[project @ 2002-09-06 14:40:28 by simonmar]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcType.lhs
index 4f33951..531709a 100644 (file)
 %
 \section[TcType]{Types used in the typechecker}
 
-\begin{code}
-module TcType (
-  
-  TcTyVar,
-  TcTyVarSet,
-  newTyVar,
-  newTyVarTy,          -- Kind -> NF_TcM s TcType
-  newTyVarTys,         -- Int -> Kind -> NF_TcM s [TcType]
-
-  newTyVarTy_OpenKind, -- NF_TcM s TcType
-  newOpenTypeKind,     -- NF_TcM s TcKind
-
-  -----------------------------------------
-  TcType, TcTauType, TcThetaType, TcRhoType,
+This module provides the Type interface for front-end parts of the 
+compiler.  These parts 
 
-       -- Find the type to which a type variable is bound
-  tcPutTyVar,          -- :: TcTyVar -> TcType -> NF_TcM TcType
-  tcGetTyVar,          -- :: TcTyVar -> NF_TcM (Maybe TcType)  does shorting out
+       * treat "source types" as opaque: 
+               newtypes, and predicates are meaningful. 
+       * look through usage types
 
+The "tc" prefix is for "typechechecker", because the type checker
+is the principal client.
 
-  tcSplitRhoTy,
-
-  tcInstTyVars,
-  tcInstSigVar,
-  tcInstTcType,
-
-  typeToTcType,
+\begin{code}
+module TcType (
+  --------------------------------
+  -- Types 
+  TcType, TcSigmaType, TcRhoType, TcTauType, TcPredType, TcThetaType, 
+  TcTyVar, TcTyVarSet, TcKind, 
 
-  tcTypeKind,          -- :: TcType -> NF_TcM s TcKind
   --------------------------------
-  TcKind,
-  newKindVar, newKindVars,
-  kindToTcKind,
-  zonkTcKind,
+  -- TyVarDetails
+  TyVarDetails(..), isUserTyVar, isSkolemTyVar, isHoleTyVar, 
+  tyVarBindingInfo,
 
   --------------------------------
-  zonkTcTyVar, zonkTcTyVars, zonkTcTyVarBndr,
-  zonkTcType, zonkTcTypes, zonkTcThetaType,
+  -- Builders
+  mkPhiTy, mkSigmaTy, 
 
-  zonkTcTypeToType, zonkTcTyVarToTyVar,
-  zonkTcKindToKind
+  --------------------------------
+  -- Splitters  
+  -- These are important because they do not look through newtypes
+  tcSplitForAllTys, tcSplitPhiTy, 
+  tcSplitFunTy_maybe, tcSplitFunTys, tcFunArgTy, tcFunResultTy,
+  tcSplitTyConApp, tcSplitTyConApp_maybe, tcTyConAppTyCon, tcTyConAppArgs,
+  tcSplitAppTy_maybe, tcSplitAppTy, tcSplitSigmaTy,
+  tcSplitMethodTy, tcGetTyVar_maybe, tcGetTyVar,
+
+  ---------------------------------
+  -- Predicates. 
+  -- Again, newtypes are opaque
+  tcEqType, tcEqTypes, tcEqPred, tcCmpType, tcCmpTypes, tcCmpPred,
+  isSigmaTy, isOverloadedTy, 
+  isDoubleTy, isFloatTy, isIntTy,
+  isIntegerTy, isAddrTy, isBoolTy, isUnitTy,
+  isTauTy, tcIsTyVarTy, tcIsForAllTy,
+  allDistinctTyVars,
+
+  ---------------------------------
+  -- Misc type manipulators
+  deNoteType, 
+  namesOfType, namesOfDFunHead,
+  getDFunTyKey,
+
+  ---------------------------------
+  -- Predicate types  
+  PredType, getClassPredTys_maybe, getClassPredTys, 
+  isPredTy, isClassPred, isTyVarClassPred, predHasFDs,
+  mkDictTy, tcSplitPredTy_maybe, predTyUnique,
+  isDictTy, tcSplitDFunTy, predTyUnique, 
+  mkClassPred, isInheritablePred, isLinearPred, isIPPred, mkPredName, 
+
+  ---------------------------------
+  -- Foreign import and export
+  isFFIArgumentTy,     -- :: DynFlags -> Safety -> Type -> Bool
+  isFFIImportResultTy, -- :: DynFlags -> Type -> Bool
+  isFFIExportResultTy, -- :: Type -> Bool
+  isFFIExternalTy,     -- :: Type -> Bool
+  isFFIDynArgumentTy,  -- :: Type -> Bool
+  isFFIDynResultTy,    -- :: Type -> Bool
+  isFFILabelTy,        -- :: Type -> Bool
+
+  ---------------------------------
+  -- Unifier and matcher  
+  unifyTysX, unifyTyListsX, unifyExtendTysX,
+  matchTy, matchTys, match,
 
+  --------------------------------
+  -- Rexported from Type
+  Kind,        -- Stuff to do with kinds is insensitive to pre/post Tc
+  unliftedTypeKind, liftedTypeKind, openTypeKind, mkArrowKind, mkArrowKinds, 
+  superBoxity, liftedBoxity, hasMoreBoxityInfo, defaultKind, superKind,
+  isTypeKind, isAnyTypeKind,
+
+  Type, SourceType(..), PredType, ThetaType, 
+  mkForAllTy, mkForAllTys, 
+  mkFunTy, mkFunTys, zipFunTys, 
+  mkTyConApp, mkGenTyConApp, mkAppTy, mkAppTys, mkSynTy, applyTy, applyTys,
+  mkTyVarTy, mkTyVarTys, mkTyConTy, mkPredTy, mkPredTys, 
+
+  isUnLiftedType,      -- Source types are always lifted
+  isUnboxedTupleType,  -- Ditto
+  isPrimitiveType, isTyVarTy,
+
+  tidyTopType, tidyType, tidyPred, tidyTypes, tidyFreeTyVars, tidyOpenType, tidyOpenTypes,
+  tidyTyVarBndr, tidyOpenTyVar, tidyOpenTyVars,
+  typeKind, eqKind, eqUsage,
+
+  tyVarsOfType, tyVarsOfTypes, tyVarsOfPred, tyVarsOfTheta
   ) where
 
 #include "HsVersions.h"
 
 
+import {-# SOURCE #-} PprType( pprType )
+
 -- friends:
-import PprType         ( pprType )
-import TypeRep         ( Type(..), Kind, TyNote(..), 
-                         typeCon, openTypeKind, boxedTypeKind, boxedKind, superKind, superBoxity
-                       )  -- friend
-import Type            ( ThetaType,
-                         mkAppTy, mkTyConApp,
-                         splitDictTy_maybe, splitForAllTys, isNotUsgTy,
-                         isTyVarTy, mkTyVarTy, mkTyVarTys, 
+import TypeRep         ( Type(..), TyNote(..), funTyCon )  -- friend
+
+import Type            (       -- Re-exports
+                         tyVarsOfType, tyVarsOfTypes, tyVarsOfPred, tyVarsOfTheta,
+                         Kind, Type, SourceType(..), PredType, ThetaType, 
+                         unliftedTypeKind, liftedTypeKind, openTypeKind, mkArrowKind, mkArrowKinds,
+                         mkForAllTy, mkForAllTys, defaultKind, isTypeKind, isAnyTypeKind,
+                         mkFunTy, mkFunTys, zipFunTys, isTyVarTy,
+                         mkTyConApp, mkGenTyConApp, mkAppTy, mkAppTys, mkSynTy, applyTy, applyTys,
+                         mkTyVarTy, mkTyVarTys, mkTyConTy, mkPredTy, mkPredTys,
+                         isUnLiftedType, isUnboxedTupleType, isPrimitiveType,
+                         splitNewType_maybe, splitTyConApp_maybe,
+                         tidyTopType, tidyType, tidyPred, tidyTypes, tidyFreeTyVars, tidyOpenType, tidyOpenTypes,
+                         tidyTyVarBndr, tidyOpenTyVar, tidyOpenTyVars, eqKind, eqUsage,
+                         hasMoreBoxityInfo, liftedBoxity, superBoxity, typeKind, superKind
                        )
-import Subst           ( Subst, mkTopTyVarSubst, substTy )
-import TyCon           ( tyConKind, mkPrimTyCon )
-import PrimRep         ( PrimRep(VoidRep) )
+import TyCon           ( TyCon, isUnLiftedTyCon )
+import Class           ( classHasFDs, Class )
+import Var             ( TyVar, tyVarKind, isMutTyVar, mutTyVarDetails )
+import ForeignCall     ( Safety, playSafe )
 import VarEnv
-import VarSet          ( emptyVarSet )
-import Var             ( TyVar, tyVarKind, tyVarName, isTyVar, isMutTyVar, mkTyVar )
+import VarSet
 
 -- others:
-import TcMonad
-import TysWiredIn      ( voidTy )
-
-import Name            ( NamedThing(..), setNameUnique, mkSysLocalName,
-                         mkDerivedName, mkDerivedTyConOcc
-                       )
+import CmdLineOpts     ( DynFlags, DynFlag( Opt_GlasgowExts ), dopt )
+import Name            ( Name, NamedThing(..), mkInternalName, getSrcLoc )
+import OccName         ( OccName, mkDictOcc )
+import NameSet
+import PrelNames       -- Lots (e.g. in isFFIArgumentTy)
+import TysWiredIn      ( ptrTyCon, funPtrTyCon, addrTyCon, unitTyCon )
+import BasicTypes      ( IPName(..), ipNameName )
 import Unique          ( Unique, Uniquable(..) )
-import Util            ( nOfThem )
+import SrcLoc          ( SrcLoc )
+import Util            ( cmpList, thenCmp, equalLength )
+import Maybes          ( maybeToBool, expectJust )
 import Outputable
 \end{code}
 
 
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Types}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+The type checker divides the generic Type world into the 
+following more structured beasts:
 
-Coercions
-~~~~~~~~~~
-Type definitions are in TcMonad.lhs
+sigma ::= forall tyvars. phi
+       -- A sigma type is a qualified type
+       --
+       -- Note that even if 'tyvars' is empty, theta
+       -- may not be: e.g.   (?x::Int) => Int
 
-\begin{code}
-typeToTcType :: Type -> TcType
-typeToTcType ty =  ty
+       -- Note that 'sigma' is in prenex form:
+       -- all the foralls are at the front.
+       -- A 'phi' type has no foralls to the right of
+       -- an arrow
 
-kindToTcKind :: Kind -> TcKind
-kindToTcKind kind = kind
-\end{code}
+phi :: theta => rho
+
+rho ::= sigma -> rho
+     |  tau
 
-Utility functions
-~~~~~~~~~~~~~~~~~
-These tcSplit functions are like their non-Tc analogues, but they
-follow through bound type variables.
+-- A 'tau' type has no quantification anywhere
+-- Note that the args of a type constructor must be taus
+tau ::= tyvar
+     |  tycon tau_1 .. tau_n
+     |  tau_1 tau_2
+     |  tau_1 -> tau_2
+
+-- In all cases, a (saturated) type synonym application is legal,
+-- provided it expands to the required form.
 
-No need for tcSplitForAllTy because a type variable can't be instantiated
-to a for-all type.
 
 \begin{code}
-tcSplitRhoTy :: TcType -> NF_TcM s (TcThetaType, TcType)
-tcSplitRhoTy t
-  = go t t []
- where
-       -- A type variable is never instantiated to a dictionary type,
-       -- so we don't need to do a tcReadVar on the "arg".
-    go syn_t (FunTy arg res) ts = case splitDictTy_maybe arg of
-                                       Just pair -> go res res (pair:ts)
-                                       Nothing   -> returnNF_Tc (reverse ts, syn_t)
-    go syn_t (NoteTy _ t)    ts = go syn_t t ts
-    go syn_t (TyVarTy tv)    ts = tcGetTyVar tv                `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
-                                 case maybe_ty of
-                                   Just ty | not (isTyVarTy ty) -> go syn_t ty ts
-                                   other                        -> returnNF_Tc (reverse ts, syn_t)
-    go syn_t t              ts = returnNF_Tc (reverse ts, syn_t)
+type SigmaType = Type
+type RhoType   = Type
+type TauType   = Type
+\end{code}
+
+\begin{code}
+type TcTyVar    = TyVar                -- Might be a mutable tyvar
+type TcTyVarSet = TyVarSet
+
+type TcType = Type             -- A TcType can have mutable type variables
+       -- Invariant on ForAllTy in TcTypes:
+       --      forall a. T
+       -- a cannot occur inside a MutTyVar in T; that is,
+       -- T is "flattened" before quantifying over a
+
+type TcPredType     = PredType
+type TcThetaType    = ThetaType
+type TcSigmaType    = TcType
+type TcRhoType      = TcType
+type TcTauType      = TcType
+type TcKind         = TcType
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{New type variables}
+\subsection{TyVarDetails}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
+TyVarDetails gives extra info about type variables, used during type
+checking.  It's attached to mutable type variables only.
+It's knot-tied back to Var.lhs.  There is no reason in principle
+why Var.lhs shouldn't actually have the definition, but it "belongs" here.
+
 \begin{code}
-newTyVar :: Kind -> NF_TcM s TcTyVar
-newTyVar kind
-  = tcGetUnique        `thenNF_Tc` \ uniq ->
-    tcNewMutTyVar (mkSysLocalName uniq SLIT("t")) kind
-
-newTyVarTy  :: Kind -> NF_TcM s TcType
-newTyVarTy kind
-  = newTyVar kind      `thenNF_Tc` \ tc_tyvar ->
-    returnNF_Tc (TyVarTy tc_tyvar)
-
-newTyVarTys :: Int -> Kind -> NF_TcM s [TcType]
-newTyVarTys n kind = mapNF_Tc newTyVarTy (nOfThem n kind)
-
-newKindVar :: NF_TcM s TcKind
-newKindVar
-  = tcGetUnique                                                `thenNF_Tc` \ uniq ->
-    tcNewMutTyVar (mkSysLocalName uniq SLIT("k")) superKind    `thenNF_Tc` \ kv ->
-    returnNF_Tc (TyVarTy kv)
-
-newKindVars :: Int -> NF_TcM s [TcKind]
-newKindVars n = mapNF_Tc (\ _ -> newKindVar) (nOfThem n ())
-
--- Returns a type variable of kind (Type bv) where bv is a new boxity var
--- Used when you need a type variable that's definitely a , but you don't know
--- what kind of type (boxed or unboxed).
-newTyVarTy_OpenKind :: NF_TcM s TcType
-newTyVarTy_OpenKind = newOpenTypeKind  `thenNF_Tc` \ kind -> 
-                     newTyVarTy kind
-
-newOpenTypeKind :: NF_TcM s TcKind
-newOpenTypeKind = newTyVarTy superBoxity       `thenNF_Tc` \ bv ->
-                 returnNF_Tc (mkTyConApp typeCon [bv])
+data TyVarDetails
+  = HoleTv     -- Used *only* by the type checker when passing in a type
+               -- variable that should be side-effected to the result type.
+               -- Always has kind openTypeKind.
+               -- Never appears in types
+
+  | SigTv      -- Introduced when instantiating a type signature,
+               -- prior to checking that the defn of a fn does 
+               -- have the expected type.  Should not be instantiated.
+               --
+               --      f :: forall a. a -> a
+               --      f = e
+               -- When checking e, with expected type (a->a), we 
+               -- should not instantiate a
+
+   | ClsTv     -- Scoped type variable introduced by a class decl
+               --      class C a where ...
+
+   | InstTv    -- Ditto, but instance decl
+
+   | PatSigTv  -- Scoped type variable, introduced by a pattern
+               -- type signature
+               --      \ x::a -> e
+
+   | VanillaTv -- Everything else
+
+isUserTyVar :: TcTyVar -> Bool -- Avoid unifying these if possible
+isUserTyVar tv = case mutTyVarDetails tv of
+                  VanillaTv -> False
+                  other     -> True
+
+isSkolemTyVar :: TcTyVar -> Bool
+isSkolemTyVar tv = case mutTyVarDetails tv of
+                     SigTv  -> True
+                     ClsTv  -> True
+                     InstTv -> True
+                     oteher -> False
+
+isHoleTyVar :: TcTyVar -> Bool
+-- NB:  the hole might be filled in by now, and this
+--     function does not check for that
+isHoleTyVar tv = ASSERT( isMutTyVar tv )
+                case mutTyVarDetails tv of
+                       HoleTv -> True
+                       other  -> False
+
+tyVarBindingInfo :: TyVar -> SDoc      -- Used in checkSigTyVars
+tyVarBindingInfo tv
+  | isMutTyVar tv
+  = sep [ptext SLIT("is bound by the") <+> details (mutTyVarDetails tv),
+        ptext SLIT("at") <+> ppr (getSrcLoc tv)]
+  | otherwise
+  = empty
+  where
+    details SigTv     = ptext SLIT("type signature")
+    details ClsTv     = ptext SLIT("class declaration")
+    details InstTv    = ptext SLIT("instance declaration")
+    details PatSigTv  = ptext SLIT("pattern type signature")
+    details HoleTv    = ptext SLIT("//hole//")         -- Should not happen
+    details VanillaTv = ptext SLIT("//vanilla//")      -- Ditto
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{Type instantiation}
+\subsection{Tau, sigma and rho}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-Instantiating a bunch of type variables
-
 \begin{code}
-tcInstTyVars :: [TyVar] 
-            -> NF_TcM s ([TcTyVar], [TcType], Subst)
-
-tcInstTyVars tyvars
-  = mapNF_Tc tcInstTyVar tyvars        `thenNF_Tc` \ tc_tyvars ->
-    let
-       tys = mkTyVarTys tc_tyvars
-    in
-    returnNF_Tc (tc_tyvars, tys, mkTopTyVarSubst tyvars tys)
-               -- Since the tyvars are freshly made,
-               -- they cannot possibly be captured by
-               -- any existing for-alls.  Hence mkTopTyVarSubst
-
-tcInstTyVar tyvar
-  = tcGetUnique                `thenNF_Tc` \ uniq ->
-    let
-       name = setNameUnique (tyVarName tyvar) uniq
-       -- Note that we don't change the print-name
-       -- This won't confuse the type checker but there's a chance
-       -- that two different tyvars will print the same way 
-       -- in an error message.  -dppr-debug will show up the difference
-       -- Better watch out for this.  If worst comes to worst, just
-       -- use mkSysLocalName.
-
-       kind = tyVarKind tyvar
-    in
-
-       -- Hack alert!  Certain system functions (like error) are quantified
-       -- over type variables with an 'open' kind (a :: ?).  When we instantiate
-       -- these tyvars we want to make a type variable whose kind is (Type bv)
-       -- where bv is a boxity variable.  This makes sure it's a type, but 
-       -- is open about its boxity.  We *don't* want to give the thing the
-       -- kind '?' (= Type AnyBox).  
-       --
-       -- This is all a hack to avoid giving error it's "proper" type:
-       --       error :: forall bv. forall a::Type bv. String -> a
-
-    (if kind == openTypeKind then
-       newOpenTypeKind 
-     else
-       returnNF_Tc kind)       `thenNF_Tc` \ kind' ->
-
-    tcNewMutTyVar name kind'
-
-tcInstSigVar tyvar     -- Very similar to tcInstTyVar
-  = tcGetUnique        `thenNF_Tc` \ uniq ->
-    let 
-       name = setNameUnique (tyVarName tyvar) uniq
-       kind = tyVarKind tyvar
-    in
-    ASSERT( not (kind == openTypeKind) )       -- Shouldn't happen
-    tcNewSigTyVar name kind
+mkSigmaTy tyvars theta tau = mkForAllTys tyvars (mkPhiTy theta tau)
+
+mkPhiTy :: [SourceType] -> Type -> Type
+mkPhiTy theta ty = foldr (\p r -> FunTy (mkPredTy p) r) ty theta
 \end{code}
 
-@tcInstTcType@ instantiates the outer-level for-alls of a TcType with
-fresh type variables, returning them and the instantiated body of the for-all.
+
+@isTauTy@ tests for nested for-alls.
 
 \begin{code}
-tcInstTcType :: TcType -> NF_TcM s ([TcTyVar], TcType)
-tcInstTcType ty
-  = case splitForAllTys ty of
-       ([], _)       -> returnNF_Tc ([], ty)   -- Nothing to do
-       (tyvars, rho) -> tcInstTyVars tyvars            `thenNF_Tc` \ (tyvars', _, tenv)  ->
-                        returnNF_Tc (tyvars', substTy tenv rho)
+isTauTy :: Type -> Bool
+isTauTy (TyVarTy v)     = True
+isTauTy (TyConApp _ tys) = all isTauTy tys
+isTauTy (AppTy a b)     = isTauTy a && isTauTy b
+isTauTy (FunTy a b)     = isTauTy a && isTauTy b
+isTauTy (SourceTy p)    = True         -- Don't look through source types
+isTauTy (NoteTy _ ty)   = isTauTy ty
+isTauTy other           = False
 \end{code}
 
+\begin{code}
+getDFunTyKey :: Type -> OccName        -- Get some string from a type, to be used to 
+                               -- construct a dictionary function name
+getDFunTyKey (TyVarTy tv)           = getOccName tv
+getDFunTyKey (TyConApp tc _)        = getOccName tc
+getDFunTyKey (AppTy fun _)          = getDFunTyKey fun
+getDFunTyKey (NoteTy _ t)           = getDFunTyKey t
+getDFunTyKey (FunTy arg _)          = getOccName funTyCon
+getDFunTyKey (ForAllTy _ t)         = getDFunTyKey t
+getDFunTyKey (SourceTy (NType tc _)) = getOccName tc   -- Newtypes are quite reasonable
+getDFunTyKey ty                             = pprPanic "getDFunTyKey" (pprType ty)
+-- SourceTy shouldn't happen
+\end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{Putting and getting  mutable type variables}
+\subsection{Expanding and splitting}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
+These tcSplit functions are like their non-Tc analogues, but
+       a) they do not look through newtypes
+       b) they do not look through PredTys
+       c) [future] they ignore usage-type annotations
+
+However, they are non-monadic and do not follow through mutable type
+variables.  It's up to you to make sure this doesn't matter.
+
 \begin{code}
-tcPutTyVar :: TcTyVar -> TcType -> NF_TcM s TcType
-tcGetTyVar :: TcTyVar -> NF_TcM s (Maybe TcType)
+tcSplitForAllTys :: Type -> ([TyVar], Type)
+tcSplitForAllTys ty = split ty ty []
+   where
+     split orig_ty (ForAllTy tv ty) tvs = split ty ty (tv:tvs)
+     split orig_ty (NoteTy n  ty)   tvs = split orig_ty ty tvs
+     split orig_ty t               tvs = (reverse tvs, orig_ty)
+
+tcIsForAllTy (ForAllTy tv ty) = True
+tcIsForAllTy (NoteTy n ty)    = tcIsForAllTy ty
+tcIsForAllTy t               = False
+
+tcSplitPhiTy :: Type -> ([PredType], Type)
+tcSplitPhiTy ty = split ty ty []
+ where
+  split orig_ty (FunTy arg res) ts = case tcSplitPredTy_maybe arg of
+                                       Just p  -> split res res (p:ts)
+                                       Nothing -> (reverse ts, orig_ty)
+  split orig_ty (NoteTy n ty)  ts = split orig_ty ty ts
+  split orig_ty ty             ts = (reverse ts, orig_ty)
+
+tcSplitSigmaTy ty = case tcSplitForAllTys ty of
+                       (tvs, rho) -> case tcSplitPhiTy rho of
+                                       (theta, tau) -> (tvs, theta, tau)
+
+tcTyConAppTyCon :: Type -> TyCon
+tcTyConAppTyCon ty = fst (tcSplitTyConApp ty)
+
+tcTyConAppArgs :: Type -> [Type]
+tcTyConAppArgs ty = snd (tcSplitTyConApp ty)
+
+tcSplitTyConApp :: Type -> (TyCon, [Type])
+tcSplitTyConApp ty = case tcSplitTyConApp_maybe ty of
+                       Just stuff -> stuff
+                       Nothing    -> pprPanic "tcSplitTyConApp" (pprType ty)
+
+tcSplitTyConApp_maybe :: Type -> Maybe (TyCon, [Type])
+tcSplitTyConApp_maybe (TyConApp tc tys)        = Just (tc, tys)
+tcSplitTyConApp_maybe (FunTy arg res)          = Just (funTyCon, [arg,res])
+tcSplitTyConApp_maybe (NoteTy n ty)            = tcSplitTyConApp_maybe ty
+tcSplitTyConApp_maybe (SourceTy (NType tc tys)) = Just (tc,tys)
+       -- Newtypes are opaque, so they may be split
+       -- However, predicates are not treated
+       -- as tycon applications by the type checker
+tcSplitTyConApp_maybe other                    = Nothing
+
+tcSplitFunTys :: Type -> ([Type], Type)
+tcSplitFunTys ty = case tcSplitFunTy_maybe ty of
+                       Nothing        -> ([], ty)
+                       Just (arg,res) -> (arg:args, res')
+                                      where
+                                         (args,res') = tcSplitFunTys res
+
+tcSplitFunTy_maybe :: Type -> Maybe (Type, Type)
+tcSplitFunTy_maybe (FunTy arg res)  = Just (arg, res)
+tcSplitFunTy_maybe (NoteTy n ty)    = tcSplitFunTy_maybe ty
+tcSplitFunTy_maybe other           = Nothing
+
+tcFunArgTy    ty = case tcSplitFunTy_maybe ty of { Just (arg,res) -> arg }
+tcFunResultTy ty = case tcSplitFunTy_maybe ty of { Just (arg,res) -> res }
+
+
+tcSplitAppTy_maybe :: Type -> Maybe (Type, Type)
+tcSplitAppTy_maybe (FunTy ty1 ty2)          = Just (TyConApp funTyCon [ty1], ty2)
+tcSplitAppTy_maybe (AppTy ty1 ty2)          = Just (ty1, ty2)
+tcSplitAppTy_maybe (NoteTy n ty)            = tcSplitAppTy_maybe ty
+tcSplitAppTy_maybe (SourceTy (NType tc tys)) = tc_split_app tc tys
+       --- Don't forget that newtype!
+tcSplitAppTy_maybe (TyConApp tc tys)        = tc_split_app tc tys
+tcSplitAppTy_maybe other                    = Nothing
+
+tc_split_app tc []  = Nothing
+tc_split_app tc tys = split tys []
+                   where
+                     split [ty2]    acc = Just (TyConApp tc (reverse acc), ty2)
+                     split (ty:tys) acc = split tys (ty:acc)
+
+tcSplitAppTy ty = case tcSplitAppTy_maybe ty of
+                   Just stuff -> stuff
+                   Nothing    -> pprPanic "tcSplitAppTy" (pprType ty)
+
+tcGetTyVar_maybe :: Type -> Maybe TyVar
+tcGetTyVar_maybe (TyVarTy tv)  = Just tv
+tcGetTyVar_maybe (NoteTy _ t)  = tcGetTyVar_maybe t
+tcGetTyVar_maybe other         = Nothing
+
+tcGetTyVar :: String -> Type -> TyVar
+tcGetTyVar msg ty = expectJust msg (tcGetTyVar_maybe ty)
+
+tcIsTyVarTy :: Type -> Bool
+tcIsTyVarTy ty = maybeToBool (tcGetTyVar_maybe ty)
 \end{code}
 
-Putting is easy:
+The type of a method for class C is always of the form:
+       Forall a1..an. C a1..an => sig_ty
+where sig_ty is the type given by the method's signature, and thus in general
+is a ForallTy.  At the point that splitMethodTy is called, it is expected
+that the outer Forall has already been stripped off.  splitMethodTy then
+returns (C a1..an, sig_ty') where sig_ty' is sig_ty with any Notes or
+Usages stripped off.
 
 \begin{code}
-tcPutTyVar tyvar ty = tcWriteMutTyVar tyvar (Just ty)  `thenNF_Tc_`
-                     returnNF_Tc ty
+tcSplitMethodTy :: Type -> (PredType, Type)
+tcSplitMethodTy ty = split ty
+ where
+  split (FunTy arg res) = case tcSplitPredTy_maybe arg of
+                           Just p  -> (p, res)
+                           Nothing -> panic "splitMethodTy"
+  split (NoteTy n ty)  = split ty
+  split _               = panic "splitMethodTy"
+
+tcSplitDFunTy :: Type -> ([TyVar], [SourceType], Class, [Type])
+-- Split the type of a dictionary function
+tcSplitDFunTy ty 
+  = case tcSplitSigmaTy ty       of { (tvs, theta, tau) ->
+    case tcSplitPredTy_maybe tau of { Just (ClassP clas tys) -> 
+    (tvs, theta, clas, tys) }}
 \end{code}
 
-Getting is more interesting.  The easy thing to do is just to read, thus:
+(allDistinctTyVars tys tvs) = True 
+       iff 
+all the types tys are type variables, 
+distinct from each other and from tvs.
+
+This is useful when checking that unification hasn't unified signature
+type variables.  For example, if the type sig is
+       f :: forall a b. a -> b -> b
+we want to check that 'a' and 'b' havn't 
+       (a) been unified with a non-tyvar type
+       (b) been unified with each other (all distinct)
+       (c) been unified with a variable free in the environment
+
+\begin{code}
+allDistinctTyVars :: [Type] -> TyVarSet -> Bool
 
-\begin{verbatim}
-tcGetTyVar tyvar = tcReadMutTyVar tyvar
-\end{verbatim}
+allDistinctTyVars []       acc
+  = True
+allDistinctTyVars (ty:tys) acc 
+  = case tcGetTyVar_maybe ty of
+       Nothing                       -> False  -- (a)
+       Just tv | tv `elemVarSet` acc -> False  -- (b) or (c)
+               | otherwise           -> allDistinctTyVars tys (acc `extendVarSet` tv)
+\end{code}    
 
-But it's more fun to short out indirections on the way: If this
-version returns a TyVar, then that TyVar is unbound.  If it returns
-any other type, then there might be bound TyVars embedded inside it.
 
-We return Nothing iff the original box was unbound.
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Predicate types}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+"Predicates" are particular source types, namelyClassP or IParams
 
 \begin{code}
-tcGetTyVar tyvar
-  = ASSERT2( isMutTyVar tyvar, ppr tyvar )
-    tcReadMutTyVar tyvar                               `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
-    case maybe_ty of
-       Just ty -> short_out ty                         `thenNF_Tc` \ ty' ->
-                  tcWriteMutTyVar tyvar (Just ty')     `thenNF_Tc_`
-                  returnNF_Tc (Just ty')
+isPred :: SourceType -> Bool
+isPred (ClassP _ _) = True
+isPred (IParam _ _) = True
+isPred (NType _ _)  = False
+
+isPredTy :: Type -> Bool
+isPredTy (NoteTy _ ty)  = isPredTy ty
+isPredTy (SourceTy sty) = isPred sty
+isPredTy _             = False
+
+tcSplitPredTy_maybe :: Type -> Maybe PredType
+   -- Returns Just for predicates only
+tcSplitPredTy_maybe (NoteTy _ ty)          = tcSplitPredTy_maybe ty
+tcSplitPredTy_maybe (SourceTy p) | isPred p = Just p
+tcSplitPredTy_maybe other                  = Nothing
+       
+predTyUnique :: PredType -> Unique
+predTyUnique (IParam n _)      = getUnique (ipNameName n)
+predTyUnique (ClassP clas tys) = getUnique clas
+
+predHasFDs :: PredType -> Bool
+-- True if the predicate has functional depenencies; 
+-- I.e. should participate in improvement
+predHasFDs (IParam _ _)   = True
+predHasFDs (ClassP cls _) = classHasFDs cls
+
+mkPredName :: Unique -> SrcLoc -> SourceType -> Name
+mkPredName uniq loc (ClassP cls tys) = mkInternalName uniq (mkDictOcc (getOccName cls)) loc
+mkPredName uniq loc (IParam ip ty)   = mkInternalName uniq (getOccName (ipNameName ip)) loc
+\end{code}
 
-       Nothing    -> returnNF_Tc Nothing
 
-short_out :: TcType -> NF_TcM s TcType
-short_out ty@(TyVarTy tyvar)
-  | not (isMutTyVar tyvar)
-  = returnNF_Tc ty
+--------------------- Dictionary types ---------------------------------
 
-  | otherwise
-  = tcReadMutTyVar tyvar       `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
-    case maybe_ty of
-       Just ty' -> short_out ty'                       `thenNF_Tc` \ ty' ->
-                   tcWriteMutTyVar tyvar (Just ty')    `thenNF_Tc_`
-                   returnNF_Tc ty'
+\begin{code}
+mkClassPred clas tys = ClassP clas tys
+
+isClassPred :: SourceType -> Bool
+isClassPred (ClassP clas tys) = True
+isClassPred other            = False
 
-       other    -> returnNF_Tc ty
+isTyVarClassPred (ClassP clas tys) = all tcIsTyVarTy tys
+isTyVarClassPred other            = False
 
-short_out other_ty = returnNF_Tc other_ty
+getClassPredTys_maybe :: SourceType -> Maybe (Class, [Type])
+getClassPredTys_maybe (ClassP clas tys) = Just (clas, tys)
+getClassPredTys_maybe _                        = Nothing
+
+getClassPredTys :: PredType -> (Class, [Type])
+getClassPredTys (ClassP clas tys) = (clas, tys)
+
+mkDictTy :: Class -> [Type] -> Type
+mkDictTy clas tys = mkPredTy (ClassP clas tys)
+
+isDictTy :: Type -> Bool
+isDictTy (SourceTy p)   = isClassPred p
+isDictTy (NoteTy _ ty) = isDictTy ty
+isDictTy other         = False
+\end{code}
+
+--------------------- Implicit parameters ---------------------------------
+
+\begin{code}
+isIPPred :: SourceType -> Bool
+isIPPred (IParam _ _) = True
+isIPPred other       = False
+
+isInheritablePred :: PredType -> Bool
+-- Can be inherited by a context.  For example, consider
+--     f x = let g y = (?v, y+x)
+--           in (g 3 with ?v = 8, 
+--               g 4 with ?v = 9)
+-- The point is that g's type must be quantifed over ?v:
+--     g :: (?v :: a) => a -> a
+-- but it doesn't need to be quantified over the Num a dictionary
+-- which can be free in g's rhs, and shared by both calls to g
+isInheritablePred (ClassP _ _) = True
+isInheritablePred other             = False
+
+isLinearPred :: TcPredType -> Bool
+isLinearPred (IParam (Linear n) _) = True
+isLinearPred other                = False
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{Zonking -- the exernal interfaces}
+\subsection{Comparison}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
------------------  Type variables
+Comparison, taking note of newtypes, predicates, etc,
+But ignoring usage types
 
 \begin{code}
-zonkTcTyVars :: [TcTyVar] -> NF_TcM s [TcType]
-zonkTcTyVars tyvars = mapNF_Tc zonkTcTyVar tyvars
-
-zonkTcTyVarBndr :: TcTyVar -> NF_TcM s TcTyVar
-zonkTcTyVarBndr tyvar
-  = zonkTcTyVar tyvar  `thenNF_Tc` \ ty ->
-    case ty of
-       TyVarTy tyvar' -> returnNF_Tc tyvar'
-       _              -> pprTrace "zonkTcTyVarBndr" (ppr tyvar <+> ppr ty) $
-                         returnNF_Tc tyvar
-       
-zonkTcTyVar :: TcTyVar -> NF_TcM s TcType
-zonkTcTyVar tyvar = zonkTyVar (\ tv -> returnNF_Tc (TyVarTy tv)) tyvar
+tcEqType :: Type -> Type -> Bool
+tcEqType ty1 ty2 = case ty1 `tcCmpType` ty2 of { EQ -> True; other -> False }
+
+tcEqTypes :: [Type] -> [Type] -> Bool
+tcEqTypes ty1 ty2 = case ty1 `tcCmpTypes` ty2 of { EQ -> True; other -> False }
+
+tcEqPred :: PredType -> PredType -> Bool
+tcEqPred p1 p2 = case p1 `tcCmpPred` p2 of { EQ -> True; other -> False }
+
+-------------
+tcCmpType :: Type -> Type -> Ordering
+tcCmpType ty1 ty2 = cmpTy emptyVarEnv ty1 ty2
+
+tcCmpTypes tys1 tys2 = cmpTys emptyVarEnv tys1 tys2
+
+tcCmpPred p1 p2 = cmpSourceTy emptyVarEnv p1 p2
+-------------
+cmpTys env tys1 tys2 = cmpList (cmpTy env) tys1 tys2
+
+-------------
+cmpTy :: TyVarEnv TyVar -> Type -> Type -> Ordering
+  -- The "env" maps type variables in ty1 to type variables in ty2
+  -- So when comparing for-alls.. (forall tv1 . t1) (forall tv2 . t2)
+  -- we in effect substitute tv2 for tv1 in t1 before continuing
+
+    -- Look through NoteTy
+cmpTy env (NoteTy _ ty1) ty2 = cmpTy env ty1 ty2
+cmpTy env ty1 (NoteTy _ ty2) = cmpTy env ty1 ty2
+
+    -- Deal with equal constructors
+cmpTy env (TyVarTy tv1) (TyVarTy tv2) = case lookupVarEnv env tv1 of
+                                         Just tv1a -> tv1a `compare` tv2
+                                         Nothing   -> tv1  `compare` tv2
+
+cmpTy env (SourceTy p1) (SourceTy p2) = cmpSourceTy env p1 p2
+cmpTy env (AppTy f1 a1) (AppTy f2 a2) = cmpTy env f1 f2 `thenCmp` cmpTy env a1 a2
+cmpTy env (FunTy f1 a1) (FunTy f2 a2) = cmpTy env f1 f2 `thenCmp` cmpTy env a1 a2
+cmpTy env (TyConApp tc1 tys1) (TyConApp tc2 tys2) = (tc1 `compare` tc2) `thenCmp` (cmpTys env tys1 tys2)
+cmpTy env (ForAllTy tv1 t1)   (ForAllTy tv2 t2)   = cmpTy (extendVarEnv env tv1 tv2) t1 t2
+    
+    -- Deal with the rest: TyVarTy < AppTy < FunTy < TyConApp < ForAllTy < SourceTy
+cmpTy env (AppTy _ _) (TyVarTy _) = GT
+    
+cmpTy env (FunTy _ _) (TyVarTy _) = GT
+cmpTy env (FunTy _ _) (AppTy _ _) = GT
+    
+cmpTy env (TyConApp _ _) (TyVarTy _) = GT
+cmpTy env (TyConApp _ _) (AppTy _ _) = GT
+cmpTy env (TyConApp _ _) (FunTy _ _) = GT
+    
+cmpTy env (ForAllTy _ _) (TyVarTy _)    = GT
+cmpTy env (ForAllTy _ _) (AppTy _ _)    = GT
+cmpTy env (ForAllTy _ _) (FunTy _ _)    = GT
+cmpTy env (ForAllTy _ _) (TyConApp _ _) = GT
+
+cmpTy env (SourceTy _)   t2            = GT
+
+cmpTy env _ _ = LT
 \end{code}
 
------------------  Types
+\begin{code}
+cmpSourceTy :: TyVarEnv TyVar -> SourceType -> SourceType -> Ordering
+cmpSourceTy env (IParam n1 ty1) (IParam n2 ty2) = (n1 `compare` n2) `thenCmp` (cmpTy env ty1 ty2)
+       -- Compare types as well as names for implicit parameters
+       -- This comparison is used exclusively (I think) for the
+       -- finite map built in TcSimplify
+cmpSourceTy env (IParam _ _)     sty             = LT
+
+cmpSourceTy env (ClassP _ _)     (IParam _ _)     = GT
+cmpSourceTy env (ClassP c1 tys1) (ClassP c2 tys2) = (c1 `compare` c2) `thenCmp` (cmpTys env tys1 tys2)
+cmpSourceTy env (ClassP _ _)     (NType _ _)      = LT
+
+cmpSourceTy env (NType tc1 tys1) (NType tc2 tys2) = (tc1 `compare` tc2) `thenCmp` (cmpTys env tys1 tys2)
+cmpSourceTy env (NType _ _)     sty              = GT
+\end{code}
+
+PredTypes are used as a FM key in TcSimplify, 
+so we take the easy path and make them an instance of Ord
 
 \begin{code}
-zonkTcType :: TcType -> NF_TcM s TcType
-zonkTcType ty = zonkType (\ tv -> returnNF_Tc (TyVarTy tv)) ty
+instance Eq  SourceType where { (==)    = tcEqPred }
+instance Ord SourceType where { compare = tcCmpPred }
+\end{code}
 
-zonkTcTypes :: [TcType] -> NF_TcM s [TcType]
-zonkTcTypes tys = mapNF_Tc zonkTcType tys
 
-zonkTcThetaType :: TcThetaType -> NF_TcM s TcThetaType
-zonkTcThetaType theta = mapNF_Tc zonk theta
-                   where
-                       zonk (c,ts) = zonkTcTypes ts    `thenNF_Tc` \ new_ts ->
-                                     returnNF_Tc (c, new_ts)
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Predicates}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-zonkTcKind :: TcKind -> NF_TcM s TcKind
-zonkTcKind = zonkTcType
-\end{code}
+isSigmaTy returns true of any qualified type.  It doesn't *necessarily* have 
+any foralls.  E.g.
+       f :: (?x::Int) => Int -> Int
 
--------------------  These ...ToType, ...ToKind versions
-                    are used at the end of type checking
+\begin{code}
+isSigmaTy :: Type -> Bool
+isSigmaTy (ForAllTy tyvar ty) = True
+isSigmaTy (FunTy a b)        = isPredTy a
+isSigmaTy (NoteTy n ty)              = isSigmaTy ty
+isSigmaTy _                  = False
+
+isOverloadedTy :: Type -> Bool
+isOverloadedTy (ForAllTy tyvar ty) = isOverloadedTy ty
+isOverloadedTy (FunTy a b)        = isPredTy a
+isOverloadedTy (NoteTy n ty)      = isOverloadedTy ty
+isOverloadedTy _                  = False
+\end{code}
 
 \begin{code}
-zonkTcKindToKind :: TcKind -> NF_TcM s Kind
-zonkTcKindToKind kind = zonkType zonk_unbound_kind_var kind
-  where
-       -- Zonk a mutable but unbound kind variable to
-       --      (Type Boxed)    if it has kind superKind
-       --      Boxed           if it has kind superBoxity
-    zonk_unbound_kind_var kv
-       | super_kind == superKind = tcPutTyVar kv boxedTypeKind
-       | otherwise               = ASSERT( super_kind == superBoxity )
-                                   tcPutTyVar kv boxedKind
-       where
-         super_kind = tyVarKind kv
-                       
-
-zonkTcTypeToType :: TcType -> NF_TcM s Type
-zonkTcTypeToType ty = zonkType zonk_unbound_tyvar ty
-  where
-       -- Zonk a mutable but unbound type variable to
-       --      Void            if it has kind (Type Boxed)
-       --      Voidxxx         otherwise
-    zonk_unbound_tyvar tv
-       = zonkTcKindToKind (tyVarKind tv)       `thenNF_Tc` \ kind ->
-         if kind == boxedTypeKind then
-               tcPutTyVar tv voidTy    -- Just to avoid creating a new tycon in
-                                       -- this vastly common case
-         else
-               tcPutTyVar tv (TyConApp (mk_void_tycon tv kind) [])
-
-    mk_void_tycon tv kind      -- Make a new TyCon with the same kind as the 
-                               -- type variable tv.  Same name too, apart from
-                               -- making it start with a colon (sigh)
-       = mkPrimTyCon tc_name kind 0 [] VoidRep
-       where
-         tc_name = mkDerivedName mkDerivedTyConOcc (getName tv) (getUnique tv)
-
--- zonkTcTyVarToTyVar is applied to the *binding* occurrence 
--- of a type variable, at the *end* of type checking.
--- It zonks the type variable, to get a mutable, but unbound, tyvar, tv;
--- zonks its kind, and then makes an immutable version of tv and binds tv to it.
--- Now any bound occurences of the original type variable will get 
--- zonked to the immutable version.
-
-zonkTcTyVarToTyVar :: TcTyVar -> NF_TcM s TyVar
-zonkTcTyVarToTyVar tv
-  = zonkTcKindToKind (tyVarKind tv)    `thenNF_Tc` \ kind ->
-    let
-               -- Make an immutable version
-       immut_tv    = mkTyVar (tyVarName tv) kind
-       immut_tv_ty = mkTyVarTy immut_tv
-
-        zap tv = tcPutTyVar tv immut_tv_ty
-               -- Bind the mutable version to the immutable one
-    in 
-       -- If the type variable is mutable, then bind it to immut_tv_ty
-       -- so that all other occurrences of the tyvar will get zapped too
-    zonkTyVar zap tv           `thenNF_Tc` \ ty2 ->
-    ASSERT2( immut_tv_ty == ty2, ppr tv $$ ppr immut_tv $$ ppr ty2 )
-
-    returnNF_Tc immut_tv
+isFloatTy      = is_tc floatTyConKey
+isDoubleTy     = is_tc doubleTyConKey
+isIntegerTy    = is_tc integerTyConKey
+isIntTy        = is_tc intTyConKey
+isAddrTy       = is_tc addrTyConKey
+isBoolTy       = is_tc boolTyConKey
+isUnitTy       = is_tc unitTyConKey
+
+is_tc :: Unique -> Type -> Bool
+-- Newtypes are opaque to this
+is_tc uniq ty = case tcSplitTyConApp_maybe ty of
+                       Just (tc, _) -> uniq == getUnique tc
+                       Nothing      -> False
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{Zonking -- the main work-horses: zonkType, zonkTyVar}
-%*                                                                     *
-%*             For internal use only!                                  *
+\subsection{Misc}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
 \begin{code}
--- zonkType is used for Kinds as well
-
--- For unbound, mutable tyvars, zonkType uses the function given to it
--- For tyvars bound at a for-all, zonkType zonks them to an immutable
---     type variable and zonks the kind too
-
-zonkType :: (TcTyVar -> NF_TcM s Type)         -- What to do with unbound mutable type variables
-                                       -- see zonkTcType, and zonkTcTypeToType
-        -> TcType
-        -> NF_TcM s Type
-zonkType unbound_var_fn ty
-  = go ty
-  where
-    go (TyConApp tycon tys)      = mapNF_Tc go tys     `thenNF_Tc` \ tys' ->
-                                   returnNF_Tc (TyConApp tycon tys')
+deNoteType :: Type -> Type
+       -- Remove synonyms, but not source types
+deNoteType ty@(TyVarTy tyvar)  = ty
+deNoteType (TyConApp tycon tys) = TyConApp tycon (map deNoteType tys)
+deNoteType (SourceTy p)                = SourceTy (deNoteSourceType p)
+deNoteType (NoteTy _ ty)       = deNoteType ty
+deNoteType (AppTy fun arg)     = AppTy (deNoteType fun) (deNoteType arg)
+deNoteType (FunTy fun arg)     = FunTy (deNoteType fun) (deNoteType arg)
+deNoteType (ForAllTy tv ty)    = ForAllTy tv (deNoteType ty)
+
+deNoteSourceType :: SourceType -> SourceType
+deNoteSourceType (ClassP c tys)   = ClassP c (map deNoteType tys)
+deNoteSourceType (IParam n ty)    = IParam n (deNoteType ty)
+deNoteSourceType (NType tc tys)   = NType tc (map deNoteType tys)
+\end{code}
+
+Find the free names of a type, including the type constructors and classes it mentions
+This is used in the front end of the compiler
+
+\begin{code}
+namesOfType :: Type -> NameSet
+namesOfType (TyVarTy tv)               = unitNameSet (getName tv)
+namesOfType (TyConApp tycon tys)       = unitNameSet (getName tycon) `unionNameSets` namesOfTypes tys
+namesOfType (NoteTy (SynNote ty1) ty2) = namesOfType ty1
+namesOfType (NoteTy other_note    ty2) = namesOfType ty2
+namesOfType (SourceTy (IParam n ty))   = namesOfType ty
+namesOfType (SourceTy (ClassP cl tys)) = unitNameSet (getName cl) `unionNameSets` namesOfTypes tys
+namesOfType (SourceTy (NType tc tys))  = unitNameSet (getName tc) `unionNameSets` namesOfTypes tys
+namesOfType (FunTy arg res)            = namesOfType arg `unionNameSets` namesOfType res
+namesOfType (AppTy fun arg)            = namesOfType fun `unionNameSets` namesOfType arg
+namesOfType (ForAllTy tyvar ty)                = namesOfType ty `delFromNameSet` getName tyvar
+
+namesOfTypes tys = foldr (unionNameSets . namesOfType) emptyNameSet tys
+
+namesOfDFunHead :: Type -> NameSet
+-- Find the free type constructors and classes 
+-- of the head of the dfun instance type
+-- The 'dfun_head_type' is because of
+--     instance Foo a => Baz T where ...
+-- The decl is an orphan if Baz and T are both not locally defined,
+--     even if Foo *is* locally defined
+namesOfDFunHead dfun_ty = case tcSplitSigmaTy dfun_ty of
+                               (tvs,_,head_ty) -> delListFromNameSet (namesOfType head_ty)
+                                                                     (map getName tvs)
+\end{code}
 
-    go (NoteTy (SynNote ty1) ty2) = go ty1             `thenNF_Tc` \ ty1' ->
-                                   go ty2              `thenNF_Tc` \ ty2' ->
-                                   returnNF_Tc (NoteTy (SynNote ty1') ty2')
 
-    go (NoteTy (FTVNote _) ty2)   = go ty2     -- Discard free-tyvar annotations
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection[TysWiredIn-ext-type]{External types}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-    go (NoteTy (UsgNote usg) ty2) = go ty2             `thenNF_Tc` \ ty2' ->
-                                   returnNF_Tc (NoteTy (UsgNote usg) ty2')
+The compiler's foreign function interface supports the passing of a
+restricted set of types as arguments and results (the restricting factor
+being the )
 
-    go (NoteTy (UsgForAll uv) ty2)= go ty2             `thenNF_Tc` \ ty2' ->
-                                   returnNF_Tc (NoteTy (UsgForAll uv) ty2')
+\begin{code}
+isFFIArgumentTy :: DynFlags -> Safety -> Type -> Bool
+-- Checks for valid argument type for a 'foreign import'
+isFFIArgumentTy dflags safety ty 
+   = checkRepTyCon (legalOutgoingTyCon dflags safety) ty
+
+isFFIExternalTy :: Type -> Bool
+-- Types that are allowed as arguments of a 'foreign export'
+isFFIExternalTy ty = checkRepTyCon legalFEArgTyCon ty
+
+isFFIImportResultTy :: DynFlags -> Type -> Bool
+isFFIImportResultTy dflags ty 
+  = checkRepTyCon (legalFIResultTyCon dflags) ty
+
+isFFIExportResultTy :: Type -> Bool
+isFFIExportResultTy ty = checkRepTyCon legalFEResultTyCon ty
+
+isFFIDynArgumentTy :: Type -> Bool
+-- The argument type of a foreign import dynamic must be Ptr, FunPtr, Addr,
+-- or a newtype of either.
+isFFIDynArgumentTy = checkRepTyCon (\tc -> tc == ptrTyCon || tc == funPtrTyCon || tc == addrTyCon)
+
+isFFIDynResultTy :: Type -> Bool
+-- The result type of a foreign export dynamic must be Ptr, FunPtr, Addr,
+-- or a newtype of either.
+isFFIDynResultTy = checkRepTyCon (\tc -> tc == ptrTyCon || tc == funPtrTyCon || tc == addrTyCon)
+
+isFFILabelTy :: Type -> Bool
+-- The type of a foreign label must be Ptr, FunPtr, Addr,
+-- or a newtype of either.
+isFFILabelTy = checkRepTyCon (\tc -> tc == ptrTyCon || tc == funPtrTyCon || tc == addrTyCon)
+
+checkRepTyCon :: (TyCon -> Bool) -> Type -> Bool
+       -- Look through newtypes
+       -- Non-recursive ones are transparent to splitTyConApp,
+       -- but recursive ones aren't; hence the splitNewType_maybe
+checkRepTyCon check_tc ty 
+  | Just ty'    <- splitNewType_maybe ty  = checkRepTyCon check_tc ty'
+  | Just (tc,_) <- splitTyConApp_maybe ty = check_tc tc
+  | otherwise                            = False
+\end{code}
 
-    go (FunTy arg res)           = go arg              `thenNF_Tc` \ arg' ->
-                                   go res              `thenNF_Tc` \ res' ->
-                                   returnNF_Tc (FunTy arg' res')
-    go (AppTy fun arg)           = go fun              `thenNF_Tc` \ fun' ->
-                                   go arg              `thenNF_Tc` \ arg' ->
-                                   returnNF_Tc (mkAppTy fun' arg')
+----------------------------------------------
+These chaps do the work; they are not exported
+----------------------------------------------
 
-       -- The two interesting cases!
-    go (TyVarTy tyvar)           = zonkTyVar unbound_var_fn tyvar
+\begin{code}
+legalFEArgTyCon :: TyCon -> Bool
+-- It's illegal to return foreign objects and (mutable)
+-- bytearrays from a _ccall_ / foreign declaration
+-- (or be passed them as arguments in foreign exported functions).
+legalFEArgTyCon tc
+  | getUnique tc `elem` [ byteArrayTyConKey, mutableByteArrayTyConKey ] 
+  = False
+  -- It's also illegal to make foreign exports that take unboxed
+  -- arguments.  The RTS API currently can't invoke such things.  --SDM 7/2000
+  | otherwise
+  = boxedMarshalableTyCon tc
+
+legalFIResultTyCon :: DynFlags -> TyCon -> Bool
+legalFIResultTyCon dflags tc
+  | getUnique tc `elem`
+       [ byteArrayTyConKey, mutableByteArrayTyConKey ]  = False
+  | tc == unitTyCon = True
+  | otherwise      = marshalableTyCon dflags tc
+
+legalFEResultTyCon :: TyCon -> Bool
+legalFEResultTyCon tc
+  | getUnique tc `elem` 
+       [ byteArrayTyConKey, mutableByteArrayTyConKey ]  = False
+  | tc == unitTyCon = True
+  | otherwise       = boxedMarshalableTyCon tc
+
+legalOutgoingTyCon :: DynFlags -> Safety -> TyCon -> Bool
+-- Checks validity of types going from Haskell -> external world
+legalOutgoingTyCon dflags safety tc
+  | playSafe safety && getUnique tc `elem` [byteArrayTyConKey, mutableByteArrayTyConKey]
+  = False
+  | otherwise
+  = marshalableTyCon dflags tc
+
+marshalableTyCon dflags tc
+  =  (dopt Opt_GlasgowExts dflags && isUnLiftedTyCon tc)
+  || boxedMarshalableTyCon tc
+
+boxedMarshalableTyCon tc
+   = getUnique tc `elem` [ intTyConKey, int8TyConKey, int16TyConKey
+                        , int32TyConKey, int64TyConKey
+                        , wordTyConKey, word8TyConKey, word16TyConKey
+                        , word32TyConKey, word64TyConKey
+                        , floatTyConKey, doubleTyConKey
+                        , addrTyConKey, ptrTyConKey, funPtrTyConKey
+                        , charTyConKey
+                        , stablePtrTyConKey
+                        , byteArrayTyConKey, mutableByteArrayTyConKey
+                        , boolTyConKey
+                        ]
+\end{code}
 
-    go (ForAllTy tyvar ty)
-       = zonkTcTyVarToTyVar tyvar      `thenNF_Tc` \ tyvar' ->
-         go ty                         `thenNF_Tc` \ ty' ->
-         returnNF_Tc (ForAllTy tyvar' ty')
 
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Unification with an explicit substitution}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-zonkTyVar :: (TcTyVar -> NF_TcM s Type)                -- What to do for an unbound mutable variable
-         -> TcTyVar -> NF_TcM s TcType
-zonkTyVar unbound_var_fn tyvar 
-  | not (isMutTyVar tyvar)     -- Not a mutable tyvar.  This can happen when
-                               -- zonking a forall type, when the bound type variable
-                               -- needn't be mutable
-  = ASSERT( isTyVar tyvar )            -- Should not be any immutable kind vars
-    returnNF_Tc (TyVarTy tyvar)
+Unify types with an explicit substitution and no monad.
+Ignore usage annotations.
 
-  | otherwise
-  =  tcGetTyVar tyvar  `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
-     case maybe_ty of
-         Nothing       -> unbound_var_fn tyvar                 -- Mutable and unbound
-         Just other_ty -> ASSERT( isNotUsgTy other_ty )
-                           zonkType unbound_var_fn other_ty    -- Bound
+\begin{code}
+type MySubst
+   = (TyVarSet,                -- Set of template tyvars
+      TyVarSubstEnv)   -- Not necessarily idempotent
+
+unifyTysX :: TyVarSet          -- Template tyvars
+         -> Type
+          -> Type
+          -> Maybe TyVarSubstEnv
+unifyTysX tmpl_tyvars ty1 ty2
+  = uTysX ty1 ty2 (\(_,s) -> Just s) (tmpl_tyvars, emptySubstEnv)
+
+unifyExtendTysX :: TyVarSet            -- Template tyvars
+               -> TyVarSubstEnv        -- Substitution to start with
+               -> Type
+               -> Type
+               -> Maybe TyVarSubstEnv  -- Extended substitution
+unifyExtendTysX tmpl_tyvars subst ty1 ty2
+  = uTysX ty1 ty2 (\(_,s) -> Just s) (tmpl_tyvars, subst)
+
+unifyTyListsX :: TyVarSet -> [Type] -> [Type]
+              -> Maybe TyVarSubstEnv
+unifyTyListsX tmpl_tyvars tys1 tys2
+  = uTyListsX tys1 tys2 (\(_,s) -> Just s) (tmpl_tyvars, emptySubstEnv)
+
+
+uTysX :: Type
+      -> Type
+      -> (MySubst -> Maybe result)
+      -> MySubst
+      -> Maybe result
+
+uTysX (NoteTy _ ty1) ty2 k subst = uTysX ty1 ty2 k subst
+uTysX ty1 (NoteTy _ ty2) k subst = uTysX ty1 ty2 k subst
+
+       -- Variables; go for uVar
+uTysX (TyVarTy tyvar1) (TyVarTy tyvar2) k subst 
+  | tyvar1 == tyvar2
+  = k subst
+uTysX (TyVarTy tyvar1) ty2 k subst@(tmpls,_)
+  | tyvar1 `elemVarSet` tmpls
+  = uVarX tyvar1 ty2 k subst
+uTysX ty1 (TyVarTy tyvar2) k subst@(tmpls,_)
+  | tyvar2 `elemVarSet` tmpls
+  = uVarX tyvar2 ty1 k subst
+
+       -- Predicates
+uTysX (SourceTy (IParam n1 t1)) (SourceTy (IParam n2 t2)) k subst
+  | n1 == n2 = uTysX t1 t2 k subst
+uTysX (SourceTy (ClassP c1 tys1)) (SourceTy (ClassP c2 tys2)) k subst
+  | c1 == c2 = uTyListsX tys1 tys2 k subst
+uTysX (SourceTy (NType tc1 tys1)) (SourceTy (NType tc2 tys2)) k subst
+  | tc1 == tc2 = uTyListsX tys1 tys2 k subst
+
+       -- Functions; just check the two parts
+uTysX (FunTy fun1 arg1) (FunTy fun2 arg2) k subst
+  = uTysX fun1 fun2 (uTysX arg1 arg2 k) subst
+
+       -- Type constructors must match
+uTysX (TyConApp con1 tys1) (TyConApp con2 tys2) k subst
+  | (con1 == con2 && equalLength tys1 tys2)
+  = uTyListsX tys1 tys2 k subst
+
+       -- Applications need a bit of care!
+       -- They can match FunTy and TyConApp, so use splitAppTy_maybe
+       -- NB: we've already dealt with type variables and Notes,
+       -- so if one type is an App the other one jolly well better be too
+uTysX (AppTy s1 t1) ty2 k subst
+  = case tcSplitAppTy_maybe ty2 of
+      Just (s2, t2) -> uTysX s1 s2 (uTysX t1 t2 k) subst
+      Nothing       -> Nothing    -- Fail
+
+uTysX ty1 (AppTy s2 t2) k subst
+  = case tcSplitAppTy_maybe ty1 of
+      Just (s1, t1) -> uTysX s1 s2 (uTysX t1 t2 k) subst
+      Nothing       -> Nothing    -- Fail
+
+       -- Not expecting for-alls in unification
+#ifdef DEBUG
+uTysX (ForAllTy _ _) ty2 k subst = panic "Unify.uTysX subst:ForAllTy (1st arg)"
+uTysX ty1 (ForAllTy _ _) k subst = panic "Unify.uTysX subst:ForAllTy (2nd arg)"
+#endif
+
+       -- Anything else fails
+uTysX ty1 ty2 k subst = Nothing
+
+
+uTyListsX []         []         k subst = k subst
+uTyListsX (ty1:tys1) (ty2:tys2) k subst = uTysX ty1 ty2 (uTyListsX tys1 tys2 k) subst
+uTyListsX tys1      tys2       k subst = Nothing   -- Fail if the lists are different lengths
 \end{code}
 
+\begin{code}
+-- Invariant: tv1 is a unifiable variable
+uVarX tv1 ty2 k subst@(tmpls, env)
+  = case lookupSubstEnv env tv1 of
+      Just (DoneTy ty1) ->    -- Already bound
+                    uTysX ty1 ty2 k subst
+
+      Nothing       -- Not already bound
+              |  typeKind ty2 `eqKind` tyVarKind tv1
+              && occur_check_ok ty2
+              ->     -- No kind mismatch nor occur check
+                  k (tmpls, extendSubstEnv env tv1 (DoneTy ty2))
+
+              | otherwise -> Nothing   -- Fail if kind mis-match or occur check
+  where
+    occur_check_ok ty = all occur_check_ok_tv (varSetElems (tyVarsOfType ty))
+    occur_check_ok_tv tv | tv1 == tv = False
+                        | otherwise = case lookupSubstEnv env tv of
+                                        Nothing           -> True
+                                        Just (DoneTy ty)  -> occur_check_ok ty
+\end{code}
+
+
+
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{tcTypeKind}
+\subsection{Matching on types}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-Sadly, we need a Tc version of typeKind, that looks though mutable
-kind variables.  See the notes with Type.typeKind for the typeKindF nonsense
+Matching is a {\em unidirectional} process, matching a type against a
+template (which is just a type with type variables in it).  The
+matcher assumes that there are no repeated type variables in the
+template, so that it simply returns a mapping of type variables to
+types.  It also fails on nested foralls.
 
-This is pretty gruesome.
+@matchTys@ matches corresponding elements of a list of templates and
+types.  It and @matchTy@ both ignore usage annotations, unlike the
+main function @match@.
 
 \begin{code}
-tcTypeKind :: TcType -> NF_TcM s TcKind
-
-tcTypeKind (TyVarTy tyvar)     = returnNF_Tc (tyVarKind tyvar)
-tcTypeKind (TyConApp tycon tys)        = foldlTc (\k _ -> tcFunResultTy k) (tyConKind tycon) tys
-tcTypeKind (NoteTy _ ty)       = tcTypeKind ty
-tcTypeKind (AppTy fun arg)     = tcTypeKind fun        `thenNF_Tc` \ fun_kind ->
-                                 tcFunResultTy fun_kind
-tcTypeKind (FunTy fun arg)     = tcTypeKindF arg
-tcTypeKind (ForAllTy _ ty)     = tcTypeKindF ty
-
-tcTypeKindF :: TcType -> NF_TcM s TcKind
-tcTypeKindF (NoteTy _ ty)   = tcTypeKindF ty
-tcTypeKindF (FunTy _ ty)    = tcTypeKindF ty
-tcTypeKindF (ForAllTy _ ty) = tcTypeKindF ty
-tcTypeKindF other          = tcTypeKind other  `thenNF_Tc` \ kind ->
-                             fix_up kind
+matchTy :: TyVarSet                    -- Template tyvars
+       -> Type                         -- Template
+       -> Type                         -- Proposed instance of template
+       -> Maybe TyVarSubstEnv          -- Matching substitution
+                                       
+
+matchTys :: TyVarSet                   -- Template tyvars
+        -> [Type]                      -- Templates
+        -> [Type]                      -- Proposed instance of template
+        -> Maybe (TyVarSubstEnv,               -- Matching substitution
+                  [Type])              -- Left over instance types
+
+matchTy tmpls ty1 ty2 = match ty1 ty2 tmpls (\ senv -> Just senv) emptySubstEnv
+
+matchTys tmpls tys1 tys2 = match_list tys1 tys2 tmpls 
+                                     (\ (senv,tys) -> Just (senv,tys))
+                                     emptySubstEnv
+\end{code}
+
+@match@ is the main function.  It takes a flag indicating whether
+usage annotations are to be respected.
+
+\begin{code}
+match :: Type -> Type                          -- Current match pair
+      -> TyVarSet                              -- Template vars
+      -> (TyVarSubstEnv -> Maybe result)       -- Continuation
+      -> TyVarSubstEnv                         -- Current subst
+      -> Maybe result
+
+-- When matching against a type variable, see if the variable
+-- has already been bound.  If so, check that what it's bound to
+-- is the same as ty; if not, bind it and carry on.
+
+match (TyVarTy v) ty tmpls k senv
+  | v `elemVarSet` tmpls
+  =     -- v is a template variable
+    case lookupSubstEnv senv v of
+       Nothing | typeKind ty `eqKind` tyVarKind v      
+                       -- We do a kind check, just as in the uVarX above
+                       -- The kind check is needed to avoid bogus matches
+                       -- of   (a b) with (c d), where the kinds don't match
+                       -- An occur check isn't needed when matching.
+               -> k (extendSubstEnv senv v (DoneTy ty))
+
+               | otherwise  -> Nothing -- Fails
+
+       Just (DoneTy ty')  | ty' `tcEqType` ty   -> k senv   -- Succeeds
+                          | otherwise           -> Nothing  -- Fails
+
+  | otherwise
+  =     -- v is not a template variable; ty had better match
+        -- Can't use (==) because types differ
+    case tcGetTyVar_maybe ty of
+        Just v' | v == v' -> k senv    -- Success
+        other            -> Nothing   -- Failure
+    -- This tcGetTyVar_maybe is *required* because it must strip Notes.
+    -- I guess the reason the Note-stripping case is *last* rather than first
+    -- is to preserve type synonyms etc., so I'm not moving it to the
+    -- top; but this means that (without the deNotetype) a type
+    -- variable may not match the pattern (TyVarTy v') as one would
+    -- expect, due to an intervening Note.  KSW 2000-06.
+
+       -- Predicates
+match (SourceTy (IParam n1 t1)) (SourceTy (IParam n2 t2)) tmpls k senv
+  | n1 == n2 = match t1 t2 tmpls k senv
+match (SourceTy (ClassP c1 tys1)) (SourceTy (ClassP c2 tys2)) tmpls k senv
+  | c1 == c2 = match_list_exactly tys1 tys2 tmpls k senv
+match (SourceTy (NType tc1 tys1)) (SourceTy (NType tc2 tys2)) tmpls k senv
+  | tc1 == tc2 = match_list_exactly tys1 tys2 tmpls k senv
+
+       -- Functions; just check the two parts
+match (FunTy arg1 res1) (FunTy arg2 res2) tmpls k senv
+  = match arg1 arg2 tmpls (match res1 res2 tmpls k) senv
+
+match (AppTy fun1 arg1) ty2 tmpls k senv 
+  = case tcSplitAppTy_maybe ty2 of
+       Just (fun2,arg2) -> match fun1 fun2 tmpls (match arg1 arg2 tmpls k) senv
+       Nothing          -> Nothing     -- Fail
+
+match (TyConApp tc1 tys1) (TyConApp tc2 tys2) tmpls k senv
+  | tc1 == tc2 = match_list_exactly tys1 tys2 tmpls k senv
+
+-- Newtypes are opaque; other source types should not happen
+match (SourceTy (NType tc1 tys1)) (SourceTy (NType tc2 tys2)) tmpls k senv
+  | tc1 == tc2 = match_list_exactly tys1 tys2 tmpls k senv
+
+       -- With type synonyms, we have to be careful for the exact
+       -- same reasons as in the unifier.  Please see the
+       -- considerable commentary there before changing anything
+       -- here! (WDP 95/05)
+match (NoteTy n1 ty1) ty2      tmpls k senv = match ty1 ty2 tmpls k senv
+match ty1      (NoteTy n2 ty2) tmpls k senv = match ty1 ty2 tmpls k senv
+
+-- Catch-all fails
+match _ _ _ _ _ = Nothing
+
+match_list_exactly tys1 tys2 tmpls k senv
+  = match_list tys1 tys2 tmpls k' senv
   where
-    fix_up (TyConApp kc _) | kc == typeCon = returnNF_Tc boxedTypeKind
-               -- Functions at the type level are always boxed
-    fix_up (NoteTy _ kind)   = fix_up kind
-    fix_up kind@(TyVarTy tv) = tcGetTyVar tv   `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
-                              case maybe_ty of
-                                 Just kind' -> fix_up kind'
-                                 Nothing  -> returnNF_Tc kind
-    fix_up kind              = returnNF_Tc kind
-
-tcFunResultTy (NoteTy _ ty)   = tcFunResultTy ty
-tcFunResultTy (FunTy arg res) = returnNF_Tc res
-tcFunResultTy (TyVarTy tv)    = tcGetTyVar tv  `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
-                               case maybe_ty of
-                                 Just ty' -> tcFunResultTy ty'
-       -- The Nothing case, and the other cases for tcFunResultTy
-       -- should never happen... pattern match failure
+    k' (senv', tys2') | null tys2' = k senv'   -- Succeed
+                     | otherwise  = Nothing    -- Fail 
+
+match_list []         tys2       tmpls k senv = k (senv, tys2)
+match_list (ty1:tys1) []         tmpls k senv = Nothing        -- Not enough arg tys => failure
+match_list (ty1:tys1) (ty2:tys2) tmpls k senv
+  = match ty1 ty2 tmpls (match_list tys1 tys2 tmpls k) senv
 \end{code}