[project @ 1999-05-18 15:03:54 by simonpj]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcType.lhs
index 0af7c44..72d4eb7 100644 (file)
-\begin{code}
-#include "HsVersions.h"
+%
+% (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
+%
+\section[TcType]{Types used in the typechecker}
 
+\begin{code}
 module TcType (
-  SYN_IE(TcIdBndr), TcIdOcc(..),
-       
-  -----------------------------------------
-  SYN_IE(TcTyVar),
-  SYN_IE(TcTyVarSet),
-  newTcTyVar,
-  newTyVarTy,  -- Kind -> NF_TcM s (TcType s)
-  newTyVarTys, -- Int -> Kind -> NF_TcM s [TcType s]
+  
+  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
 
   -----------------------------------------
-  SYN_IE(TcType), TcMaybe(..),
-  SYN_IE(TcTauType), SYN_IE(TcThetaType), SYN_IE(TcRhoType),
+  TcType, TcTauType, TcThetaType, TcRhoType,
 
        -- Find the type to which a type variable is bound
-  tcWriteTyVar,                -- :: TcTyVar s -> TcType s -> NF_TcM (TcType s)
-  tcReadTyVar,         -- :: TcTyVar s -> NF_TcM (TcMaybe s)
+  tcPutTyVar,          -- :: TcTyVar -> TcType -> NF_TcM TcType
+  tcGetTyVar,          -- :: TcTyVar -> NF_TcM (Maybe TcType)  does shorting out
 
 
-  tcSplitForAllTy, tcSplitRhoTy,
+  tcSplitRhoTy,
 
   tcInstTyVars,
-  tcInstSigTyVars, 
-  tcInstType, tcInstSigType, tcInstTcType, tcInstSigTcType,
-  tcInstTheta, tcInstId,
+  tcInstSigVar,
+  tcInstTcType,
 
-  zonkTcTyVars,
-  zonkTcType,
-  zonkTcTypeToType,
-  zonkTcTyVar,
-  zonkTcTyVarToTyVar
+  typeToTcType,
+
+  tcTypeKind,          -- :: TcType -> NF_TcM s TcKind
+  --------------------------------
+  TcKind,
+  newKindVar, newKindVars,
+  kindToTcKind,
+  zonkTcKind,
+
+  --------------------------------
+  zonkTcTyVar, zonkTcTyVars, zonkTcTyVarBndr,
+  zonkTcType, zonkTcTypes, zonkTcThetaType,
+
+  zonkTcTypeToType, zonkTcTyVarToTyVar,
+  zonkTcKindToKind
 
   ) where
 
+#include "HsVersions.h"
 
 
 -- friends:
-import Type    ( SYN_IE(Type), SYN_IE(ThetaType), GenType(..),
-                 tyVarsOfTypes, getTyVar_maybe,
-                 splitForAllTy, splitRhoTy, isTyVarTy,
-                 mkForAllTys, instantiateTy
-               )
-import TyVar   ( SYN_IE(TyVar), GenTyVar(..), SYN_IE(TyVarSet), SYN_IE(GenTyVarSet), 
-                 SYN_IE(TyVarEnv), lookupTyVarEnv, addOneToTyVarEnv,
-                 nullTyVarEnv, mkTyVarEnv,
-                 tyVarSetToList
-               )
-import PprType ( GenType, GenTyVar )   -- Instances only
+import PprType         ( pprType )
+import Type            ( Type(..), Kind, ThetaType, TyNote(..), 
+                         mkAppTy, mkTyConApp,
+                         splitDictTy_maybe, splitForAllTys, isNotUsgTy,
+                         isTyVarTy, mkTyVarTy, mkTyVarTys, 
+                         typeCon, openTypeKind, boxedTypeKind, boxedKind, superKind, superBoxity
+                       )
+import Subst           ( Subst, mkTopTyVarSubst, substTy )
+import TyCon           ( tyConKind, mkPrimTyCon )
+import PrimRep         ( PrimRep(VoidRep) )
+import VarEnv
+import VarSet          ( emptyVarSet )
+import Var             ( TyVar, tyVarKind, tyVarName, isTyVar, isMutTyVar, mkTyVar )
 
 -- others:
-import Class   ( GenClass, SYN_IE(Class) )
-import TyCon   ( isFunTyCon )
-import Id      ( idType, GenId, SYN_IE(Id) )
-import Kind    ( Kind )
-import TcKind  ( TcKind )
 import TcMonad
-import Usage   ( SYN_IE(Usage), GenUsage, SYN_IE(UVar), duffUsage )
-
-import TysPrim         ( voidTy )
-
-IMP_Ubiq()
-import Name            ( NamedThing(..) )
-import Unique          ( Unique )
-import UniqFM          ( UniqFM )
-import Maybes          ( assocMaybe )
-import Outputable      ( Outputable(..) )
-import Util            ( zipEqual, nOfThem, panic{-, pprPanic, pprTrace ToDo:rm-} )
+import TysWiredIn      ( voidTy )
+
+import Name            ( NamedThing(..), setNameUnique, mkSysLocalName,
+                         mkDerivedName, mkDerivedTyConOcc
+                       )
+import Unique          ( Unique, Uniquable(..) )
+import Util            ( nOfThem )
+import Outputable
 \end{code}
 
 
 
-Data types
+Coercions
 ~~~~~~~~~~
+Type definitions are in TcMonad.lhs
 
 \begin{code}
-type TcIdBndr s = GenId  (TcType s)    -- Binders are all TcTypes
-data TcIdOcc  s = TcId   (TcIdBndr s)  -- Bindees may be either
-               | RealId Id
-
-instance Eq (TcIdOcc s) where
-  (TcId id1)   == (TcId id2)   = id1 == id2
-  (RealId id1) == (RealId id2) = id1 == id2
-  _           == _            = False
-
-instance Outputable (TcIdOcc s) where
-  ppr sty (TcId id)   = ppr sty id
-  ppr sty (RealId id) = ppr sty id
-
-instance NamedThing (TcIdOcc s) where
-  getName (TcId id)   = getName id
-  getName (RealId id) = getName id
-\end{code}
-
-
-\begin{code}
-type TcType s = GenType (TcTyVar s) UVar       -- Used during typechecker
-       -- 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 TcThetaType s = [(Class, TcType s)]
-type TcRhoType s   = TcType s          -- No ForAllTys
-type TcTauType s   = TcType s          -- No DictTys or ForAllTys
-
-type Box s = MutableVar s (TcMaybe s)
-
-data TcMaybe s = UnBound
-              | BoundTo (TcType s)
-              | DontBind               -- This variant is used for tyvars
-                                       -- arising from type signatures, or
-                                       -- existentially quantified tyvars;
-                                       -- The idea is that we must not unify
-                                       -- such tyvars with anything except
-                                       -- themselves.
-
--- Interestingly, you can't use (Maybe (TcType s)) instead of (TcMaybe s),
--- because you get a synonym loop if you do!
-
-type TcTyVar s    = GenTyVar (Box s)
-type TcTyVarSet s = GenTyVarSet (Box s)
-\end{code}
+typeToTcType :: Type -> TcType
+typeToTcType ty =  ty
 
-\begin{code}
-tcTyVarToTyVar :: TcTyVar s -> TyVar
-tcTyVarToTyVar (TyVar uniq kind name _) = TyVar uniq kind name duffUsage
+kindToTcKind :: Kind -> TcKind
+kindToTcKind kind = kind
 \end{code}
 
 Utility functions
@@ -134,318 +96,423 @@ Utility functions
 These tcSplit functions are like their non-Tc analogues, but they
 follow through bound type variables.
 
+No need for tcSplitForAllTy because a type variable can't be instantiated
+to a for-all type.
+
 \begin{code}
-tcSplitForAllTy :: TcType s -> NF_TcM s ([TcTyVar s], TcType s)
-tcSplitForAllTy t 
-  = go t t []
-  where
-    go syn_t (ForAllTy tv t) tvs = go t t (tv:tvs)
-    go syn_t (SynTy _ _ t)   tvs = go syn_t t tvs
-    go syn_t (TyVarTy tv)    tvs = tcReadTyVar tv      `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
-                                  case maybe_ty of
-                                       BoundTo ty | not (isTyVarTy ty) -> go syn_t ty tvs
-                                       other                           -> returnNF_Tc (reverse tvs, syn_t)
-    go syn_t t              tvs = returnNF_Tc (reverse tvs, syn_t)
-
-tcSplitRhoTy :: TcType s -> NF_TcM s ([(Class,TcType s)], TcType s)
+tcSplitRhoTy :: TcType -> NF_TcM s (TcThetaType, TcType)
 tcSplitRhoTy t
   = go t t []
  where
-    go syn_t (FunTy (DictTy c t _) r _) ts = go r r ((c,t):ts)
-    go syn_t (AppTy (AppTy (TyConTy tycon _) (DictTy c t _)) r) ts
-                             | isFunTyCon tycon
-                             = go r r ((c,t):ts)
-    go syn_t (SynTy _ _ t) ts = go syn_t t ts
-    go syn_t (TyVarTy tv)  ts = tcReadTyVar tv `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
-                               case maybe_ty of
-                                 BoundTo 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)
+       -- 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)
 \end{code}
 
 
-Type instantiation
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{New type variables}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
 \begin{code}
-newTcTyVar :: Kind -> NF_TcM s (TcTyVar s)
-newTcTyVar kind
+newTyVar :: Kind -> NF_TcM s TcTyVar
+newTyVar kind
   = tcGetUnique        `thenNF_Tc` \ uniq ->
-    tcNewMutVar UnBound        `thenNF_Tc` \ box ->
-    returnNF_Tc (TyVar uniq kind Nothing box)
+    tcNewMutTyVar (mkSysLocalName uniq SLIT("t")) kind
 
-newTyVarTy  :: Kind -> NF_TcM s (TcType s)
+newTyVarTy  :: Kind -> NF_TcM s TcType
 newTyVarTy kind
-  = newTcTyVar kind    `thenNF_Tc` \ tc_tyvar ->
+  = newTyVar kind      `thenNF_Tc` \ tc_tyvar ->
     returnNF_Tc (TyVarTy tc_tyvar)
 
-newTyVarTys :: Int -> Kind -> NF_TcM s [TcType s]
+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])
+\end{code}
+
 
--- For signature type variables, mark them as "DontBind"
-tcInstTyVars, tcInstSigTyVars
-       :: [GenTyVar flexi] 
-       -> NF_TcM s ([TcTyVar s], [TcType s], [(GenTyVar flexi, TcType s)])
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Type instantiation}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-tcInstTyVars    tyvars = inst_tyvars UnBound  tyvars
-tcInstSigTyVars tyvars = inst_tyvars DontBind tyvars
+Instantiating a bunch of type variables
 
-inst_tyvars initial_cts tyvars
-  = mapNF_Tc (inst_tyvar initial_cts) tyvars   `thenNF_Tc` \ tc_tyvars ->
+\begin{code}
+tcInstTyVars :: [TyVar] 
+            -> NF_TcM s ([TcTyVar], [TcType], Subst)
+
+tcInstTyVars tyvars
+  = mapNF_Tc tcInstTyVar tyvars        `thenNF_Tc` \ tc_tyvars ->
     let
-       tys = map TyVarTy tc_tyvars
+       tys = mkTyVarTys tc_tyvars
     in
-    returnNF_Tc (tc_tyvars, tys, zipEqual "inst_tyvars" tyvars tys)
+    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
 
-inst_tyvar initial_cts (TyVar _ kind name _) 
+tcInstTyVar tyvar
   = tcGetUnique                `thenNF_Tc` \ uniq ->
-    tcNewMutVar initial_cts    `thenNF_Tc` \ box ->
-    returnNF_Tc (TyVar uniq kind Nothing box)
-       -- The "Nothing" means that it'll always print with its 
-       -- unique (or something similar).  If we leave the original (Just Name)
-       -- in there then error messages will say "can't match (T a) against (T a)"
-\end{code}
+    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' ->
 
-@tcInstType@ and @tcInstSigType@ both create a fresh instance of a
-type, returning a @TcType@. All inner for-alls are instantiated with
-fresh TcTyVars.
+    tcNewMutTyVar name kind'
 
-The difference is that tcInstType instantiates all forall'd type
-variables (and their bindees) with UnBound type variables, whereas
-tcInstSigType instantiates them with DontBind types variables.
-@tcInstSigType@ also doesn't take an environment.
+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
+\end{code}
 
-On the other hand, @tcInstTcType@ instantiates a TcType. It uses
-instantiateTy which could take advantage of sharing some day.
+@tcInstTcType@ instantiates the outer-level for-alls of a TcType with
+fresh type variables, returning them and the instantiated body of the for-all.
 
 \begin{code}
-tcInstTcType :: TcType s -> NF_TcM s ([TcTyVar s], TcType s)
+tcInstTcType :: TcType -> NF_TcM s ([TcTyVar], TcType)
 tcInstTcType ty
-  = tcSplitForAllTy ty         `thenNF_Tc` \ (tyvars, rho) -> 
-    case tyvars of
-       []    -> returnNF_Tc ([], ty)   -- Nothing to do
-       other -> tcInstTyVars tyvars            `thenNF_Tc` \ (tyvars', _, tenv)  ->
-                returnNF_Tc (tyvars', instantiateTy tenv rho)
-
-tcInstSigTcType :: TcType s -> NF_TcM s ([TcTyVar s], TcType s)
-tcInstSigTcType ty
-  = tcSplitForAllTy ty         `thenNF_Tc` \ (tyvars, rho) ->
-    case tyvars of
-       []    -> returnNF_Tc ([], ty)   -- Nothing to do
-       other -> tcInstSigTyVars tyvars         `thenNF_Tc` \ (tyvars', _, tenv)  ->
-                returnNF_Tc (tyvars', instantiateTy tenv rho)
-    
-tcInstType :: [(GenTyVar flexi,TcType s)] 
-          -> GenType (GenTyVar flexi) UVar 
-          -> NF_TcM s (TcType s)
-tcInstType tenv ty_to_inst
-  = tcConvert bind_fn occ_fn (mkTyVarEnv tenv) ty_to_inst
-  where
-    bind_fn = inst_tyvar UnBound
-    occ_fn env tyvar = case lookupTyVarEnv env tyvar of
-                        Just ty -> returnNF_Tc ty
-                        Nothing -> panic "tcInstType:1" --(vcat [ppr PprDebug ty_to_inst, 
-                                                       --            ppr PprDebug tyvar])
-
-tcInstSigType :: GenType (GenTyVar flexi) UVar -> NF_TcM s (TcType s)
-tcInstSigType ty_to_inst
-  = tcConvert bind_fn occ_fn nullTyVarEnv ty_to_inst
-  where
-    bind_fn = inst_tyvar DontBind
-    occ_fn env tyvar = case lookupTyVarEnv env tyvar of
-                        Just ty -> returnNF_Tc ty
-                        Nothing -> panic "tcInstType:2"-- (vcat [ppr PprDebug ty_to_inst, 
-                                                       --            ppr PprDebug tyvar])
+  = case splitForAllTys ty of
+       ([], _)       -> returnNF_Tc ([], ty)   -- Nothing to do
+       (tyvars, rho) -> tcInstTyVars tyvars            `thenNF_Tc` \ (tyvars', _, tenv)  ->
+                        returnNF_Tc (tyvars', substTy tenv rho)
+\end{code}
 
-zonkTcTyVarToTyVar :: TcTyVar s -> NF_TcM s TyVar
-zonkTcTyVarToTyVar tv
-  = zonkTcTyVar tv     `thenNF_Tc` \ tv_ty ->
-    case tv_ty of      -- Should be a tyvar!
 
-      TyVarTy tv' ->    returnNF_Tc (tcTyVarToTyVar tv')
 
-      _ -> --pprTrace "zonkTcTyVarToTyVar:" (hsep [ppr PprDebug tv, ppr PprDebug tv_ty]) $
-          returnNF_Tc (tcTyVarToTyVar tv)
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Putting and getting  mutable type variables}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
+\begin{code}
+tcPutTyVar :: TcTyVar -> TcType -> NF_TcM s TcType
+tcGetTyVar :: TcTyVar -> NF_TcM s (Maybe TcType)
+\end{code}
 
-zonkTcTypeToType :: TyVarEnv Type -> TcType s -> NF_TcM s Type
-zonkTcTypeToType env ty 
-  = tcConvert zonkTcTyVarToTyVar occ_fn env ty
-  where
-    occ_fn env tyvar 
-      =  tcReadTyVar tyvar     `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
-        case maybe_ty of
-          BoundTo (TyVarTy tyvar') -> lookup env tyvar'
-          BoundTo other_ty         -> tcConvert zonkTcTyVarToTyVar occ_fn env other_ty
-          other                    -> lookup env tyvar
+Putting is easy:
 
-    lookup env tyvar = case lookupTyVarEnv env tyvar of
-                         Just ty -> returnNF_Tc ty
-                         Nothing -> returnNF_Tc voidTy -- Unbound type variables go to Void
+\begin{code}
+tcPutTyVar tyvar ty = tcWriteMutTyVar tyvar (Just ty)  `thenNF_Tc_`
+                     returnNF_Tc ty
+\end{code}
 
+Getting is more interesting.  The easy thing to do is just to read, thus:
 
-tcConvert bind_fn occ_fn env ty_to_convert
-  = doo env ty_to_convert
-  where
-    doo env (TyConTy tycon usage) = returnNF_Tc (TyConTy tycon usage)
+\begin{verbatim}
+tcGetTyVar tyvar = tcReadMutTyVar tyvar
+\end{verbatim}
 
-    doo env (SynTy tycon tys ty)  = mapNF_Tc (doo env) tys     `thenNF_Tc` \ tys' ->
-                                  doo env ty                   `thenNF_Tc` \ ty' ->
-                                  returnNF_Tc (SynTy tycon tys' ty')
+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.
 
-    doo env (FunTy arg res usage) = doo env arg                `thenNF_Tc` \ arg' ->
-                                  doo env res          `thenNF_Tc` \ res' ->
-                                  returnNF_Tc (FunTy arg' res' usage)
+We return Nothing iff the original box was unbound.
 
-    doo env (AppTy fun arg)     = doo env fun          `thenNF_Tc` \ fun' ->
-                                  doo env arg          `thenNF_Tc` \ arg' ->
-                                  returnNF_Tc (AppTy fun' arg')
+\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')
 
-    doo env (DictTy clas ty usage)= doo env ty         `thenNF_Tc` \ ty' ->
-                                  returnNF_Tc (DictTy clas ty' usage)
+       Nothing    -> returnNF_Tc Nothing
 
-    doo env (ForAllUsageTy u us ty) = doo env ty       `thenNF_Tc` \ ty' ->
-                                    returnNF_Tc (ForAllUsageTy u us ty')
+short_out :: TcType -> NF_TcM s TcType
+short_out ty@(TyVarTy tyvar)
+  | not (isMutTyVar tyvar)
+  = returnNF_Tc ty
 
-       -- The two interesting cases!
-    doo env (TyVarTy tv)        = occ_fn env tv
-
-    doo env (ForAllTy tyvar ty)
-       = bind_fn tyvar         `thenNF_Tc` \ tyvar' ->
-         let
-               new_env = addOneToTyVarEnv env tyvar (TyVarTy tyvar')
-         in
-         doo new_env ty                `thenNF_Tc` \ ty' ->
-         returnNF_Tc (ForAllTy tyvar' ty')
+  | 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'
 
+       other    -> returnNF_Tc ty
 
-tcInstTheta :: [(TyVar,TcType s)] -> ThetaType -> NF_TcM s (TcThetaType s)
-tcInstTheta tenv theta
-  = mapNF_Tc go theta
-  where
-    go (clas,ty) = tcInstType tenv ty  `thenNF_Tc` \ tc_ty ->
-                  returnNF_Tc (clas, tc_ty)
-
--- A useful function that takes an occurrence of a global thing
--- and instantiates its type with fresh type variables
-tcInstId :: Id
-        -> NF_TcM s ([TcTyVar s],      -- It's instantiated type
-                     TcThetaType s,    --
-                     TcType s)         --
-
-tcInstId id
-  = let
-      (tyvars, rho) = splitForAllTy (idType id)
-    in
-    tcInstTyVars tyvars                `thenNF_Tc` \ (tyvars', arg_tys, tenv) ->
-    tcInstType tenv rho                `thenNF_Tc` \ rho' ->
-    let
-       (theta', tau') = splitRhoTy rho'
-    in
-    returnNF_Tc (tyvars', theta', tau')
+short_out other_ty = returnNF_Tc other_ty
 \end{code}
 
-Reading and writing TcTyVars
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Zonking -- the exernal interfaces}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+-----------------  Type variables
+
 \begin{code}
-tcWriteTyVar :: TcTyVar s -> TcType s -> NF_TcM s ()
-tcReadTyVar  :: TcTyVar s -> NF_TcM s (TcMaybe s)
+zonkTcTyVars :: [TcTyVar] -> NF_TcM s [TcType]
+zonkTcTyVars tyvars = mapNF_Tc zonkTcTyVar tyvars
+
+zonkTcTyVarBndr :: TcTyVar -> NF_TcM s TcTyVar
+zonkTcTyVarBndr tyvar
+  = zonkTcTyVar tyvar  `thenNF_Tc` \ (TyVarTy tyvar') ->
+    returnNF_Tc tyvar'
+       
+zonkTcTyVar :: TcTyVar -> NF_TcM s TcType
+zonkTcTyVar tyvar = zonkTyVar (\ tv -> returnNF_Tc (TyVarTy tv)) tyvar
 \end{code}
 
-Writing is easy:
+-----------------  Types
 
 \begin{code}
-tcWriteTyVar (TyVar uniq kind name box) ty = tcWriteMutVar box (BoundTo ty)
+zonkTcType :: TcType -> NF_TcM s TcType
+zonkTcType ty = zonkType (\ tv -> returnNF_Tc (TyVarTy tv)) ty
+
+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)
+
+zonkTcKind :: TcKind -> NF_TcM s TcKind
+zonkTcKind = zonkTcType
 \end{code}
 
-Reading is more interesting.  The easy thing to do is just to read, thus:
-\begin{verbatim}
-tcReadTyVar (TyVar uniq kind name box) = tcReadMutVar box
-\end{verbatim}
+-------------------  These ...ToType, ...ToKind versions
+                    are used at the end of type checking
 
-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.
+\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
+\end{code}
 
-We return Nothing iff the original box was unbound.
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Zonking -- the main work-horses: zonkType, zonkTyVar}
+%*                                                                     *
+%*             For internal use only!                                  *
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
 \begin{code}
-tcReadTyVar (TyVar uniq kind name box)
-  = tcReadMutVar box   `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
-    case maybe_ty of
-       BoundTo ty -> short_out ty                      `thenNF_Tc` \ ty' ->
-                     tcWriteMutVar box (BoundTo ty')   `thenNF_Tc_`
-                     returnNF_Tc (BoundTo ty')
+-- 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')
 
-       other      -> returnNF_Tc other
+    go (NoteTy (SynNote ty1) ty2) = go ty1             `thenNF_Tc` \ ty1' ->
+                                   go ty2              `thenNF_Tc` \ ty2' ->
+                                   returnNF_Tc (NoteTy (SynNote ty1') ty2')
 
-short_out :: TcType s -> NF_TcM s (TcType s)
-short_out ty@(TyVarTy (TyVar uniq kind name box))
-  = tcReadMutVar box   `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
-    case maybe_ty of
-       BoundTo ty' -> short_out ty'                    `thenNF_Tc` \ ty' ->
-                      tcWriteMutVar box (BoundTo ty')  `thenNF_Tc_`
-                      returnNF_Tc ty'
+    go (NoteTy (FTVNote _) ty2)   = go ty2     -- Discard free-tyvar annotations
 
-       other       -> returnNF_Tc ty
+    go (NoteTy (UsgNote usg) ty2) = go ty2             `thenNF_Tc` \ ty2' ->
+                                   returnNF_Tc (NoteTy (UsgNote usg) ty2')
 
-short_out other_ty = returnNF_Tc other_ty
+    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')
+
+       -- The two interesting cases!
+    go (TyVarTy tyvar)           = zonkTyVar unbound_var_fn tyvar
+
+    go (ForAllTy tyvar ty)
+       = zonkTcTyVarToTyVar tyvar      `thenNF_Tc` \ tyvar' ->
+         go ty                         `thenNF_Tc` \ ty' ->
+         returnNF_Tc (ForAllTy tyvar' ty')
+
+
+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)
+
+  | 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
 \end{code}
 
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{tcTypeKind}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+Sadly, we need a Tc version of typeKind, that looks though mutable
+kind variables.  See the notes with Type.typeKind for the typeKindF nonsense
+
+This is pretty gruesome.
 
-Zonking
-~~~~~~~
 \begin{code}
-zonkTcTyVars :: TcTyVarSet s -> NF_TcM s (TcTyVarSet s)
-zonkTcTyVars tyvars
-  = mapNF_Tc zonkTcTyVar (tyVarSetToList tyvars)       `thenNF_Tc` \ tys ->
-    returnNF_Tc (tyVarsOfTypes tys)
-
-zonkTcTyVar :: TcTyVar s -> NF_TcM s (TcType s)
-zonkTcTyVar tyvar 
-  = tcReadTyVar tyvar          `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
-    case maybe_ty of
-       BoundTo ty@(TyVarTy tyvar') -> returnNF_Tc ty           -- tcReadTyVar never returns a bound tyvar
-       BoundTo other               -> zonkTcType other
-       other                       -> returnNF_Tc (TyVarTy tyvar)
-
-zonkTcType :: TcType s -> NF_TcM s (TcType s)
-
-zonkTcType (TyVarTy tyvar) = zonkTcTyVar tyvar
-
-zonkTcType (AppTy ty1 ty2)
-  = zonkTcType ty1             `thenNF_Tc` \ ty1' ->
-    zonkTcType ty2             `thenNF_Tc` \ ty2' ->
-    returnNF_Tc (AppTy ty1' ty2')
-
-zonkTcType (TyConTy tc u)
-  = returnNF_Tc (TyConTy tc u)
-
-zonkTcType (SynTy tc tys ty)
-  = mapNF_Tc zonkTcType tys    `thenNF_Tc` \ tys' ->
-    zonkTcType ty              `thenNF_Tc` \ ty' ->
-    returnNF_Tc (SynTy tc tys' ty')
-
-zonkTcType (ForAllTy tv ty)
-  = zonkTcTyVar tv             `thenNF_Tc` \ tv_ty ->
-    zonkTcType ty              `thenNF_Tc` \ ty' ->
-    case tv_ty of      -- Should be a tyvar!
-      TyVarTy tv' -> 
-                    returnNF_Tc (ForAllTy tv' ty')
-      _ -> --pprTrace "zonkTcType:ForAllTy:" (hsep [ppr PprDebug tv, ppr PprDebug tv_ty]) $
-          
-          returnNF_Tc (ForAllTy tv{-(tcTyVarToTyVar tv)-} ty')
-
-zonkTcType (ForAllUsageTy uv uvs ty)
-  = panic "zonk:ForAllUsageTy"
-
-zonkTcType (FunTy ty1 ty2 u)
-  = zonkTcType ty1             `thenNF_Tc` \ ty1' ->
-    zonkTcType ty2             `thenNF_Tc` \ ty2' ->
-    returnNF_Tc (FunTy ty1' ty2' u)
-
-zonkTcType (DictTy c ty u)
-  = zonkTcType ty              `thenNF_Tc` \ ty' ->
-    returnNF_Tc (DictTy c ty' u)
+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
+  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
 \end{code}