[project @ 2002-03-25 15:08:38 by simonpj]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcUnify.lhs
index a026827..03a3d81 100644 (file)
 %
 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
 %
-\section[Unify]{Unifier}
-
-The unifier is now squarely in the typechecker monad (because of the
-updatable substitution).
+\section{Type subsumption and unification}
 
 \begin{code}
-module TcUnify ( unifyTauTy, unifyTauTyList, unifyTauTyLists, 
-                unifyFunTy, unifyListTy, unifyTupleTy,
-                unifyKind, unifyKinds, unifyOpenTypeKind
- ) where
+module TcUnify (
+       -- Full-blown subsumption
+  tcSubOff, tcSubExp, tcGen, subFunTy, TcHoleType,
+  checkSigTyVars, checkSigTyVarsWrt, sigCtxt, 
+
+       -- Various unifications
+  unifyTauTy, unifyTauTyList, unifyTauTyLists, 
+  unifyFunTy, unifyListTy, unifyPArrTy, unifyTupleTy,
+  unifyKind, unifyKinds, unifyOpenTypeKind,
+
+       -- Coercions
+  Coercion, ExprCoFn, PatCoFn, 
+  (<$>), (<.>), mkCoercion, 
+  idCoercion, isIdCoercion
+
+  ) where
 
 #include "HsVersions.h"
 
--- friends: 
-import TcMonad
-import TypeRep ( Type(..), PredType(..) )  -- friend
-import Type    ( funTyCon, Kind, unboxedTypeKind, boxedTypeKind, openTypeKind, 
-                 superBoxity, typeCon, openKindCon, hasMoreBoxityInfo, 
-                 tyVarsOfType, typeKind,
-                 mkTyVarTy, mkFunTy, splitFunTy_maybe, splitTyConApp_maybe,
-                  isNotUsgTy, splitAppTy_maybe, mkTyConApp, 
-                 tidyOpenType, tidyOpenTypes, tidyTyVar
-               )
-import TyCon   ( TyCon, isTupleTyCon, tupleTyConBoxity, tyConArity )
-import Name    ( hasBetterProv )
-import Var     ( TyVar, tyVarKind, varName, isSigTyVar )
-import VarSet  ( varSetElems )
-import TcType  ( TcType, TcTauType, TcTyVar, TcKind, newBoxityVar,
-                 newTyVarTy, newTyVarTys, tcGetTyVar, tcPutTyVar, zonkTcType
-               )
-
--- others:
-import BasicTypes ( Arity, Boxity, isBoxed )
-import TysWiredIn ( listTyCon, mkListTy, mkTupleTy )
+
+import HsSyn           ( HsExpr(..) )
+import TcHsSyn         ( TypecheckedHsExpr, TcPat, mkHsLet )
+import TypeRep         ( Type(..), SourceType(..), TyNote(..),
+                         openKindCon, typeCon )
+
+import TcMonad          -- TcType, amongst others
+import TcType          ( TcKind, TcType, TcSigmaType, TcRhoType, TcTyVar, TcTauType,
+                         TcTyVarSet, TcThetaType, TyVarDetails(SigTv),
+                         isTauTy, isSigmaTy, 
+                         tcSplitAppTy_maybe, tcSplitTyConApp_maybe, 
+                         tcGetTyVar_maybe, tcGetTyVar, 
+                         mkTyConApp, mkFunTy, tyVarsOfType, mkPhiTy,
+                         typeKind, tcSplitFunTy_maybe, mkForAllTys,
+                         isHoleTyVar, isSkolemTyVar, isUserTyVar, 
+                         tidyOpenType, tidyOpenTypes, tidyOpenTyVar, tidyOpenTyVars,
+                         eqKind, openTypeKind, liftedTypeKind, isTypeKind,
+                         hasMoreBoxityInfo, tyVarBindingInfo, allDistinctTyVars
+                       )
+import qualified Type  ( getTyVar_maybe )
+import Inst            ( LIE, emptyLIE, plusLIE, 
+                         newDicts, instToId, tcInstCall
+                       )
+import TcMType         ( getTcTyVar, putTcTyVar, tcInstType, readHoleResult,
+                         newTyVarTy, newTyVarTys, newBoxityVar, newHoleTyVarTy,
+                         zonkTcType, zonkTcTyVars, zonkTcTyVarsAndFV, zonkTcTyVar )
+import TcSimplify      ( tcSimplifyCheck )
+import TysWiredIn      ( listTyCon, parrTyCon, mkListTy, mkPArrTy, mkTupleTy )
+import TcEnv           ( TcTyThing(..), tcGetGlobalTyVars, tcLEnvElts )
+import TyCon           ( tyConArity, isTupleTyCon, tupleTyConBoxity )
+import PprType         ( pprType )
+import Id              ( Id, mkSysLocal, idType )
+import Var             ( Var, varName, tyVarKind )
+import VarSet          ( emptyVarSet, unionVarSet, elemVarSet, varSetElems )
+import VarEnv
+import Name            ( isSystemName, getSrcLoc )
+import ErrUtils                ( Message )
+import BasicTypes      ( Boxity, Arity, isBoxed )
+import Util            ( equalLength )
+import Maybe           ( isNothing )
 import Outputable
 \end{code}
 
+Notes on holes
+~~~~~~~~~~~~~~
+* A hole is always filled in with an ordinary type, not another hole.
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{The Kind variants}
+\subsection{Subsumption}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
+All the tcSub calls have the form
+       
+               tcSub expected_ty offered_ty
+which checks
+               offered_ty <= expected_ty
+
+That is, that a value of type offered_ty is acceptable in
+a place expecting a value of type expected_ty.
+
+It returns a coercion function 
+       co_fn :: offered_ty -> expected_ty
+which takes an HsExpr of type offered_ty into one of type
+expected_ty.
+
 \begin{code}
-unifyKind :: TcKind                -- Expected
-         -> TcKind                 -- Actual
-         -> TcM ()
-unifyKind k1 k2 
-  = tcAddErrCtxtM (unifyCtxt "kind" k1 k2) $
-    uTys k1 k1 k2 k2
+type TcHoleType = TcSigmaType  -- Either a TcSigmaType, 
+                               -- or else a hole
 
-unifyKinds :: [TcKind] -> [TcKind] -> TcM ()
-unifyKinds []       []       = returnTc ()
-unifyKinds (k1:ks1) (k2:ks2) = unifyKind k1 k2         `thenTc_`
-                              unifyKinds ks1 ks2
-unifyKinds _ _ = panic "unifyKinds: length mis-match"
+tcSubExp :: TcHoleType  -> TcSigmaType -> TcM (ExprCoFn, LIE)
+tcSubOff :: TcSigmaType -> TcHoleType  -> TcM (ExprCoFn, LIE)
+tcSub    :: TcSigmaType -> TcSigmaType -> TcM (ExprCoFn, LIE)
 \end{code}
 
+These two check for holes
+
 \begin{code}
-unifyOpenTypeKind :: TcKind -> TcM ()  
--- Ensures that the argument kind is of the form (Type bx)
--- for some boxity bx
+tcSubExp expected_ty offered_ty
+  = checkHole expected_ty offered_ty tcSub
 
-unifyOpenTypeKind ty@(TyVarTy tyvar)
-  = tcGetTyVar tyvar   `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
+tcSubOff expected_ty offered_ty
+  = checkHole offered_ty expected_ty (\ off exp -> tcSub exp off)
+
+-- checkHole looks for a hole in its first arg; 
+-- If so, and it is uninstantiated, it fills in the hole 
+--       with its second arg
+-- Otherwise it calls thing_inside, passing the two args, looking
+-- through any instantiated hole
+
+checkHole (TyVarTy tv) other_ty thing_inside
+  | isHoleTyVar tv
+  = getTcTyVar tv      `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
     case maybe_ty of
-       Just ty' -> unifyOpenTypeKind ty'
-       other    -> unify_open_kind_help ty
+       Just ty -> thing_inside ty other_ty
+       Nothing -> putTcTyVar tv other_ty       `thenNF_Tc_`
+                  returnTc (idCoercion, emptyLIE)
 
-unifyOpenTypeKind ty
-  = case splitTyConApp_maybe ty of
-       Just (tycon, [_]) | tycon == typeCon -> returnTc ()
-       other                                -> unify_open_kind_help ty
+checkHole ty other_ty thing_inside 
+  = thing_inside ty other_ty
+\end{code}
 
-unify_open_kind_help ty        -- Revert to ordinary unification
-  = newBoxityVar       `thenNF_Tc` \ boxity ->
-    unifyKind ty (mkTyConApp typeCon [boxity])
+No holes expected now.  Add some error-check context info.
+
+\begin{code}
+tcSub expected_ty actual_ty
+  = traceTc (text "tcSub" <+> details)         `thenNF_Tc_`
+    tcAddErrCtxtM (unifyCtxt "type" expected_ty actual_ty)
+                 (tc_sub expected_ty expected_ty actual_ty actual_ty)
+  where
+    details = vcat [text "Expected:" <+> ppr expected_ty,
+                   text "Actual:  " <+> ppr actual_ty]
+\end{code}
+
+tc_sub carries the types before and after expanding type synonyms
+
+\begin{code}
+tc_sub :: TcSigmaType          -- expected_ty, before expanding synonyms
+       -> TcSigmaType          --              ..and after
+       -> TcSigmaType          -- actual_ty, before
+       -> TcSigmaType          --              ..and after
+       -> TcM (ExprCoFn, LIE)
+
+-----------------------------------
+-- Expand synonyms
+tc_sub exp_sty (NoteTy _ exp_ty) act_sty act_ty = tc_sub exp_sty exp_ty act_sty act_ty
+tc_sub exp_sty exp_ty act_sty (NoteTy _ act_ty) = tc_sub exp_sty exp_ty act_sty act_ty
+
+-----------------------------------
+-- Generalisation case
+--     actual_ty:   d:Eq b => b->b
+--     expected_ty: forall a. Ord a => a->a
+--     co_fn e      /\a. \d2:Ord a. let d = eqFromOrd d2 in e
+
+-- It is essential to do this *before* the specialisation case
+-- Example:  f :: (Eq a => a->a) -> ...
+--          g :: Ord b => b->b
+-- Consider  f g !
+
+tc_sub exp_sty expected_ty act_sty actual_ty
+  | isSigmaTy expected_ty
+  = tcGen expected_ty (tyVarsOfType actual_ty) (
+       -- It's really important to check for escape wrt the free vars of
+       -- both expected_ty *and* actual_ty
+       \ body_exp_ty -> tc_sub body_exp_ty body_exp_ty act_sty actual_ty
+    )                          `thenTc` \ (gen_fn, co_fn, lie) ->
+    returnTc (gen_fn <.> co_fn, lie)
+
+-----------------------------------
+-- Specialisation case:
+--     actual_ty:   forall a. Ord a => a->a
+--     expected_ty: Int -> Int
+--     co_fn e =    e Int dOrdInt
+
+tc_sub exp_sty expected_ty act_sty actual_ty
+  | isSigmaTy actual_ty
+  = tcInstCall Rank2Origin actual_ty           `thenNF_Tc` \ (inst_fn, lie1, body_ty) ->
+    tc_sub exp_sty expected_ty body_ty body_ty `thenTc` \ (co_fn, lie2) ->
+    returnTc (co_fn <.> mkCoercion inst_fn, lie1 `plusLIE` lie2)
+
+-----------------------------------
+-- Function case
+
+tc_sub _ (FunTy exp_arg exp_res) _ (FunTy act_arg act_res)
+  = tcSub_fun exp_arg exp_res act_arg act_res
+
+-----------------------------------
+-- Type variable meets function: imitate
+--
+-- NB 1: we can't just unify the type variable with the type
+--      because the type might not be a tau-type, and we aren't
+--      allowed to instantiate an ordinary type variable with
+--      a sigma-type
+--
+-- NB 2: can we short-cut to an error case?
+--      when the arg/res is not a tau-type?
+-- NO!  e.g.   f :: ((forall a. a->a) -> Int) -> Int
+--     then   x = (f,f)
+--     is perfectly fine!
+
+tc_sub exp_sty exp_ty@(FunTy exp_arg exp_res) _ (TyVarTy tv)
+  = ASSERT( not (isHoleTyVar tv) )
+    getTcTyVar tv      `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
+    case maybe_ty of
+       Just ty -> tc_sub exp_sty exp_ty ty ty
+       Nothing -> imitateFun tv exp_sty        `thenNF_Tc` \ (act_arg, act_res) ->
+                  tcSub_fun exp_arg exp_res act_arg act_res
+
+tc_sub _ (TyVarTy tv) act_sty act_ty@(FunTy act_arg act_res)
+  = ASSERT( not (isHoleTyVar tv) )
+    getTcTyVar tv      `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
+    case maybe_ty of
+       Just ty -> tc_sub ty ty act_sty act_ty
+       Nothing -> imitateFun tv act_sty        `thenNF_Tc` \ (exp_arg, exp_res) ->
+                  tcSub_fun exp_arg exp_res act_arg act_res
+
+-----------------------------------
+-- Unification case
+-- If none of the above match, we revert to the plain unifier
+tc_sub exp_sty expected_ty act_sty actual_ty
+  = uTys exp_sty expected_ty act_sty actual_ty `thenTc_`
+    returnTc (idCoercion, emptyLIE)
+\end{code}    
+    
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Functions}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+\begin{code}
+tcSub_fun exp_arg exp_res act_arg act_res
+  = tc_sub act_arg act_arg exp_arg exp_arg     `thenTc` \ (co_fn_arg, lie1) ->
+    tc_sub exp_res exp_res act_res act_res     `thenTc` \ (co_fn_res, lie2) ->
+    tcGetUnique                                        `thenNF_Tc` \ uniq ->
+    let
+       -- co_fn_arg :: HsExpr exp_arg -> HsExpr act_arg
+       -- co_fn_res :: HsExpr act_res -> HsExpr exp_res
+       -- co_fn     :: HsExpr (act_arg -> act_res) -> HsExpr (exp_arg -> exp_res)
+       arg_id = mkSysLocal FSLIT("sub") uniq exp_arg
+       coercion | isIdCoercion co_fn_arg,
+                  isIdCoercion co_fn_res = idCoercion
+                | otherwise              = mkCoercion co_fn
+
+       co_fn e = DictLam [arg_id] 
+                    (co_fn_res <$> (HsApp e (co_fn_arg <$> (HsVar arg_id))))
+               -- Slight hack; using a "DictLam" to get an ordinary simple lambda
+               --      HsVar arg_id :: HsExpr exp_arg
+               --      co_fn_arg $it :: HsExpr act_arg
+               --      HsApp e $it   :: HsExpr act_res
+               --      co_fn_res $it :: HsExpr exp_res
+    in
+    returnTc (coercion, lie1 `plusLIE` lie2)
+
+imitateFun :: TcTyVar -> TcType -> NF_TcM (TcType, TcType)
+imitateFun tv ty
+  = ASSERT( not (isHoleTyVar tv) )
+       -- NB: tv is an *ordinary* tyvar and so are the new ones
+
+       -- Check that tv isn't a type-signature type variable
+       -- (This would be found later in checkSigTyVars, but
+       --  we get a better error message if we do it here.)
+    checkTcM (not (isSkolemTyVar tv))
+            (failWithTcM (unifyWithSigErr tv ty))      `thenTc_`
+
+    newTyVarTy openTypeKind            `thenNF_Tc` \ arg ->
+    newTyVarTy openTypeKind            `thenNF_Tc` \ res ->
+    putTcTyVar tv (mkFunTy arg res)    `thenNF_Tc_`
+    returnNF_Tc (arg,res)
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
+\subsection{Generalisation}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+\begin{code}
+tcGen :: TcSigmaType                           -- expected_ty
+      -> TcTyVarSet                            -- Extra tyvars that the universally
+                                               --      quantified tyvars of expected_ty
+                                               --      must not be unified
+      -> (TcRhoType -> TcM (result, LIE))      -- spec_ty
+      -> TcM (ExprCoFn, result, LIE)
+       -- The expression has type: spec_ty -> expected_ty
+
+tcGen expected_ty extra_tvs thing_inside       -- We expect expected_ty to be a forall-type
+                                               -- If not, the call is a no-op
+  = tcInstType SigTv expected_ty       `thenNF_Tc` \ (forall_tvs, theta, phi_ty) ->
+
+       -- Type-check the arg and unify with poly type
+    thing_inside phi_ty                        `thenTc` \ (result, lie) ->
+
+       -- Check that the "forall_tvs" havn't been constrained
+       -- The interesting bit here is that we must include the free variables
+       -- of the expected_ty.  Here's an example:
+       --       runST (newVar True)
+       -- Here, if we don't make a check, we'll get a type (ST s (MutVar s Bool))
+       -- for (newVar True), with s fresh.  Then we unify with the runST's arg type
+       -- forall s'. ST s' a. That unifies s' with s, and a with MutVar s Bool.
+       -- So now s' isn't unconstrained because it's linked to a.
+       -- Conclusion: include the free vars of the expected_ty in the
+       -- list of "free vars" for the signature check.
+
+    newDicts SignatureOrigin theta                     `thenNF_Tc` \ dicts ->
+    tcSimplifyCheck sig_msg forall_tvs dicts lie       `thenTc` \ (free_lie, inst_binds) ->
+    checkSigTyVarsWrt free_tvs forall_tvs              `thenTc` \ zonked_tvs ->
+
+    let
+           -- This HsLet binds any Insts which came out of the simplification.
+           -- It's a bit out of place here, but using AbsBind involves inventing
+           -- a couple of new names which seems worse.
+       dict_ids = map instToId dicts
+       co_fn e  = TyLam zonked_tvs (DictLam dict_ids (mkHsLet inst_binds e))
+    in
+    returnTc (mkCoercion co_fn, result, free_lie)
+  where
+    free_tvs = tyVarsOfType expected_ty `unionVarSet` extra_tvs
+    sig_msg  = ptext SLIT("When generalising the type of an expression")
+\end{code}    
+
+    
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Coercion functions}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+\begin{code}
+type Coercion a = Maybe (a -> a)
+       -- Nothing => identity fn
+
+type ExprCoFn = Coercion TypecheckedHsExpr
+type PatCoFn  = Coercion TcPat
+
+(<.>) :: Coercion a -> Coercion a -> Coercion a        -- Composition
+Nothing <.> Nothing = Nothing
+Nothing <.> Just f  = Just f
+Just f  <.> Nothing = Just f
+Just f1 <.> Just f2 = Just (f1 . f2)
+
+(<$>) :: Coercion a -> a -> a
+Just f  <$> e = f e
+Nothing <$> e = e
+
+mkCoercion :: (a -> a) -> Coercion a
+mkCoercion f = Just f
+
+idCoercion :: Coercion a
+idCoercion = Nothing
+
+isIdCoercion :: Coercion a -> Bool
+isIdCoercion = isNothing
+\end{code}
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
 \subsection[Unify-exported]{Exported unification functions}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
@@ -96,7 +375,11 @@ Unify two @TauType@s.  Dead straightforward.
 \begin{code}
 unifyTauTy :: TcTauType -> TcTauType -> TcM ()
 unifyTauTy ty1 ty2     -- ty1 expected, ty2 inferred
-  = tcAddErrCtxtM (unifyCtxt "type" ty1 ty2) $
+  =    -- The unifier should only ever see tau-types 
+       -- (no quantification whatsoever)
+    ASSERT2( isTauTy ty1, ppr ty1 )
+    ASSERT2( isTauTy ty2, ppr ty2 )
+    tcAddErrCtxtM (unifyCtxt "type" ty1 ty2) $
     uTys ty1 ty1 ty2 ty2
 \end{code}
 
@@ -148,9 +431,9 @@ uTys :: TcTauType -> TcTauType      -- Error reporting ty1 and real ty1
      -> TcM ()
 
        -- Always expand synonyms (see notes at end)
-        -- (this also throws away FTVs and usage annots)
-uTys ps_ty1 (NoteTy _ ty1) ps_ty2 ty2 = uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 ty2
-uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 (NoteTy _ ty2) = uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 ty2
+        -- (this also throws away FTVs)
+uTys ps_ty1 (NoteTy n1 ty1) ps_ty2 ty2 = uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 ty2
+uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 (NoteTy n2 ty2) = uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 ty2
 
        -- Variables; go for uVar
 uTys ps_ty1 (TyVarTy tyvar1) ps_ty2 ty2 = uVar False tyvar1 ps_ty2 ty2
@@ -158,10 +441,12 @@ uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 (TyVarTy tyvar2) = uVar True  tyvar2 ps_ty1 ty1
                                        -- "True" means args swapped
 
        -- Predicates
-uTys _ (PredTy (IParam n1 t1)) _ (PredTy (IParam n2 t2))
+uTys _ (SourceTy (IParam n1 t1)) _ (SourceTy (IParam n2 t2))
   | n1 == n2 = uTys t1 t1 t2 t2
-uTys _ (PredTy (Class c1 tys1)) _ (PredTy (Class c2 tys2))
+uTys _ (SourceTy (ClassP c1 tys1)) _ (SourceTy (ClassP c2 tys2))
   | c1 == c2 = unifyTauTyLists tys1 tys2
+uTys _ (SourceTy (NType tc1 tys1)) _ (SourceTy (NType tc2 tys2))
+  | tc1 == tc2 = unifyTauTyLists tys1 tys2
 
        -- Functions; just check the two parts
 uTys _ (FunTy fun1 arg1) _ (FunTy fun2 arg2)
@@ -169,7 +454,7 @@ uTys _ (FunTy fun1 arg1) _ (FunTy fun2 arg2)
 
        -- Type constructors must match
 uTys ps_ty1 (TyConApp con1 tys1) ps_ty2 (TyConApp con2 tys2)
-  | con1 == con2 && length tys1 == length tys2
+  | con1 == con2 && equalLength tys1 tys2
   = unifyTauTyLists tys1 tys2
 
   | con1 == openKindCon
@@ -183,14 +468,14 @@ uTys ps_ty1 (TyConApp con1 tys1) ps_ty2 (TyConApp con2 tys2)
        -- 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
 uTys ps_ty1 (AppTy s1 t1) ps_ty2 ty2
-  = case splitAppTy_maybe ty2 of
+  = case tcSplitAppTy_maybe ty2 of
        Just (s2,t2) -> uTys s1 s1 s2 s2        `thenTc_`    uTys t1 t1 t2 t2
        Nothing      -> unifyMisMatch ps_ty1 ps_ty2
 
        -- Now the same, but the other way round
        -- Don't swap the types, because the error messages get worse
 uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 (AppTy s2 t2)
-  = case splitAppTy_maybe ty1 of
+  = case tcSplitAppTy_maybe ty1 of
        Just (s1,t1) -> uTys s1 s1 s2 s2        `thenTc_`    uTys t1 t1 t2 t2
        Nothing      -> unifyMisMatch ps_ty1 ps_ty2
 
@@ -202,20 +487,21 @@ uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 (AppTy s2 t2)
 uTys ps_ty1 ty1 ps_ty2 ty2  = unifyMisMatch ps_ty1 ps_ty2
 \end{code}
 
+
 Notes on synonyms
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
 If you are tempted to make a short cut on synonyms, as in this
 pseudocode...
 
 \begin{verbatim}
-uTys (SynTy con1 args1 ty1) (SynTy con2 args2 ty2)
-  = if (con1 == con2) then
-       -- Good news!  Same synonym constructors, so we can shortcut
-       -- by unifying their arguments and ignoring their expansions.
-       unifyTauTypeLists args1 args2
-    else
-       -- Never mind.  Just expand them and try again
-       uTys ty1 ty2
+-- NO  uTys (SynTy con1 args1 ty1) (SynTy con2 args2 ty2)
+-- NO     = if (con1 == con2) then
+-- NO  -- Good news!  Same synonym constructors, so we can shortcut
+-- NO  -- by unifying their arguments and ignoring their expansions.
+-- NO  unifyTauTypeLists args1 args2
+-- NO    else
+-- NO  -- Never mind.  Just expand them and try again
+-- NO  uTys ty1 ty2
 \end{verbatim}
 
 then THINK AGAIN.  Here is the whole story, as detected and reported
@@ -273,14 +559,15 @@ uVar :: Bool              -- False => tyvar is the "expected"
      -> TcM ()
 
 uVar swapped tv1 ps_ty2 ty2
-  = tcGetTyVar tv1     `thenNF_Tc` \ maybe_ty1 ->
+  = traceTc (text "uVar" <+> ppr swapped <+> ppr tv1 <+> (ppr ps_ty2 $$ ppr ty2))      `thenNF_Tc_`
+    getTcTyVar tv1     `thenNF_Tc` \ maybe_ty1 ->
     case maybe_ty1 of
        Just ty1 | swapped   -> uTys ps_ty2 ty2 ty1 ty1 -- Swap back
                 | otherwise -> uTys ty1 ty1 ps_ty2 ty2 -- Same order
        other       -> uUnboundVar swapped tv1 maybe_ty1 ps_ty2 ty2
 
-       -- Expand synonyms; ignore FTVs; ignore usage annots
-uUnboundVar swapped tv1 maybe_ty1 ps_ty2 (NoteTy _ ty2)
+       -- Expand synonyms; ignore FTVs
+uUnboundVar swapped tv1 maybe_ty1 ps_ty2 (NoteTy n2 ty2)
   = uUnboundVar swapped tv1 maybe_ty1 ps_ty2 ty2
 
 
@@ -294,87 +581,65 @@ uUnboundVar swapped tv1 maybe_ty1 ps_ty2 ty2@(TyVarTy tv2)
        -- Distinct type variables
        -- ASSERT maybe_ty1 /= Just
   | otherwise
-  = tcGetTyVar tv2     `thenNF_Tc` \ maybe_ty2 ->
+  = getTcTyVar tv2     `thenNF_Tc` \ maybe_ty2 ->
     case maybe_ty2 of
        Just ty2' -> uUnboundVar swapped tv1 maybe_ty1 ty2' ty2'
 
-       Nothing | tv1_dominates_tv2 
+       Nothing | update_tv2
 
                -> WARN( not (k1 `hasMoreBoxityInfo` k2), (ppr tv1 <+> ppr k1) $$ (ppr tv2 <+> ppr k2) )
-                  tcPutTyVar tv2 (TyVarTy tv1)         `thenNF_Tc_`
+                  putTcTyVar tv2 (TyVarTy tv1)         `thenNF_Tc_`
                   returnTc ()
                |  otherwise
 
                -> WARN( not (k2 `hasMoreBoxityInfo` k1), (ppr tv2 <+> ppr k2) $$ (ppr tv1 <+> ppr k1) )
-                   (ASSERT( isNotUsgTy ps_ty2 )
-                   tcPutTyVar tv1 ps_ty2               `thenNF_Tc_`
-                   returnTc ())
+                   putTcTyVar tv1 ps_ty2               `thenNF_Tc_`
+                  returnTc ()
   where
     k1 = tyVarKind tv1
     k2 = tyVarKind tv2
-    tv1_dominates_tv2 =    isSigTyVar tv1 
+    update_tv2 = (k2 `eqKind` openTypeKind) || (not (k1 `eqKind` openTypeKind) && nicer_to_update_tv2)
+                       -- Try to get rid of open type variables as soon as poss
+
+    nicer_to_update_tv2 =  isUserTyVar tv1
                                -- Don't unify a signature type variable if poss
-                       || k2 == openTypeKind
-                               -- Try to get rid of open type variables as soon as poss
-                       || varName tv1 `hasBetterProv` varName tv2 
+                       || isSystemName (varName tv2)
                                -- Try to update sys-y type variables in preference to sig-y ones
 
        -- Second one isn't a type variable
 uUnboundVar swapped tv1 maybe_ty1 ps_ty2 non_var_ty2
-  = checkKinds swapped tv1 non_var_ty2                 `thenTc_`
-    occur_check non_var_ty2                            `thenTc_`
-    ASSERT( isNotUsgTy ps_ty2 )
-    checkTcM (not (isSigTyVar tv1))
+  =    -- Check that tv1 isn't a type-signature type variable
+    checkTcM (not (isSkolemTyVar tv1))
             (failWithTcM (unifyWithSigErr tv1 ps_ty2)) `thenTc_`
 
-    warnTc (not (typeKind non_var_ty2 `hasMoreBoxityInfo` tyVarKind tv1))
-          ((ppr tv1 <+> ppr (tyVarKind tv1)) $$ 
-            (ppr non_var_ty2 <+> ppr (typeKind non_var_ty2)))          `thenNF_Tc_` 
-
-    tcPutTyVar tv1 non_var_ty2                         `thenNF_Tc_`
-       -- This used to say "ps_ty2" instead of "non_var_ty2"
-
-       -- But that led to an infinite loop in the type checker!
-       -- Consider 
-       --      type A a = ()
-       --
-       --      f :: (A a -> a -> ()) -> ()
-       --      f = \ _ -> ()
-       --
-       --      x :: ()
-       --      x = f (\ x p -> p x)
-       --
-       -- Here, we try to match "t" with "A t", and succeed
-       -- because the unifier looks through synonyms.  The occurs
-       -- check doesn't kick in because we are "really" binding "t" to "()",
-       -- but we *actually* bind "t" to "A t" if we store ps_ty2.
-       -- That leads the typechecker into an infinite loop later.
-
-    returnTc ()
-  where
-    occur_check ty = mapTc occur_check_tv (varSetElems (tyVarsOfType ty))      `thenTc_`
-                    returnTc ()
+       -- Do the occurs check, and check that we are not
+       -- unifying a type variable with a polytype
+       -- Returns a zonked type ready for the update
+    checkValue tv1 ps_ty2 non_var_ty2  `thenTc` \ ty2 ->
 
-    occur_check_tv tv2
-       | tv1 == tv2            -- Same tyvar; fail
-       = zonkTcType ps_ty2     `thenNF_Tc` \ zonked_ty2 ->
-        failWithTcM (unifyOccurCheck tv1 zonked_ty2)
+       -- Check that the kinds match
+    checkKinds swapped tv1 ty2         `thenTc_`
 
-       | otherwise             -- A different tyvar
-       = tcGetTyVar tv2        `thenNF_Tc` \ maybe_ty2 ->
-        case maybe_ty2 of
-               Just ty2' -> occur_check ty2'
-               other     -> returnTc ()
+       -- Perform the update
+    putTcTyVar tv1 ty2                 `thenNF_Tc_`
+    returnTc ()
+\end{code}
 
+\begin{code}
 checkKinds swapped tv1 ty2
 -- We're about to unify a type variable tv1 with a non-tyvar-type ty2.
--- We need to check that we don't unify a boxed type variable with an
--- unboxed type: e.g.  (id 3#) is illegal
-  | tk1 == boxedTypeKind && tk2 == unboxedTypeKind
+-- ty2 has been zonked at this stage, which ensures that
+-- its kind has as much boxity information visible as possible.
+  | tk2 `hasMoreBoxityInfo` tk1 = returnTc ()
+
+  | otherwise
+       -- Either the kinds aren't compatible
+       --      (can happen if we unify (a b) with (c d))
+       -- or we are unifying a lifted type variable with an
+       --      unlifted type: e.g.  (id 3#) is illegal
   = tcAddErrCtxtM (unifyKindCtxt swapped tv1 ty2)      $
     unifyMisMatch k1 k2
-  | otherwise
-  = returnTc ()
+
   where
     (k1,k2) | swapped   = (tk2,tk1)
            | otherwise = (tk1,tk2)
@@ -382,6 +647,77 @@ checkKinds swapped tv1 ty2
     tk2 = typeKind ty2
 \end{code}
 
+\begin{code}
+checkValue tv1 ps_ty2 non_var_ty2
+-- Do the occurs check, and check that we are not
+-- unifying a type variable with a polytype
+-- Return the type to update the type variable with, or fail
+
+-- Basically we want to update     tv1 := ps_ty2
+-- because ps_ty2 has type-synonym info, which improves later error messages
+-- 
+-- But consider 
+--     type A a = ()
+--
+--     f :: (A a -> a -> ()) -> ()
+--     f = \ _ -> ()
+--
+--     x :: ()
+--     x = f (\ x p -> p x)
+--
+-- In the application (p x), we try to match "t" with "A t".  If we go
+-- ahead and bind t to A t (= ps_ty2), we'll lead the type checker into 
+-- an infinite loop later.
+-- But we should not reject the program, because A t = ().
+-- Rather, we should bind t to () (= non_var_ty2).
+-- 
+-- That's why we have this two-state occurs-check
+  = zonkTcType ps_ty2                  `thenNF_Tc` \ ps_ty2' ->
+    case okToUnifyWith tv1 ps_ty2' of {
+       Nothing -> returnTc ps_ty2' ;   -- Success
+       other ->
+
+    zonkTcType non_var_ty2             `thenNF_Tc` \ non_var_ty2' ->
+    case okToUnifyWith tv1 non_var_ty2' of
+       Nothing ->      -- This branch rarely succeeds, except in strange cases
+                       -- like that in the example above
+                   returnTc non_var_ty2'
+
+       Just problem -> failWithTcM (unifyCheck problem tv1 ps_ty2')
+    }
+
+data Problem = OccurCheck | NotMonoType
+
+okToUnifyWith :: TcTyVar -> TcType -> Maybe Problem
+-- (okToUnifyWith tv ty) checks whether it's ok to unify
+--     tv :=: ty
+-- Nothing => ok
+-- Just p  => not ok, problem p
+
+okToUnifyWith tv ty
+  = ok ty
+  where
+    ok (TyVarTy tv') | tv == tv' = Just OccurCheck
+                    | otherwise = Nothing
+    ok (AppTy t1 t2)                   = ok t1 `and` ok t2
+    ok (FunTy t1 t2)                   = ok t1 `and` ok t2
+    ok (TyConApp _ ts)                 = oks ts
+    ok (ForAllTy _ _)                  = Just NotMonoType
+    ok (SourceTy st)                   = ok_st st
+    ok (NoteTy (FTVNote _) t)   = ok t
+    ok (NoteTy (SynNote t1) t2) = ok t1 `and` ok t2
+               -- Type variables may be free in t1 but not t2
+               -- A forall may be in t2 but not t1
+
+    oks ts = foldr (and . ok) Nothing ts
+
+    ok_st (ClassP _ ts) = oks ts
+    ok_st (IParam _ t)  = ok t
+    ok_st (NType _ ts)  = oks ts
+
+    Nothing `and` m = m
+    Just p  `and` m = Just p
+\end{code}
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
@@ -389,20 +725,62 @@ checkKinds swapped tv1 ty2
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-@unifyFunTy@ is used to avoid the fruitless creation of type variables.
+@subFunTy@ and @unifyFunTy@ is used to avoid the fruitless 
+creation of type variables.
+
+* subFunTy is used when we might be faced with a "hole" type variable,
+  in which case we should create two new holes. 
+
+* unifyFunTy is used when we expect to encounter only "ordinary" 
+  type variables, so we should create new ordinary type variables
 
 \begin{code}
-unifyFunTy :: TcType                           -- Fail if ty isn't a function type
+subFunTy :: TcHoleType -- Fail if ty isn't a function type
+                       -- If it's a hole, make two holes, feed them to...
+        -> (TcHoleType -> TcHoleType -> TcM a) -- the thing inside
+        -> TcM a       -- and bind the function type to the hole
+
+subFunTy ty@(TyVarTy tyvar) thing_inside
+  | isHoleTyVar tyvar
+  =    -- This is the interesting case
+    getTcTyVar tyvar   `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
+    case maybe_ty of {
+       Just ty' -> subFunTy ty' thing_inside ;
+       Nothing  -> 
+
+    newHoleTyVarTy             `thenNF_Tc` \ arg_ty ->
+    newHoleTyVarTy             `thenNF_Tc` \ res_ty ->
+
+       -- Do the business
+    thing_inside arg_ty res_ty `thenTc` \ answer ->
+
+       -- Extract the answers
+    readHoleResult arg_ty      `thenNF_Tc` \ arg_ty' ->
+    readHoleResult res_ty      `thenNF_Tc` \ res_ty' ->
+
+       -- Write the answer into the incoming hole
+    putTcTyVar tyvar (mkFunTy arg_ty' res_ty') `thenNF_Tc_` 
+
+       -- And return the answer
+    returnTc answer }
+
+subFunTy ty thing_inside
+  = unifyFunTy ty      `thenTc` \ (arg,res) ->
+    thing_inside arg res
+
+                
+unifyFunTy :: TcRhoType                        -- Fail if ty isn't a function type
           -> TcM (TcType, TcType)      -- otherwise return arg and result types
 
 unifyFunTy ty@(TyVarTy tyvar)
-  = tcGetTyVar tyvar   `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
+  = ASSERT( not (isHoleTyVar tyvar) )
+    getTcTyVar tyvar   `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
     case maybe_ty of
        Just ty' -> unifyFunTy ty'
-       other       -> unify_fun_ty_help ty
+       Nothing  -> unify_fun_ty_help ty
 
 unifyFunTy ty
-  = case splitFunTy_maybe ty of
+  = case tcSplitFunTy_maybe ty of
        Just arg_and_res -> returnTc arg_and_res
        Nothing          -> unify_fun_ty_help ty
 
@@ -418,32 +796,52 @@ unifyListTy :: TcType              -- expected list type
            -> TcM TcType      -- list element type
 
 unifyListTy ty@(TyVarTy tyvar)
-  = tcGetTyVar tyvar   `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
+  = getTcTyVar tyvar   `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
     case maybe_ty of
        Just ty' -> unifyListTy ty'
-       other       -> unify_list_ty_help ty
+       other    -> unify_list_ty_help ty
 
 unifyListTy ty
-  = case splitTyConApp_maybe ty of
+  = case tcSplitTyConApp_maybe ty of
        Just (tycon, [arg_ty]) | tycon == listTyCon -> returnTc arg_ty
        other                                       -> unify_list_ty_help ty
 
 unify_list_ty_help ty  -- Revert to ordinary unification
-  = newTyVarTy boxedTypeKind           `thenNF_Tc` \ elt_ty ->
+  = newTyVarTy liftedTypeKind          `thenNF_Tc` \ elt_ty ->
     unifyTauTy ty (mkListTy elt_ty)    `thenTc_`
     returnTc elt_ty
+
+-- variant for parallel arrays
+--
+unifyPArrTy :: TcType              -- expected list type
+           -> TcM TcType          -- list element type
+
+unifyPArrTy ty@(TyVarTy tyvar)
+  = getTcTyVar tyvar   `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
+    case maybe_ty of
+      Just ty' -> unifyPArrTy ty'
+      _        -> unify_parr_ty_help ty
+unifyPArrTy ty
+  = case tcSplitTyConApp_maybe ty of
+      Just (tycon, [arg_ty]) | tycon == parrTyCon -> returnTc arg_ty
+      _                                          -> unify_parr_ty_help ty
+
+unify_parr_ty_help ty  -- Revert to ordinary unification
+  = newTyVarTy liftedTypeKind          `thenNF_Tc` \ elt_ty ->
+    unifyTauTy ty (mkPArrTy elt_ty)    `thenTc_`
+    returnTc elt_ty
 \end{code}
 
 \begin{code}
 unifyTupleTy :: Boxity -> Arity -> TcType -> TcM [TcType]
 unifyTupleTy boxity arity ty@(TyVarTy tyvar)
-  = tcGetTyVar tyvar   `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
+  = getTcTyVar tyvar   `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
     case maybe_ty of
        Just ty' -> unifyTupleTy boxity arity ty'
        other    -> unify_tuple_ty_help boxity arity ty
 
 unifyTupleTy boxity arity ty
-  = case splitTyConApp_maybe ty of
+  = case tcSplitTyConApp_maybe ty of
        Just (tycon, arg_tys)
                |  isTupleTyCon tycon 
                && tyConArity tycon == arity
@@ -456,13 +854,55 @@ unify_tuple_ty_help boxity arity ty
     unifyTauTy ty (mkTupleTy boxity arity arg_tys)     `thenTc_`
     returnTc arg_tys
   where
-    kind | isBoxed boxity = boxedTypeKind
+    kind | isBoxed boxity = liftedTypeKind
         | otherwise      = openTypeKind
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
+\subsection{Kind unification}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+\begin{code}
+unifyKind :: TcKind                -- Expected
+         -> TcKind                 -- Actual
+         -> TcM ()
+unifyKind k1 k2 
+  = tcAddErrCtxtM (unifyCtxt "kind" k1 k2) $
+    uTys k1 k1 k2 k2
+
+unifyKinds :: [TcKind] -> [TcKind] -> TcM ()
+unifyKinds []       []       = returnTc ()
+unifyKinds (k1:ks1) (k2:ks2) = unifyKind k1 k2         `thenTc_`
+                              unifyKinds ks1 ks2
+unifyKinds _ _ = panic "unifyKinds: length mis-match"
+\end{code}
+
+\begin{code}
+unifyOpenTypeKind :: TcKind -> TcM ()  
+-- Ensures that the argument kind is of the form (Type bx)
+-- for some boxity bx
+
+unifyOpenTypeKind ty@(TyVarTy tyvar)
+  = getTcTyVar tyvar   `thenNF_Tc` \ maybe_ty ->
+    case maybe_ty of
+       Just ty' -> unifyOpenTypeKind ty'
+       other    -> unify_open_kind_help ty
+
+unifyOpenTypeKind ty
+  | isTypeKind ty = returnTc ()
+  | otherwise     = unify_open_kind_help ty
+
+unify_open_kind_help ty        -- Revert to ordinary unification
+  = newBoxityVar       `thenNF_Tc` \ boxity ->
+    unifyKind ty (mkTyConApp typeCon [boxity])
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
 \subsection[Unify-context]{Errors and contexts}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
@@ -495,7 +935,7 @@ unifyKindCtxt swapped tv1 ty2 tidy_env      -- not swapped => tv1 expected, ty2 infer
            where
              (pp_expected, pp_actual) | swapped   = (pp2, pp1)
                                       | otherwise = (pp1, pp2)
-             (env1, tv1') = tidyTyVar tidy_env tv1
+             (env1, tv1') = tidyOpenTyVar tidy_env tv1
              (env2, ty2') = tidyOpenType  env1 ty2
              pp1 = ppr tv1'
              pp2 = ppr ty2'
@@ -516,14 +956,252 @@ unifyWithSigErr tyvar ty
   = (env2, hang (ptext SLIT("Cannot unify the type-signature variable") <+> quotes (ppr tidy_tyvar))
              4 (ptext SLIT("with the type") <+> quotes (ppr tidy_ty)))
   where
-    (env1, tidy_tyvar) = tidyTyVar emptyTidyEnv tyvar
-    (env2, tidy_ty)    = tidyOpenType  env1     ty
+    (env1, tidy_tyvar) = tidyOpenTyVar emptyTidyEnv tyvar
+    (env2, tidy_ty)    = tidyOpenType  env1         ty
 
-unifyOccurCheck tyvar ty
-  = (env2, hang (ptext SLIT("Occurs check: cannot construct the infinite type:"))
+unifyCheck problem tyvar ty
+  = (env2, hang msg
              4 (sep [ppr tidy_tyvar, char '=', ppr tidy_ty]))
   where
-    (env1, tidy_tyvar) = tidyTyVar emptyTidyEnv tyvar
-    (env2, tidy_ty)    = tidyOpenType  env1     ty
+    (env1, tidy_tyvar) = tidyOpenTyVar emptyTidyEnv tyvar
+    (env2, tidy_ty)    = tidyOpenType  env1         ty
+
+    msg = case problem of
+           OccurCheck  -> ptext SLIT("Occurs check: cannot construct the infinite type:")
+           NotMonoType -> ptext SLIT("Cannot unify a type variable with a type scheme:")
 \end{code}
 
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Checking signature type variables}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+@checkSigTyVars@ is used after the type in a type signature has been unified with
+the actual type found.  It then checks that the type variables of the type signature
+are
+       (a) Still all type variables
+               eg matching signature [a] against inferred type [(p,q)]
+               [then a will be unified to a non-type variable]
+
+       (b) Still all distinct
+               eg matching signature [(a,b)] against inferred type [(p,p)]
+               [then a and b will be unified together]
+
+       (c) Not mentioned in the environment
+               eg the signature for f in this:
+
+                       g x = ... where
+                                       f :: a->[a]
+                                       f y = [x,y]
+
+               Here, f is forced to be monorphic by the free occurence of x.
+
+       (d) Not (unified with another type variable that is) in scope.
+               eg f x :: (r->r) = (\y->y) :: forall a. a->r
+           when checking the expression type signature, we find that
+           even though there is nothing in scope whose type mentions r,
+           nevertheless the type signature for the expression isn't right.
+
+           Another example is in a class or instance declaration:
+               class C a where
+                  op :: forall b. a -> b
+                  op x = x
+           Here, b gets unified with a
+
+Before doing this, the substitution is applied to the signature type variable.
+
+We used to have the notion of a "DontBind" type variable, which would
+only be bound to itself or nothing.  Then points (a) and (b) were 
+self-checking.  But it gave rise to bogus consequential error messages.
+For example:
+
+   f = (*)     -- Monomorphic
+
+   g :: Num a => a -> a
+   g x = f x x
+
+Here, we get a complaint when checking the type signature for g,
+that g isn't polymorphic enough; but then we get another one when
+dealing with the (Num x) context arising from f's definition;
+we try to unify x with Int (to default it), but find that x has already
+been unified with the DontBind variable "a" from g's signature.
+This is really a problem with side-effecting unification; we'd like to
+undo g's effects when its type signature fails, but unification is done
+by side effect, so we can't (easily).
+
+So we revert to ordinary type variables for signatures, and try to
+give a helpful message in checkSigTyVars.
+
+\begin{code}
+checkSigTyVars :: [TcTyVar] -> TcM [TcTyVar]
+checkSigTyVars sig_tvs = check_sig_tyvars emptyVarSet sig_tvs
+
+checkSigTyVarsWrt :: TcTyVarSet -> [TcTyVar] -> TcM [TcTyVar]
+checkSigTyVarsWrt extra_tvs sig_tvs
+  = zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems extra_tvs)  `thenNF_Tc` \ extra_tvs' ->
+    check_sig_tyvars extra_tvs' sig_tvs
+
+check_sig_tyvars
+       :: TcTyVarSet           -- Global type variables. The universally quantified
+                               --      tyvars should not mention any of these
+                               --      Guaranteed already zonked.
+       -> [TcTyVar]            -- Universally-quantified type variables in the signature
+                               --      Not guaranteed zonked.
+       -> TcM [TcTyVar]        -- Zonked signature type variables
+
+check_sig_tyvars extra_tvs []
+  = returnTc []
+check_sig_tyvars extra_tvs sig_tvs 
+  = zonkTcTyVars sig_tvs       `thenNF_Tc` \ sig_tys ->
+    tcGetGlobalTyVars          `thenNF_Tc` \ gbl_tvs ->
+    let
+       env_tvs = gbl_tvs `unionVarSet` extra_tvs
+    in
+    checkTcM (allDistinctTyVars sig_tys env_tvs)
+            (complain sig_tys env_tvs)         `thenTc_`
+
+    returnTc (map (tcGetTyVar "checkSigTyVars") sig_tys)
+
+  where
+    complain sig_tys globals
+      = -- "check" checks each sig tyvar in turn
+        foldlNF_Tc check
+                  (env2, emptyVarEnv, [])
+                  (tidy_tvs `zip` tidy_tys)    `thenNF_Tc` \ (env3, _, msgs) ->
+
+        failWithTcM (env3, main_msg $$ nest 4 (vcat msgs))
+      where
+       (env1, tidy_tvs) = tidyOpenTyVars emptyTidyEnv sig_tvs
+       (env2, tidy_tys) = tidyOpenTypes  env1         sig_tys
+
+       main_msg = ptext SLIT("Inferred type is less polymorphic than expected")
+
+       check (tidy_env, acc, msgs) (sig_tyvar,ty)
+               -- sig_tyvar is from the signature;
+               -- ty is what you get if you zonk sig_tyvar and then tidy it
+               --
+               -- acc maps a zonked type variable back to a signature type variable
+         = case tcGetTyVar_maybe ty of {
+             Nothing ->                        -- Error (a)!
+                       returnNF_Tc (tidy_env, acc, unify_msg sig_tyvar (quotes (ppr ty)) : msgs) ;
+
+             Just tv ->
+
+           case lookupVarEnv acc tv of {
+               Just sig_tyvar' ->      -- Error (b)!
+                       returnNF_Tc (tidy_env, acc, unify_msg sig_tyvar thing : msgs)
+                   where
+                       thing = ptext SLIT("another quantified type variable") <+> quotes (ppr sig_tyvar')
+
+             ; Nothing ->
+
+           if tv `elemVarSet` globals  -- Error (c) or (d)! Type variable escapes
+                                       -- The least comprehensible, so put it last
+                       -- Game plan: 
+                       --       get the local TcIds and TyVars from the environment,
+                       --       and pass them to find_globals (they might have tv free)
+           then   tcGetEnv                                     `thenNF_Tc` \ ve ->
+                  find_globals tv tidy_env  (tcLEnvElts ve)    `thenNF_Tc` \ (tidy_env1, globs) ->
+                  returnNF_Tc (tidy_env1, acc, escape_msg sig_tyvar tv globs : msgs)
+
+           else        -- All OK
+           returnNF_Tc (tidy_env, extendVarEnv acc tv sig_tyvar, msgs)
+           }}
+\end{code}
+
+
+\begin{code}
+-----------------------
+-- find_globals looks at the value environment and finds values
+-- whose types mention the offending type variable.  It has to be 
+-- careful to zonk the Id's type first, so it has to be in the monad.
+-- We must be careful to pass it a zonked type variable, too.
+
+find_globals :: Var 
+             -> TidyEnv 
+             -> [TcTyThing] 
+             -> NF_TcM (TidyEnv, [SDoc])
+
+find_globals tv tidy_env things
+  = go tidy_env [] things
+  where
+    go tidy_env acc [] = returnNF_Tc (tidy_env, acc)
+    go tidy_env acc (thing : things)
+      = find_thing ignore_it tidy_env thing    `thenNF_Tc` \ (tidy_env1, maybe_doc) ->
+       case maybe_doc of
+         Just d  -> go tidy_env1 (d:acc) things
+         Nothing -> go tidy_env1 acc     things
+
+    ignore_it ty = not (tv `elemVarSet` tyVarsOfType ty)
+
+-----------------------
+find_thing ignore_it tidy_env (ATcId id)
+  = zonkTcType  (idType id)    `thenNF_Tc` \ id_ty ->
+    if ignore_it id_ty then
+       returnNF_Tc (tidy_env, Nothing)
+    else let
+       (tidy_env', tidy_ty) = tidyOpenType tidy_env id_ty
+       msg = sep [ppr id <+> dcolon <+> ppr tidy_ty, 
+                  nest 2 (parens (ptext SLIT("bound at") <+>
+                                  ppr (getSrcLoc id)))]
+    in
+    returnNF_Tc (tidy_env', Just msg)
+
+find_thing ignore_it tidy_env (ATyVar tv)
+  = zonkTcTyVar tv             `thenNF_Tc` \ tv_ty ->
+    if ignore_it tv_ty then
+       returnNF_Tc (tidy_env, Nothing)
+    else let
+       (tidy_env1, tv1)     = tidyOpenTyVar tidy_env  tv
+       (tidy_env2, tidy_ty) = tidyOpenType  tidy_env1 tv_ty
+       msg = sep [ppr tv1 <+> eq_stuff, nest 2 bound_at]
+
+       eq_stuff | Just tv' <- Type.getTyVar_maybe tv_ty, tv == tv' = empty
+                | otherwise                                        = equals <+> ppr tv_ty
+               -- It's ok to use Type.getTyVar_maybe because ty is zonked by now
+       
+       bound_at = tyVarBindingInfo tv
+    in
+    returnNF_Tc (tidy_env2, Just msg)
+
+-----------------------
+escape_msg sig_tv tv globs
+  = mk_msg sig_tv <+> ptext SLIT("escapes") $$
+    if not (null globs) then
+       vcat [pp_it <+> ptext SLIT("is mentioned in the environment:"), 
+             nest 2 (vcat globs)]
+     else
+       empty   -- Sigh.  It's really hard to give a good error message
+               -- all the time.   One bad case is an existential pattern match.
+               -- We rely on the "When..." context to help.
+  where
+    pp_it | sig_tv /= tv = ptext SLIT("It unifies with") <+> quotes (ppr tv) <> comma <+> ptext SLIT("which")
+         | otherwise    = ptext SLIT("It")
+
+
+unify_msg tv thing = mk_msg tv <+> ptext SLIT("is unified with") <+> thing
+mk_msg tv          = ptext SLIT("Quantified type variable") <+> quotes (ppr tv)
+\end{code}
+
+These two context are used with checkSigTyVars
+    
+\begin{code}
+sigCtxt :: Id -> [TcTyVar] -> TcThetaType -> TcTauType
+       -> TidyEnv -> NF_TcM (TidyEnv, Message)
+sigCtxt id sig_tvs sig_theta sig_tau tidy_env
+  = zonkTcType sig_tau         `thenNF_Tc` \ actual_tau ->
+    let
+       (env1, tidy_sig_tvs)    = tidyOpenTyVars tidy_env sig_tvs
+       (env2, tidy_sig_rho)    = tidyOpenType env1 (mkPhiTy sig_theta sig_tau)
+       (env3, tidy_actual_tau) = tidyOpenType env2 actual_tau
+       sub_msg = vcat [ptext SLIT("Signature type:    ") <+> pprType (mkForAllTys tidy_sig_tvs tidy_sig_rho),
+                       ptext SLIT("Type to generalise:") <+> pprType tidy_actual_tau
+                  ]
+       msg = vcat [ptext SLIT("When trying to generalise the type inferred for") <+> quotes (ppr id),
+                   nest 4 sub_msg]
+    in
+    returnNF_Tc (env3, msg)
+\end{code}