeqInfo, Fixity,
-                         GRHSsAndBinds, Stmt, DoOrListComp, Fake )
-import HsBinds         ( andMonoBinds )
-import TcHsSyn         ( TcIdOcc(..), SYN_IE(TcIdBndr), SYN_IE(TcExpr), 
-                         SYN_IE(TcMonoBinds), SYN_IE(TcDictBinds) )
-
-import TcMonad
-import Inst            ( lookupInst, lookupSimpleInst,
-                         tyVarsOfInst, isTyVarDict, isDict,
-                         matchesInst, instToId, instBindingRequired,
-                         instCanBeGeneralised, newDictsAtLoc,
-                         pprInst,
-                         Inst(..), SYN_IE(LIE), zonkLIE, emptyLIE, pprLIE, pprLIEInFull,
-                         plusLIE, unitLIE, consLIE, InstOrigin(..),
-                         OverloadedLit )
-import TcEnv           ( tcGetGlobalTyVars )
-import SpecEnv         ( SpecEnv )
-import TcType          ( SYN_IE(TcType), SYN_IE(TcTyVar), SYN_IE(TcTyVarSet), TcMaybe, tcInstType )
-import Unify           ( unifyTauTy )
-
-import Bag             ( Bag, unitBag, listToBag, foldBag, filterBag, emptyBag, bagToList, 
-                         snocBag, consBag, unionBags, isEmptyBag )
-import Class           ( GenClass, SYN_IE(Class), SYN_IE(ClassInstEnv),
-                         isSuperClassOf, classSuperDictSelId, classInstEnv
+#include "HsVersions.h"
+
+import {-# SOURCE #-} TcUnify( unifyTauTy )
+import TcEnv           -- temp
+import HsSyn           ( MonoBinds(..), HsExpr(..), andMonoBinds, andMonoBindList )
+import TcHsSyn         ( TcExpr, TcId,
+                         TcMonoBinds, TcDictBinds
                        )
-import Id              ( GenId )
-import PrelInfo                ( isNumericClass, isStandardClass, isCcallishClass )
-
-import Maybes          ( expectJust, firstJust, catMaybes, seqMaybe, maybeToBool )
-import Outputable      ( PprStyle, Outputable(..){-instance * []-} )
-import PprType         ( GenType, GenTyVar )
-import Pretty
-import SrcLoc          ( noSrcLoc )
-import Type            ( GenType, SYN_IE(Type), SYN_IE(TauType), mkTyVarTy, getTyVar, eqSimpleTy,
-                         getTyVar_maybe )
-import TysWiredIn      ( intTy, unitTy )
-import TyVar           ( GenTyVar, SYN_IE(GenTyVarSet), 
-                         elementOfTyVarSet, emptyTyVarSet, unionTyVarSets,
-                         isEmptyTyVarSet, tyVarSetToList )
-import Unique          ( Unique )
-import Util
+
+import TcRnMonad
+import Inst            ( lookupInst, LookupInstResult(..),
+                         tyVarsOfInst, fdPredsOfInsts, fdPredsOfInst, newDicts,
+                         isDict, isClassDict, isLinearInst, linearInstType,
+                         isStdClassTyVarDict, isMethodFor, isMethod,
+                         instToId, tyVarsOfInsts,  cloneDict,
+                         ipNamesOfInsts, ipNamesOfInst, dictPred,
+                         instBindingRequired, instCanBeGeneralised,
+                         newDictsFromOld, tcInstClassOp,
+                         getDictClassTys, isTyVarDict,
+                         instLoc, zonkInst, tidyInsts, tidyMoreInsts,
+                         Inst, pprInsts, pprInstsInFull,
+                         isIPDict, isInheritableInst
+                       )
+import TcEnv           ( tcGetGlobalTyVars, tcGetInstEnv, tcLookupId, findGlobals )
+import InstEnv         ( lookupInstEnv, classInstEnv, InstLookupResult(..) )
+import TcMType         ( zonkTcTyVarsAndFV, tcInstTyVars, checkAmbiguity )
+import TcType          ( TcTyVar, TcTyVarSet, ThetaType, TyVarDetails(VanillaTv),
+                         mkClassPred, isOverloadedTy, mkTyConApp,
+                         mkTyVarTy, tcGetTyVar, isTyVarClassPred, mkTyVarTys,
+                         tyVarsOfPred )
+import Id              ( idType, mkUserLocal )
+import Var             ( TyVar )
+import Name            ( getOccName, getSrcLoc )
+import NameSet         ( NameSet, mkNameSet, elemNameSet )
+import Class           ( classBigSig )
+import FunDeps         ( oclose, grow, improve, pprEquationDoc )
+import PrelInfo                ( isNumericClass, isCreturnableClass, isCcallishClass ) 
+import PrelNames       ( splitName, fstName, sndName )
+
+import Subst           ( mkTopTyVarSubst, substTheta, substTy )
+import TysWiredIn      ( unitTy, pairTyCon )
+import ErrUtils                ( Message )
+import VarSet
+import VarEnv          ( TidyEnv )
+import FiniteMap
+import Outputable
+import ListSetOps      ( equivClasses )
+import Util            ( zipEqual, isSingleton )
+import List            ( partition )
+import CmdLineOpts
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection[tcSimplify-main]{Main entry function}
+\subsection{NOTES}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-* May modify the substitution to bind ambiguous type variables.
+       --------------------------------------
+               Notes on quantification
+       --------------------------------------
 
-Specification
-~~~~~~~~~~~~~
-(1) If an inst constrains only ``global'' type variables, (or none),
-    return it as a ``global'' inst.
+Suppose we are about to do a generalisation step.
+We have in our hand
 
-OTHERWISE
+       G       the environment
+       T       the type of the RHS
+       C       the constraints from that RHS
 
-(2) Simplify it repeatedly (checking for (1) of course) until it is a dict
-    constraining only a type variable.
+The game is to figure out
 
-(3) If it constrains a ``local'' type variable, return it as a ``local'' inst.
-    Otherwise it must be ambiguous, so try to resolve the ambiguity.
+       Q       the set of type variables over which to quantify
+       Ct      the constraints we will *not* quantify over
+       Cq      the constraints we will quantify over
 
+So we're going to infer the type
 
-\begin{code}
-tcSimpl :: Bool                                -- True <=> simplify const insts
-       -> TcTyVarSet s                 -- ``Global'' type variables
-       -> TcTyVarSet s                 -- ``Local''  type variables
-                                       -- ASSERT: both these tyvar sets are already zonked
-       -> LIE s                        -- Given; these constrain only local tyvars
-       -> LIE s                        -- Wanted
-       -> TcM s (LIE s,                        -- Free
-                 TcMonoBinds s,                -- Bindings
-                 LIE s)                        -- Remaining wanteds; no dups
-
-tcSimpl squash_consts global_tvs local_tvs givens wanteds
-  =    -- ASSSERT: global_tvs and local_tvs are already zonked
-       -- Make sure the insts fixed points of the substitution
-    zonkLIE givens                     `thenNF_Tc` \ givens ->
-    zonkLIE wanteds                    `thenNF_Tc` \ wanteds ->
-
-       -- Deal with duplicates and type constructors
-    elimTyCons
-        squash_consts (\tv -> tv `elementOfTyVarSet` global_tvs)
-        givens wanteds         `thenTc` \ (globals, tycon_binds, locals_and_ambigs) ->
-
-       -- Now disambiguate if necessary
-    let
-       ambigs = filterBag is_ambiguous locals_and_ambigs
-    in
-    if not (isEmptyBag ambigs) then
-       -- Some ambiguous dictionaries.  We now disambiguate them,
-       -- which binds the offending type variables to suitable types in the
-       -- substitution, and then we retry the whole process.  This
-       -- time there won't be any ambiguous ones.
-       -- There's no need to back-substitute on global and local tvs,
-       -- because the ambiguous type variables can't be in either.
+       forall Q. Cq => T
 
-       -- Why do we retry the whole process?  Because binding a type variable
-       -- to a particular type might enable a short-cut simplification which
-       -- elimTyCons will have missed the first time.
+and float the constraints Ct further outwards.
 
-       disambiguateDicts ambigs                `thenTc_`
-       tcSimpl squash_consts global_tvs local_tvs givens wanteds
+Here are the things that *must* be true:
 
-    else
-       -- No ambiguous dictionaries.  Just bash on with the results
-       -- of the elimTyCons
+ (A)   Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
+ (B)   Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
 
-       -- Check for non-generalisable insts
-    let
-       locals          = locals_and_ambigs     -- ambigs is empty
-       cant_generalise = filterBag (not . instCanBeGeneralised) locals
-    in
-    checkTc (isEmptyBag cant_generalise)
-           (genCantGenErr cant_generalise)     `thenTc_`
+(A) says we can't quantify over a variable that's free in the
+environment.  (B) says we must quantify over all the truly free
+variables in T, else we won't get a sufficiently general type.  We do
+not *need* to quantify over any variable that is fixed by the free
+vars of the environment G.
 
+       BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
 
-       -- Deal with superclass relationships
-    elimSCs givens locals              `thenNF_Tc` \ (sc_binds, locals2) ->
+Example:       class H x y | x->y where ...
 
-        -- Finished
-    returnTc (globals, sc_binds `AndMonoBinds` tycon_binds, locals2)
-  where
-    is_ambiguous (Dict _ _ ty _ _)
-       = not (getTyVar "is_ambiguous" ty `elementOfTyVarSet` local_tvs)
-\end{code}
+       fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
+                       T = c -> b
 
-The main wrapper is @tcSimplify@.  It just calls @tcSimpl@, but with
-the ``don't-squash-consts'' flag set depending on top-level ness.  For
-top level defns we *do* squash constants, so that they stay local to a
-single defn.  This makes things which are inlined more likely to be
-exportable, because their constants are "inside".  Later passes will
-float them out if poss, after inlinings are sorted out.
+       (A)  Q intersect {a} is empty
+       (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
 
-\begin{code}
-tcSimplify
-       :: TcTyVarSet s                 -- ``Local''  type variables
-       -> LIE s                        -- Wanted
-       -> TcM s (LIE s,                        -- Free
-                 TcDictBinds s,                -- Bindings
-                 LIE s)                        -- Remaining wanteds; no dups
-
-tcSimplify local_tvs wanteds
-  = tcGetGlobalTyVars                  `thenNF_Tc` \ global_tvs ->
-    tcSimpl False global_tvs local_tvs emptyBag wanteds
-\end{code}
+       So Q can be {c,d}, {b,c,d}
+
+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
+
+
+       --------------------------------------
+               Notes on implicit parameters
+       --------------------------------------
+
+Question 1: can we "inherit" implicit parameters
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Consider this:
+
+       f x = (x::Int) + ?y
+
+where f is *not* a top-level binding.
+From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
+There are two types we might infer for f:
+
+       f :: Int -> Int
+
+(so we get ?y from the context of f's definition), or
+
+       f :: (?y::Int) => Int -> Int
+
+At first you might think the first was better, becuase then
+?y behaves like a free variable of the definition, rather than
+having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
+IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
+dynamic binding means) so we'd better infer the second.
+
+BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify 
+over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
+
+
+Question 2: type signatures
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
+to quantify over implicit parameters.  For example:
+
+       (?x + 1) :: Int
+
+This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
+
+       (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
+
+That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
+so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
+tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
+and tcSimplifyCheckBind (which does not).
+
+What about when you supply a type signature for a binding?
+Is it legal to give the following explicit, user type 
+signature to f, thus:
+
+       f :: Int -> Int
+       f x = (x::Int) + ?y
+
+At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
+that adding a type signature changes the dynamic semantics.
+Consider this:
+
+       (let f x = (x::Int) + ?y
+        in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
+
+               returns (3+6, 3+5)
+vs
+       (let f :: Int -> Int
+            f x = x + ?y
+        in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
+
+               returns (3+6, 3+6)
+
+Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
+dynamic semantics.
+
+Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
+semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
+change the typing you may change the semantics.
+
+To make things consistent in all cases where we are *checking* against
+a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
+rule: 
+
+       a signature does not need to quantify over implicit params.
+
+[This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
+which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
+params for the reasons mentioned above.]
+
+But that raises a new question.  Consider 
+
+       Given (signature)       ?x::Int
+       Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
+
+Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
+what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
+what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
+to float a constraint that
+       neither mentions any of the quantified type variables
+       nor any of the quantified implicit parameters
+
+See the predicate isFreeWhenChecking.
+
+
+Question 3: monomorphism
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
+
+       z = (x::Int) + ?y
+
+The argument above suggests that we *must* generalise
+over the ?y parameter, to get
+       z :: (?y::Int) => Int,
+but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
+       z :: Int.
+Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
+
+       let z = x + ?y in z+z
+
+you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
+we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
+
+
+
+Possible choices
+~~~~~~~~~~~~~~~~
+(A) Always generalise over implicit parameters
+    Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
+       be generalised
+
+    Consequences:
+       * Inlining remains valid
+       * No unexpected loss of sharing
+       * But simple bindings like
+               z = ?y + 1
+         will be rejected, unless you add an explicit type signature
+         (to avoid the monomorphism restriction)
+               z :: (?y::Int) => Int
+               z = ?y + 1
+         This seems unacceptable
+
+(B) Monomorphism restriction "wins"
+    Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
+       be generalised
+    Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
+       that fall under the monomorphism restriction
+
+    Consequences
+       * Inlining isn't valid in general
+       * No unexpected loss of sharing
+       * Simple bindings like
+               z = ?y + 1
+         accepted (get value of ?y from binding site)
+
+(C) Always generalise over implicit parameters
+    Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
+       be generalised, EXCEPT for implicit parameters
+    Consequences
+       * Inlining remains valid
+       * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
+       * Simple bindings like
+               z = ?y + 1
+         accepted (get value of ?y from occurrence sites)
+
+
+Discussion
+~~~~~~~~~~
+None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
+decide which we want to do.
+
+It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
+
+       z = (x::Int) + ?y
+
+would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
+of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
+case of function definitions, the answer is clearly the former, but
+less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
+if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
+then inlining 'z' might change the semantics of the program.
+
+Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
+to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
+innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
+the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
+use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
+clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
+those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
+one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
+restriction altogether.
+
+BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
+
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{tcSimplifyInfer}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
+
+    1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
+
+    2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
+       predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
+
+    3. Try improvement, using functional dependencies
+
+    4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
+       (Unification can change the result of 'grow'.)
+
+Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
+Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
+after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
+type variables than we absolutely have to.
+
+For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
+improvement with unification.  E.g. Suppose we have
+
+       class C x y | x->y where ...
+
+and tcSimplify is called with:
+       (C Int a, C Int b)
+Then improvement unifies a with b, giving
+       (C Int a, C Int a)
+
+If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
+again.
 
-@tcSimplifyAndCheck@ is similar to the above, except that it checks
-that there is an empty wanted-set at the end.  It may still return
-some of constant insts, which have to be resolved finally at the end.
 
 \begin{code}
-tcSimplifyAndCheck
-        :: TcTyVarSet s                -- ``Local''  type variables; ASSERT is fixpoint
-        -> LIE s                       -- Given
-        -> LIE s                       -- Wanted
-        -> TcM s (LIE s,               -- Free
-                  TcDictBinds s)       -- Bindings
-
-tcSimplifyAndCheck local_tvs givens wanteds
-  = tcGetGlobalTyVars                  `thenNF_Tc` \ global_tvs ->
-    tcSimpl False global_tvs local_tvs
-           givens wanteds              `thenTc` \ (free_insts, binds, wanteds') ->
-    checkTc (isEmptyBag wanteds')
-           (reduceErr wanteds')        `thenTc_`
-    returnTc (free_insts, binds)
+tcSimplifyInfer
+       :: SDoc
+       -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
+       -> [Inst]               -- Wanted
+       -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
+               TcDictBinds,    -- Bindings
+               [TcId])         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
+       -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
 \end{code}
 
-@tcSimplifyRank2@ checks that the argument of a rank-2 polymorphic function
-is not overloaded.
 
 \begin{code}
-tcSimplifyRank2 :: TcTyVarSet s                -- ``Local'' type variables; ASSERT is fixpoint
-               -> LIE s                -- Given
-               -> TcM s (LIE s,                        -- Free
-                         TcDictBinds s)        -- Bindings
+tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted_lie
+  = inferLoop doc (varSetElems tau_tvs)
+             wanted_lie                `thenM` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
 
+       -- Check for non-generalisable insts
+    mappM_ addCantGenErr (filter (not . instCanBeGeneralised) irreds)  `thenM_`
 
-tcSimplifyRank2 local_tvs givens
-  = zonkLIE givens                     `thenNF_Tc` \ givens' ->
-    elimTyCons True
-              (\tv -> not (tv `elementOfTyVarSet` local_tvs))
-               -- This predicate claims that all
-               -- any non-local tyvars are global,
-               -- thereby postponing dealing with
-               -- ambiguity until the enclosing Gen
-              emptyLIE givens' `thenTc` \ (free, dict_binds, wanteds) ->
+    extendLIEs frees                                                   `thenM_`
+    returnM (qtvs, binds, map instToId irreds)
 
-    checkTc (isEmptyBag wanteds) (reduceErr wanteds)   `thenTc_`
+inferLoop doc tau_tvs wanteds
+  =    -- Step 1
+    zonkTcTyVarsAndFV tau_tvs          `thenM` \ tau_tvs' ->
+    mappM zonkInst wanteds             `thenM` \ wanteds' ->
+    tcGetGlobalTyVars                  `thenM` \ gbl_tvs ->
+    let
+       preds = fdPredsOfInsts wanteds'
+       qtvs  = grow preds tau_tvs' `minusVarSet` oclose preds gbl_tvs
+
+       try_me inst
+         | isFreeWhenInferring qtvs inst = Free
+         | isClassDict inst              = DontReduceUnlessConstant    -- Dicts
+         | otherwise                     = ReduceMe                    -- Lits and Methods
+    in
+    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) ->
 
-    returnTc (free, dict_binds)
+               -- Step 3
+    if no_improvement then
+       returnM (varSetElems qtvs, frees, binds, irreds)
+    else
+       -- If improvement did some unification, we go round again.  There
+       -- are two subtleties:
+       --   a) We start again with irreds, not wanteds
+       --      Using an instance decl might have introduced a fresh type variable
+       --      which might have been unified, so we'd get an infinite loop
+       --      if we started again with wanteds!  See example [LOOP]
+       --
+       --   b) It's also essential to re-process frees, because unification
+       --      might mean that a type variable that looked free isn't now.
+       --
+       -- Hence the (irreds ++ frees)
+
+       -- However, NOTICE that when we are done, we might have some bindings, but
+       -- the final qtvs might be empty.  See [NO TYVARS] below.
+                               
+       inferLoop doc tau_tvs (irreds ++ frees) `thenM` \ (qtvs1, frees1, binds1, irreds1) ->
+       returnM (qtvs1, frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
 \end{code}
 
-@tcSimplifyTop@ deals with constant @Insts@, using the standard simplification
-mechansim with the extra flag to say ``beat out constant insts''.
+Example [LOOP]
+
+       class If b t e r | b t e -> r
+       instance If T t e t
+       instance If F t e e
+       class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
+       instance Lte Z b T
+       instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
+
+Wanted:        Max Z (S x) y
+
+Then we'll reduce using the Max instance to:
+       (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
+and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
+on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
+with (Max Z (S x) y)!
+
+[NO TYVARS]
+
+       class Y a b | a -> b where
+           y :: a -> X b
+       
+       instance Y [[a]] a where
+           y ((x:_):_) = X x
+       
+       k :: X a -> X a -> X a
+
+       g :: Num a => [X a] -> [X a]
+       g xs = h xs
+           where
+           h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
+
+The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
+try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
+From this we get t1:=:t2, but also various bindings.  We can't forget
+the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
+polymorphic in.  
+
+The net effect of [NO TYVARS] 
 
 \begin{code}
-tcSimplifyTop :: LIE s -> TcM s (TcDictBinds s)
-tcSimplifyTop dicts
-  = tcSimpl True emptyTyVarSet emptyTyVarSet emptyBag dicts    `thenTc` \ (_, binds, _) ->
-    returnTc binds
+isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst        -> Bool
+isFreeWhenInferring qtvs inst
+  =  isFreeWrtTyVars qtvs inst         -- Constrains no quantified vars
+  && isInheritableInst inst            -- And no implicit parameter involved
+                                       -- (see "Notes on implicit parameters")
+
+isFreeWhenChecking :: TyVarSet -- Quantified tyvars
+                  -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
+                  -> Inst -> Bool
+isFreeWhenChecking qtvs ips inst
+  =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
+  && isFreeWrtIPs    ips inst
+
+isFreeWrtTyVars qtvs inst = not (tyVarsOfInst inst `intersectsVarSet` qtvs)
+isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
 \end{code}
 
+
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\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 <=> Simplify const insts
-          -> (TcTyVar s -> Bool)               -- Free tyvar predicate
-          -> LIE s                             -- Given
-          -> LIE s                             -- Wanted
-          -> TcM s (LIE s,                     -- Free
-                    TcDictBinds s,             -- Bindings
-                    LIE s                      -- Remaining wanteds; no dups;
-                                               -- dicts only (no Methods)
-              )
+tcSimplifyCheck
+        :: SDoc
+        -> [TcTyVar]           -- Quantify over these
+        -> [Inst]              -- Given
+        -> [Inst]              -- Wanted
+        -> TcM TcDictBinds     -- Bindings
+
+-- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
+-- class decls, instance decls etc.
+--
+-- NB: tcSimplifyCheck does not consult the
+--     global type variables in the environment; so you don't
+--     need to worry about setting them before calling tcSimplifyCheck
+tcSimplifyCheck doc qtvs givens wanted_lie
+  = tcSimplCheck doc get_qtvs
+                givens wanted_lie      `thenM` \ (qtvs', binds) ->
+    returnM binds
+  where
+    get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV qtvs
+
+
+-- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
+-- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
+-- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
+tcSimplifyInferCheck
+        :: SDoc
+        -> TcTyVarSet          -- fv(T)
+        -> [Inst]              -- Given
+        -> [Inst]              -- Wanted
+        -> TcM ([TcTyVar],     -- Variables over which to quantify
+                TcDictBinds)   -- Bindings
+
+tcSimplifyInferCheck doc tau_tvs givens wanted_lie
+  = tcSimplCheck doc get_qtvs givens wanted_lie
+  where
+       -- Figure out which type variables to quantify over
+       -- You might think it should just be the signature tyvars,
+       -- but in bizarre cases you can get extra ones
+       --      f :: forall a. Num a => a -> a
+       --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
+       --      g a b = (b,a)
+       -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
+       -- We don't want g to be monomorphic in b just because
+       -- f isn't quantified over b.
+    all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
+
+    get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV all_tvs       `thenM` \ all_tvs' ->
+              tcGetGlobalTyVars                `thenM` \ gbl_tvs ->
+              let
+                 qtvs = all_tvs' `minusVarSet` gbl_tvs
+                       -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
+                       -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
+                       -- dictionaries, we quantify over
+              in
+              returnM qtvs
 \end{code}
 
-The bindings returned may mention any or all of ``givens'', so the
-order in which the generated binds are put together is {\em tricky}.
-Case~4 of @try@ is the general case to see.
-
-When we do @eTC givens (wanted:wanteds)@ [some details omitted], we...
-
-    (1) first look up @wanted@; this gives us one binding to heave in:
-           wanted = rhs
-
-    (2) step (1) also gave us some @simpler_wanteds@; we simplify
-       these and get some (simpler-wanted-)bindings {\em that must be
-       in scope} for the @wanted=rhs@ binding above!
+Here is the workhorse function for all three wrappers.
 
-    (3) we simplify the remaining @wanteds@ (recursive call), giving
-       us yet more bindings.
+\begin{code}
+tcSimplCheck doc get_qtvs givens wanted_lie
+  = check_loop givens wanted_lie       `thenM` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
 
-The final arrangement of the {\em non-recursive} bindings is
+       -- Complain about any irreducible ones
+    complainCheck doc givens irreds            `thenM_`
 
-    let <simpler-wanted-binds> in
-    let wanted = rhs          in
-    let <yet-more-bindings> ...
+       -- Done
+    extendLIEs frees                           `thenM_`
+    returnM (qtvs, binds)
 
-\begin{code}
-elimTyCons squash_consts is_free_tv givens wanteds
-  = eTC givens (bagToList wanteds)     `thenTc` \ (_, free, binds, irreds) ->
-    returnTc (free,binds,irreds)
   where
---    eTC :: LIE s -> [Inst s]
---       -> TcM s (LIE s, LIE s, TcDictBinds s, LIE s)
-
-    eTC givens [] = returnTc (givens, emptyBag, EmptyMonoBinds, emptyBag)
-
-    eTC givens (wanted:wanteds)
-    -- Case 0: same as an existing inst
-      | maybeToBool maybe_equiv
-      = eTC givens wanteds     `thenTc` \ (givens1, frees, binds, irreds) ->
-       let
-         -- Create a new binding iff it's needed
-         this = expectJust "eTC" maybe_equiv
-         new_binds | instBindingRequired wanted = (VarMonoBind (instToId wanted) (HsVar (instToId this)))
-                                                  `AndMonoBinds` binds
-                   | otherwise                  = binds
-       in
-       returnTc (givens1, frees, new_binds, irreds)
-
-    -- Case 1: constrains no type variables at all
-    -- In this case we have a quick go to see if it has an
-    -- instance which requires no inputs (ie a constant); if so we use
-    -- it; if not, we give up on the instance and just heave it out the
-    -- top in the free result
-      | isEmptyTyVarSet tvs_of_wanted
-      = simplify_it squash_consts      {- If squash_consts is false,
-                                          simplify only if trival -}
-                   givens wanted wanteds
-
-    -- Case 2: constrains free vars only, so fling it out the top in free_ids
-      | all is_free_tv (tyVarSetToList tvs_of_wanted)
-      = eTC (wanted `consBag` givens) wanteds  `thenTc` \ (givens1, frees, binds, irreds) ->
-       returnTc (givens1, wanted `consBag` frees, binds, irreds)
-
-    -- Case 3: is a dict constraining only a tyvar,
-    -- so return it as part of the "wanteds" result
-      | isTyVarDict wanted
-      = eTC (wanted `consBag` givens) wanteds  `thenTc` \ (givens1, frees, binds, irreds) ->
-       returnTc (givens1, frees, binds, wanted `consBag` irreds)
-
-    -- Case 4: is not a simple dict, so look up in instance environment
-      | otherwise
-      = simplify_it True {- Simplify even if not trivial -}
-                   givens wanted wanteds
-      where
-       tvs_of_wanted  = tyVarsOfInst wanted
-
-       -- Look for something in "givens" that matches "wanted"
-       Just the_equiv = maybe_equiv
-       maybe_equiv    = foldBag seqMaybe try Nothing givens
-       try given | wanted `matchesInst` given = Just given
-                 | otherwise                  = Nothing
-
-
-    simplify_it simplify_always givens wanted wanteds
-       -- Recover immediately on no-such-instance errors
-      = recoverTc (returnTc (wanted `consBag` givens, emptyLIE, EmptyMonoBinds, emptyLIE)) 
-                 (simplify_one simplify_always givens wanted)
-                               `thenTc` \ (givens1, frees1, binds1, irreds1) ->
-       eTC givens1 wanteds     `thenTc` \ (givens2, frees2, binds2, irreds2) ->
-       returnTc (givens2, frees1 `plusLIE` frees2,
-                          binds1 `AndMonoBinds` binds2,
-                          irreds1 `plusLIE` irreds2)
-
-
-    simplify_one simplify_always givens wanted
-     | not (instBindingRequired wanted)
-     =                 -- No binding required for this chap, so squash right away
-          lookupInst wanted            `thenTc` \ (simpler_wanteds, _) ->
-          eTC givens simpler_wanteds   `thenTc` \ (givens1, frees1, binds1, irreds1) ->
-          returnTc (wanted `consBag` givens1, frees1, binds1, irreds1)
-
-     | otherwise
-     =                 -- An binding is required for this inst
-       lookupInst wanted               `thenTc` \ (simpler_wanteds, bind@(VarMonoBind _ rhs)) ->
-
-       if (not_var rhs && not simplify_always) then
-          -- Ho ho!  It isn't trivial to simplify "wanted",
-          -- because the rhs isn't a simple variable.  Unless the flag
-          -- simplify_always is set, just give up now and
-          -- just fling it out the top.
-          returnTc (wanted `consLIE` givens, unitLIE wanted, EmptyMonoBinds, emptyLIE)
-       else
-          -- Aha! Either it's easy, or simplify_always is True
-          -- so we must do it right here.
-          eTC givens simpler_wanteds   `thenTc` \ (givens1, frees1, binds1, irreds1) ->
-          returnTc (wanted `consLIE` givens1, frees1,
-                    binds1 `AndMonoBinds` bind,
-                    irreds1)
-
-    not_var :: TcExpr s -> Bool
-    not_var (HsVar _) = False
-    not_var other     = True
+    ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts givens)
+
+    check_loop givens wanteds
+      =                -- Step 1
+       mappM zonkInst givens   `thenM` \ givens' ->
+       mappM zonkInst wanteds  `thenM` \ wanteds' ->
+       get_qtvs                `thenM` \ qtvs' ->
+
+                   -- Step 2
+       let
+           -- When checking against a given signature we always reduce
+           -- until we find a match against something given, or can't reduce
+           try_me inst | isFreeWhenChecking qtvs' ip_set inst = Free
+                       | otherwise                            = ReduceMe
+       in
+       reduceContext doc try_me givens' wanteds'       `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
+
+                   -- Step 3
+       if no_improvement then
+           returnM (varSetElems qtvs', frees, binds, irreds)
+       else
+           check_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (qtvs', frees1, binds1, irreds1) ->
+           returnM (qtvs', frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection[elimSCs]{@elimSCs@}
+\subsection{tcSimplifyRestricted}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
 \begin{code}
-elimSCs :: LIE s                               -- Given; no dups
-       -> LIE s                                -- Wanted; no dups; all dictionaries, all
-                                               -- constraining just a type variable
-       -> NF_TcM s (TcDictBinds s,             -- Bindings
-                    LIE s)                     -- Minimal wanted set
-
-elimSCs givens wanteds
-  = -- Sort the wanteds so that subclasses occur before superclasses
-    elimSCs_help
-       (filterBag isDict givens)       -- Filter out non-dictionaries
-       (sortSC wanteds)
-
-elimSCs_help :: LIE s                                  -- Given; no dups
-            -> [Inst s]                                -- Wanted; no dups;
-            -> NF_TcM s (TcDictBinds s,                -- Bindings
-                         LIE s)                        -- Minimal wanted set
-
-elimSCs_help given [] = returnNF_Tc (EmptyMonoBinds, emptyLIE)
-
-elimSCs_help givens (wanted:wanteds)
-  = trySC givens wanted                `thenNF_Tc` \ (givens1, binds1, irreds1) ->
-    elimSCs_help givens1 wanteds       `thenNF_Tc` \ (binds2, irreds2) ->
-    returnNF_Tc (binds1 `AndMonoBinds` binds2, irreds1 `plusLIE` irreds2)
-
-
-trySC :: LIE s                         -- Givens
-      -> Inst s                                -- Wanted
-      -> NF_TcM s (LIE s,                      -- New givens,
-                  TcDictBinds s,               -- Bindings
-                  LIE s)                       -- Irreducible wanted set
-
-trySC givens wanted@(Dict _ wanted_class wanted_ty wanted_orig loc)
-  | not (maybeToBool maybe_best_subclass_chain)
-  =    -- No superclass relationship
-    returnNF_Tc ((wanted `consLIE` givens), EmptyMonoBinds, unitLIE wanted)
-
-  | otherwise
-  =    -- There's a subclass relationship with a "given"
-       -- Build intermediate dictionaries
+tcSimplifyRestricted   -- Used for restricted binding groups
+                       -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
+       :: SDoc
+       -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
+       -> [Inst]               -- Free in the RHSs
+       -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
+               TcDictBinds)    -- Bindings
+
+tcSimplifyRestricted doc tau_tvs wanteds
+  =    -- First squash out all methods, to find the constrained tyvars
+       -- We can't just take the free vars of wanted_lie because that'll
+       -- have methods that may incidentally mention entirely unconstrained variables
+       --      e.g. a call to  f :: Eq a => a -> b -> b
+       -- Here, b is unconstrained.  A good example would be
+       --      foo = f (3::Int)
+       -- We want to infer the polymorphic type
+       --      foo :: forall b. b -> b
+
+       -- '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.
+    simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds      `thenM` \ (foo_frees, foo_binds, constrained_dicts) ->
+
+       -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
+    zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)    `thenM` \ tau_tvs' ->
+    tcGetGlobalTyVars                          `thenM` \ gbl_tvs ->
     let
-       theta = [ (clas, wanted_ty) | clas <- reverse classes ]
-       -- The reverse is because the list comes back in the "wrong" order I think
+       constrained_tvs = tyVarsOfInsts constrained_dicts
+       qtvs = (tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs)
+                        `minusVarSet` constrained_tvs
     in
-    newDictsAtLoc wanted_orig loc theta                `thenNF_Tc` \ (intermediates, _) ->
-
-       -- Create bindings for the wanted dictionary and the intermediates.
-       -- Later binds may depend on earlier ones, so each new binding is pushed
-       -- on the front of the accumulating parameter list of bindings
+    traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
+               pprInsts wanteds, pprInsts foo_frees, pprInsts constrained_dicts,
+               ppr foo_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 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
+    restrict_loop doc qtvs wanteds
+       -- We still need a loop because improvement can take place
+       -- E.g. if we have (C (T a)) and the instance decl
+       --      instance D Int b => C (T a) where ...
+       -- and there's a functional dependency for D.   Then we may improve
+       -- the tyep variable 'b'.
+
+restrict_loop doc qtvs wanteds
+  = mappM zonkInst wanteds                     `thenM` \ wanteds' ->
+    zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems qtvs)       `thenM` \ qtvs' ->
     let
-       mk_bind (dict,clas) dict_sub@(Dict _ dict_sub_class ty _ _)
-         = ((dict_sub, dict_sub_class),
-            (VarMonoBind (instToId dict)
-                         (DictApp (TyApp (HsVar (RealId (classSuperDictSelId dict_sub_class 
-                                                                             clas)))
-                                           [ty])
-                                    [instToId dict_sub])))
-       (_, new_binds) = mapAccumR mk_bind (wanted,wanted_class) (given : intermediates)
+        try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs' inst = Free
+                   | otherwise                  = ReduceMe
     in
-    returnNF_Tc (wanted `consLIE` givens `plusLIE` listToBag intermediates,
-                andMonoBinds new_binds,
-                emptyLIE)
+    reduceContext doc try_me [] wanteds'       `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
+    if no_improvement then
+       ASSERT( null irreds )
+       extendLIEs frees                        `thenM_`
+       returnM (varSetElems qtvs', binds)
+    else
+       restrict_loop doc qtvs' (irreds ++ frees)       `thenM` \ (qtvs1, binds1) ->
+       returnM (qtvs1, binds `AndMonoBinds` binds1)
+\end{code}
 
-  where
-    maybe_best_subclass_chain = foldBag choose_best find_subclass_chain Nothing givens
-    Just (given, classes, _) = maybe_best_subclass_chain
 
-    choose_best c1@(Just (_,_,n1)) c2@(Just (_,_,n2)) | n1 <= n2  = c1
-                                                     | otherwise = c2
-    choose_best Nothing                   c2                             = c2
-    choose_best c1                Nothing                        = c1
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{tcSimplifyToDicts}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+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.
+
+The same thing is used for specialise pragmas. Consider
+
+       f :: Num a => a -> a
+       {-# SPECIALISE f :: Int -> Int #-}
+       f = ...
+
+The type checker generates a binding like:
+
+       f_spec = (f :: Int -> Int)
 
-    find_subclass_chain given@(Dict _ given_class given_ty _ _)
-        | wanted_ty `eqSimpleTy` given_ty
-        = case (wanted_class `isSuperClassOf` given_class) of
+and we want to end up with
 
-                Just classes -> Just (given,
-                                      classes,
-                                      length classes)
+       f_spec = _inline_me_ (f Int dNumInt)
 
-                Nothing      -> Nothing
+But that means that we must simplify the Method for f to (f Int dNumInt)!
+So tcSimplifyToDicts squeezes out all Methods.
 
-        | otherwise = Nothing
+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 #-}
 
-sortSC :: LIE s     -- Expected to be all dicts (no MethodIds), all of
-                   -- which constrain type variables
-       -> [Inst s]  -- Sorted with subclasses before superclasses
+Here, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But we *dont*
+want to get
+
+       forall dIntegralInt.
+       fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
+
+because the scsel will mess up matching.  Instead we want
+
+       forall dIntegralInt, dNumInt.
+       fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
+
+Hence "DontReduce NoSCs"
+
+\begin{code}
+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
 
-sortSC dicts = sortLt lt (bagToList dicts)
   where
-    (Dict _ c1 ty1 _ _) `lt` (Dict _ c2 ty2 _ _)
-       = maybeToBool (c2 `isSuperClassOf` c1)
-       -- The ice is a bit thin here because this "lt" isn't a total order
-       -- But it *is* transitive, so it works ok
+    doc = text "tcSimplifyToDicts"
+
+       -- Reduce methods and lits only; stop as soon as we get a dictionary
+    try_me inst        | isDict inst = DontReduce NoSCs
+               | 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
+    doc = text "tcSimplifyBracket"
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection[simple]{@Simple@ versions}
+\subsection{Filtering at a dynamic binding}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-Much simpler versions when there are no bindings to make!
+When we have
+       let ?x = R in B
 
-@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 -> ClassInstEnv)            -- How to find the ClassInstEnv
-                -> [(Class, TauType)]                  -- Given
-                -> [(Class, TauType)]                  -- Wanted
-                -> TcM s [(Class, TauType)]
+we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
+step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
 
+Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
 
-tcSimplifyThetas inst_mapper given wanted
-  = elimTyConsSimple inst_mapper wanted        `thenTc`    \ wanted1 ->
-    returnTc (elimSCsSimple given wanted1)
-\end{code}
+       f :: (?x::Int) => Char -> Char
+       let ?x = 3 in f 'c'
 
-@tcSimplifyCheckThetas@ just checks class-type constraints, essentially;
-used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
-whether it worked or not.
+then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
+force the binding for ?x to be of type Int.
 
 \begin{code}
-tcSimplifyCheckThetas :: [(Class, TauType)]    -- Simplify this to nothing at all
-                     -> TcM s ()
+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
+    doc             = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
+    ip_set   = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
 
-tcSimplifyCheckThetas theta
-  = elimTyConsSimple classInstEnv theta    `thenTc`    \ theta1 ->
-    ASSERT( null theta1 )
-    returnTc ()
-\end{code}
+       -- 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' ->
 
-\begin{code}
-elimTyConsSimple :: (Class -> ClassInstEnv) 
-                -> [(Class,Type)]
-                -> TcM s [(Class,Type)]
-elimTyConsSimple inst_mapper theta
-  = elim theta
-  where
-    elim []              = returnTc []
-    elim ((clas,ty):rest) = elim_one clas ty   `thenTc` \ r1 ->
-                           elim rest           `thenTc` \ r2 ->
-                           returnTc (r1++r2)
-
-    elim_one clas ty
-       = case getTyVar_maybe ty of
-
-           Just tv   -> returnTc [(clas,ty)]
-
-           otherwise -> recoverTc (returnTc []) $
-                        lookupSimpleInst (inst_mapper clas) clas ty    `thenTc` \ theta ->
-                        elim theta
-
-elimSCsSimple :: [(Class,Type)]        -- Given
-             -> [(Class,Type)]         -- Wanted
-             -> [(Class,Type)]         -- Subset of wanted; no dups, no subclass relnships
-
-elimSCsSimple givens [] = []
-elimSCsSimple givens (c_t@(clas,ty) : rest)
-  | any (`subsumes` c_t) givens ||
-    any (`subsumes` c_t) rest                          -- (clas,ty) is old hat
-  = elimSCsSimple givens rest
-  | otherwise                                          -- (clas,ty) is new
-  = c_t : elimSCsSimple (c_t : givens) rest
-  where
-    rest' = elimSCsSimple rest
-    (c1,t1) `subsumes` (c2,t2) = t1 `eqSimpleTy` t2 && 
-                                (c1 == c2 || maybeToBool (c2 `isSuperClassOf` c1))
--- We deal with duplicates here   ^^^^^^^^
--- It's a simple place to do it, although it's done in elimTyCons in the
--- full-blown version of the simpifier.
+        reduceContext doc try_me givens' wanteds'    `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
+
+        if no_improvement then
+           ASSERT( null irreds )
+           returnM (frees, binds)
+       else
+           simpl_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (frees1, binds1) ->
+           returnM (frees1, binds `AndMonoBinds` binds1)
 \end{code}
 
+
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
@@ -571,53 +1004,696 @@ For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
 
 \begin{code}
-bindInstsOfLocalFuns ::        LIE s -> [TcIdBndr s] -> TcM s (LIE s, TcMonoBinds s)
+bindInstsOfLocalFuns ::        [Inst] -> [TcId] -> TcM TcMonoBinds
 
-bindInstsOfLocalFuns init_lie local_ids
-  = foldrTc bind_inst (emptyBag, EmptyMonoBinds) (bagToList init_lie)
+bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
+  | null overloaded_ids
+       -- Common case
+  = extendLIEs wanteds         `thenM_`
+    returnM EmptyMonoBinds
+
+  | otherwise
+  = simpleReduceLoop doc try_me wanteds                `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
+    ASSERT( null irreds )
+    extendLIEs frees           `thenM_`
+    returnM binds
   where
-    bind_inst inst@(Method uniq (TcId id) tys rho orig loc) (insts, binds)
-      | id `is_elem` local_ids
-      = lookupInst inst                `thenTc` \ (dict_insts, bind) ->
-       returnTc (listToBag dict_insts `plusLIE` insts, 
-                 bind `AndMonoBinds` binds)
+    doc                     = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
+    overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
+    is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
 
-    bind_inst some_other_inst (insts, binds)
-       -- Either not a method, or a method instance for an id not in local_ids
-      = returnTc (some_other_inst `consBag` insts, binds)
+    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
 
-    is_elem = isIn "bindInstsOfLocalFuns"
+    try_me inst | isMethodFor overloaded_set inst = ReduceMe
+               | otherwise                       = Free
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\section[Disambig]{Disambiguation of overloading}
+\subsection{Data types for the reduction mechanism}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
+The main control over context reduction is here
+
+\begin{code}
+data WhatToDo
+ = ReduceMe            -- Try to reduce this
+                       -- If there's no instance, behave exactly like
+                       -- DontReduce: add the inst to
+                       -- the irreductible ones, but don't
+                       -- produce an error message of any kind.
+                       -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
+
+ | DontReduce WantSCs          -- Return as irreducible
+
+ | DontReduceUnlessConstant    -- Return as irreducible unless it can
+                               -- be reduced to a constant in one step
+
+ | Free                          -- Return as free
+
+reduceMe :: Inst -> WhatToDo
+reduceMe inst = ReduceMe
+
+data WantSCs = NoSCs | AddSCs  -- Tells whether we should add the superclasses
+                               -- of a predicate when adding it to the avails
+\end{code}
+
+
+
+\begin{code}
+type Avails = FiniteMap Inst Avail
+
+data Avail
+  = IsFree             -- Used for free Insts
+  | Irred              -- Used for irreducible dictionaries,
+                       -- which are going to be lambda bound
+
+  | Given TcId                 -- Used for dictionaries for which we have a binding
+                       -- e.g. those "given" in a signature
+         Bool          -- True <=> actually consumed (splittable IPs only)
+
+  | NoRhs              -- Used for Insts like (CCallable f)
+                       -- where no witness is required.
+
+  | Rhs                -- Used when there is a RHS
+       TcExpr          -- The RHS
+       [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
+
+  | Linear             -- Splittable Insts only.
+       Int             -- The Int is always 2 or more; indicates how
+                       -- many copies are required
+       Inst            -- The splitter
+       Avail           -- Where the "master copy" is
+
+  | LinRhss            -- Splittable Insts only; this is used only internally
+                       --      by extractResults, where a Linear 
+                       --      is turned into an LinRhss
+       [TcExpr]        -- A supply of suitable RHSs
+
+pprAvails avails = vcat [sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> pprAvail avail)]
+                       | (inst,avail) <- fmToList avails ]
+
+instance Outputable Avail where
+    ppr = pprAvail
+
+pprAvail NoRhs         = text "<no rhs>"
+pprAvail IsFree                = text "Free"
+pprAvail Irred         = text "Irred"
+pprAvail (Given x b)           = text "Given" <+> ppr x <+> 
+                         if b then text "(used)" else empty
+pprAvail (Rhs rhs bs)   = text "Rhs" <+> ppr rhs <+> braces (ppr bs)
+pprAvail (Linear n i a) = text "Linear" <+> ppr n <+> braces (ppr i) <+> ppr a
+pprAvail (LinRhss rhss) = text "LinRhss" <+> ppr rhss
+\end{code}
+
+Extracting the bindings from a bunch of Avails.
+The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
+We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
+dependency analyser can sort them out later
+
+The loop startes
+\begin{code}
+extractResults :: Avails
+              -> [Inst]                -- Wanted
+              -> TcM (TcDictBinds,     -- Bindings
+                         [Inst],       -- Irreducible ones
+                         [Inst])       -- Free ones
+
+extractResults avails wanteds
+  = go avails EmptyMonoBinds [] [] wanteds
+  where
+    go avails binds irreds frees [] 
+      = returnM (binds, irreds, frees)
+
+    go avails binds irreds frees (w:ws)
+      = case lookupFM avails w of
+         Nothing    -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
+                       go avails binds irreds frees ws
+
+         Just NoRhs  -> go avails               binds irreds     frees     ws
+         Just IsFree -> go (add_free avails w)  binds irreds     (w:frees) ws
+         Just Irred  -> go (add_given avails w) binds (w:irreds) frees     ws
+
+         Just (Given id _) -> go avails new_binds irreds frees ws
+                           where
+                              new_binds | id == instToId w = binds
+                                        | otherwise        = addBind binds w (HsVar id)
+               -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
+               -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
+
+         Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds irreds frees (ws' ++ ws)
+                            where
+                               new_binds = addBind binds w rhs
+
+         Just (Linear n split_inst avail)      -- Transform Linear --> LinRhss
+           -> get_root irreds frees avail w            `thenM` \ (irreds', frees', root_id) ->
+              split n (instToId split_inst) root_id w  `thenM` \ (binds', rhss) ->
+              go (addToFM avails w (LinRhss rhss))
+                 (binds `AndMonoBinds` binds')
+                 irreds' frees' (split_inst : w : ws)
+
+         Just (LinRhss (rhs:rhss))             -- Consume one of the Rhss
+               -> go new_avails new_binds irreds frees ws
+               where           
+                  new_binds  = addBind binds w rhs
+                  new_avails = addToFM avails w (LinRhss rhss)
+
+    get_root irreds frees (Given id _) w = returnM (irreds, frees, id)
+    get_root irreds frees Irred               w = cloneDict w  `thenM` \ w' ->
+                                          returnM (w':irreds, frees, instToId w')
+    get_root irreds frees IsFree       w = cloneDict w `thenM` \ w' ->
+                                          returnM (irreds, w':frees, instToId w')
+
+    add_given avails w 
+       | instBindingRequired w = addToFM avails w (Given (instToId w) True)
+       | otherwise             = addToFM avails w NoRhs
+       -- NB: make sure that CCallable/CReturnable use NoRhs rather
+       --      than Given, else we end up with bogus bindings.
+
+    add_free avails w | isMethod w = avails
+                     | otherwise  = add_given avails w
+       -- NB: Hack alert!  
+       -- Do *not* replace Free by Given if it's a method.
+       -- The following situation shows why this is bad:
+       --      truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
+       -- From an application (truncate f i) we get
+       --      t1 = truncate at f
+       --      t2 = t1 at i
+       -- If we have also have a second occurrence of truncate, we get
+       --      t3 = truncate at f
+       --      t4 = t3 at i
+       -- When simplifying with i,f free, we might still notice that
+       --   t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
+       --   will continue to float out!
+       -- (split n i a) returns: n rhss
+       --                        auxiliary bindings
+       --                        1 or 0 insts to add to irreds
+
+
+split :: Int -> TcId -> TcId -> Inst 
+      -> TcM (TcDictBinds, [TcExpr])
+-- (split n split_id root_id wanted) returns
+--     * a list of 'n' expressions, all of which witness 'avail'
+--     * a bunch of auxiliary bindings to support these expressions
+--     * one or zero insts needed to witness the whole lot
+--       (maybe be zero if the initial Inst is a Given)
+--
+-- NB: 'wanted' is just a template
+
+split n split_id root_id wanted
+  = go n
+  where
+    ty      = linearInstType wanted
+    pair_ty = mkTyConApp pairTyCon [ty,ty]
+    id      = instToId wanted
+    occ     = getOccName id
+    loc     = getSrcLoc id
+
+    go 1 = returnM (EmptyMonoBinds, [HsVar root_id])
+
+    go n = go ((n+1) `div` 2)          `thenM` \ (binds1, rhss) ->
+          expand n rhss                `thenM` \ (binds2, rhss') ->
+          returnM (binds1 `AndMonoBinds` binds2, rhss')
+
+       -- (expand n rhss) 
+       -- Given ((n+1)/2) rhss, make n rhss, using auxiliary bindings
+       --  e.g.  expand 3 [rhs1, rhs2]
+       --        = ( { x = split rhs1 },
+       --            [fst x, snd x, rhs2] )
+    expand n rhss
+       | n `rem` 2 == 0 = go rhss      -- n is even
+       | otherwise      = go (tail rhss)       `thenM` \ (binds', rhss') ->
+                          returnM (binds', head rhss : rhss')
+       where
+         go rhss = mapAndUnzipM do_one rhss    `thenM` \ (binds', rhss') ->
+                   returnM (andMonoBindList binds', concat rhss')
+
+         do_one rhs = newUnique                        `thenM` \ uniq -> 
+                      tcLookupId fstName               `thenM` \ fst_id ->
+                      tcLookupId sndName               `thenM` \ snd_id ->
+                      let 
+                         x = mkUserLocal occ uniq pair_ty loc
+                      in
+                      returnM (VarMonoBind x (mk_app split_id rhs),
+                                   [mk_fs_app fst_id ty x, mk_fs_app snd_id ty x])
+
+mk_fs_app id ty var = HsVar id `TyApp` [ty,ty] `HsApp` HsVar var
+
+mk_app id rhs = HsApp (HsVar id) rhs
+
+addBind binds inst rhs = binds `AndMonoBinds` VarMonoBind (instToId inst) rhs
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection[reduce]{@reduce@}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+When the "what to do" predicate doesn't depend on the quantified type variables,
+matters are easier.  We don't need to do any zonking, unless the improvement step
+does something, in which case we zonk before iterating.
+
+The "given" set is always empty.
+
+\begin{code}
+simpleReduceLoop :: SDoc
+                -> (Inst -> WhatToDo)          -- What to do, *not* based on the quantified type variables
+                -> [Inst]                      -- Wanted
+                -> TcM ([Inst],                -- Free
+                        TcDictBinds,
+                        [Inst])                -- Irreducible
+
+simpleReduceLoop doc try_me wanteds
+  = mappM zonkInst wanteds                     `thenM` \ wanteds' ->
+    reduceContext doc try_me [] wanteds'       `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
+    if no_improvement then
+       returnM (frees, binds, irreds)
+    else
+       simpleReduceLoop doc try_me (irreds ++ frees)   `thenM` \ (frees1, binds1, irreds1) ->
+       returnM (frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
+\end{code}
+
+
+
+\begin{code}
+reduceContext :: SDoc
+             -> (Inst -> WhatToDo)
+             -> [Inst]                 -- Given
+             -> [Inst]                 -- Wanted
+             -> TcM (Bool,             -- True <=> improve step did no unification
+                        [Inst],        -- Free
+                        TcDictBinds,   -- Dictionary bindings
+                        [Inst])        -- Irreducible
+
+reduceContext doc try_me givens wanteds
+  =
+    traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
+            text "----------------------",
+            doc,
+            text "given" <+> ppr givens,
+            text "wanted" <+> ppr wanteds,
+            text "----------------------"
+            ]))                                        `thenM_`
+
+        -- Build the Avail mapping from "givens"
+    foldlM addGiven emptyFM givens                     `thenM` \ init_state ->
+
+        -- Do the real work
+    reduceList (0,[]) try_me wanteds init_state                `thenM` \ avails ->
+
+       -- Do improvement, using everything in avails
+       -- In particular, avails includes all superclasses of everything
+    tcImprove avails                                   `thenM` \ no_improvement ->
+
+    extractResults avails wanteds                      `thenM` \ (binds, irreds, frees) ->
+
+    traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
+            text "----------------------",
+            doc,
+            text "given" <+> ppr givens,
+            text "wanted" <+> ppr wanteds,
+            text "----",
+            text "avails" <+> pprAvails avails,
+            text "frees" <+> ppr frees,
+            text "no_improvement =" <+> ppr no_improvement,
+            text "----------------------"
+            ]))                                        `thenM_`
+
+    returnM (no_improvement, frees, binds, irreds)
+
+tcImprove avails
+ =  tcGetInstEnv                               `thenM` \ inst_env ->
+    let
+       preds = [ (pred, pp_loc)
+               | inst <- keysFM avails,
+                 let pp_loc = pprInstLoc (instLoc inst),
+                 pred <- fdPredsOfInst inst
+               ]
+               -- Avails has all the superclasses etc (good)
+               -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
+               -- It does not have duplicates (good)
+               -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
+               --    so that improve will see them separate
+       eqns  = improve (classInstEnv inst_env) preds
+     in
+     if null eqns then
+       returnM True
+     else
+       traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))     `thenM_`
+        mappM_ unify eqns      `thenM_`
+       returnM False
+  where
+    unify ((qtvs, t1, t2), doc)
+        = addErrCtxt doc                               $
+          tcInstTyVars VanillaTv (varSetElems qtvs)    `thenM` \ (_, _, tenv) ->
+          unifyTauTy (substTy tenv t1) (substTy tenv t2)
+\end{code}
+
+The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
+
+\begin{code}
+reduceList :: (Int,[Inst])             -- Stack (for err msgs)
+                                       -- along with its depth
+                  -> (Inst -> WhatToDo)
+                  -> [Inst]
+                  -> Avails
+                  -> TcM Avails
+\end{code}
+
+@reduce@ is passed
+     try_me:   given an inst, this function returns
+                 Reduce       reduce this
+                 DontReduce   return this in "irreds"
+                 Free         return this in "frees"
+
+     wanteds:  The list of insts to reduce
+     state:    An accumulating parameter of type Avails
+               that contains the state of the algorithm
+
+  It returns a Avails.
+
+The (n,stack) pair is just used for error reporting.
+n is always the depth of the stack.
+The stack is the stack of Insts being reduced: to produce X
+I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
+
+\begin{code}
+reduceList (n,stack) try_me wanteds state
+  | n > opt_MaxContextReductionDepth
+  = failWithTc (reduceDepthErr n stack)
+
+  | otherwise
+  =
+#ifdef DEBUG
+   (if n > 8 then
+       pprTrace "Jeepers! ReduceContext:" (reduceDepthMsg n stack)
+    else (\x->x))
+#endif
+    go wanteds state
+  where
+    go []     state = returnM state
+    go (w:ws) state = reduce (n+1, w:stack) try_me w state     `thenM` \ state' ->
+                     go ws state'
+
+    -- Base case: we're done!
+reduce stack try_me wanted state
+    -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
+  | Just avail <- isAvailable state wanted
+  = if isLinearInst wanted then
+       addLinearAvailable state avail wanted   `thenM` \ (state', wanteds') ->
+       reduceList stack try_me wanteds' state'
+    else
+       returnM state           -- No op for non-linear things
+
+  | otherwise
+  = case try_me wanted of {
+
+      DontReduce want_scs -> addIrred want_scs state wanted
+
+    ; DontReduceUnlessConstant ->    -- It's irreducible (or at least should not be reduced)
+                                    -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
+       try_simple (addIrred AddSCs)    -- Assume want superclasses
+
+    ; Free ->  -- It's free so just chuck it upstairs
+               -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
+       try_simple addFree
+
+    ; ReduceMe ->              -- It should be reduced
+       lookupInst wanted             `thenM` \ lookup_result ->
+       case lookup_result of
+           GenInst wanteds' rhs -> reduceList stack try_me wanteds' state      `thenM` \ state' ->
+                                   addWanted state' wanted rhs wanteds'
+           SimpleInst rhs       -> addWanted state wanted rhs []
+
+           NoInstance ->    -- No such instance!
+                            -- Add it and its superclasses
+                            addIrred AddSCs state wanted
+
+    }
+  where
+    try_simple do_this_otherwise
+      = lookupInst wanted        `thenM` \ lookup_result ->
+       case lookup_result of
+           SimpleInst rhs -> addWanted state wanted rhs []
+           other          -> do_this_otherwise state wanted
+\end{code}
+
+
+\begin{code}
+-------------------------
+isAvailable :: Avails -> Inst -> Maybe Avail
+isAvailable avails wanted = lookupFM avails wanted
+       -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
+       -- *not* by unique.  So
+       --      d1::C Int ==  d2::C Int
+
+addLinearAvailable :: Avails -> Avail -> Inst -> TcM (Avails, [Inst])
+addLinearAvailable avails avail wanted
+       -- avails currently maps [wanted -> avail]
+       -- Extend avails to reflect a neeed for an extra copy of avail
+
+  | 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 -> TcExpr -> [Inst] -> TcM Avails
+addWanted avails wanted rhs_expr wanteds
+  = ASSERT2( not (wanted `elemFM` avails), ppr wanted $$ ppr avails )
+    addAvailAndSCs avails wanted avail
+  where
+    avail | instBindingRequired wanted = Rhs rhs_expr wanteds
+         | otherwise                  = ASSERT( null wanteds ) NoRhs
+
+addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
+addGiven state given = addAvailAndSCs state given (Given (instToId given) False)
+       -- No ASSERT( not (given `elemFM` avails) ) because in an instance
+       -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
+       -- so the assert isn't true
+
+addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
+addIrred NoSCs  avails irred = returnM (addToFM avails irred Irred)
+addIrred AddSCs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemFM` avails), ppr irred $$ ppr avails )
+                              addAvailAndSCs avails irred Irred
+
+addAvailAndSCs :: Avails -> Inst -> Avail -> TcM Avails
+addAvailAndSCs avails inst avail
+  | not (isClassDict inst) = returnM avails1
+  | otherwise             = addSCs is_loop avails1 inst 
+  where
+    avails1 = addToFM avails inst avail
+    is_loop inst = inst `elem` deps    -- Note: this compares by *type*, not by Unique
+    deps         = findAllDeps avails avail
+
+findAllDeps :: Avails -> Avail -> [Inst]
+-- Find all the Insts that this one depends on
+-- See Note [SUPERCLASS-LOOP]
+findAllDeps avails (Rhs _ kids) = kids ++ concat (map (find_all_deps_help avails) kids)
+findAllDeps avails other       = []
+
+find_all_deps_help :: Avails -> Inst -> [Inst]
+find_all_deps_help avails inst
+  = case lookupFM avails inst of
+       Just avail -> findAllDeps avails avail
+       Nothing    -> []
+
+addSCs :: (Inst -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
+       -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
+       -- The first param says "dont do this because the original thing
+       --      depends on this one, so you'd build a loop"
+       -- Invariant: the Inst is already in Avails.
+
+addSCs is_loop avails dict
+  = newDictsFromOld dict sc_theta'     `thenM` \ sc_dicts ->
+    foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels)
+  where
+    (clas, tys) = getDictClassTys dict
+    (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
+    sc_theta' = substTheta (mkTopTyVarSubst tyvars tys) sc_theta
+
+    add_sc avails (sc_dict, sc_sel)    -- Add it, and its superclasses
+      = case lookupFM avails sc_dict of
+         Just (Given _ _) -> returnM avails    -- Given is cheaper than
+                                                       --   a superclass selection
+         Just other | is_loop sc_dict -> returnM avails        -- See Note [SUPERCLASS-LOOP]
+                    | otherwise       -> returnM avails'       -- SCs already added
+
+         Nothing -> addSCs is_loop avails' sc_dict
+      where
+       sc_sel_rhs = DictApp (TyApp (HsVar sc_sel) tys) [instToId dict]
+       avail      = Rhs sc_sel_rhs [dict]
+       avails'    = addToFM avails sc_dict avail
+\end{code}
+
+Note [SUPERCLASS-LOOP]: Checking for loops
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+We have to be careful here.  If we are *given* d1:Ord a,
+and want to deduce (d2:C [a]) where
+
+       class Ord a => C a where
+       instance Ord a => C [a] where ...
+
+Then we'll use the instance decl to deduce C [a] and then add the
+superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
+for d1:Ord a (which is given) with a superclass selection or we'll just
+build a loop! 
+
+Here's another example 
+       class Eq b => Foo a b
+       instance Eq a => Foo [a] a
+If we are reducing
+       (Foo [t] t)
+
+we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
+then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
+
+At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
+in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
+becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
+I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
+simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Irred
+first time, but reducible next time.
+
+Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
+when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
+
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\section{tcSimplifyTop: defaulting}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+
+@tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
+and ambiguous Insts.
+
+We need to be careful of one case.  Suppose we have
+
+       instance Num a => Num (Foo a b) where ...
+
+and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
+to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
+
+It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
+
+
+\begin{code}
+tcSimplifyTop :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
+-- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
+-- error message generation for the monomorphism restriction
+tcSimplifyTop 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
+       (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts bad_guys
+       (bad_ips, non_ips)     = partition isIPDict tidy_dicts
+       (no_insts, ambigs)     = partition no_inst non_ips
+       no_inst d = not (isTyVarDict d) || tyVarsOfInst d `subVarSet` fixed_tvs
+       fixed_tvs = oclose (fdPredsOfInsts tidy_dicts) emptyVarSet
+    in
+
+       -- Report definite errors
+    addTopInstanceErrs tidy_env no_insts       `thenM_`
+    addTopIPErrs tidy_env 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 (tidy_env, ambigs)      `thenM_`
+
+       -- Disambiguate the ones that look feasible
+        mappM disambigGroup std_oks
+    )                                  `thenM` \ binds_ambig ->
+
+    returnM (binds `andMonoBinds` andMonoBindList binds_ambig)
+
+----------------------------------
+d1 `cmp_by_tyvar` d2 = get_tv d1 `compare` get_tv d2
+
+get_tv d   = case getDictClassTys d of
+                  (clas, [ty]) -> tcGetTyVar "tcSimplify" ty
+get_clas d = case getDictClassTys d of
+                  (clas, [ty]) -> clas
+\end{code}
 
 If a dictionary constrains a type variable which is
-\begin{itemize}
-\item
-not mentioned in the environment
-\item
-and not mentioned in the type of the expression
-\end{itemize}
+       * not mentioned in the environment
+       * and not mentioned in the type of the expression
 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
 parameter to a function.
 
 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
-
 Specifically, if
-\begin{itemize}
-\item
-at least one of its classes is a numeric class, and
-\item
-all of its classes are numeric or standard
-\end{itemize}
+       * at least one of its classes is a numeric class, and
+       * all of its classes are numeric or standard
 then the type variable can be defaulted to the first type in the
 default-type list which is an instance of all the offending classes.
 
@@ -626,25 +1702,6 @@ dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
 
-IMPORTANT: @disambiguate@ assumes that its argument dictionaries
-constrain only a simple type variable.
-
-\begin{code}
-type SimpleDictInfo s = (Inst s, Class, TcTyVar s)
-
-disambiguateDicts :: LIE s -> TcM s ()
-
-disambiguateDicts insts
-  = mapTc disambigOne inst_infos    `thenTc` \ binds_lists ->
-    returnTc ()
-  where
-    inst_infos = equivClasses cmp_tyvars (map mk_inst_info (bagToList insts))
-    (_,_,tv1) `cmp_tyvars` (_,_,tv2) = tv1 `cmp` tv2
-
-    mk_inst_info dict@(Dict _ clas ty _ _)
-      = (dict, clas, getTyVar "disambiguateDicts" ty)
-\end{code}
-
 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
 the same type variable.
 
@@ -658,10 +1715,15 @@ Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
 @void@.
 
 \begin{code}
-disambigOne :: [SimpleDictInfo s] -> TcM s ()
-
-disambigOne dict_infos
-  |  any isNumericClass classes && all isStandardClass classes
+disambigGroup :: [Inst]        -- All standard classes of form (C a)
+             -> TcM TcDictBinds
+
+disambigGroup dicts
+  |   any isNumericClass classes       -- Guaranteed all standard classes
+         -- see comment at the end of function for reasons as to
+         -- why the defaulting mechanism doesn't apply to groups that
+         -- include CCallable or CReturnable dicts.
+   && not (any isCcallishClass classes)
   =    -- THE DICTS OBEY THE DEFAULTABLE CONSTRAINT
        -- SO, TRY DEFAULT TYPES IN ORDER
 
@@ -669,71 +1731,376 @@ disambigOne dict_infos
        -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
        -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
        -- default list is Int.
-    tcGetDefaultTys                    `thenNF_Tc` \ default_tys ->
+    getDefaultTys                      `thenM` \ default_tys ->
     let
       try_default []   -- No defaults work, so fail
-       = failTc (ambigErr dicts) 
+       = failM
 
       try_default (default_ty : default_tys)
-       = tryTc (try_default default_tys) $     -- If default_ty fails, we try
+       = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $ -- If default_ty fails, we try
                                                -- default_tys instead
-         tcSimplifyCheckThetas thetas  `thenTc` \ _ ->
-         returnTc default_ty
+         tcSimplifyDefault theta               `thenM` \ _ ->
+         returnM default_ty
         where
-         thetas = classes `zip` repeat default_ty
+         theta = [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
     in
-       -- See if any default works, and if so bind the type variable to it
-    try_default default_tys            `thenTc` \ chosen_default_ty ->
-    tcInstType [] chosen_default_ty    `thenNF_Tc` \ chosen_default_tc_ty ->   -- Tiresome!
-    unifyTauTy chosen_default_tc_ty (mkTyVarTy tyvar)
-
-  | all isCcallishClass classes
-  =    -- Default CCall stuff to (); we don't even both to check that () is an 
-       -- instance of CCallable/CReturnable, because we know it is.
-    unifyTauTy (mkTyVarTy tyvar) unitTy    
-    
+       -- See if any default works
+    tryM (try_default default_tys)     `thenM` \ mb_ty ->
+    case mb_ty of {
+       Left _ ->       -- If not, add an AmbigErr
+                 addTopAmbigErrs (tidyInsts dicts)     `thenM_`
+                 returnM EmptyMonoBinds ;
+
+       Right chosen_default_ty ->
+
+       -- If so, bind the type variable 
+       -- and reduce the context, for real this time
+    unifyTauTy chosen_default_ty (mkTyVarTy tyvar)     `thenM_`
+    simpleReduceLoop (text "disambig" <+> ppr dicts)
+                    reduceMe dicts                     `thenM` \ (frees, binds, ambigs) ->
+    WARN( not (null frees && null ambigs), ppr frees $$ ppr ambigs )
+    warnDefault dicts chosen_default_ty                        `thenM_`
+    returnM binds }
+
+  | all isCreturnableClass classes
+  =    -- Default CCall stuff to (); we don't even both to check that () is an
+       -- instance of CReturnable, because we know it is.
+    unifyTauTy (mkTyVarTy tyvar) unitTy        `thenM_`
+    returnM EmptyMonoBinds
+
   | otherwise -- No defaults
-  = failTc (ambigErr dicts)
+  = addTopAmbigErrs (tidyInsts dicts)  `thenM_`
+    returnM EmptyMonoBinds
 
   where
-    (_,_,tyvar) = head dict_infos              -- Should be non-empty
-    dicts   = [dict | (dict,_,_) <- dict_infos]
-    classes = [clas | (_,clas,_) <- dict_infos]
-
+    tyvar       = get_tv (head dicts)          -- Should be non-empty
+    classes     = map get_clas dicts
 \end{code}
 
+[Aside - why the defaulting mechanism is turned off when
+ dealing with arguments and results to ccalls.
 
+When typechecking _ccall_s, TcExpr ensures that the external
+function is only passed arguments (and in the other direction,
+results) of a restricted set of 'native' types. This is
+implemented via the help of the pseudo-type classes,
+@CReturnable@ (CR) and @CCallable@ (CC.)
 
-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?
+The interaction between the defaulting mechanism for numeric
+values and CC & CR can be a bit puzzling to the user at times.
+For example,
+
+    x <- _ccall_ f
+    if (x /= 0) then
+       _ccall_ g x
+     else
+       return ()
+
+What type has 'x' got here? That depends on the default list
+in operation, if it is equal to Haskell 98's default-default
+of (Integer, Double), 'x' has type Double, since Integer
+is not an instance of CR. If the default list is equal to
+Haskell 1.4's default-default of (Int, Double), 'x' has type
+Int.
+
+To try to minimise the potential for surprises here, the
+defaulting mechanism is turned off in the presence of
+CCallable and CReturnable.
+
+End of aside]
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection[simple]{@Simple@ versions}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+Much simpler versions when there are no bindings to make!
+
+@tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
+@deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
+only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
+
+It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
+a,b,c are type variables.  This is required for the context of
+instance declarations.
 
 \begin{code}
-genCantGenErr insts sty        -- Can't generalise these Insts
-  = hang (ptext SLIT("Cannot generalise these overloadings (in a _ccall_):")) 
-          4  (vcat (map (ppr sty) (bagToList insts)))
+tcSimplifyDeriv :: [TyVar]     
+               -> ThetaType            -- Wanted
+               -> TcM ThetaType        -- Needed
+
+tcSimplifyDeriv tyvars theta
+  = tcInstTyVars VanillaTv tyvars                      `thenM` \ (tvs, _, tenv) ->
+       -- The main loop may do unification, and that may crash if 
+       -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
+       -- ToDo: what if two of them do get unified?
+    newDicts DataDeclOrigin (substTheta tenv theta)    `thenM` \ wanteds ->
+    simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds              `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
+    ASSERT( null frees )                       -- reduceMe never returns Free
+
+    doptM Opt_AllowUndecidableInstances                `thenM` \ undecidable_ok ->
+    let
+       tv_set      = mkVarSet tvs
+       simpl_theta = map dictPred irreds       -- reduceMe squashes all non-dicts
+
+       check_pred pred
+         | isEmptyVarSet pred_tyvars   -- Things like (Eq T) should be rejected
+         = addErrTc (noInstErr pred)
+
+         | not undecidable_ok && not (isTyVarClassPred pred)
+         -- Check that the returned dictionaries are all of form (C a b)
+         --    (where a, b are type variables).  
+         -- We allow this if we had -fallow-undecidable-instances,
+         -- but note that risks non-termination in the 'deriving' context-inference
+         -- fixpoint loop.   It is useful for situations like
+         --    data Min h a = E | M a (h a)
+         -- which gives the instance decl
+         --    instance (Eq a, Eq (h a)) => Eq (Min h a)
+          = addErrTc (noInstErr pred)
+  
+         | not (pred_tyvars `subVarSet` tv_set) 
+         -- Check for a bizarre corner case, when the derived instance decl should
+         -- have form  instance C a b => D (T a) where ...
+         -- Note that 'b' isn't a parameter of T.  This gives rise to all sorts
+         -- of problems; in particular, it's hard to compare solutions for
+         -- equality when finding the fixpoint.  So I just rule it out for now.
+         = addErrTc (badDerivedPred pred)
+  
+         | otherwise
+         = returnM ()
+         where
+           pred_tyvars = tyVarsOfPred pred
+
+       rev_env = mkTopTyVarSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
+               -- This reverse-mapping is a Royal Pain, 
+               -- but the result should mention TyVars not TcTyVars
+    in
+   
+    mappM check_pred simpl_theta               `thenM_`
+    checkAmbiguity tvs simpl_theta tv_set      `thenM_`
+    returnM (substTheta rev_env simpl_theta)
+  where
+    doc    = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
 \end{code}
 
+@tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
+used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
+whether it worked or not.
+
 \begin{code}
-ambigErr dicts sty
-  = sep [text "Ambiguous context" <+> pprLIE sty lie,
-        nest 4 (pprLIEInFull sty lie)
-    ]
+tcSimplifyDefault :: ThetaType -- Wanted; has no type variables in it
+                 -> TcM ()
+
+tcSimplifyDefault theta
+  = newDicts DataDeclOrigin theta              `thenM` \ wanteds ->
+    simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds      `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
+    ASSERT( null frees )       -- try_me never returns Free
+    mappM (addErrTc . noInstErr) irreds        `thenM_`
+    if null irreds then
+       returnM ()
+    else
+       failM
   where
-    lie = listToBag dicts      -- Yuk
+    doc = ptext SLIT("default declaration")
 \end{code}
 
-@reduceErr@ complains if we can't express required dictionaries in
-terms of the signature.
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\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}
-reduceErr lie sty
-  = sep [text "Context" <+> pprLIE sty lie,
-        nest 4 (text "required by inferred type, but missing on a type signature"),
-        nest 4 (pprLIEInFull sty lie)
-    ]
-\end{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 tidy_env tidy_dicts
+  = groupErrs report tidy_dicts
+  where
+    report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
+    mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> 
+                                    plural tidy_dicts <+> pprInsts tidy_dicts)
 
+-- Used for top-level irreducibles
+addTopInstanceErrs tidy_env tidy_dicts
+  = groupErrs report tidy_dicts
+  where
+    report dicts = mkMonomorphismMsg tidy_env dicts    `thenM` \ (tidy_env, mono_msg) ->
+                  addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts $$ mono_msg)
+    mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("No instance") <> plural tidy_dicts <+> 
+                                    ptext SLIT("for") <+> pprInsts tidy_dicts)
+                  
+
+addTopAmbigErrs (tidy_env, tidy_dicts)
+-- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
+  = mapM report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
+  where
+    tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
+    tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
+    cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
+    
+    report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
+    report pairs@((_,tvs) : _) -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
+       = mkMonomorphismMsg tidy_env dicts      `thenM` \ (tidy_env, mono_msg) ->
+         addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
+       where
+         dicts = map fst pairs
+         msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
+                            pprQuotedList tvs <+> in_msg,
+                    nest 2 (pprInstsInFull dicts)]
+         in_msg | isSingleton dicts = text "in the top-level constraint:"
+                | otherwise         = text "in these top-level constraints:"
+
+
+mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [Inst] -> 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 insts
+  | isEmptyVarSet inst_tvs
+  = returnM (tidy_env, empty)
+  | otherwise
+  = findGlobals inst_tvs tidy_env      `thenM` \ (tidy_env, docs) ->
+    returnM (tidy_env, mk_msg docs)
+
+  where
+    inst_tvs = tyVarsOfInsts insts
+
+    mk_msg []   = empty                -- 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),
+                       ptext SLIT("Probable fix: give these definition(s) an explicit type signature")]
+    
+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),
+                     pprInstsInFull tidy_dicts]
+
+complainCheck doc givens irreds
+  = mappM zonkInst given_dicts_and_ips                 `thenM` \ givens' ->
+    groupErrs (addNoInstanceErrs doc givens') irreds   `thenM_`
+    returnM ()
+  where
+    given_dicts_and_ips = filter (not . isMethod) givens
+       -- Filter out methods, which are only added to
+       -- the given set as an optimisation
+
+addNoInstanceErrs what_doc givens dicts
+  = getDOpts           `thenM` \ dflags ->
+    tcGetInstEnv       `thenM` \ inst_env ->
+    let
+       (tidy_env1, tidy_givens) = tidyInsts givens
+       (tidy_env2, tidy_dicts)  = tidyMoreInsts tidy_env1 dicts
+
+       doc = vcat [addInstLoc dicts $
+                   sep [herald <+> pprInsts tidy_dicts,
+                        nest 4 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprInsts tidy_givens],
+                   ambig_doc,
+                   ptext SLIT("Probable fix:"),
+                   nest 4 fix1,
+                   nest 4 fix2]
+
+       herald = ptext SLIT("Could not") <+> unambig_doc <+> ptext SLIT("deduce")
+       unambig_doc | ambig_overlap = ptext SLIT("unambiguously")
+                   | otherwise     = empty
+
+               -- The error message when we don't find a suitable instance
+               -- is complicated by the fact that sometimes this is because
+               -- there is no instance, and sometimes it's because there are
+               -- too many instances (overlap).  See the comments in TcEnv.lhs
+               -- with the InstEnv stuff.
+
+       ambig_doc
+           | not ambig_overlap = empty
+           | otherwise
+           = vcat [ptext SLIT("The choice of (overlapping) instance declaration"),
+                   nest 4 (ptext SLIT("depends on the instantiation of") <+>
+                           quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInsts tidy_dicts))))]
+
+       fix1 = sep [ptext SLIT("Add") <+> pprInsts tidy_dicts,
+                   ptext SLIT("to the") <+> what_doc]
+
+       fix2 | null instance_dicts 
+            = empty
+            | otherwise
+            = ptext SLIT("Or add an instance declaration for") <+> pprInsts instance_dicts
+
+       instance_dicts = [d | d <- tidy_dicts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
+               -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
+               -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
+
+           -- Checks for the ambiguous case when we have overlapping instances
+       ambig_overlap = any ambig_overlap1 dicts
+       ambig_overlap1 dict 
+               | isClassDict dict
+               = case lookupInstEnv dflags inst_env clas tys of
+                           NoMatch ambig -> ambig
+                           other         -> False
+               | otherwise = False
+               where
+                 (clas,tys) = getDictClassTys dict
+    in
+    addErrTcM (tidy_env2, doc)
+
+-- Used for the ...Thetas variants; all top level
+noInstErr pred = ptext SLIT("No instance for") <+> quotes (ppr pred)
+
+badDerivedPred pred
+  = vcat [ptext SLIT("Can't derive instances where the instance context mentions"),
+         ptext SLIT("type variables that are not data type parameters"),
+         nest 2 (ptext SLIT("Offending constraint:") <+> ppr pred)]
+
+reduceDepthErr n stack
+  = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
+         ptext SLIT("Use -fcontext-stack20 to increase stack size to (e.g.) 20"),
+         nest 4 (pprInstsInFull stack)]
+
+reduceDepthMsg n stack = nest 4 (pprInstsInFull stack)
+
+-----------------------------------------------
+addCantGenErr inst
+  = addErrTc (sep [ptext SLIT("Cannot generalise these overloadings (in a _ccall_):"),
+                  nest 4 (ppr inst <+> pprInstLoc (instLoc inst))])
+\end{code}