[project @ 1999-07-30 11:26:09 by simonmar]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / types / Type.lhs
index 0fd31ef..ccd8af7 100644 (file)
-\begin{code}
-#include "HsVersions.h"
+%
+% (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1998
+%
+\section[Type]{Type - public interface}
 
+\begin{code}
 module Type (
-       GenType(..), Type(..), TauType(..),
-       mkTyVarTy, mkTyVarTys,
-       getTyVar, getTyVar_maybe, isTyVarTy,
-       mkAppTy, mkAppTys, splitAppTy,
-       mkFunTy, mkFunTys, splitFunTy, getFunTy_maybe,
-       mkTyConTy, getTyCon_maybe, applyTyCon,
-       mkSynTy,
-       mkForAllTy, mkForAllTys, getForAllTy_maybe, splitForAllTy,
-       mkForAllUsageTy, getForAllUsageTy,
-       applyTy,
-
-       isPrimType, isUnboxedType, typePrimRep,
-
-       RhoType(..), SigmaType(..), ThetaType(..),
-       mkDictTy,
-       mkRhoTy, splitRhoTy,
-       mkSigmaTy, splitSigmaTy,
+        -- re-exports from TypeRep:
+       Type,
+       Kind, TyVarSubst,
 
-       maybeAppTyCon, getAppTyCon,
-       maybeAppDataTyCon, getAppDataTyCon,
-       maybeBoxedPrimType,
+       superKind, superBoxity,                         -- :: SuperKind
 
-       matchTy, matchTys, eqTy, eqSimpleTy, eqSimpleTheta,
+       boxedKind,                                      -- :: Kind :: BX
+       anyBoxKind,                                     -- :: Kind :: BX
+       typeCon,                                        -- :: KindCon :: BX -> KX
+       anyBoxCon,                                      -- :: KindCon :: BX
 
-       instantiateTy, instantiateTauTy, instantiateUsage,
-       applyTypeEnvToTy,
+       boxedTypeKind, unboxedTypeKind, openTypeKind,   -- Kind :: superKind
 
-       isTauTy,
+       mkArrowKind, mkArrowKinds, -- mentioned below: hasMoreBoxityInfo,
 
-       tyVarsOfType, tyVarsOfTypes, getTypeKind
+       funTyCon,
 
+        -- exports from this module:
+        hasMoreBoxityInfo,
 
-) where
+       mkTyVarTy, mkTyVarTys, getTyVar, getTyVar_maybe, isTyVarTy,
 
-import Ubiq
-import IdLoop   -- for paranoia checking
-import TyLoop   -- for paranoia checking
-import PrelLoop  -- for paranoia checking
+       mkAppTy, mkAppTys, splitAppTy, splitAppTys, splitAppTy_maybe,
 
--- ToDo:rm 
---import PprType       ( pprGenType ) -- ToDo: rm
---import PprStyle ( PprStyle(..) )
---import Util  ( pprPanic )
+       mkFunTy, mkFunTys, splitFunTy_maybe, splitFunTys, splitFunTysN,
+       funResultTy, funArgTy, zipFunTys,
 
--- friends:
-import Class   ( getClassSig, getClassOpLocalType, GenClass{-instances-} )
-import Kind    ( mkBoxedTypeKind, resultKind )
-import TyCon   ( mkFunTyCon, mkTupleTyCon, isFunTyCon, isPrimTyCon, isDataTyCon, tyConArity,
-                 tyConKind, tyConDataCons, getSynTyConDefn, TyCon )
-import TyVar   ( getTyVarKind, GenTyVar{-instances-}, GenTyVarSet(..),
-                 emptyTyVarSet, unionTyVarSets, minusTyVarSet,
-                 unitTyVarSet, nullTyVarEnv, lookupTyVarEnv,
-                 addOneToTyVarEnv, TyVarEnv(..) )
-import Usage   ( usageOmega, GenUsage, Usage(..), UVar(..), UVarEnv(..),
-                 nullUVarEnv, addOneToUVarEnv, lookupUVarEnv, eqUVar,
-                 eqUsage )
+       mkTyConApp, mkTyConTy, splitTyConApp_maybe,
+       splitAlgTyConApp_maybe, splitAlgTyConApp, 
+       mkDictTy, splitDictTy_maybe, isDictTy,
 
--- others
-import PrimRep ( PrimRep(..) )
-import Util    ( thenCmp, zipEqual, panic, panic#, assertPanic,
-                 Ord3(..){-instances-}
-               )
-\end{code}
+       mkSynTy, isSynTy, deNoteType, repType, splitNewType_maybe,
 
-Data types
-~~~~~~~~~~
+        UsageAnn(..), mkUsgTy, isUsgTy{- dont use -}, isNotUsgTy, splitUsgTy, unUsgTy, tyUsg,
+        mkUsForAllTy, mkUsForAllTys, splitUsForAllTys, substUsTy,
 
-\begin{code}
-type Type  = GenType TyVar UVar        -- Used after typechecker
-
-data GenType tyvar uvar        -- Parameterised over type and usage variables
-  = TyVarTy tyvar
-
-  | AppTy
-       (GenType tyvar uvar)
-       (GenType tyvar uvar)
-
-  | TyConTy    -- Constants of a specified kind
-       TyCon 
-       (GenUsage uvar) -- Usage gives uvar of the full application,
-                       -- iff the full application is of kind Type
-                       -- c.f. the Usage field in TyVars
-
-  | SynTy      -- Synonyms must be saturated, and contain their expansion
-       TyCon   -- Must be a SynTyCon
-       [GenType tyvar uvar]
-       (GenType tyvar uvar)    -- Expansion!
-
-  | ForAllTy
-       tyvar
-       (GenType tyvar uvar)    -- TypeKind
-
-  | ForAllUsageTy
-       uvar                    -- Quantify over this
-       [uvar]                  -- Bounds; the quantified var must be
-                               -- less than or equal to all these
-       (GenType tyvar uvar)
-
-       -- Two special cases that save a *lot* of administrative
-       -- overhead:
-
-  | FunTy                      -- BoxedTypeKind
-       (GenType tyvar uvar)    -- Both args are of TypeKind
-       (GenType tyvar uvar)
-       (GenUsage uvar)
-
-  | DictTy                     -- TypeKind
-       Class                   -- Class
-       (GenType tyvar uvar)    -- Arg has kind TypeKind
-       (GenUsage uvar)
-\end{code}
+       mkForAllTy, mkForAllTys, splitForAllTy_maybe, splitForAllTys, 
+       isForAllTy, applyTy, applyTys, mkPiType,
 
-\begin{code}
-type RhoType   = Type
-type TauType   = Type
-type ThetaType = [(Class, Type)]
-type SigmaType = Type
-\end{code}
+       TauType, RhoType, SigmaType, ThetaType,
+       isTauTy,
+       mkRhoTy, splitRhoTy,
+       mkSigmaTy, splitSigmaTy,
 
+       -- Lifting and boxity
+       isUnLiftedType, isUnboxedType, isUnboxedTupleType, isAlgType, isDataType, isNewType,
+       typePrimRep,
 
-Expand abbreviations
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-Removes just the top level of any abbreviations.
+       -- Free variables
+       tyVarsOfType, tyVarsOfTypes, namesOfType, typeKind,
+       addFreeTyVars,
 
-\begin{code}
-expandTy :: Type -> Type       -- Restricted to Type due to Dict expansion
+       -- Tidying up for printing
+       tidyType,     tidyTypes,
+       tidyOpenType, tidyOpenTypes,
+       tidyTyVar,    tidyTyVars,
+       tidyTopType,
+
+       -- Seq
+       seqType, seqTypes
+
+    ) where
+
+#include "HsVersions.h"
+
+-- We import the representation and primitive functions from TypeRep.
+-- Many things are reexported, but not the representation!
+
+import TypeRep
+
+-- Other imports:
 
-expandTy (FunTy t1 t2 u) = AppTy (AppTy (TyConTy mkFunTyCon u) t1) t2
-expandTy (SynTy _  _  t) = expandTy t
-expandTy (DictTy clas ty u)
-  = case all_arg_tys of
+import {-# SOURCE #-}  DataCon( DataCon, dataConType )
+import {-# SOURCE #-}  PprType( pprType )      -- Only called in debug messages
+import {-# SOURCE #-}   Subst  ( mkTyVarSubst, substTy )
 
-       [arg_ty] -> expandTy arg_ty     -- just the <whatever> itself
+-- friends:
+import Var     ( TyVar, IdOrTyVar, UVar,
+                 tyVarKind, tyVarName, setTyVarName, isId, idType,
+               )
+import VarEnv
+import VarSet
 
-               -- The extra expandTy is to make sure that
-               -- the result isn't still a dict, which it might be
-               -- if the original guy was a dict with one superdict and
-               -- no methods!
+import Name    ( NamedThing(..), mkLocalName, tidyOccName,
+               )
+import NameSet
+import Class   ( classTyCon, Class )
+import TyCon   ( TyCon,
+                 isUnboxedTupleTyCon, isUnLiftedTyCon,
+                 isFunTyCon, isDataTyCon, isNewTyCon,
+                 isAlgTyCon, isSynTyCon, tyConArity,
+                 tyConKind, tyConDataCons, getSynTyConDefn,
+                 tyConPrimRep, tyConClass_maybe
+               )
 
-       other -> ASSERT(not (null all_arg_tys))
-               foldl AppTy (TyConTy (mkTupleTyCon (length all_arg_tys)) u) all_arg_tys
+-- others
+import SrcLoc          ( noSrcLoc )
+import Maybes          ( maybeToBool )
+import PrimRep         ( PrimRep(..), isFollowableRep )
+import Unique          ( Uniquable(..) )
+import Util            ( mapAccumL, seqList )
+import Outputable
+import UniqSet         ( sizeUniqSet )         -- Should come via VarSet
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Stuff to do with kinds.}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-               -- A tuple of 'em
-               -- Note: length of all_arg_tys can be 0 if the class is
-               --       _CCallable, _CReturnable (and anything else
-               --       *really weird* that the user writes).
+\begin{code}
+hasMoreBoxityInfo :: Kind -> Kind -> Bool
+hasMoreBoxityInfo k1 k2
+  | k2 == openTypeKind = ASSERT( is_type_kind k1) True
+  | otherwise         = k1 == k2
   where
-    (tyvar, super_classes, ops) = getClassSig clas
-    super_dict_tys = map mk_super_ty super_classes
-    class_op_tys   = map mk_op_ty ops
-    all_arg_tys    = super_dict_tys ++ class_op_tys
-    mk_super_ty sc = DictTy sc ty usageOmega
-    mk_op_ty   op = instantiateTy [(tyvar,ty)] (getClassOpLocalType op)
-
-expandTy ty = ty
+       -- Returns true for things of form (Type x)
+    is_type_kind k = case splitTyConApp_maybe k of
+                       Just (tc,[_]) -> tc == typeCon
+                       Nothing       -> False
 \end{code}
 
-Simple construction and analysis functions
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Constructor-specific functions}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+
+---------------------------------------------------------------------
+                               TyVarTy
+                               ~~~~~~~
 \begin{code}
-mkTyVarTy  :: t   -> GenType t u
-mkTyVarTys :: [t] -> [GenType t y]
+mkTyVarTy  :: TyVar   -> Type
 mkTyVarTy  = TyVarTy
+
+mkTyVarTys :: [TyVar] -> [Type]
 mkTyVarTys = map mkTyVarTy -- a common use of mkTyVarTy
 
-getTyVar :: String -> GenType t u -> t
-getTyVar msg (TyVarTy tv)   = tv
-getTyVar msg (SynTy _ _ t)  = getTyVar msg t
-getTyVar msg other         = panic ("getTyVar: " ++ msg)
+getTyVar :: String -> Type -> TyVar
+getTyVar msg (TyVarTy tv) = tv
+getTyVar msg (NoteTy _ t) = getTyVar msg t
+getTyVar msg other       = panic ("getTyVar: " ++ msg)
 
-getTyVar_maybe :: GenType t u -> Maybe t
-getTyVar_maybe (TyVarTy tv)  = Just tv
-getTyVar_maybe (SynTy _ _ t) = getTyVar_maybe t
-getTyVar_maybe other        = Nothing
+getTyVar_maybe :: Type -> Maybe TyVar
+getTyVar_maybe (TyVarTy tv) = Just tv
+getTyVar_maybe (NoteTy _ t) = getTyVar_maybe t
+getTyVar_maybe other       = Nothing
 
-isTyVarTy :: GenType t u -> Bool
+isTyVarTy :: Type -> Bool
 isTyVarTy (TyVarTy tv)  = True
-isTyVarTy (SynTy _ _ t) = isTyVarTy t
-isTyVarTy other = False
+isTyVarTy (NoteTy _ ty) = isTyVarTy ty
+isTyVarTy other         = False
 \end{code}
 
-\begin{code}
-mkAppTy = AppTy
 
-mkAppTys :: GenType t u -> [GenType t u] -> GenType t u
-mkAppTys t ts = foldl AppTy t ts
+---------------------------------------------------------------------
+                               AppTy
+                               ~~~~~
+We need to be pretty careful with AppTy to make sure we obey the 
+invariant that a TyConApp is always visibly so.  mkAppTy maintains the
+invariant: use it.
 
-splitAppTy :: GenType t u -> (GenType t u, [GenType t u])
-splitAppTy t = go t []
+\begin{code}
+mkAppTy orig_ty1 orig_ty2 = ASSERT2( isNotUsgTy orig_ty1 && isNotUsgTy orig_ty2, pprType orig_ty1 <+> text "to" <+> pprType orig_ty2 )
+                            mk_app orig_ty1
+  where
+    mk_app (NoteTy _ ty1)    = mk_app ty1
+    mk_app (TyConApp tc tys) = mkTyConApp tc (tys ++ [orig_ty2])
+    mk_app ty1              = AppTy orig_ty1 orig_ty2
+
+mkAppTys :: Type -> [Type] -> Type
+mkAppTys orig_ty1 []       = orig_ty1
+       -- This check for an empty list of type arguments
+       -- avoids the needless of a type synonym constructor.
+       -- For example: mkAppTys Rational []
+       --   returns to (Ratio Integer), which has needlessly lost
+       --   the Rational part.
+mkAppTys orig_ty1 orig_tys2 = ASSERT2( isNotUsgTy orig_ty1, pprType orig_ty1 )
+                              mk_app orig_ty1
   where
-    go (AppTy t arg)     ts = go t (arg:ts)
-    go (FunTy fun arg u) ts = (TyConTy mkFunTyCon u, fun:arg:ts)
-    go (SynTy _ _ t)     ts = go t ts
-    go t                ts = (t,ts)
+    mk_app (NoteTy _ ty1)    = mk_app ty1
+    mk_app (TyConApp tc tys) = mkTyConApp tc (tys ++ orig_tys2)
+    mk_app ty1              = ASSERT2( all isNotUsgTy orig_tys2, pprType orig_ty1 <+> text "to" <+> hsep (map pprType orig_tys2) )
+                               foldl AppTy orig_ty1 orig_tys2
+
+splitAppTy_maybe :: Type -> Maybe (Type, Type)
+splitAppTy_maybe (FunTy ty1 ty2)   = Just (TyConApp funTyCon [ty1], ty2)
+splitAppTy_maybe (AppTy ty1 ty2)   = Just (ty1, ty2)
+splitAppTy_maybe (NoteTy _ ty)     = splitAppTy_maybe ty
+splitAppTy_maybe (TyConApp tc [])  = Nothing
+splitAppTy_maybe (TyConApp tc tys) = split tys []
+                           where
+                              split [ty2]    acc = Just (TyConApp tc (reverse acc), ty2)
+                              split (ty:tys) acc = split tys (ty:acc)
+
+splitAppTy_maybe other           = Nothing
+
+splitAppTy :: Type -> (Type, Type)
+splitAppTy ty = case splitAppTy_maybe ty of
+                       Just pr -> pr
+                       Nothing -> panic "splitAppTy"
+
+splitAppTys :: Type -> (Type, [Type])
+splitAppTys ty = split ty ty []
+  where
+    split orig_ty (AppTy ty arg)        args = split ty ty (arg:args)
+    split orig_ty (NoteTy _ ty)         args = split orig_ty ty args
+    split orig_ty (FunTy ty1 ty2)       args = ASSERT( null args )
+                                              (TyConApp funTyCon [], [ty1,ty2])
+    split orig_ty (TyConApp tc tc_args) args = (TyConApp tc [], tc_args ++ args)
+    split orig_ty ty                   args = (orig_ty, args)
 \end{code}
 
+
+---------------------------------------------------------------------
+                               FunTy
+                               ~~~~~
+
 \begin{code}
--- NB mkFunTy, mkFunTys puts in Omega usages, for now at least
-mkFunTy arg res = FunTy arg res usageOmega
+mkFunTy :: Type -> Type -> Type
+mkFunTy arg res = FunTy arg res
 
-mkFunTys :: [GenType t u] -> GenType t u -> GenType t u
-mkFunTys ts t = foldr (\ f a -> FunTy f a usageOmega) t ts
+mkFunTys :: [Type] -> Type -> Type
+mkFunTys tys ty = foldr FunTy ty tys
 
-getFunTy_maybe :: GenType t u -> Maybe (GenType t u, GenType t u)
-getFunTy_maybe (FunTy arg result _) = Just (arg,result)
-getFunTy_maybe (AppTy (AppTy (TyConTy tycon _) arg) res)
-                | isFunTyCon tycon = Just (arg, res)
-getFunTy_maybe (SynTy _ _ t)        = getFunTy_maybe t
-getFunTy_maybe other               = Nothing
+splitFunTy_maybe :: Type -> Maybe (Type, Type)
+splitFunTy_maybe (FunTy arg res) = Just (arg, res)
+splitFunTy_maybe (NoteTy _ ty)   = splitFunTy_maybe ty
+splitFunTy_maybe other          = Nothing
 
-splitFunTy :: GenType t u -> ([GenType t u], GenType t u)
-splitFunTy t = go t []
+splitFunTys :: Type -> ([Type], Type)
+splitFunTys ty = split [] ty ty
   where
-    go (FunTy arg res _) ts = go res (arg:ts)
-    go (AppTy (AppTy (TyConTy tycon _) arg) res) ts
-       | isFunTyCon tycon
-       = go res (arg:ts)
-    go (SynTy _ _ t) ts
-       = go t ts
-    go t ts
-       = (reverse ts, t)
+    split args orig_ty (FunTy arg res) = split (arg:args) res res
+    split args orig_ty (NoteTy _ ty)   = split args orig_ty ty
+    split args orig_ty ty              = (reverse args, orig_ty)
+
+splitFunTysN :: String -> Int -> Type -> ([Type], Type)
+splitFunTysN msg orig_n orig_ty = split orig_n [] orig_ty orig_ty
+  where
+    split 0 args syn_ty ty             = (reverse args, syn_ty) 
+    split n args syn_ty (FunTy arg res) = split (n-1) (arg:args) res    res
+    split n args syn_ty (NoteTy _ ty)   = split n     args       syn_ty ty
+    split n args syn_ty ty              = pprPanic ("splitFunTysN: " ++ msg) (int orig_n <+> pprType orig_ty)
+
+zipFunTys :: Outputable a => [a] -> Type -> ([(a,Type)], Type)
+zipFunTys orig_xs orig_ty = split [] orig_xs orig_ty orig_ty
+  where
+    split acc []     nty ty             = (reverse acc, nty)
+    split acc (x:xs) nty (FunTy arg res) = split ((x,arg):acc) xs res res
+    split acc xs     nty (NoteTy _ ty)   = split acc           xs nty ty
+    split acc (x:xs) nty ty              = pprPanic "zipFunTys" (ppr orig_xs <+> pprType orig_ty)
+    
+funResultTy :: Type -> Type
+funResultTy (FunTy arg res) = res
+funResultTy (NoteTy _ ty)   = funResultTy ty
+funResultTy ty             = pprPanic "funResultTy" (pprType ty)
+
+funArgTy :: Type -> Type
+funArgTy (FunTy arg res) = arg
+funArgTy (NoteTy _ ty)   = funArgTy ty
+funArgTy ty             = pprPanic "funArgTy" (pprType ty)
 \end{code}
 
+
+---------------------------------------------------------------------
+                               TyConApp
+                               ~~~~~~~~
+
 \begin{code}
--- NB applyTyCon puts in usageOmega, for now at least
-mkTyConTy tycon = TyConTy tycon usageOmega
+mkTyConApp :: TyCon -> [Type] -> Type
+mkTyConApp tycon tys
+  | isFunTyCon tycon && length tys == 2
+  = case tys of 
+       (ty1:ty2:_) -> FunTy ty1 ty2
+
+  | otherwise
+  = ASSERT(not (isSynTyCon tycon))
+    TyConApp tycon tys
+
+mkTyConTy :: TyCon -> Type
+mkTyConTy tycon = ASSERT( not (isSynTyCon tycon) ) 
+                 TyConApp tycon []
+
+-- splitTyConApp "looks through" synonyms, because they don't
+-- mean a distinct type, but all other type-constructor applications
+-- including functions are returned as Just ..
+
+splitTyConApp_maybe :: Type -> Maybe (TyCon, [Type])
+splitTyConApp_maybe (TyConApp tc tys) = Just (tc, tys)
+splitTyConApp_maybe (FunTy arg res)   = Just (funTyCon, [arg,res])
+splitTyConApp_maybe (NoteTy _ ty)     = splitTyConApp_maybe ty
+splitTyConApp_maybe other            = Nothing
+
+-- splitAlgTyConApp_maybe looks for 
+--     *saturated* applications of *algebraic* data types
+-- "Algebraic" => newtype, data type, or dictionary (not function types)
+-- We return the constructors too.
+
+splitAlgTyConApp_maybe :: Type -> Maybe (TyCon, [Type], [DataCon])
+splitAlgTyConApp_maybe (TyConApp tc tys) 
+  | isAlgTyCon tc &&
+    tyConArity tc == length tys      = Just (tc, tys, tyConDataCons tc)
+splitAlgTyConApp_maybe (NoteTy _ ty) = splitAlgTyConApp_maybe ty
+splitAlgTyConApp_maybe other        = Nothing
+
+splitAlgTyConApp :: Type -> (TyCon, [Type], [DataCon])
+       -- Here the "algebraic" property is an *assertion*
+splitAlgTyConApp (TyConApp tc tys) = ASSERT( isAlgTyCon tc && tyConArity tc == length tys )
+                                    (tc, tys, tyConDataCons tc)
+splitAlgTyConApp (NoteTy _ ty)     = splitAlgTyConApp ty
+\end{code}
+
+"Dictionary" types are just ordinary data types, but you can
+tell from the type constructor whether it's a dictionary or not.
 
-applyTyCon :: TyCon -> [GenType t u] -> GenType t u
-applyTyCon tycon tys = foldl AppTy (TyConTy tycon usageOmega) tys
+\begin{code}
+mkDictTy :: Class -> [Type] -> Type
+mkDictTy clas tys = TyConApp (classTyCon clas) tys
 
-getTyCon_maybe :: GenType t u -> Maybe TyCon
-getTyCon_maybe (TyConTy tycon _) = Just tycon
-getTyCon_maybe (SynTy _ _ t)     = getTyCon_maybe t
-getTyCon_maybe other_ty                 = Nothing
+splitDictTy_maybe :: Type -> Maybe (Class, [Type])
+splitDictTy_maybe (TyConApp tc tys) 
+  |  maybeToBool maybe_class
+  && tyConArity tc == length tys = Just (clas, tys)
+  where
+     maybe_class = tyConClass_maybe tc
+     Just clas   = maybe_class
+
+splitDictTy_maybe (NoteTy _ ty)        = splitDictTy_maybe ty
+splitDictTy_maybe other                = Nothing
+
+isDictTy :: Type -> Bool
+       -- This version is slightly more efficient than (maybeToBool . splitDictTy)
+isDictTy (TyConApp tc tys) 
+  |  maybeToBool (tyConClass_maybe tc)
+  && tyConArity tc == length tys
+  = True
+isDictTy (NoteTy _ ty) = isDictTy ty
+isDictTy other         = False
 \end{code}
 
+---------------------------------------------------------------------
+                               SynTy
+                               ~~~~~
+
 \begin{code}
 mkSynTy syn_tycon tys
-  = SynTy syn_tycon tys (instantiateTauTy (zipEqual tyvars tys) body)
+  = ASSERT( isSynTyCon syn_tycon )
+    ASSERT( isNotUsgTy body )
+    ASSERT( length tyvars == length tys )
+    NoteTy (SynNote (TyConApp syn_tycon tys))
+          (substTy (mkTyVarSubst tyvars tys) body)
   where
     (tyvars, body) = getSynTyConDefn syn_tycon
-\end{code}
 
-Tau stuff
-~~~~~~~~~
-\begin{code}
-isTauTy :: GenType t u -> Bool
-isTauTy (TyVarTy v)        = True
-isTauTy (TyConTy _ _)      = True
-isTauTy (AppTy a b)        = isTauTy a && isTauTy b
-isTauTy (FunTy a b _)      = isTauTy a && isTauTy b
-isTauTy (SynTy _ _ ty)     = isTauTy ty
-isTauTy other             = False
+isSynTy (NoteTy (SynNote _) _) = True
+isSynTy other                  = False
+
+deNoteType :: Type -> Type
+       -- Sorry for the cute name
+deNoteType ty@(TyVarTy tyvar)  = ty
+deNoteType (TyConApp tycon tys) = TyConApp tycon (map deNoteType tys)
+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)
 \end{code}
 
-Rho stuff
-~~~~~~~~~
-NB mkRhoTy and mkDictTy put in usageOmega, for now at least
+Notes on type synonyms
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+The various "split" functions (splitFunTy, splitRhoTy, splitForAllTy) try
+to return type synonyms whereever possible. Thus
 
-\begin{code}
-mkDictTy :: Class -> GenType t u -> GenType t u
-mkDictTy clas ty = DictTy clas ty usageOmega
+       type Foo a = a -> a
 
-mkRhoTy :: [(Class, GenType t u)] -> GenType t u -> GenType t u
-mkRhoTy theta ty =
-  foldr (\(c,t) r -> FunTy (DictTy c t usageOmega) r usageOmega) ty theta
+we want 
+       splitFunTys (a -> Foo a) = ([a], Foo a)
+not                               ([a], a -> a)
 
-splitRhoTy :: GenType t u -> ([(Class,GenType t u)], GenType t u)
-splitRhoTy t =
-  go t []
- where
-  go (FunTy (DictTy c t _) r _) ts = go r ((c,t):ts)
-  go (AppTy (AppTy (TyConTy tycon _) (DictTy c t _)) r) ts
-       | isFunTyCon tycon
-       = go r ((c,t):ts)
-  go (SynTy _ _ t) ts = go t ts
-  go t ts = (reverse ts, t)
-\end{code}
+The reason is that we then get better (shorter) type signatures in 
+interfaces.  Notably this plays a role in tcTySigs in TcBinds.lhs.
 
 
-Forall stuff
-~~~~~~~~~~~~
-\begin{code}
-mkForAllTy = ForAllTy
-
-mkForAllTys :: [t] -> GenType t u -> GenType t u
-mkForAllTys tyvars ty = foldr ForAllTy ty tyvars
-
-getForAllTy_maybe :: GenType t u -> Maybe (t,GenType t u)
-getForAllTy_maybe (SynTy _ _ t)             = getForAllTy_maybe t
-getForAllTy_maybe (ForAllTy tyvar t) = Just(tyvar,t)
-getForAllTy_maybe _                 = Nothing
-
-splitForAllTy :: GenType t u-> ([t], GenType t u)
-splitForAllTy t = go t []
-              where
-                   go (ForAllTy tv t) tvs = go t (tv:tvs)
-                   go (SynTy _ _ t)   tvs = go t tvs
-                   go t               tvs = (reverse tvs, t)
-\end{code}
 
-\begin{code}
-mkForAllUsageTy :: u -> [u] -> GenType t u -> GenType t u
-mkForAllUsageTy = ForAllUsageTy
+repType looks through 
+       (a) for-alls, and
+       (b) newtypes
+in addition to synonyms.  It's useful in the back end where we're not
+interested in newtypes anymore.
 
-getForAllUsageTy :: GenType t u -> Maybe (u,[u],GenType t u)
-getForAllUsageTy (ForAllUsageTy uvar bounds t) = Just(uvar,bounds,t)
-getForAllUsageTy (SynTy _ _ t) = getForAllUsageTy t
-getForAllUsageTy _ = Nothing
+\begin{code}
+repType :: Type -> Type
+repType (NoteTy _ ty)                    = repType ty
+repType (ForAllTy _ ty)                  = repType ty
+repType (TyConApp tc tys) | isNewTyCon tc = repType (new_type_rep tc tys)
+repType other_ty                         = other_ty
+
+splitNewType_maybe :: Type -> Maybe Type
+-- Find the representation of a newtype, if it is one
+-- Looks through multiple levels of newtype
+splitNewType_maybe (NoteTy _ ty)                    = splitNewType_maybe ty
+splitNewType_maybe (TyConApp tc tys) | isNewTyCon tc = case splitNewType_maybe rep_ty of
+                                                               Just rep_ty' -> Just rep_ty'
+                                                               Nothing      -> Just rep_ty
+                                                    where
+                                                      rep_ty = new_type_rep tc tys
+
+splitNewType_maybe other                            = Nothing                                          
+
+new_type_rep :: TyCon -> [Type] -> Type
+-- The representation type for (T t1 .. tn), where T is a newtype 
+-- Looks through one layer only
+new_type_rep tc tys 
+  = ASSERT( isNewTyCon tc )
+    case splitFunTy_maybe (applyTys (dataConType (head (tyConDataCons tc))) tys) of
+       Just (rep_ty, _) -> rep_ty
 \end{code}
 
-Applied tycons (includes FunTyCons)
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-\begin{code}
-maybeAppTyCon
-       :: GenType tyvar uvar
-       -> Maybe (TyCon,                -- the type constructor
-                 [GenType tyvar uvar]) -- types to which it is applied
-
-maybeAppTyCon ty
-  = case (getTyCon_maybe app_ty) of
-       Nothing    -> Nothing
-       Just tycon -> Just (tycon, arg_tys)
-  where
-    (app_ty, arg_tys) = splitAppTy ty
 
 
-getAppTyCon
-       :: GenType tyvar uvar
-       -> (TyCon,                      -- the type constructor
-           [GenType tyvar uvar])       -- types to which it is applied
+---------------------------------------------------------------------
+                               UsgNote
+                               ~~~~~~~
 
-getAppTyCon ty
-  = case maybeAppTyCon ty of
-      Just stuff -> stuff
-#ifdef DEBUG
-      Nothing    -> panic "Type.getAppTyCon" -- (ppr PprShowAll ty)
-#endif
-\end{code}
+NB: Invariant: if present, usage note is at the very top of the type.
+This should be carefully preserved.
+
+In some parts of the compiler, comments use the _Once Upon a
+Polymorphic Type_ (POPL'99) usage of "rho = generalised
+usage-annotated type; sigma = usage-annotated type; tau =
+usage-annotated type except on top"; unfortunately this conflicts with
+the rho/tau/theta/sigma usage in the rest of the compiler.  (KSW
+1999-07)
 
-Applied data tycons (give back constrs)
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 \begin{code}
-maybeAppDataTyCon
-       :: GenType tyvar uvar
-       -> Maybe (TyCon,                -- the type constructor
-                 [GenType tyvar uvar], -- types to which it is applied
-                 [Id])                 -- its family of data-constructors
-
-maybeAppDataTyCon ty
-  = case (getTyCon_maybe app_ty) of
-       Just tycon |  isDataTyCon tycon && 
-                     tyConArity tycon == length arg_tys
-                       -- Must be saturated for ty to be a data type
-                  -> Just (tycon, arg_tys, tyConDataCons tycon)
-
-       other      -> Nothing
-  where
-    (app_ty, arg_tys) = splitAppTy ty
+mkUsgTy :: UsageAnn -> Type -> Type
+#ifndef USMANY
+mkUsgTy UsMany ty = ASSERT2( isNotUsgTy ty, pprType ty )
+                    ty
+#endif
+mkUsgTy usg    ty = ASSERT2( isNotUsgTy ty, pprType ty )
+                    NoteTy (UsgNote usg) ty
+
+-- The isUsgTy function is utterly useless if UsManys are omitted.
+-- Be warned!  KSW 1999-04.
+isUsgTy :: Type -> Bool
+#ifndef USMANY
+isUsgTy _ = True
+#else
+isUsgTy (NoteTy (UsgForAll _) ty) = isUsgTy ty
+isUsgTy (NoteTy (UsgNote   _) _ ) = True
+isUsgTy other                     = False
+#endif
 
+-- The isNotUsgTy function may return a false True if UsManys are omitted;
+-- in other words, A SSERT( isNotUsgTy ty ) may be useful but
+-- A SSERT( not (isNotUsg ty) ) is asking for trouble.  KSW 1999-04.
+isNotUsgTy :: Type -> Bool
+isNotUsgTy (NoteTy (UsgForAll _) _) = False
+isNotUsgTy (NoteTy (UsgNote   _) _) = False
+isNotUsgTy other                    = True
+
+-- splitUsgTy_maybe is not exported, since it is meaningless if
+-- UsManys are omitted.  It is used in several places in this module,
+-- however.  KSW 1999-04.
+splitUsgTy_maybe :: Type -> Maybe (UsageAnn,Type)
+splitUsgTy_maybe (NoteTy (UsgNote usg) ty2) = ASSERT( isNotUsgTy ty2 )
+                                              Just (usg,ty2)
+splitUsgTy_maybe ty@(NoteTy (UsgForAll _) _) = pprPanic "splitUsgTy_maybe:" $ pprType ty
+splitUsgTy_maybe ty                          = Nothing
+
+splitUsgTy :: Type -> (UsageAnn,Type)
+splitUsgTy ty = case splitUsgTy_maybe ty of
+                  Just ans -> ans
+                  Nothing  -> 
+#ifndef USMANY
+                              (UsMany,ty)
+#else
+                              pprPanic "splitUsgTy: no usage annot:" $ pprType ty
+#endif
 
-getAppDataTyCon
-       :: GenType tyvar uvar
-       -> (TyCon,                      -- the type constructor
-           [GenType tyvar uvar],       -- types to which it is applied
-           [Id])                       -- its family of data-constructors
+tyUsg :: Type -> UsageAnn
+tyUsg = fst . splitUsgTy
+
+unUsgTy :: Type -> Type
+-- strip outer usage annotation if present
+unUsgTy ty = case splitUsgTy_maybe ty of
+               Just (_,ty1) -> ASSERT2( isNotUsgTy ty1, pprType ty )
+                               ty1
+               Nothing      -> ty
+
+mkUsForAllTy :: UVar -> Type -> Type
+mkUsForAllTy uv ty = NoteTy (UsgForAll uv) ty
+
+mkUsForAllTys :: [UVar] -> Type -> Type
+mkUsForAllTys uvs ty = foldr (NoteTy . UsgForAll) ty uvs
+
+splitUsForAllTys :: Type -> ([UVar],Type)
+splitUsForAllTys ty = split ty []
+  where split (NoteTy (UsgForAll u) ty) uvs = split ty (u:uvs)
+        split other_ty                  uvs = (reverse uvs, other_ty)
+
+substUsTy :: VarEnv UsageAnn -> Type -> Type
+-- assumes range is fresh uvars, so no conflicts
+substUsTy ve    (NoteTy  note@(UsgNote (UsVar u))
+                                            ty ) = NoteTy (case lookupVarEnv ve u of
+                                                             Just ua -> UsgNote ua
+                                                             Nothing -> note)
+                                                          (substUsTy ve ty)
+substUsTy ve    (NoteTy  note@(UsgNote   _) ty ) = NoteTy note (substUsTy ve ty)
+substUsTy ve    (NoteTy  note@(UsgForAll _) ty ) = NoteTy note (substUsTy ve ty)
+substUsTy ve    (NoteTy  (SynNote ty1)      ty2) = NoteTy (SynNote (substUsTy ve ty1))
+                                                          (substUsTy ve ty2)
+substUsTy ve    (NoteTy  note@(FTVNote _)   ty ) = NoteTy note (substUsTy ve ty)
+substUsTy ve ty@(TyVarTy _                     ) = ty
+substUsTy ve    (AppTy   ty1                ty2) = AppTy (substUsTy ve ty1)
+                                                         (substUsTy ve ty2)
+substUsTy ve    (FunTy   ty1                ty2) = FunTy (substUsTy ve ty1)
+                                                         (substUsTy ve ty2)
+substUsTy ve    (TyConApp tyc               tys) = TyConApp tyc (map (substUsTy ve) tys)
+substUsTy ve    (ForAllTy yv                ty ) = ForAllTy yv (substUsTy ve ty)
+\end{code}
 
-getAppDataTyCon ty
-  = case maybeAppDataTyCon ty of
-      Just stuff -> stuff
-#ifdef DEBUG
-      Nothing    -> panic "Type.getAppDataTyCon: " -- (pprGenType PprShowAll ty)
-#endif
 
+---------------------------------------------------------------------
+                               ForAllTy
+                               ~~~~~~~~
 
-maybeBoxedPrimType :: Type -> Maybe (Id, Type)
+We need to be clever here with usage annotations; they need to be
+lifted or lowered through the forall as appropriate.
 
-maybeBoxedPrimType ty
-  = case (maybeAppDataTyCon ty) of             -- Data type,
-      Just (tycon, tys_applied, [data_con])    -- with exactly one constructor
-        -> case (dataConArgTys data_con tys_applied) of
-            [data_con_arg_ty]                  -- Applied to exactly one type,
-               | isPrimType data_con_arg_ty    -- which is primitive
-               -> Just (data_con, data_con_arg_ty)
-            other_cases -> Nothing
-      other_cases -> Nothing
+\begin{code}
+mkForAllTy :: TyVar -> Type -> Type
+mkForAllTy tyvar ty = case splitUsgTy_maybe ty of
+                        Just (usg,ty') -> NoteTy (UsgNote usg)
+                                                (ForAllTy tyvar ty')
+                        Nothing        -> ForAllTy tyvar ty
+
+mkForAllTys :: [TyVar] -> Type -> Type
+mkForAllTys tyvars ty = case splitUsgTy_maybe ty of
+                          Just (usg,ty') -> NoteTy (UsgNote usg)
+                                                  (foldr ForAllTy ty' tyvars)
+                          Nothing        -> foldr ForAllTy ty tyvars
+
+splitForAllTy_maybe :: Type -> Maybe (TyVar, Type)
+splitForAllTy_maybe ty = case splitUsgTy_maybe ty of
+                           Just (usg,ty') -> do (tyvar,ty'') <- splitFAT_m ty'
+                                               return (tyvar, NoteTy (UsgNote usg) ty'')
+                          Nothing        -> splitFAT_m ty
+  where
+    splitFAT_m (NoteTy _ ty)       = splitFAT_m ty
+    splitFAT_m (ForAllTy tyvar ty) = Just(tyvar, ty)
+    splitFAT_m _                  = Nothing
+
+isForAllTy :: Type -> Bool
+isForAllTy (NoteTy _ ty)       = isForAllTy ty
+isForAllTy (ForAllTy tyvar ty) = True
+isForAllTy _                = False
+
+splitForAllTys :: Type -> ([TyVar], Type)
+splitForAllTys ty = case splitUsgTy_maybe ty of
+                      Just (usg,ty') -> let (tvs,ty'') = split ty' ty' []
+                                       in  (tvs, NoteTy (UsgNote usg) ty'')
+                     Nothing        -> split ty ty []
+   where
+     split orig_ty (ForAllTy tv ty) tvs = split ty ty (tv:tvs)
+     split orig_ty (NoteTy _ ty)    tvs = split orig_ty ty tvs
+     split orig_ty t               tvs = (reverse tvs, orig_ty)
 \end{code}
 
-\begin{code}
-splitSigmaTy :: GenType t u -> ([t], [(Class,GenType t u)], GenType t u)
-splitSigmaTy ty =
-  (tyvars, theta, tau)
- where
-  (tyvars,rho) = splitForAllTy ty
-  (theta,tau)  = splitRhoTy rho
+@mkPiType@ makes a (->) type or a forall type, depending on whether
+it is given a type variable or a term variable.
 
-mkSigmaTy tyvars theta tau = mkForAllTys tyvars (mkRhoTy theta tau)
+\begin{code}
+mkPiType :: IdOrTyVar -> Type -> Type  -- The more polymorphic version doesn't work...
+mkPiType v ty | isId v    = mkFunTy (idType v) ty
+             | otherwise = mkForAllTy v ty
 \end{code}
 
+Applying a for-all to its arguments
 
-Finding the kind of a type
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 \begin{code}
-getTypeKind :: GenType (GenTyVar any) u -> Kind
-getTypeKind (TyVarTy tyvar)            = getTyVarKind tyvar
-getTypeKind (TyConTy tycon usage)      = tyConKind tycon
-getTypeKind (SynTy _ _ ty)             = getTypeKind ty
-getTypeKind (FunTy fun arg _)          = mkBoxedTypeKind
-getTypeKind (DictTy clas arg _)                = mkBoxedTypeKind
-getTypeKind (AppTy fun arg)            = resultKind (getTypeKind fun)
-getTypeKind (ForAllTy _ _)             = mkBoxedTypeKind
-getTypeKind (ForAllUsageTy _ _ _)      = mkBoxedTypeKind
+applyTy :: Type -> Type -> Type
+applyTy (NoteTy note@(UsgNote   _) fun) arg = NoteTy note (applyTy fun arg)
+applyTy (NoteTy note@(UsgForAll _) fun) arg = NoteTy note (applyTy fun arg)
+applyTy (NoteTy _ fun)                  arg = applyTy fun arg
+applyTy (ForAllTy tv ty)                arg = ASSERT( isNotUsgTy arg )
+                                              substTy (mkTyVarSubst [tv] [arg]) ty
+applyTy other                          arg = panic "applyTy"
+
+applyTys :: Type -> [Type] -> Type
+applyTys fun_ty arg_tys
+ = substTy (mkTyVarSubst tvs arg_tys) ty
+ where
+   (tvs, ty) = split fun_ty arg_tys
+   
+   split fun_ty               []         = ([], fun_ty)
+   split (NoteTy note@(UsgNote   _) fun_ty)
+                              args       = case split fun_ty args of
+                                             (tvs, ty) -> (tvs, NoteTy note ty)
+   split (NoteTy note@(UsgForAll _) fun_ty)
+                              args       = case split fun_ty args of
+                                             (tvs, ty) -> (tvs, NoteTy note ty)
+   split (NoteTy _ fun_ty)    args       = split fun_ty args
+   split (ForAllTy tv fun_ty) (arg:args) = ASSERT2( isNotUsgTy arg, vcat (map pprType arg_tys) $$
+                                                                   text "in application of" <+> pprType fun_ty)
+                                          case split fun_ty args of
+                                                 (tvs, ty) -> (tv:tvs, ty)
+   split other_ty             args       = panic "applyTys"
 \end{code}
 
+Note that we allow applications to be of usage-annotated- types, as an
+extension: we handle them by lifting the annotation outside.  The
+argument, however, must still be unannotated.
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Stuff to do with the source-language types}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-Free variables of a type
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 \begin{code}
-tyVarsOfType :: GenType (GenTyVar flexi) uvar -> GenTyVarSet flexi
-
-tyVarsOfType (TyVarTy tv)              = unitTyVarSet tv
-tyVarsOfType (TyConTy tycon usage)     = emptyTyVarSet
-tyVarsOfType (SynTy _ tys ty)          = tyVarsOfTypes tys
-tyVarsOfType (FunTy arg res _)         = tyVarsOfType arg `unionTyVarSets` tyVarsOfType res
-tyVarsOfType (AppTy fun arg)           = tyVarsOfType fun `unionTyVarSets` tyVarsOfType arg
-tyVarsOfType (DictTy clas ty _)                = tyVarsOfType ty
-tyVarsOfType (ForAllTy tyvar ty)       = tyVarsOfType ty `minusTyVarSet` unitTyVarSet tyvar
-tyVarsOfType (ForAllUsageTy _ _ ty)    = tyVarsOfType ty
-
-tyVarsOfTypes :: [GenType (GenTyVar flexi) uvar] -> GenTyVarSet flexi
-tyVarsOfTypes tys = foldr (unionTyVarSets.tyVarsOfType) emptyTyVarSet tys
+type RhoType   = Type
+type TauType   = Type
+type ThetaType = [(Class, [Type])]
+type SigmaType = Type
 \end{code}
 
+@isTauTy@ tests for nested for-alls.
 
-Instantiating a type
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 \begin{code}
-applyTy :: Eq t => GenType t u -> GenType t u -> GenType t u
-applyTy (SynTy _ _ fun)  arg = applyTy fun arg
-applyTy (ForAllTy tv ty) arg = instantiateTy [(tv,arg)] ty
-applyTy other           arg = panic "applyTy"
-
-instantiateTy :: Eq t => [(t, GenType t u)] -> GenType t u -> GenType t u
-instantiateTy tenv ty 
-  = go ty
-  where
-    go (TyVarTy tv)            = case [ty | (tv',ty) <- tenv, tv==tv'] of
-                                 []     -> TyVarTy tv
-                                 (ty:_) -> ty
-    go ty@(TyConTy tycon usage) = ty
-    go (SynTy tycon tys ty)    = SynTy tycon (map go tys) (go ty)
-    go (FunTy arg res usage)   = FunTy (go arg) (go res) usage
-    go (AppTy fun arg)         = AppTy (go fun) (go arg)
-    go (DictTy clas ty usage)  = DictTy clas (go ty) usage
-    go (ForAllTy tv ty)                = ASSERT(null tv_bound)
-                                 ForAllTy tv (go ty)
-                               where
-                                 tv_bound = [() | (tv',_) <- tenv, tv==tv']
-
-    go (ForAllUsageTy uvar bds ty) = ForAllUsageTy uvar bds (go ty)
-
-
--- instantiateTauTy works only (a) on types with no ForAlls,
---     and when               (b) all the type variables are being instantiated
--- In return it is more polymorphic than instantiateTy
-
-instantiateTauTy :: Eq t => [(t, GenType t' u)] -> GenType t u -> GenType t' u
-instantiateTauTy tenv ty 
-  = go ty
-  where
-    go (TyVarTy tv)            = case [ty | (tv',ty) <- tenv, tv==tv'] of
-                                 (ty:_) -> ty
-                                 []     -> panic "instantiateTauTy"
-    go (TyConTy tycon usage)    = TyConTy tycon usage
-    go (SynTy tycon tys ty)    = SynTy tycon (map go tys) (go ty)
-    go (FunTy arg res usage)   = FunTy (go arg) (go res) usage
-    go (AppTy fun arg)         = AppTy (go fun) (go arg)
-    go (DictTy clas ty usage)  = DictTy clas (go ty) usage
-
-instantiateUsage
-       :: Ord3 u => [(u, GenType t u')] -> GenType t u -> GenType t u'
-instantiateUsage = error "instantiateUsage: not implemented"
+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 (NoteTy _ ty)           = isTauTy ty
+isTauTy other           = False
 \end{code}
 
 \begin{code}
-type TypeEnv = TyVarEnv Type
+mkRhoTy :: [(Class, [Type])] -> Type -> Type
+mkRhoTy theta ty = foldr (\(c,t) r -> FunTy (mkDictTy c t) r) ty theta
 
-applyTypeEnvToTy :: TypeEnv -> SigmaType -> SigmaType
-applyTypeEnvToTy tenv ty
-  = mapOverTyVars v_fn ty
-  where
-    v_fn v = case (lookupTyVarEnv tenv v) of
-                Just ty -> ty
-               Nothing -> TyVarTy v
+splitRhoTy :: Type -> ([(Class, [Type])], Type)
+splitRhoTy ty = split ty ty []
+ where
+  split orig_ty (FunTy arg res) ts = case splitDictTy_maybe arg of
+                                       Just pair -> split res res (pair:ts)
+                                       Nothing   -> (reverse ts, orig_ty)
+  split orig_ty (NoteTy _ ty) ts   = split orig_ty ty ts
+  split orig_ty ty ts             = (reverse ts, orig_ty)
 \end{code}
 
-@mapOverTyVars@ is a local function which actually does the work.  It
-does no cloning or other checks for shadowing, so be careful when
-calling this on types with Foralls in them.
+
 
 \begin{code}
-mapOverTyVars :: (TyVar -> Type) -> Type -> Type
-
-mapOverTyVars v_fn ty
-  = let
-       mapper = mapOverTyVars v_fn
-    in
-    case ty of
-      TyVarTy v                -> v_fn v
-      SynTy c as e     -> SynTy c (map mapper as) (mapper e)
-      FunTy a r u      -> FunTy (mapper a) (mapper r) u
-      AppTy f a                -> AppTy (mapper f) (mapper a)
-      DictTy c t u     -> DictTy c (mapper t) u
-      ForAllTy v t     -> ForAllTy v (mapper t)
-      tc@(TyConTy _ _) -> tc
+mkSigmaTy tyvars theta tau = mkForAllTys tyvars (mkRhoTy theta tau)
+
+splitSigmaTy :: Type -> ([TyVar], [(Class, [Type])], Type)
+splitSigmaTy ty =
+  (tyvars, theta, tau)
+ where
+  (tyvars,rho) = splitForAllTys ty
+  (theta,tau)  = splitRhoTy rho
 \end{code}
 
-At present there are no unboxed non-primitive types, so
-isUnboxedType is the same as isPrimType.
 
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Kinds and free variables}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+---------------------------------------------------------------------
+               Finding the kind of a type
+               ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 \begin{code}
-isPrimType, isUnboxedType :: GenType tyvar uvar -> Bool
+typeKind :: Type -> Kind
+
+typeKind (TyVarTy tyvar)       = tyVarKind tyvar
+typeKind (TyConApp tycon tys)  = foldr (\_ k -> funResultTy k) (tyConKind tycon) tys
+typeKind (NoteTy _ ty)         = typeKind ty
+typeKind (AppTy fun arg)       = funResultTy (typeKind fun)
 
-isPrimType (AppTy ty _)      = isPrimType ty
-isPrimType (SynTy _ _ ty)    = isPrimType ty
-isPrimType (TyConTy tycon _) = isPrimTyCon tycon
-isPrimType _                = False
+typeKind (FunTy arg res)       = boxedTypeKind -- A function is boxed regardless of its result type
+                                               -- No functions at the type level, hence we don't need
+                                               -- to say (typeKind res).
 
-isUnboxedType = isPrimType
+typeKind (ForAllTy tv ty)      = typeKind ty
 \end{code}
 
-This is *not* right: it is a placeholder (ToDo 96/03 WDP):
-\begin{code}
-typePrimRep :: GenType tyvar uvar -> PrimRep
 
-typePrimRep (SynTy _ _ ty)  = typePrimRep ty
-typePrimRep (TyConTy tc _)  = if isPrimTyCon tc then panic "typePrimRep:PrimTyCon" else PtrRep
-typePrimRep (AppTy ty _)    = typePrimRep ty
-typePrimRep _              = PtrRep -- the "default"
+---------------------------------------------------------------------
+               Free variables of a type
+               ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+\begin{code}
+tyVarsOfType :: Type -> TyVarSet
+
+tyVarsOfType (TyVarTy tv)              = unitVarSet tv
+tyVarsOfType (TyConApp tycon tys)      = tyVarsOfTypes tys
+tyVarsOfType (NoteTy (FTVNote tvs) ty2) = tvs
+tyVarsOfType (NoteTy (SynNote ty1) ty2)        = tyVarsOfType ty1
+tyVarsOfType (NoteTy (UsgNote _) ty)   = tyVarsOfType ty
+tyVarsOfType (NoteTy (UsgForAll _) ty) = tyVarsOfType ty
+tyVarsOfType (FunTy arg res)           = tyVarsOfType arg `unionVarSet` tyVarsOfType res
+tyVarsOfType (AppTy fun arg)           = tyVarsOfType fun `unionVarSet` tyVarsOfType arg
+tyVarsOfType (ForAllTy tyvar ty)       = tyVarsOfType ty `minusVarSet` unitVarSet tyvar
+
+tyVarsOfTypes :: [Type] -> TyVarSet
+tyVarsOfTypes tys = foldr (unionVarSet.tyVarsOfType) emptyVarSet tys
+
+-- Add a Note with the free tyvars to the top of the type
+-- (but under a usage if there is one)
+addFreeTyVars :: Type -> Type
+addFreeTyVars (NoteTy note@(UsgNote   _) ty) = NoteTy note (addFreeTyVars ty)
+addFreeTyVars (NoteTy note@(UsgForAll _) ty) = NoteTy note (addFreeTyVars ty)
+addFreeTyVars ty@(NoteTy (FTVNote _) _)      = ty
+addFreeTyVars ty                            = NoteTy (FTVNote (tyVarsOfType ty)) ty
+
+-- Find the free names of a type, including the type constructors and classes it mentions
+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 (FunTy arg res)            = namesOfType arg `unionNameSets` namesOfType res
+namesOfType (AppTy fun arg)            = namesOfType fun `unionNameSets` namesOfType arg
+namesOfType (ForAllTy tyvar ty)                = namesOfType ty `minusNameSet` unitNameSet (getName tyvar)
+
+namesOfTypes tys = foldr (unionNameSets . namesOfType) emptyNameSet tys
 \end{code}
 
+
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{Matching on types}
+\subsection{TidyType}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-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.
+tidyTy tidies up a type for printing in an error message, or in
+an interface file.
 
-@matchTys@ matches corresponding elements of a list of templates and
-types.
+It doesn't change the uniques at all, just the print names.
 
 \begin{code}
-matchTy :: GenType t1 u1               -- Template
-       -> GenType t2 u2                -- Proposed instance of template
-       -> Maybe [(t1,GenType t2 u2)]   -- Matching substitution
+tidyTyVar :: TidyEnv -> TyVar -> (TidyEnv, TyVar)
+tidyTyVar env@(tidy_env, subst) tyvar
+  = case lookupVarEnv subst tyvar of
+
+       Just tyvar' ->  -- Already substituted
+               (env, tyvar')
+
+       Nothing ->      -- Make a new nice name for it
+
+               case tidyOccName tidy_env (getOccName name) of
+                   (tidy', occ') ->    -- New occname reqd
+                               ((tidy', subst'), tyvar')
+                             where
+                               subst' = extendVarEnv subst tyvar tyvar'
+                               tyvar' = setTyVarName tyvar name'
+                               name'  = mkLocalName (getUnique name) occ' noSrcLoc
+                                       -- Note: make a *user* tyvar, so it printes nicely
+                                       -- Could extract src loc, but no need.
+  where
+    name = tyVarName tyvar
 
-matchTys :: [GenType t1 u1]            -- Templates
-        -> [GenType t2 u2]             -- Proposed instance of template
-        -> Maybe [(t1,GenType t2 u2)]  -- Matching substitution
+tidyTyVars env tyvars = mapAccumL tidyTyVar env tyvars
 
-matchTy  ty1  ty2  = match  [] [] ty1 ty2
-matchTys tys1 tys2 = match' [] (zipEqual tys1 tys2)
+tidyType :: TidyEnv -> Type -> Type
+tidyType env@(tidy_env, subst) ty
+  = go ty
+  where
+    go (TyVarTy tv)        = case lookupVarEnv subst tv of
+                               Nothing  -> TyVarTy tv
+                               Just tv' -> TyVarTy tv'
+    go (TyConApp tycon tys) = let args = map go tys
+                             in args `seqList` TyConApp tycon args
+    go (NoteTy note ty)     = (NoteTy SAPPLY (go_note note)) SAPPLY (go ty)
+    go (AppTy fun arg)     = (AppTy SAPPLY (go fun)) SAPPLY (go arg)
+    go (FunTy fun arg)     = (FunTy SAPPLY (go fun)) SAPPLY (go arg)
+    go (ForAllTy tv ty)            = ForAllTy tvp SAPPLY (tidyType envp ty)
+                             where
+                               (envp, tvp) = tidyTyVar env tv
+
+    go_note (SynNote ty)        = SynNote SAPPLY (go ty)
+    go_note note@(FTVNote ftvs) = note -- No need to tidy the free tyvars
+    go_note note@(UsgNote _)    = note  -- Usage annotation is already tidy
+    go_note note@(UsgForAll _)  = note  -- Uvar binder is already tidy
+
+tidyTypes  env tys    = map (tidyType env) tys
 \end{code}
 
-@match@ is the main function.
+
+@tidyOpenType@ grabs the free type variables, tidies them
+and then uses @tidyType@ to work over the type itself
 
 \begin{code}
-match :: [(t1, GenType t2 u2)]                 -- r, the accumulating result
-      -> [(GenType t1 u1, GenType t2 u2)]      -- w, the work list
-      -> GenType t1 u1 -> GenType t2 u2                -- Current match pair
-      -> Maybe [(t1, GenType t2 u2)]
-
-match r w (TyVarTy v)         ty                   = match' ((v,ty) : r) w
-match r w (FunTy fun1 arg1 _)  (FunTy fun2 arg2 _)  = match r ((fun1,fun2):w) arg1 arg2
-match r w (AppTy fun1 arg1)  (AppTy fun2 arg2)      = match r ((fun1,fun2):w) arg1 arg2
-match r w (TyConTy con1 _)     (TyConTy con2 _)     | con1  == con2  = match' r w
-match r w (DictTy clas1 ty1 _) (DictTy clas2 ty2 _) | clas1 == clas2 = match r w ty1 ty2
-match r w (SynTy _ _ ty1)      ty2                 = match r w ty1 ty2
-match r w ty1                 (SynTy _ _ ty2)      = match r w ty1 ty2
-
-       -- 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)
-
--- Catch-all fails
-match _ _ _ _ = Nothing
-
-match' r []           = Just r
-match' r ((ty1,ty2):w) = match r w ty1 ty2
+tidyOpenType :: TidyEnv -> Type -> (TidyEnv, Type)
+tidyOpenType env ty
+  = (env', tidyType env' ty)
+  where
+    env'         = foldl go env (varSetElems (tyVarsOfType ty))
+    go env tyvar = fst (tidyTyVar env tyvar)
+
+tidyOpenTypes :: TidyEnv -> [Type] -> (TidyEnv, [Type])
+tidyOpenTypes env tys = mapAccumL tidyOpenType env tys
+
+tidyTopType :: Type -> Type
+tidyTopType ty = tidyType emptyTidyEnv ty
 \end{code}
 
+
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection{Equality on types}
+\subsection{Boxedness and liftedness}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-The functions eqSimpleTy and eqSimpleTheta are polymorphic in the types t
-and u, but ONLY WORK FOR SIMPLE TYPES (ie. they panic if they see
-dictionaries or polymorphic types).  The function eqTy has a more
-specific type, but does the `right thing' for all types.
-
 \begin{code}
-eqSimpleTheta :: (Eq t,Eq u) =>
-    [(Class,GenType t u)] -> [(Class,GenType t u)] -> Bool
-
-eqSimpleTheta [] [] = True
-eqSimpleTheta ((c1,t1):th1) ((c2,t2):th2) =
-  c1==c2 && t1 `eqSimpleTy` t2 && th1 `eqSimpleTheta` th2
-eqSimpleTheta other1 other2 = False
+isUnboxedType :: Type -> Bool
+isUnboxedType ty = not (isFollowableRep (typePrimRep ty))
+
+isUnLiftedType :: Type -> Bool
+       -- isUnLiftedType returns True for forall'd unlifted types:
+       --      x :: forall a. Int#
+       -- I found bindings like these were getting floated to the top level.
+       -- They are pretty bogus types, mind you.  It would be better never to
+       -- construct them
+
+isUnLiftedType (ForAllTy tv ty) = isUnLiftedType ty
+isUnLiftedType (NoteTy _ ty)   = isUnLiftedType ty
+isUnLiftedType (TyConApp tc _)  = isUnLiftedTyCon tc
+isUnLiftedType other           = False
+
+isUnboxedTupleType :: Type -> Bool
+isUnboxedTupleType ty = case splitTyConApp_maybe ty of
+                          Just (tc, ty_args) -> isUnboxedTupleTyCon tc
+                          other              -> False
+
+-- Should only be applied to *types*; hence the assert
+isAlgType :: Type -> Bool
+isAlgType ty = case splitTyConApp_maybe ty of
+                       Just (tc, ty_args) -> ASSERT( length ty_args == tyConArity tc )
+                                             isAlgTyCon tc
+                       other              -> False
+
+-- Should only be applied to *types*; hence the assert
+isDataType :: Type -> Bool
+isDataType ty = case splitTyConApp_maybe ty of
+                       Just (tc, ty_args) -> ASSERT( length ty_args == tyConArity tc )
+                                             isDataTyCon tc
+                       other              -> False
+
+isNewType :: Type -> Bool
+isNewType ty = case splitTyConApp_maybe ty of
+                       Just (tc, ty_args) -> ASSERT( length ty_args == tyConArity tc )
+                                             isNewTyCon tc
+                       other              -> False
+
+typePrimRep :: Type -> PrimRep
+typePrimRep ty = case splitTyConApp_maybe (repType ty) of
+                  Just (tc, ty_args) -> tyConPrimRep tc
+                  other              -> PtrRep
 \end{code}
 
-\begin{code}
-eqSimpleTy :: (Eq t,Eq u) => GenType t u -> GenType t u -> Bool
-
-(TyVarTy tv1) `eqSimpleTy` (TyVarTy tv2) =
-  tv1 == tv2
-(AppTy f1 a1)  `eqSimpleTy` (AppTy f2 a2) =
-  f1 `eqSimpleTy` f2 && a1 `eqSimpleTy` a2
-(TyConTy tc1 u1) `eqSimpleTy` (TyConTy tc2 u2) =
-  tc1 == tc2 && u1 == u2
-
-(FunTy f1 a1 u1) `eqSimpleTy` (FunTy f2 a2 u2) =
-  f1 `eqSimpleTy` f2 && a1 `eqSimpleTy` a2 && u1 == u2
-(FunTy f1 a1 u1) `eqSimpleTy` t2 =
-  -- Expand t1 just in case t2 matches that version
-  (AppTy (AppTy (TyConTy mkFunTyCon u1) f1) a1) `eqSimpleTy` t2
-t1 `eqSimpleTy` (FunTy f2 a2 u2) =
-  -- Expand t2 just in case t1 matches that version
-  t1 `eqSimpleTy` (AppTy (AppTy (TyConTy mkFunTyCon u2) f2) a2)
-
-(SynTy tc1 ts1 t1) `eqSimpleTy` (SynTy tc2 ts2 t2) =
-  (tc1 == tc2 && and (zipWith eqSimpleTy ts1 ts2) && length ts1 == length ts2)
-  || t1 `eqSimpleTy` t2
-(SynTy _ _ t1) `eqSimpleTy` t2 =
-  t1 `eqSimpleTy` t2  -- Expand the abbrevation and try again
-t1 `eqSimpleTy` (SynTy _ _ t2) =
-  t1 `eqSimpleTy` t2  -- Expand the abbrevation and try again
-
-(DictTy _ _ _) `eqSimpleTy` _ = panic "eqSimpleTy: got DictTy"
-_ `eqSimpleTy` (DictTy _ _ _) = panic "eqSimpleTy: got DictTy"
-
-(ForAllTy _ _) `eqSimpleTy` _ = panic "eqSimpleTy: got ForAllTy"
-_ `eqSimpleTy` (ForAllTy _ _) = panic "eqSimpleTy: got ForAllTy"
-
-(ForAllUsageTy _ _ _) `eqSimpleTy` _ = panic "eqSimpleTy: got ForAllUsageTy"
-_ `eqSimpleTy` (ForAllUsageTy _ _ _) = panic "eqSimpleTy: got ForAllUsageTy"
-
-_ `eqSimpleTy` _ = False
-\end{code}
 
-Types are ordered so we can sort on types in the renamer etc.  DNT: Since
-this class is also used in CoreLint and other such places, we DO expand out
-Fun/Syn/Dict types (if necessary).
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Sequencing on types
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
 \begin{code}
-eqTy :: Type -> Type -> Bool
-
-eqTy t1 t2 =
-  eq nullTyVarEnv nullUVarEnv t1 t2
- where
-  eq tve uve (TyVarTy tv1) (TyVarTy tv2) =
-    tv1 == tv2 ||
-    case (lookupTyVarEnv tve tv1) of
-      Just tv -> tv == tv2
-      Nothing -> False
-  eq tve uve (AppTy f1 a1) (AppTy f2 a2) =
-    eq tve uve f1 f2 && eq tve uve a1 a2
-  eq tve uve (TyConTy tc1 u1) (TyConTy tc2 u2) =
-    tc1 == tc2 && eqUsage uve u1 u2
-
-  eq tve uve (FunTy f1 a1 u1) (FunTy f2 a2 u2) =
-    eq tve uve f1 f2 && eq tve uve a1 a2 && eqUsage uve u1 u2
-  eq tve uve (FunTy f1 a1 u1) t2 =
-    -- Expand t1 just in case t2 matches that version
-    eq tve uve (AppTy (AppTy (TyConTy mkFunTyCon u1) f1) a1) t2
-  eq tve uve t1 (FunTy f2 a2 u2) =
-    -- Expand t2 just in case t1 matches that version
-    eq tve uve t1 (AppTy (AppTy (TyConTy mkFunTyCon u2) f2) a2)
-
-  eq tve uve (DictTy c1 t1 u1) (DictTy c2 t2 u2) =
-    c1 == c2 && eq tve uve t1 t2 && eqUsage uve u1 u2
-  eq tve uve t1@(DictTy _ _ _) t2 =
-    eq tve uve (expandTy t1) t2  -- Expand the dictionary and try again
-  eq tve uve t1 t2@(DictTy _ _ _) =
-    eq tve uve t1 (expandTy t2)  -- Expand the dictionary and try again
-
-  eq tve uve (SynTy tc1 ts1 t1) (SynTy tc2 ts2 t2) =
-    (tc1 == tc2 && and (zipWith (eq tve uve) ts1 ts2) && length ts1 == length ts2)
-    || eq tve uve t1 t2
-  eq tve uve (SynTy _ _ t1) t2 =
-    eq tve uve t1 t2  -- Expand the abbrevation and try again
-  eq tve uve t1 (SynTy _ _ t2) =
-    eq tve uve t1 t2  -- Expand the abbrevation and try again
-
-  eq tve uve (ForAllTy tv1 t1) (ForAllTy tv2 t2) =
-    eq (addOneToTyVarEnv tve tv1 tv2) uve t1 t2
-  eq tve uve (ForAllUsageTy u1 b1 t1) (ForAllUsageTy u2 b2 t2) =
-    eqBounds uve b1 b2 && eq tve (addOneToUVarEnv uve u1 u2) t1 t2
-
-  eq _ _ _ _ = False
-
-  eqBounds uve [] [] = True
-  eqBounds uve (u1:b1) (u2:b2) = eqUVar uve u1 u2 && eqBounds uve b1 b2
-  eqBounds uve _ _ = False
+seqType :: Type -> ()
+seqType (TyVarTy tv)     = tv `seq` ()
+seqType (AppTy t1 t2)    = seqType t1 `seq` seqType t2
+seqType (FunTy t1 t2)    = seqType t1 `seq` seqType t2
+seqType (NoteTy note t2)  = seqNote note `seq` seqType t2
+seqType (TyConApp tc tys) = tc `seq` seqTypes tys
+seqType (ForAllTy tv ty)  = tv `seq` seqType ty
+
+seqTypes :: [Type] -> ()
+seqTypes []       = ()
+seqTypes (ty:tys) = seqType ty `seq` seqTypes tys
+
+seqNote :: TyNote -> ()
+seqNote (SynNote ty)  = seqType ty
+seqNote (FTVNote set) = sizeUniqSet set `seq` ()
+seqNote (UsgNote usg) = usg `seq` ()
 \end{code}
+