Super-monster patch implementing the new typechecker -- at last
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcInteract.lhs
1 \begin{code}
2 module TcInteract ( 
3      solveInteract, AtomicInert, 
4      InertSet, emptyInert, extendInertSet, extractUnsolved, solveOne,
5      listToWorkList
6   ) where  
7
8 #include "HsVersions.h"
9
10 import BasicTypes 
11 import TcCanonical
12 import VarSet
13 import Type
14
15 import Id 
16 import Var
17
18 import TcType
19 import HsBinds 
20
21 import InstEnv 
22 import Class 
23 import TyCon 
24 import Name
25
26 import FunDeps
27
28 import Control.Monad ( when ) 
29
30 import Coercion
31 import Outputable
32
33 import TcRnTypes 
34 import TcErrors
35 import TcSMonad 
36 import qualified Bag as Bag
37 import Control.Monad( zipWithM, unless )
38 import FastString ( sLit ) 
39 import DynFlags
40 \end{code}
41
42 Note [InsertSet invariants]
43 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
44
45 An InertSet is a bag of canonical constraints, with the following invariants:
46
47   1 No two constraints react with each other. 
48     
49     A tricky case is when there exists a given (solved) dictionary 
50     constraint and a wanted identical constraint in the inert set, but do 
51     not react because reaction would create loopy dictionary evidence for 
52     the wanted. See note [Recursive dictionaries]
53
54   2 Given equalities form an idempotent substitution [none of the
55     given LHS's occur in any of the given RHS's or reactant parts]
56
57   3 Wanted equalities also form an idempotent substitution
58   4 The entire set of equalities is acyclic.
59
60   5 Wanted dictionaries are inert with the top-level axiom set 
61
62   6 Equalities of the form tv1 ~ tv2 always have a touchable variable
63     on the left (if possible).
64   7 No wanted constraints tv1 ~ tv2 with tv1 touchable. Such constraints 
65     will be marked as solved right before being pushed into the inert set. 
66     See note [Touchables and givens].
67  
68 Note that 6 and 7 are /not/ enforced by canonicalization but rather by 
69 insertion in the inert list, ie by TcInteract. 
70
71 During the process of solving, the inert set will contain some
72 previously given constraints, some wanted constraints, and some given
73 constraints which have arisen from solving wanted constraints. For
74 now we do not distinguish between given and solved constraints.
75
76 Note that we must switch wanted inert items to given when going under an
77 implication constraint (when in top-level inference mode).
78
79 \begin{code}
80
81 -- See Note [InertSet invariants]
82
83 newtype InertSet = IS (Bag.Bag CanonicalCt)
84 instance Outputable InertSet where
85   ppr (IS cts) = vcat (map ppr (Bag.bagToList cts))
86
87 {- TODO: Later ...
88 data Inert = IS { class_inerts :: FiniteMap Class Atomics
89                   ip_inerts    :: FiniteMap Class Atomics
90                   tyfun_inerts :: FiniteMap TyCon Atomics
91                   tyvar_inerts :: FiniteMap TyVar Atomics
92                 }
93
94 Later should we also separate out givens and wanteds?
95 -}
96
97 emptyInert :: InertSet
98 emptyInert = IS Bag.emptyBag
99
100 extendInertSet :: InertSet -> AtomicInert -> InertSet
101 extendInertSet (IS cts) item = IS (cts `Bag.snocBag` item)
102
103 foldlInertSetM :: (Monad m) => (a -> AtomicInert -> m a) -> a -> InertSet -> m a 
104 foldlInertSetM k z (IS cts) = Bag.foldlBagM k z cts
105
106 extractUnsolved :: InertSet -> (InertSet, CanonicalCts)
107 extractUnsolved (IS cts)
108   = (IS cts', unsolved)
109   where (unsolved, cts') = Bag.partitionBag isWantedCt cts
110
111 isWantedCt :: CanonicalCt -> Bool 
112 isWantedCt ct = isWanted (cc_flavor ct)
113 \end{code}
114
115 Note [Touchables and givens]
116 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
117 Touchable variables will never show up in givens which are inputs to
118 the solver.  However, touchables may show up in givens generated by the flattener.  
119 For example,
120
121   axioms:
122     G Int ~ Char
123     F Char ~ Int
124
125   wanted:
126     F (G alpha) ~w Int
127   
128 canonicalises to
129
130   G alpha ~g b
131   F b ~w Int
132
133 which can be put in the inert set.  Suppose we also have a wanted
134
135   alpha ~w Int
136
137 We cannot rewrite the given G alpha ~g b using the wanted alpha ~w
138 Int.  Instead, after reacting alpha ~w Int with the whole inert set,
139 we observe that we can solve it by unifying alpha with Int, so we mark
140 it as solved and put it back in the *work list*. [We also immediately unify
141 alpha := Int, without telling anyone, see trySpontaneousSolve function, to 
142 avoid doing this in the end.]
143
144 Later, because it is solved (given, in effect), we can use it to rewrite 
145 G alpha ~g b to G Int ~g b, which gets put back in the work list. Eventually, 
146 we will dispatch the remaining wanted constraints using the top-level axioms.
147
148 Finally, note that after reacting a wanted equality with the entire inert set
149 we may end up with something like
150
151   b ~w alpha
152
153 which we should flip around to generate the solved constraint alpha ~s b.
154
155 %*********************************************************************
156 %*                                                                   * 
157 *                      Main Interaction Solver                       *
158 *                                                                    *
159 **********************************************************************
160
161 Note [Basic plan] 
162 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
163 1. Canonicalise (unary)
164 2. Pairwise interaction (binary)
165     * Take one from work list 
166     * Try all pair-wise interactions with each constraint in inert
167 3. Try to solve spontaneously for equalities involving touchables 
168 4. Top-level interaction (binary wrt top-level)
169    Superclass decomposition belongs in (4), see note [Superclasses]
170
171 \begin{code}
172
173 type AtomicInert = CanonicalCt     -- constraint pulled from InertSet
174 type WorkItem    = CanonicalCt     -- constraint pulled from WorkList
175 type SWorkItem   = WorkItem        -- a work item we know is solved
176
177 type WorkList    = CanonicalCts    -- A mixture of Given, Wanted, and Solved
178                    
179
180 listToWorkList :: [WorkItem] -> WorkList
181 listToWorkList = Bag.listToBag
182
183 unionWorkLists :: WorkList -> WorkList -> WorkList 
184 unionWorkLists = Bag.unionBags 
185
186 foldlWorkListM :: (Monad m) => (a -> WorkItem -> m a) -> a -> WorkList -> m a 
187 foldlWorkListM = Bag.foldlBagM 
188
189 isEmptyWorkList :: WorkList -> Bool 
190 isEmptyWorkList = Bag.isEmptyBag
191
192 emptyWorkList :: WorkList
193 emptyWorkList = Bag.emptyBag
194
195 data StopOrContinue 
196   = Stop                        -- Work item is consumed
197   | ContinueWith WorkItem       -- Not consumed
198
199 instance Outputable StopOrContinue where
200   ppr Stop             = ptext (sLit "Stop")
201   ppr (ContinueWith w) = ptext (sLit "ContinueWith") <+> ppr w
202
203 -- Results after interacting a WorkItem as far as possible with an InertSet
204 data StageResult
205   = SR { sr_inerts     :: InertSet
206            -- The new InertSet to use (REPLACES the old InertSet)
207        , sr_new_work   :: WorkList
208            -- Any new work items generated (should be ADDED to the old WorkList)
209            -- Invariant: 
210            --    sr_stop = Just workitem => workitem is *not* in sr_inerts and
211            --                               workitem is inert wrt to sr_inerts
212        , sr_stop       :: StopOrContinue
213        }
214
215 instance Outputable StageResult where
216   ppr (SR { sr_inerts = inerts, sr_new_work = work, sr_stop = stop })
217     = ptext (sLit "SR") <+> 
218       braces (sep [ ptext (sLit "inerts =") <+> ppr inerts <> comma
219                   , ptext (sLit "new work =") <+> ppr work <> comma
220                   , ptext (sLit "stop =") <+> ppr stop])
221
222 type SimplifierStage = WorkItem -> InertSet -> TcS StageResult 
223
224 -- Combine a sequence of simplifier 'stages' to create a pipeline 
225 runSolverPipeline :: [(String, SimplifierStage)]
226                   -> InertSet -> WorkItem 
227                   -> TcS (InertSet, WorkList)
228 -- Precondition: non-empty list of stages 
229 runSolverPipeline pipeline inerts workItem
230   = do { traceTcS "Start solver pipeline" $ 
231             vcat [ ptext (sLit "work item =") <+> ppr workItem
232                  , ptext (sLit "inerts    =") <+> ppr inerts]
233
234        ; let itr_in = SR { sr_inerts = inerts
235                         , sr_new_work = emptyWorkList
236                         , sr_stop = ContinueWith workItem }
237        ; itr_out <- run_pipeline pipeline itr_in
238        ; let new_inert 
239               = case sr_stop itr_out of 
240                   Stop              -> sr_inerts itr_out
241                   ContinueWith item -> sr_inerts itr_out `extendInertSet` item
242        ; return (new_inert, sr_new_work itr_out) }
243   where 
244     run_pipeline :: [(String, SimplifierStage)]
245                  -> StageResult -> TcS StageResult
246     run_pipeline [] itr                         = return itr
247     run_pipeline _  itr@(SR { sr_stop = Stop }) = return itr
248
249     run_pipeline ((name,stage):stages) 
250                  (SR { sr_new_work = accum_work
251                      , sr_inerts   = inerts
252                      , sr_stop     = ContinueWith work_item })
253       = do { itr <- stage work_item inerts 
254            ; traceTcS ("Stage result (" ++ name ++ ")") (ppr itr)
255            ; let itr' = itr { sr_new_work = sr_new_work itr 
256                                             `unionWorkLists` accum_work }
257            ; run_pipeline stages itr' }
258 \end{code}
259
260 Example 1:
261   Inert:   {c ~ d, F a ~ t, b ~ Int, a ~ ty} (all given)
262   Reagent: a ~ [b] (given)
263
264 React with (c~d)     ==> IR (ContinueWith (a~[b]))  True    []
265 React with (F a ~ t) ==> IR (ContinueWith (a~[b]))  False   [F [b] ~ t]
266 React with (b ~ Int) ==> IR (ContinueWith (a~[Int]) True    []
267
268 Example 2:
269   Inert:  {c ~w d, F a ~g t, b ~w Int, a ~w ty}
270   Reagent: a ~w [b]
271
272 React with (c ~w d)   ==> IR (ContinueWith (a~[b]))  True    []
273 React with (F a ~g t) ==> IR (ContinueWith (a~[b]))  True    []    (can't rewrite given with wanted!)
274 etc.
275
276 Example 3:
277   Inert:  {a ~ Int, F Int ~ b} (given)
278   Reagent: F a ~ b (wanted)
279
280 React with (a ~ Int)   ==> IR (ContinueWith (F Int ~ b)) True []
281 React with (F Int ~ b) ==> IR Stop True []    -- after substituting we re-canonicalize and get nothing
282
283 \begin{code}
284 -- Main interaction solver: we fully solve the worklist 'in one go', 
285 -- returning an extended inert set.
286 --
287 -- See Note [Touchables and givens].
288 solveInteract :: InertSet -> WorkList -> TcS InertSet
289 solveInteract inert ws 
290   = do { dyn_flags <- getDynFlags
291        ; solveInteractWithDepth (ctxtStkDepth dyn_flags,0,[]) inert ws 
292        }
293 solveOne :: InertSet -> WorkItem -> TcS InertSet 
294 solveOne inerts workItem 
295   = do { dyn_flags <- getDynFlags
296        ; solveOneWithDepth (ctxtStkDepth dyn_flags,0,[]) inerts workItem
297        }
298
299 -----------------
300 solveInteractWithDepth :: (Int, Int, [WorkItem])
301                        -> InertSet -> WorkList -> TcS InertSet
302 solveInteractWithDepth ctxt@(max_depth,n,stack) inert ws 
303   | isEmptyWorkList ws
304   = return inert
305
306   | n > max_depth 
307   = solverDepthErrorTcS n stack
308
309   | otherwise 
310   = do { traceTcS "solveInteractWithDepth" $ 
311          vcat [ text "Current depth =" <+> ppr n
312               , text "Max depth =" <+> ppr max_depth
313               ]
314        ; foldlWorkListM (solveOneWithDepth ctxt) inert ws }
315
316 ------------------
317 -- Fully interact the given work item with an inert set, and return a
318 -- new inert set which has assimilated the new information.
319 solveOneWithDepth :: (Int, Int, [WorkItem])
320                   -> InertSet -> WorkItem -> TcS InertSet
321 solveOneWithDepth (max_depth, n, stack) inert work
322   = do { traceTcS0 (indent ++ "Solving {") (ppr work)
323        ; (new_inert, new_work) <- runSolverPipeline thePipeline inert work
324          
325        ; traceTcS0 (indent ++ "Subgoals:") (ppr new_work)
326
327          -- Recursively solve the new work generated 
328          -- from workItem, with a greater depth
329        ; res_inert <- solveInteractWithDepth (max_depth, n+1, work:stack)
330                                 new_inert new_work 
331
332        ; traceTcS0 (indent ++ "Done }") (ppr work) 
333        ; return res_inert }
334   where
335     indent = replicate (2*n) ' '
336
337 thePipeline :: [(String,SimplifierStage)]
338 thePipeline = [ ("interact with inerts", interactWithInertsStage)
339               , ("spontaneous solve",    spontaneousSolveStage)
340               , ("top-level reactions",  topReactionsStage) ]
341 \end{code}
342
343 *********************************************************************************
344 *                                                                               * 
345                        The spontaneous-solve Stage
346 *                                                                               *
347 *********************************************************************************
348
349 \begin{code}
350 spontaneousSolveStage :: SimplifierStage 
351 spontaneousSolveStage workItem inerts 
352   = do { mSolve <- trySpontaneousSolve workItem 
353        ; case mSolve of 
354            Nothing -> -- no spontaneous solution for him, keep going
355                return $ SR { sr_new_work   = emptyWorkList 
356                            , sr_inerts     = inerts 
357                            , sr_stop       = ContinueWith workItem }
358
359            Just workItem' -- He has been solved; workItem' is a Given
360                | isWantedCt workItem 
361                            -- Original was wanted we have now made him given so 
362                            -- we have to ineract him with the inerts again because 
363                            -- of the change in his status. This may produce some work. 
364                    -> do { traceTcS "recursive interact with inerts {" $ vcat
365                                [ text "work = " <+> ppr workItem'
366                                , text "inerts = " <+> ppr inerts ]
367                          ; itr_again <- interactWithInertsStage workItem' inerts 
368                          ; case sr_stop itr_again of 
369                             Stop -> pprPanic "BUG: Impossible to happen" $ 
370                                     vcat [ text "Original workitem:" <+> ppr workItem
371                                          , text "Spontaneously solved:" <+> ppr workItem'
372                                          , text "Solved was consumed, when reacting with inerts:"
373                                          , nest 2 (ppr inerts) ]
374                             ContinueWith workItem'' -- Now *this* guy is inert wrt to inerts
375                                 ->  do { traceTcS "end recursive interact }" $ ppr workItem''
376                                        ; return $ SR { sr_new_work = sr_new_work itr_again
377                                                      , sr_inerts   = sr_inerts itr_again 
378                                                                      `extendInertSet` workItem'' 
379                                                      , sr_stop     = Stop } }
380                          }
381                | otherwise
382                    -> return $ SR { sr_new_work   = emptyWorkList 
383                                   , sr_inerts     = inerts `extendInertSet` workItem' 
384                                   , sr_stop       = Stop } }
385
386 -- @trySpontaneousSolve wi@ solves equalities where one side is a
387 -- touchable unification variable. Returns:
388 --   * Nothing if we were not able to solve it
389 --   * Just wi' if we solved it, wi' (now a "given") should be put in the work list.
390 --          See Note [Touchables and givens] 
391 trySpontaneousSolve :: WorkItem -> TcS (Maybe SWorkItem)
392 trySpontaneousSolve (CTyEqCan { cc_id = cv, cc_flavor = gw, cc_tyvar = tv1, cc_rhs = xi }) 
393   | Just tv2 <- tcGetTyVar_maybe xi
394   = do { tch1 <- isTouchableMetaTyVar tv1
395        ; tch2 <- isTouchableMetaTyVar tv2
396        ; case (tch1, tch2) of
397            (True,  True)  -> trySpontaneousEqTwoWay cv gw tv1 tv2
398            (True,  False) -> trySpontaneousEqOneWay cv gw tv1 xi
399            (False, True)  | tyVarKind tv1 `isSubKind` tyVarKind tv2
400                           -> trySpontaneousEqOneWay cv gw tv2 (mkTyVarTy tv1)
401            _ -> return Nothing }
402   | otherwise
403   = do { tch1 <- isTouchableMetaTyVar tv1
404        ; if tch1 then trySpontaneousEqOneWay cv gw tv1 xi
405                  else return Nothing }
406
407   -- No need for 
408   --      trySpontaneousSolve (CFunEqCan ...) = ...
409   -- See Note [No touchables as FunEq RHS] in TcSMonad
410 trySpontaneousSolve _ = return Nothing 
411
412 ----------------
413 trySpontaneousEqOneWay :: CoVar -> CtFlavor -> TcTyVar -> Xi
414                        -> TcS (Maybe SWorkItem)
415 -- tv is a MetaTyVar, not untouchable
416 -- Precondition: kind(xi) is a sub-kind of kind(tv)
417 trySpontaneousEqOneWay cv gw tv xi      
418   | not (isSigTyVar tv) || isTyVarTy xi
419   = solveWithIdentity cv gw tv xi
420   | otherwise
421   = return Nothing
422
423 ----------------
424 trySpontaneousEqTwoWay :: CoVar -> CtFlavor -> TcTyVar -> TcTyVar
425                        -> TcS (Maybe SWorkItem)
426 -- Both tyvars are *touchable* MetaTyvars
427 -- By the CTyEqCan invariant, k2 `isSubKind` k1
428 trySpontaneousEqTwoWay cv gw tv1 tv2
429   | k1 `eqKind` k2
430   , nicer_to_update_tv2 = solveWithIdentity cv gw tv2 (mkTyVarTy tv1)
431   | otherwise           = ASSERT( k2 `isSubKind` k1 )
432                           solveWithIdentity cv gw tv1 (mkTyVarTy tv2)
433   where
434     k1 = tyVarKind tv1
435     k2 = tyVarKind tv2
436     nicer_to_update_tv2 = isSigTyVar tv1 || isSystemName (Var.varName tv2)
437 \end{code}
438
439 Note [Loopy spontaneous solving] 
440 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
441 Consider the original wanted: 
442    wanted :  Maybe (E alpha) ~ alpha 
443 where E is a type family, such that E (T x) = x. After canonicalization, 
444 as a result of flattening, we will get: 
445    given  : E alpha ~ fsk 
446    wanted : alpha ~ Maybe fsk
447 where (fsk := E alpha, on the side). Now, if we spontaneously *solve* 
448 (alpha := Maybe fsk) we are in trouble! Instead, we should refrain from solving 
449 it and keep it as wanted.  In inference mode we'll end up quantifying over
450    (alpha ~ Maybe (E alpha))
451 Hence, 'solveWithIdentity' performs a small occurs check before
452 actually solving. But this occurs check *must look through* flatten
453 skolems.
454
455 Note [Avoid double unifications] 
456 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
457 The spontaneous solver has to return a given which mentions the unified unification
458 variable *on the left* of the equality. Here is what happens if not: 
459   Original wanted:  (a ~ alpha),  (alpha ~ Int) 
460 We spontaneously solve the first wanted, without changing the order! 
461       given : a ~ alpha      [having unifice alpha := a] 
462 Now the second wanted comes along, but he cannot rewrite the given, so we simply continue.
463 At the end we spontaneously solve that guy, *reunifying*  [alpha := Int] 
464
465 We avoid this problem by orienting the given so that the unification variable is on the left. 
466 [Note that alternatively we could attempt to enforce this at canonicalization] 
467
468 Avoiding double unifications is yet another reason to disallow touchable unification variables
469 as RHS of type family equations: F xis ~ alpha. Consider having already spontaneously solved 
470 a wanted (alpha ~ [b]) by setting alpha := [b]. So the inert set looks like: 
471          given : alpha ~ [b]
472 And now a new wanted (F tau ~ alpha) comes along. Since it does not react with anything 
473 we will be left with a constraint (F tau ~ alpha) that must cause a unification of 
474 (alpha := F tau) at some point (either in spontaneous solving, or at the end). But alpha 
475 is *already* unified so we must not do anything to it. By disallowing naked touchables in 
476 the RHS of constraints (in favor of introduced flatten skolems) we do not have to worry at 
477 all about unifying or spontaneously solving (F xis ~ alpha) by unification. 
478
479 \begin{code}
480 ----------------
481 solveWithIdentity :: CoVar -> CtFlavor -> TcTyVar -> Xi -> TcS (Maybe SWorkItem)
482 -- Solve with the identity coercion 
483 -- Precondition: kind(xi) is a sub-kind of kind(tv)
484 -- See [New Wanted Superclass Work] to see why we do this for *given* as well
485 solveWithIdentity cv gw tv xi 
486   | tv `elemVarSet` tyVarsOfUnflattenedType xi 
487                     -- Beware of Note [Loopy spontaneous solving] 
488                     -- Can't spontaneously solve loopy equalities
489                     -- though they are not a type error 
490   = return Nothing 
491   | not (isGiven gw) -- Wanted or Derived 
492   = do { traceTcS "Sneaky unification:" $ 
493          vcat [text "Coercion variable:  " <+> ppr gw, 
494                text "Coercion:           " <+> pprEq (mkTyVarTy tv) xi,
495                text "Left  Kind is     : " <+> ppr (typeKind (mkTyVarTy tv)),
496                text "Right Kind is     : " <+> ppr (typeKind xi)
497               ]
498        ; setWantedTyBind tv xi                  -- Set tv := xi
499        ; cv_given <- newGivOrDerCoVar (mkTyVarTy tv) xi xi  
500                                                 -- Create new given with identity evidence
501
502        ; case gw of 
503            Wanted  {} -> setWantedCoBind  cv xi 
504            Derived {} -> setDerivedCoBind cv xi 
505            _          -> pprPanic "Can't spontaneously solve *given*" empty 
506
507        ; let solved = CTyEqCan { cc_id = cv_given
508                                , cc_flavor = mkGivenFlavor gw UnkSkol
509                                , cc_tyvar = tv, cc_rhs = xi }
510        -- See Note [Avoid double unifications] 
511
512        -- The reason that we create a new given variable (cv_given) instead of reusing cv
513        -- is because we do not want to end up with coercion unification variables in the givens.
514        ; return (Just solved) }
515   | otherwise        -- Given 
516   = return Nothing 
517
518 tyVarsOfUnflattenedType :: TcType -> TcTyVarSet
519 -- A version of tyVarsOfType which looks through flatSkols
520 tyVarsOfUnflattenedType ty
521   = foldVarSet (unionVarSet . do_tv) emptyVarSet (tyVarsOfType ty)
522   where
523     do_tv :: TyVar -> TcTyVarSet
524     do_tv tv = ASSERT( isTcTyVar tv)
525                case tcTyVarDetails tv of 
526                   FlatSkol ty -> tyVarsOfUnflattenedType ty
527                   _           -> unitVarSet tv 
528 \end{code}
529
530
531 *********************************************************************************
532 *                                                                               * 
533                        The interact-with-inert Stage
534 *                                                                               *
535 *********************************************************************************
536
537 \begin{code}
538 -- Interaction result of  WorkItem <~> AtomicInert
539 data InteractResult
540    = IR { ir_stop         :: StopOrContinue
541             -- Stop
542             --   => Reagent (work item) consumed.
543             -- ContinueWith new_reagent
544             --   => Reagent transformed but keep gathering interactions. 
545             --      The transformed item remains inert with respect 
546             --      to any previously encountered inerts.
547
548         , ir_inert_action :: InertAction
549             -- Whether the inert item should remain in the InertSet.
550
551         , ir_new_work     :: WorkList
552             -- new work items to add to the WorkList
553         }
554
555 -- What to do with the inert reactant.
556 data InertAction = KeepInert | DropInert
557   deriving Eq
558
559 mkIRContinue :: Monad m => WorkItem -> InertAction -> WorkList -> m InteractResult
560 mkIRContinue wi keep newWork = return $ IR (ContinueWith wi) keep newWork
561
562 mkIRStop :: Monad m => InertAction -> WorkList -> m InteractResult
563 mkIRStop keep newWork = return $ IR Stop keep newWork
564
565 dischargeWorkItem :: Monad m => m InteractResult
566 dischargeWorkItem = mkIRStop KeepInert emptyCCan
567
568 noInteraction :: Monad m => WorkItem -> m InteractResult
569 noInteraction workItem = mkIRContinue workItem KeepInert emptyCCan
570
571
572 ---------------------------------------------------
573 -- Interact a single WorkItem with an InertSet as far as possible, i.e. until we get a Stop 
574 -- result from an individual interaction (i.e. when the WorkItem is consumed), or until we've 
575 -- interacted the WorkItem with the entire InertSet.
576 --
577 -- Postcondition: the new InertSet in the resulting StageResult is subset 
578 -- of the input InertSet.
579
580 interactWithInertsStage :: SimplifierStage
581 interactWithInertsStage workItem inert
582   = foldlInertSetM interactNext initITR inert
583   where 
584     initITR = SR { sr_inerts   = emptyInert
585                  , sr_new_work = emptyCCan
586                  , sr_stop     = ContinueWith workItem }
587
588     interactNext :: StageResult -> AtomicInert -> TcS StageResult 
589     interactNext it inert  
590       | ContinueWith workItem <- sr_stop it
591         = do { ir <- interactWithInert inert workItem 
592              ; let inerts = sr_inerts it 
593              ; return $ SR { sr_inerts   = if ir_inert_action ir == KeepInert
594                                            then inerts `extendInertSet` inert
595                                            else inerts
596                            , sr_new_work = sr_new_work it `unionWorkLists` ir_new_work ir
597                            , sr_stop     = ir_stop ir } }
598       | otherwise = return $ itrAddInert inert it
599     
600                              
601     itrAddInert :: AtomicInert -> StageResult -> StageResult
602     itrAddInert inert itr = itr { sr_inerts = (sr_inerts itr) `extendInertSet` inert }
603
604 -- Do a single interaction of two constraints.
605 interactWithInert :: AtomicInert -> WorkItem -> TcS InteractResult
606 interactWithInert inert workitem 
607   =  do { ctxt <- getTcSContext
608         ; let is_allowed  = allowedInteraction (simplEqsOnly ctxt) inert workitem 
609               inert_ev    = cc_id inert 
610               work_ev     = cc_id workitem 
611
612         -- Never interact a wanted and a derived where the derived's evidence 
613         -- mentions the wanted evidence in an unguarded way. 
614         -- See Note [Superclasses and recursive dictionaries] 
615         -- and Note [New Wanted Superclass Work] 
616         -- We don't have to do this for givens, as we fully know the evidence for them. 
617         ; rec_ev_ok <- 
618             case (cc_flavor inert, cc_flavor workitem) of 
619               (Wanted loc, Derived _) -> isGoodRecEv work_ev  (WantedEvVar inert_ev loc)
620               (Derived _, Wanted loc) -> isGoodRecEv inert_ev (WantedEvVar work_ev loc)
621               _                       -> return True 
622
623         ; if is_allowed && rec_ev_ok then 
624               doInteractWithInert inert workitem 
625           else 
626               noInteraction workitem 
627         }
628
629 allowedInteraction :: Bool -> AtomicInert -> WorkItem -> Bool 
630 -- Allowed interactions 
631 allowedInteraction eqs_only (CDictCan {}) (CDictCan {}) = not eqs_only
632 allowedInteraction eqs_only (CIPCan {})   (CIPCan {})   = not eqs_only
633 allowedInteraction _ _ _ = True 
634
635 --------------------------------------------
636 doInteractWithInert :: CanonicalCt -> CanonicalCt -> TcS InteractResult
637 -- Identical class constraints.
638
639 doInteractWithInert 
640            (CDictCan { cc_id = d1, cc_flavor = fl1, cc_class = cls1, cc_tyargs = tys1 }) 
641   workItem@(CDictCan { cc_id = d2, cc_flavor = fl2, cc_class = cls2, cc_tyargs = tys2 })
642   | cls1 == cls2 && (and $ zipWith tcEqType tys1 tys2)
643   = solveOneFromTheOther (d1,fl1) workItem 
644
645   | cls1 == cls2 && (not (isGiven fl1 && isGiven fl2))
646   =      -- See Note [When improvement happens]
647     do { let work_item_pred_loc = (ClassP cls2 tys2, ppr d2)
648              inert_pred_loc     = (ClassP cls1 tys1, ppr d1)
649              loc                = combineCtLoc fl1 fl2
650              eqn_pred_locs = improveFromAnother work_item_pred_loc inert_pred_loc         
651        ; wevvars <- mkWantedFunDepEqns loc eqn_pred_locs 
652                  -- See Note [Generating extra equalities]
653        ; workList <- canWanteds wevvars 
654        ; mkIRContinue workItem KeepInert workList -- Keep the inert there so we avoid 
655                                                   -- re-introducing the fundep equalities
656          -- See Note [FunDep Reactions] 
657        }
658
659 -- Class constraint and given equality: use the equality to rewrite
660 -- the class constraint. 
661 doInteractWithInert (CTyEqCan { cc_id = cv, cc_flavor = ifl, cc_tyvar = tv, cc_rhs = xi }) 
662                     (CDictCan { cc_id = dv, cc_flavor = wfl, cc_class = cl, cc_tyargs = xis }) 
663   | ifl `canRewrite` wfl 
664   , tv `elemVarSet` tyVarsOfTypes xis
665     -- substitute for tv in xis.  Note that the resulting class
666     -- constraint is still canonical, since substituting xi-types in
667     -- xi-types generates xi-types.  However, it may no longer be
668     -- inert with respect to the inert set items we've already seen.
669     -- For example, consider the inert set
670     --
671     --   D Int (g)
672     --   a ~g Int
673     --
674     -- and the work item D a (w). D a does not interact with D Int.
675     -- Next, it does interact with a ~g Int, getting rewritten to D
676     -- Int (w).  But now we must go back through the rest of the inert
677     -- set again, to find that it can now be discharged by the given D
678     -- Int instance.
679   = do { rewritten_dict <- rewriteDict (cv,tv,xi) (dv,wfl,cl,xis)
680        ; mkIRStop KeepInert (singleCCan rewritten_dict) }
681     
682 doInteractWithInert (CDictCan { cc_id = dv, cc_flavor = ifl, cc_class = cl, cc_tyargs = xis }) 
683            workItem@(CTyEqCan { cc_id = cv, cc_flavor = wfl, cc_tyvar = tv, cc_rhs = xi })
684   | wfl `canRewrite` ifl
685   , tv `elemVarSet` tyVarsOfTypes xis
686   = do { rewritten_dict <- rewriteDict (cv,tv,xi) (dv,ifl,cl,xis) 
687        ; mkIRContinue workItem DropInert (singleCCan rewritten_dict) }
688
689 -- Class constraint and given equality: use the equality to rewrite
690 -- the class constraint.
691 doInteractWithInert (CTyEqCan { cc_id = cv, cc_flavor = ifl, cc_tyvar = tv, cc_rhs = xi }) 
692                     (CIPCan { cc_id = ipid, cc_flavor = wfl, cc_ip_nm = nm, cc_ip_ty = ty }) 
693   | ifl `canRewrite` wfl
694   , tv `elemVarSet` tyVarsOfType ty 
695   = do { rewritten_ip <- rewriteIP (cv,tv,xi) (ipid,wfl,nm,ty) 
696        ; mkIRStop KeepInert (singleCCan rewritten_ip) }
697
698 doInteractWithInert (CIPCan { cc_id = ipid, cc_flavor = ifl, cc_ip_nm = nm, cc_ip_ty = ty }) 
699            workItem@(CTyEqCan { cc_id = cv, cc_flavor = wfl, cc_tyvar = tv, cc_rhs = xi })
700   | wfl `canRewrite` ifl
701   , tv `elemVarSet` tyVarsOfType ty
702   = do { rewritten_ip <- rewriteIP (cv,tv,xi) (ipid,ifl,nm,ty) 
703        ; mkIRContinue workItem DropInert (singleCCan rewritten_ip) } 
704
705 -- Two implicit parameter constraints.  If the names are the same,
706 -- but their types are not, we generate a wanted type equality 
707 -- that equates the type (this is "improvement").  
708 -- However, we don't actually need the coercion evidence,
709 -- so we just generate a fresh coercion variable that isn't used anywhere.
710 doInteractWithInert (CIPCan { cc_id = id1, cc_flavor = ifl, cc_ip_nm = nm1, cc_ip_ty = ty1 }) 
711            workItem@(CIPCan { cc_flavor = wfl, cc_ip_nm = nm2, cc_ip_ty = ty2 })
712   | nm1 == nm2 && ty1 `tcEqType` ty2 
713   = solveOneFromTheOther (id1,ifl) workItem 
714
715   | nm1 == nm2 && (not (isGiven ifl && isGiven wfl))
716   =     -- See Note [When improvement happens]
717     do { co_var <- newWantedCoVar ty1 ty2 
718        ; let flav = Wanted (combineCtLoc ifl wfl) 
719        ; mkCanonical flav co_var >>= mkIRContinue workItem KeepInert } 
720
721
722 -- Inert: equality, work item: function equality
723
724 -- Never rewrite a given with a wanted equality, and a type function
725 -- equality can never rewrite an equality.  Note also that if we have
726 -- F x1 ~ x2 and a ~ x3, and a occurs in x2, we don't rewrite it.  We
727 -- can wait until F x1 ~ x2 matches another F x1 ~ x4, and only then
728 -- we will ``expose'' x2 and x4 to rewriting.
729
730 -- Otherwise, we can try rewriting the type function equality with the equality.
731 doInteractWithInert (CTyEqCan { cc_id = cv1, cc_flavor = ifl, cc_tyvar = tv, cc_rhs = xi1 }) 
732                     (CFunEqCan { cc_id = cv2, cc_flavor = wfl, cc_fun = tc
733                                , cc_tyargs = args, cc_rhs = xi2 })
734   | ifl `canRewrite` wfl 
735   , tv `elemVarSet` tyVarsOfTypes args
736   = do { rewritten_funeq <- rewriteFunEq (cv1,tv,xi1) (cv2,wfl,tc,args,xi2) 
737        ; mkIRStop KeepInert (singleCCan rewritten_funeq) }
738
739 -- Inert: function equality, work item: equality
740
741 doInteractWithInert (CFunEqCan {cc_id = cv1, cc_flavor = ifl, cc_fun = tc
742                               , cc_tyargs = args, cc_rhs = xi1 }) 
743            workItem@(CTyEqCan { cc_id = cv2, cc_flavor = wfl, cc_tyvar = tv, cc_rhs = xi2 })
744   | wfl `canRewrite` ifl
745   , tv `elemVarSet` tyVarsOfTypes args
746   = do { rewritten_funeq <- rewriteFunEq (cv2,tv,xi2) (cv1,ifl,tc,args,xi1) 
747        ; mkIRContinue workItem DropInert (singleCCan rewritten_funeq) } 
748
749 doInteractWithInert (CFunEqCan { cc_id = cv1, cc_flavor = fl1, cc_fun = tc1
750                                , cc_tyargs = args1, cc_rhs = xi1 }) 
751            workItem@(CFunEqCan { cc_id = cv2, cc_flavor = fl2, cc_fun = tc2
752                                , cc_tyargs = args2, cc_rhs = xi2 })
753   | fl1 `canRewrite` fl2 && lhss_match
754   = do { cans <- rewriteEqLHS (mkCoVarCoercion cv1,xi1) (cv2,fl2,xi2) 
755        ; mkIRStop KeepInert cans } 
756   | fl2 `canRewrite` fl1 && lhss_match
757   = do { cans <- rewriteEqLHS (mkCoVarCoercion cv2,xi2) (cv1,fl1,xi1) 
758        ; mkIRContinue workItem DropInert cans }
759   where
760     lhss_match = tc1 == tc2 && and (zipWith tcEqType args1 args2) 
761
762 doInteractWithInert (CTyEqCan { cc_id = cv1, cc_flavor = fl1, cc_tyvar = tv1, cc_rhs = xi1 }) 
763            workItem@(CTyEqCan { cc_id = cv2, cc_flavor = fl2, cc_tyvar = tv2, cc_rhs = xi2 })
764 -- Check for matching LHS 
765   | fl1 `canRewrite` fl2 && tv1 == tv2 
766   = do { cans <- rewriteEqLHS (mkCoVarCoercion cv1,xi1) (cv2,fl2,xi2) 
767        ; mkIRStop KeepInert cans } 
768
769 {-
770   | fl1 `canRewrite` fl2                        -- If at all possible, keep the inert, 
771   , Just tv1_rhs <- tcGetTyVar_maybe xi1        -- special case of inert a~b
772   , tv1_rhs == tv2
773   = do { cans <- rewriteEqLHS (mkSymCoercion (mkCoVarCoercion cv1), mkTyVarTy tv1) 
774                               (cv2,fl2,xi2) 
775        ; mkIRStop KeepInert cans } 
776 -}
777   | fl2 `canRewrite` fl1 && tv1 == tv2 
778   = do { cans <- rewriteEqLHS (mkCoVarCoercion cv2,xi2) (cv1,fl1,xi1) 
779        ; mkIRContinue workItem DropInert cans } 
780
781 -- Check for rewriting RHS 
782   | fl1 `canRewrite` fl2 && tv1 `elemVarSet` tyVarsOfType xi2 
783   = do { rewritten_eq <- rewriteEqRHS (cv1,tv1,xi1) (cv2,fl2,tv2,xi2) 
784        ; mkIRStop KeepInert rewritten_eq }
785   | fl2 `canRewrite` fl1 && tv2 `elemVarSet` tyVarsOfType xi1
786   = do { rewritten_eq <- rewriteEqRHS (cv2,tv2,xi2) (cv1,fl1,tv1,xi1) 
787        ; mkIRContinue workItem DropInert rewritten_eq } 
788
789
790 -- Fall-through case for all other cases
791 doInteractWithInert _ workItem = noInteraction workItem
792
793 --------------------------------------------
794 combineCtLoc :: CtFlavor -> CtFlavor -> WantedLoc
795 -- Precondition: At least one of them should be wanted 
796 combineCtLoc (Wanted loc) _ = loc 
797 combineCtLoc _ (Wanted loc) = loc 
798 combineCtLoc _ _ = panic "Expected one of wanted constraints (BUG)" 
799
800
801 -- Equational Rewriting 
802 rewriteDict  :: (CoVar, TcTyVar, Xi) -> (DictId, CtFlavor, Class, [Xi]) -> TcS CanonicalCt
803 rewriteDict (cv,tv,xi) (dv,gw,cl,xis) 
804   = do { let cos  = substTysWith [tv] [mkCoVarCoercion cv] xis -- xis[tv] ~ xis[xi]
805              args = substTysWith [tv] [xi] xis
806              con  = classTyCon cl 
807              dict_co = mkTyConCoercion con cos 
808        ; dv' <- newDictVar cl args 
809        ; case gw of 
810            Wanted {}         -> setDictBind dv (EvCast dv' (mkSymCoercion dict_co))
811            _given_or_derived -> setDictBind dv' (EvCast dv dict_co) 
812        ; return (CDictCan { cc_id = dv'
813                           , cc_flavor = gw 
814                           , cc_class = cl 
815                           , cc_tyargs = args }) } 
816
817 rewriteIP :: (CoVar,TcTyVar,Xi) -> (EvVar,CtFlavor, IPName Name, TcType) -> TcS CanonicalCt 
818 rewriteIP (cv,tv,xi) (ipid,gw,nm,ty) 
819   = do { let ip_co = substTyWith [tv] [mkCoVarCoercion cv] ty     -- ty[tv] ~ t[xi] 
820              ty'   = substTyWith [tv] [xi] ty
821        ; ipid' <- newIPVar nm ty' 
822        ; case gw of 
823            Wanted {}         -> setIPBind ipid  (EvCast ipid' (mkSymCoercion ip_co))
824            _given_or_derived -> setIPBind ipid' (EvCast ipid ip_co) 
825        ; return (CIPCan { cc_id = ipid'
826                         , cc_flavor = gw
827                         , cc_ip_nm = nm
828                         , cc_ip_ty = ty' }) }
829    
830 rewriteFunEq :: (CoVar,TcTyVar,Xi) -> (CoVar,CtFlavor,TyCon, [Xi], Xi) -> TcS CanonicalCt
831 rewriteFunEq (cv1,tv,xi1) (cv2,gw, tc,args,xi2) 
832   = do { let arg_cos = substTysWith [tv] [mkCoVarCoercion cv1] args 
833              args'   = substTysWith [tv] [xi1] args 
834              fun_co  = mkTyConCoercion tc arg_cos 
835        ; cv2' <- case gw of 
836                    Wanted {} -> do { cv2' <- newWantedCoVar (mkTyConApp tc args') xi2 
837                                    ; setWantedCoBind cv2 $ 
838                                      mkTransCoercion fun_co (mkCoVarCoercion cv2') 
839                                    ; return cv2' } 
840                    _giv_or_der -> newGivOrDerCoVar (mkTyConApp tc args') xi2 $
841                                   mkTransCoercion (mkSymCoercion fun_co) (mkCoVarCoercion cv2) 
842        ; return (CFunEqCan { cc_id = cv2'
843                            , cc_flavor = gw
844                            , cc_tyargs = args'
845                            , cc_fun = tc 
846                            , cc_rhs = xi2 }) }
847
848
849 rewriteEqRHS :: (CoVar,TcTyVar,Xi) -> (CoVar,CtFlavor,TcTyVar,Xi) -> TcS CanonicalCts
850 -- Use the first equality to rewrite the second, flavors already checked. 
851 -- E.g.          c1 : tv1 ~ xi1   c2 : tv2 ~ xi2
852 -- rewrites c2 to give
853 --               c2' : tv2 ~ xi2[xi1/tv1]
854 -- We must do an occurs check to sure the new constraint is canonical
855 -- So we might return an empty bag
856 rewriteEqRHS (cv1,tv1,xi1) (cv2,gw,tv2,xi2) 
857   | Just tv2' <- tcGetTyVar_maybe xi2'
858   , tv2 == tv2'  -- In this case xi2[xi1/tv1] = tv2, so we have tv2~tv2
859   = do { when (isWanted gw) (setWantedCoBind cv2 (mkSymCoercion co2')) 
860        ; return emptyCCan } 
861   | otherwise 
862   = do { cv2' <- 
863            case gw of 
864              Wanted {} 
865                  -> do { cv2' <- newWantedCoVar (mkTyVarTy tv2) xi2' 
866                        ; setWantedCoBind cv2 $ 
867                          mkCoVarCoercion cv2' `mkTransCoercion` mkSymCoercion co2'
868                        ; return cv2' } 
869              _giv_or_der 
870                  -> newGivOrDerCoVar (mkTyVarTy tv2) xi2' $ 
871                     mkCoVarCoercion cv2 `mkTransCoercion` co2'
872
873        ; xi2'' <- canOccursCheck gw tv2 xi2' -- we know xi2' is *not* tv2 
874        ; return (singleCCan $ CTyEqCan { cc_id = cv2' 
875                                        , cc_flavor = gw 
876                                        , cc_tyvar = tv2 
877                                        , cc_rhs   = xi2'' }) 
878        }
879   where 
880     xi2' = substTyWith [tv1] [xi1] xi2 
881     co2' = substTyWith [tv1] [mkCoVarCoercion cv1] xi2  -- xi2 ~ xi2[xi1/tv1]
882
883 rewriteEqLHS :: (Coercion,Xi) -> (CoVar,CtFlavor,Xi) -> TcS CanonicalCts
884 -- Used to ineratct two equalities of the following form: 
885 -- First Equality:   co1: (XXX ~ xi1)  
886 -- Second Equality:  cv2: (XXX ~ xi2) 
887 -- Where the cv1 `canRewrite` cv2 equality 
888 rewriteEqLHS (co1,xi1) (cv2,gw,xi2) 
889   = do { cv2' <- if isWanted gw then 
890                      do { cv2' <- newWantedCoVar xi1 xi2 
891                         ; setWantedCoBind cv2 $ 
892                           co1 `mkTransCoercion` mkCoVarCoercion cv2'
893                         ; return cv2' } 
894                  else newGivOrDerCoVar xi1 xi2 $ 
895                       mkSymCoercion co1 `mkTransCoercion` mkCoVarCoercion cv2 
896        ; mkCanonical gw cv2' }
897
898
899 solveOneFromTheOther :: (EvVar, CtFlavor) -> CanonicalCt -> TcS InteractResult 
900 -- First argument inert, second argument workitem. They both represent 
901 -- wanted/given/derived evidence for the *same* predicate so we try here to 
902 -- discharge one directly from the other. 
903 --
904 -- Precondition: value evidence only (implicit parameters, classes) 
905 --               not coercion
906 solveOneFromTheOther (iid,ifl) workItem 
907       -- Both derived needs a special case. You might think that we do not need
908       -- two evidence terms for the same claim. But, since the evidence is partial, 
909       -- either evidence may do in some cases; see TcSMonad.isGoodRecEv.
910       -- See also Example 3 in Note [Superclasses and recursive dictionaries] 
911   | isDerived ifl && isDerived wfl 
912   = noInteraction workItem 
913
914   | wfl `canRewrite` ifl 
915   = do { unless (isGiven ifl) $ setEvBind iid (EvId wid)
916                  -- Overwrite the binding, if one exists
917                  -- (For Givens, they are lambda-bound so nothing to overwrite,
918                  -- but we still drop the overridden one and replace it in
919                  -- the inert set with the new one
920        ; mkIRContinue workItem DropInert emptyCCan }
921        -- The order is important here: must do (wfl `canRewrite` ifl) first
922        -- so that we override the inert item with an inner given if possible.  
923        -- See Note [Overriding implicit parameters]
924
925   | otherwise   -- ifl `canRewrite` wfl
926   = do { unless (isGiven wfl) $ setEvBind wid (EvId iid) 
927        ; dischargeWorkItem }
928   where 
929      wfl = cc_flavor workItem
930      wid = cc_id workItem
931 \end{code}
932
933 Note [Superclasses and recursive dictionaries]
934 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
935     Overlaps with Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
936                   Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
937                   Note [Recursive instances and superclases]
938     ToDo: check overlap and delete redundant stuff
939
940 Right before adding a given into the inert set, we must
941 produce some more work, that will bring the superclasses 
942 of the given into scope. The superclass constraints go into 
943 our worklist. 
944
945 When we simplify a wanted constraint, if we first see a matching
946 instance, we may produce new wanted work. To (1) avoid doing this work 
947 twice in the future and (2) to handle recursive dictionaries we may ``cache'' 
948 this item as solved (in effect, given) into our inert set and with that add 
949 its superclass constraints (as given) in our worklist. 
950
951 But now we have added partially solved constraints to the worklist which may 
952 interact with other wanteds. Consider the example: 
953
954 Example 1: 
955
956     class Eq b => Foo a b        --- 0-th selector
957     instance Eq a => Foo [a] a   --- fooDFun
958
959 and wanted (Foo [t] t). We are first going to see that the instance matches 
960 and create an inert set that includes the solved (Foo [t] t) and its 
961 superclasses. 
962        d1 :_g Foo [t] t                 d1 := EvDFunApp fooDFun d3 
963        d2 :_g Eq t                      d2 := EvSuperClass d1 0 
964 Our work list is going to contain a new *wanted* goal
965        d3 :_w Eq t 
966 It is wrong to react the wanted (Eq t) with the given (Eq t) because that would 
967 construct loopy evidence. Hence the check isGoodRecEv in doInteractWithInert. 
968
969 OK, so we have ruled out bad behaviour, but how do we ge recursive dictionaries, 
970 at all? Consider
971
972 Example 2:
973
974     data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
975     
976     instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
977         ZeroD     == ZeroD     = True
978         (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
979         _         == _         = False;
980     
981     equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
982     equalDC = (==);
983
984 We need to prove (Eq (D [])). Here's how we go:
985
986         d1 :_w Eq (D [])
987
988 by instance decl, holds if
989         d2 :_w Eq [D []]
990         where   d1 = dfEqD d2
991
992 *BUT* we have an inert set which gives us (no superclasses): 
993         d1 :_g Eq (D []) 
994 By the instance declaration of Eq we can show the 'd2' goal if 
995         d3 :_w Eq (D [])
996         where   d2 = dfEqList d3
997                 d1 = dfEqD d2
998 Now, however this wanted can interact with our inert d1 to set: 
999         d3 := d1 
1000 and solve the goal. Why was this interaction OK? Because, if we chase the 
1001 evidence of d1 ~~> dfEqD d2 ~~-> dfEqList d3, so by setting d3 := d1 we 
1002 are really setting
1003         d3 := dfEqD2 (dfEqList d3) 
1004 which is FINE because the use of d3 is protected by the instance function 
1005 applications. 
1006
1007 So, our strategy is to try to put solved wanted dictionaries into the
1008 inert set along with their superclasses (when this is meaningful,
1009 i.e. when new wanted goals are generated) but solve a wanted dictionary
1010 from a given only in the case where the evidence variable of the
1011 wanted is mentioned in the evidence of the given (recursively through
1012 the evidence binds) in a protected way: more instance function applications 
1013 than superclass selectors.
1014
1015 Here are some more examples from GHC's previous type checker
1016
1017
1018 Example 3: 
1019 This code arises in the context of "Scrap Your Boilerplate with Class"
1020
1021     class Sat a
1022     class Data ctx a
1023     instance  Sat (ctx Char)             => Data ctx Char       -- dfunData1
1024     instance (Sat (ctx [a]), Data ctx a) => Data ctx [a]        -- dfunData2
1025
1026     class Data Maybe a => Foo a    
1027
1028     instance Foo t => Sat (Maybe t)                             -- dfunSat
1029
1030     instance Data Maybe a => Foo a                              -- dfunFoo1
1031     instance Foo a        => Foo [a]                            -- dfunFoo2
1032     instance                 Foo [Char]                         -- dfunFoo3
1033
1034 Consider generating the superclasses of the instance declaration
1035          instance Foo a => Foo [a]
1036
1037 So our problem is this
1038     d0 :_g Foo t
1039     d1 :_w Data Maybe [t] 
1040
1041 We may add the given in the inert set, along with its superclasses
1042 [assuming we don't fail because there is a matching instance, see 
1043  tryTopReact, given case ]
1044   Inert:
1045     d0 :_g Foo t 
1046   WorkList 
1047     d01 :_g Data Maybe t  -- d2 := EvDictSuperClass d0 0 
1048     d1 :_w Data Maybe [t] 
1049 Then d2 can readily enter the inert, and we also do solving of the wanted
1050   Inert: 
1051     d0 :_g Foo t 
1052     d1 :_s Data Maybe [t]           d1 := dfunData2 d2 d3 
1053   WorkList
1054     d2 :_w Sat (Maybe [t])          
1055     d3 :_w Data Maybe t
1056     d01 :_g Data Maybe t 
1057 Now, we may simplify d2 more: 
1058   Inert:
1059       d0 :_g Foo t 
1060       d1 :_s Data Maybe [t]           d1 := dfunData2 d2 d3 
1061       d1 :_g Data Maybe [t] 
1062       d2 :_g Sat (Maybe [t])          d2 := dfunSat d4 
1063   WorkList: 
1064       d3 :_w Data Maybe t 
1065       d4 :_w Foo [t] 
1066       d01 :_g Data Maybe t 
1067
1068 Now, we can just solve d3.
1069   Inert
1070       d0 :_g Foo t 
1071       d1 :_s Data Maybe [t]           d1 := dfunData2 d2 d3 
1072       d2 :_g Sat (Maybe [t])          d2 := dfunSat d4 
1073   WorkList
1074       d4 :_w Foo [t] 
1075       d01 :_g Data Maybe t 
1076 And now we can simplify d4 again, but since it has superclasses we *add* them to the worklist:
1077   Inert
1078       d0 :_g Foo t 
1079       d1 :_s Data Maybe [t]           d1 := dfunData2 d2 d3 
1080       d2 :_g Sat (Maybe [t])          d2 := dfunSat d4 
1081       d4 :_g Foo [t]                  d4 := dfunFoo2 d5 
1082   WorkList:
1083       d5 :_w Foo t 
1084       d6 :_g Data Maybe [t]           d6 := EvDictSuperClass d4 0
1085       d01 :_g Data Maybe t 
1086 Now, d5 can be solved! (and its superclass enter scope) 
1087   Inert
1088       d0 :_g Foo t 
1089       d1 :_s Data Maybe [t]           d1 := dfunData2 d2 d3 
1090       d2 :_g Sat (Maybe [t])          d2 := dfunSat d4 
1091       d4 :_g Foo [t]                  d4 := dfunFoo2 d5 
1092       d5 :_g Foo t                    d5 := dfunFoo1 d7
1093   WorkList:
1094       d7 :_w Data Maybe t
1095       d6 :_g Data Maybe [t]
1096       d8 :_g Data Maybe t            d8 := EvDictSuperClass d5 0
1097       d01 :_g Data Maybe t 
1098
1099 Now, two problems: 
1100    [1] Suppose we pick d8 and we react him with d01. Which of the two givens should 
1101        we keep? Well, we *MUST NOT* drop d01 because d8 contains recursive evidence 
1102        that must not be used (look at case interactInert where both inert and workitem
1103        are givens). So we have several options: 
1104        - Drop the workitem always (this will drop d8)
1105               This feels very unsafe -- what if the work item was the "good" one
1106               that should be used later to solve another wanted?
1107        - Don't drop anyone: the inert set may contain multiple givens! 
1108               [This is currently implemented] 
1109
1110 The "don't drop anyone" seems the most safe thing to do, so now we come to problem 2: 
1111   [2] We have added both d6 and d01 in the inert set, and we are interacting our wanted
1112       d7. Now the [isRecDictEv] function in the ineration solver 
1113       [case inert-given workitem-wanted] will prevent us from interacting d7 := d8 
1114       precisely because chasing the evidence of d8 leads us to an unguarded use of d7. 
1115
1116       So, no interaction happens there. Then we meet d01 and there is no recursion 
1117       problem there [isRectDictEv] gives us the OK to interact and we do solve d7 := d01! 
1118              
1119 Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
1120 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1121 We have to be very, very careful when generating superclasses, lest we
1122 accidentally build a loop. Here's an example:
1123
1124   class S a
1125
1126   class S a => C a where { opc :: a -> a }
1127   class S b => D b where { opd :: b -> b }
1128   
1129   instance C Int where
1130      opc = opd
1131   
1132   instance D Int where
1133      opd = opc
1134
1135 From (instance C Int) we get the constraint set {ds1:S Int, dd:D Int}
1136 Simplifying, we may well get:
1137         $dfCInt = :C ds1 (opd dd)
1138         dd  = $dfDInt
1139         ds1 = $p1 dd
1140 Notice that we spot that we can extract ds1 from dd.  
1141
1142 Alas!  Alack! We can do the same for (instance D Int):
1143
1144         $dfDInt = :D ds2 (opc dc)
1145         dc  = $dfCInt
1146         ds2 = $p1 dc
1147
1148 And now we've defined the superclass in terms of itself.
1149 Two more nasty cases are in
1150         tcrun021
1151         tcrun033
1152
1153 Solution: 
1154   - Satisfy the superclass context *all by itself* 
1155     (tcSimplifySuperClasses)
1156   - And do so completely; i.e. no left-over constraints
1157     to mix with the constraints arising from method declarations
1158
1159
1160 Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
1161 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1162 We need to be careful when adding "the constaint we are trying to prove".
1163 Suppose we are *given* d1:Ord a, and want to deduce (d2:C [a]) where
1164
1165         class Ord a => C a where
1166         instance Ord [a] => C [a] where ...
1167
1168 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] from Ord [a], and then add the
1169 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1170 for Ord [a] (which is obtained from Ord a) with a superclass selection or we'll just
1171 build a loop! 
1172
1173 Here's another variant, immortalised in tcrun020
1174         class Monad m => C1 m
1175         class C1 m => C2 m x
1176         instance C2 Maybe Bool
1177 For the instance decl we need to build (C1 Maybe), and it's no good if
1178 we run around and add (C2 Maybe Bool) and its superclasses to the avails 
1179 before we search for C1 Maybe.
1180
1181 Here's another example 
1182         class Eq b => Foo a b
1183         instance Eq a => Foo [a] a
1184 If we are reducing
1185         (Foo [t] t)
1186
1187 we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
1188 then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1189
1190 At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
1191 in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
1192 becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
1193 I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
1194 simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Stop
1195 first time, but reducible next time.
1196
1197 Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
1198 when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
1199
1200 Note [Recursive instances and superclases]
1201 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1202 Consider this code, which arises in the context of "Scrap Your 
1203 Boilerplate with Class".  
1204
1205     class Sat a
1206     class Data ctx a
1207     instance  Sat (ctx Char)             => Data ctx Char
1208     instance (Sat (ctx [a]), Data ctx a) => Data ctx [a]
1209
1210     class Data Maybe a => Foo a
1211
1212     instance Foo t => Sat (Maybe t)
1213
1214     instance Data Maybe a => Foo a
1215     instance Foo a        => Foo [a]
1216     instance                 Foo [Char]
1217
1218 In the instance for Foo [a], when generating evidence for the superclasses
1219 (ie in tcSimplifySuperClasses) we need a superclass (Data Maybe [a]).
1220 Using the instance for Data, we therefore need
1221         (Sat (Maybe [a], Data Maybe a)
1222 But we are given (Foo a), and hence its superclass (Data Maybe a).
1223 So that leaves (Sat (Maybe [a])).  Using the instance for Sat means
1224 we need (Foo [a]).  And that is the very dictionary we are bulding
1225 an instance for!  So we must put that in the "givens".  So in this
1226 case we have
1227         Given:  Foo a, Foo [a]
1228         Wanted: Data Maybe [a]
1229
1230 BUT we must *not not not* put the *superclasses* of (Foo [a]) in
1231 the givens, which is what 'addGiven' would normally do. Why? Because
1232 (Data Maybe [a]) is the superclass, so we'd "satisfy" the wanted 
1233 by selecting a superclass from Foo [a], which simply makes a loop.
1234
1235 On the other hand we *must* put the superclasses of (Foo a) in
1236 the givens, as you can see from the derivation described above.
1237
1238 Conclusion: in the very special case of tcSimplifySuperClasses
1239 we have one 'given' (namely the "this" dictionary) whose superclasses
1240 must not be added to 'givens' by addGiven.  
1241
1242 There is a complication though.  Suppose there are equalities
1243       instance (Eq a, a~b) => Num (a,b)
1244 Then we normalise the 'givens' wrt the equalities, so the original
1245 given "this" dictionary is cast to one of a different type.  So it's a
1246 bit trickier than before to identify the "special" dictionary whose
1247 superclasses must not be added. See test
1248    indexed-types/should_run/EqInInstance
1249
1250 We need a persistent property of the dictionary to record this
1251 special-ness.  Current I'm using the InstLocOrigin (a bit of a hack,
1252 but cool), which is maintained by dictionary normalisation.
1253 Specifically, the InstLocOrigin is
1254              NoScOrigin
1255 then the no-superclass thing kicks in.  WATCH OUT if you fiddle
1256 with InstLocOrigin!
1257
1258 Note [MATCHING-SYNONYMS]
1259 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1260 When trying to match a dictionary (D tau) to a top-level instance, or a 
1261 type family equation (F taus_1 ~ tau_2) to a top-level family instance, 
1262 we do *not* need to expand type synonyms because the matcher will do that for us.
1263
1264
1265 Note [RHS-FAMILY-SYNONYMS] 
1266 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1267 The RHS of a family instance is represented as yet another constructor which is 
1268 like a type synonym for the real RHS the programmer declared. Eg: 
1269     type instance F (a,a) = [a] 
1270 Becomes: 
1271     :R32 a = [a]      -- internal type synonym introduced
1272     F (a,a) ~ :R32 a  -- instance 
1273
1274 When we react a family instance with a type family equation in the work list 
1275 we keep the synonym-using RHS without expansion. 
1276
1277
1278 *********************************************************************************
1279 *                                                                               * 
1280                        The top-reaction Stage
1281 *                                                                               *
1282 *********************************************************************************
1283
1284 \begin{code}
1285 -- If a work item has any form of interaction with top-level we get this 
1286 data TopInteractResult 
1287   = NoTopInt               -- No top-level interaction
1288   | SomeTopInt 
1289       { tir_new_work  :: WorkList       -- Sub-goals or new work (could be given, 
1290                                         --                        for superclasses)
1291       , tir_new_inert :: StopOrContinue -- The input work item, ready to become *inert* now: 
1292       }                                 -- NB: in ``given'' (solved) form if the 
1293                                         -- original was wanted or given and instance match
1294                                         -- was found, but may also be in wanted form if we 
1295                                         -- only reacted with functional dependencies 
1296                                         -- arising from top-level instances.
1297
1298 topReactionsStage :: SimplifierStage 
1299 topReactionsStage workItem inerts 
1300   = do { tir <- tryTopReact workItem 
1301        ; case tir of 
1302            NoTopInt -> 
1303                return $ SR { sr_inerts   = inerts 
1304                            , sr_new_work = emptyWorkList 
1305                            , sr_stop     = ContinueWith workItem } 
1306            SomeTopInt tir_new_work tir_new_inert -> 
1307                return $ SR { sr_inerts   = inerts 
1308                            , sr_new_work = tir_new_work
1309                            , sr_stop     = tir_new_inert
1310                            }
1311        }
1312
1313 tryTopReact :: WorkItem -> TcS TopInteractResult 
1314 tryTopReact workitem 
1315   = do {  -- A flag controls the amount of interaction allowed
1316           -- See Note [Simplifying RULE lhs constraints]
1317          ctxt <- getTcSContext
1318        ; if allowedTopReaction (simplEqsOnly ctxt) workitem 
1319          then do { traceTcS "tryTopReact / calling doTopReact" (ppr workitem)
1320                  ; doTopReact workitem }
1321          else return NoTopInt 
1322        } 
1323
1324 allowedTopReaction :: Bool -> WorkItem -> Bool 
1325 allowedTopReaction eqs_only (CDictCan {}) = not eqs_only
1326 allowedTopReaction _        _             = True 
1327
1328
1329 doTopReact :: WorkItem -> TcS TopInteractResult 
1330 -- The work item does not react with the inert set, 
1331 -- so try interaction with top-level instances
1332 doTopReact workItem@(CDictCan { cc_id = dv, cc_flavor = Wanted loc
1333                               , cc_class = cls, cc_tyargs = xis }) 
1334   = do { -- See Note [MATCHING-SYNONYMS]
1335        ; lkp_inst_res <- matchClassInst cls xis loc
1336        ; case lkp_inst_res of 
1337            NoInstance -> do { traceTcS "doTopReact/ no class instance for" (ppr dv) 
1338                             ; funDepReact }
1339            GenInst wtvs ev_term ->  -- Solved 
1340                    -- No need to do fundeps stuff here; the instance 
1341                    -- matches already so we won't get any more info
1342                    -- from functional dependencies
1343                do { traceTcS "doTopReact/ found class instance for" (ppr dv) 
1344                   ; setDictBind dv ev_term 
1345                   ; workList <- canWanteds wtvs
1346                   ; if null wtvs
1347                     -- Solved in one step and no new wanted work produced. 
1348                     -- i.e we directly matched a top-level instance
1349                     -- No point in caching this in 'inert', nor in adding superclasses
1350                     then return $ SomeTopInt { tir_new_work  = emptyCCan 
1351                                              , tir_new_inert = Stop }
1352
1353                     -- Solved and new wanted work produced, you may cache the 
1354                     -- (tentatively solved) dictionary as Derived and its superclasses
1355                     else do { let solved = makeSolved workItem
1356                             ; sc_work <- newSCWorkFromFlavored dv (Derived loc) cls xis 
1357                             ; return $ SomeTopInt 
1358                                   { tir_new_work = workList `unionWorkLists` sc_work 
1359                                   , tir_new_inert = ContinueWith solved } }
1360                   }
1361        }
1362   where 
1363     -- Try for a fundep reaction beween the wanted item 
1364     -- and a top-level instance declaration
1365     funDepReact 
1366       = do { instEnvs <- getInstEnvs
1367            ; let eqn_pred_locs = improveFromInstEnv (classInstances instEnvs)
1368                                                     (ClassP cls xis, ppr dv)
1369            ; wevvars <- mkWantedFunDepEqns loc eqn_pred_locs 
1370                       -- NB: fundeps generate some wanted equalities, but 
1371                       --     we don't use their evidence for anything
1372            ; fd_work <- canWanteds wevvars 
1373            ; sc_work <- newSCWorkFromFlavored dv (Derived loc) cls xis
1374            ; return $ SomeTopInt { tir_new_work = fd_work `unionWorkLists` sc_work
1375                                  , tir_new_inert = ContinueWith workItem }
1376            -- NB: workItem is inert, but it isn't solved
1377            -- keep it as inert, although it's not solved because we
1378            -- have now reacted all its top-level fundep-induced equalities!
1379                     
1380            -- See Note [FunDep Reactions]
1381            }
1382
1383 -- Otherwise, we have a given or derived 
1384 doTopReact workItem@(CDictCan { cc_id = dv, cc_flavor = fl
1385                               , cc_class = cls, cc_tyargs = xis }) 
1386   = do { sc_work <- newSCWorkFromFlavored dv fl cls xis 
1387        ; return $ SomeTopInt sc_work (ContinueWith workItem) }
1388     -- See Note [Given constraint that matches an instance declaration]
1389
1390 -- Type functions
1391 doTopReact (CFunEqCan { cc_id = cv, cc_flavor = fl
1392                       , cc_fun = tc, cc_tyargs = args, cc_rhs = xi })
1393   = ASSERT (isSynFamilyTyCon tc)   -- No associated data families have reached that far 
1394     do { match_res <- matchFam tc args -- See Note [MATCHING-SYNONYMS]
1395        ; case match_res of 
1396            MatchInstNo 
1397              -> return NoTopInt 
1398            MatchInstSingle (rep_tc, rep_tys)
1399              -> do { let Just coe_tc = tyConFamilyCoercion_maybe rep_tc
1400                          Just rhs_ty = tcView (mkTyConApp rep_tc rep_tys)
1401                             -- Eagerly expand away the type synonym on the
1402                             -- RHS of a type function, so that it never
1403                             -- appears in an error message
1404                             -- See Note [Type synonym families] in TyCon
1405                          coe = mkTyConApp coe_tc rep_tys 
1406                    ; cv' <- case fl of
1407                               Wanted {} -> do { cv' <- newWantedCoVar rhs_ty xi
1408                                               ; setWantedCoBind cv $ 
1409                                                     coe `mkTransCoercion`
1410                                                       mkCoVarCoercion cv'
1411                                               ; return cv' }
1412                               _ -> newGivOrDerCoVar xi rhs_ty $ 
1413                                    mkSymCoercion (mkCoVarCoercion cv) `mkTransCoercion` coe 
1414
1415                    ; workList <- mkCanonical fl cv'
1416                    ; return $ SomeTopInt workList Stop }
1417            _ 
1418              -> panicTcS $ text "TcSMonad.matchFam returned multiple instances!"
1419        }
1420
1421
1422 -- Any other work item does not react with any top-level equations
1423 doTopReact _workItem = return NoTopInt 
1424 \end{code}
1425
1426 Note [FunDep and implicit parameter reactions] 
1427 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1428 Currently, our story of interacting two dictionaries (or a dictionary
1429 and top-level instances) for functional dependencies, and implicit
1430 paramters, is that we simply produce new wanted equalities.  So for example
1431
1432         class D a b | a -> b where ... 
1433     Inert: 
1434         d1 :g D Int Bool
1435     WorkItem: 
1436         d2 :w D Int alpha
1437
1438     We generate the extra work item
1439         cv :w alpha ~ Bool
1440     where 'cv' is currently unused.  However, this new item reacts with d2,
1441     discharging it in favour of a new constraint d2' thus:
1442         d2' :w D Int Bool
1443         d2 := d2' |> D Int cv
1444     Now d2' can be discharged from d1
1445
1446 We could be more aggressive and try to *immediately* solve the dictionary 
1447 using those extra equalities. With the same inert set and work item we
1448 might dischard d2 directly:
1449
1450         cv :w alpha ~ Bool
1451         d2 := d1 |> D Int cv
1452
1453 But in general it's a bit painful to figure out the necessary coercion,
1454 so we just take the first approach.
1455
1456 It's exactly the same with implicit parameters, except that the
1457 "aggressive" approach would be much easier to implement.
1458
1459 Note [When improvement happens]
1460 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1461 We fire an improvement rule when
1462
1463   * Two constraints match (modulo the fundep)
1464       e.g. C t1 t2, C t1 t3    where C a b | a->b
1465     The two match because the first arg is identical
1466
1467   * At least one is not Given.  If they are both given, we don't fire
1468     the reaction because we have no way of constructing evidence for a
1469     new equality nor does it seem right to create a new wanted goal
1470     (because the goal will most likely contain untouchables, which
1471     can't be solved anyway)!
1472    
1473 Note that we *do* fire the improvement if one is Given and one is Derived.
1474 The latter can be a superclass of a wanted goal. Example (tcfail138)
1475     class L a b | a -> b
1476     class (G a, L a b) => C a b
1477
1478     instance C a b' => G (Maybe a)
1479     instance C a b  => C (Maybe a) a
1480     instance L (Maybe a) a
1481
1482 When solving the superclasses of the (C (Maybe a) a) instance, we get
1483   Given:  C a b  ... and hance by superclasses, (G a, L a b)
1484   Wanted: G (Maybe a)
1485 Use the instance decl to get
1486   Wanted: C a b'
1487 The (C a b') is inert, so we generate its Derived superclasses (L a b'),
1488 and now we need improvement between that derived superclass an the Given (L a b)
1489
1490 Note [Overriding implicit parameters]
1491 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1492 Consider
1493    f :: (?x::a) -> Bool -> a
1494   
1495    g v = let ?x::Int = 3 
1496          in (f v, let ?x::Bool = True in f v)
1497
1498 This should probably be well typed, with
1499    g :: Bool -> (Int, Bool)
1500
1501 So the inner binding for ?x::Bool *overrides* the outer one.
1502 Hence a work-item Given overrides an inert-item Given.
1503
1504 Note [Given constraint that matches an instance declaration]
1505 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1506 What should we do when we discover that one (or more) top-level 
1507 instances match a given (or solved) class constraint? We have 
1508 two possibilities:
1509
1510   1. Reject the program. The reason is that there may not be a unique
1511      best strategy for the solver. Example, from the OutsideIn(X) paper:
1512        instance P x => Q [x] 
1513        instance (x ~ y) => R [x] y 
1514      
1515        wob :: forall a b. (Q [b], R b a) => a -> Int 
1516
1517        g :: forall a. Q [a] => [a] -> Int 
1518        g x = wob x 
1519
1520        will generate the impliation constraint: 
1521             Q [a] => (Q [beta], R beta [a]) 
1522        If we react (Q [beta]) with its top-level axiom, we end up with a 
1523        (P beta), which we have no way of discharging. On the other hand, 
1524        if we react R beta [a] with the top-level we get  (beta ~ a), which 
1525        is solvable and can help us rewrite (Q [beta]) to (Q [a]) which is 
1526        now solvable by the given Q [a]. 
1527  
1528      However, this option is restrictive, for instance [Example 3] from 
1529      Note [Recursive dictionaries] will fail to work. 
1530
1531   2. Ignore the problem, hoping that the situations where there exist indeed
1532      such multiple strategies are rare: Indeed the cause of the previous 
1533      problem is that (R [x] y) yields the new work (x ~ y) which can be 
1534      *spontaneously* solved, not using the givens. 
1535
1536 We are choosing option 2 below but we might consider having a flag as well.
1537
1538
1539 Note [New Wanted Superclass Work] 
1540 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1541 Even in the case of wanted constraints, we add all of its superclasses as 
1542 new given work. There are several reasons for this: 
1543      a) to minimise error messages; 
1544         eg suppose we have wanted (Eq a, Ord a)
1545              then we report only (Ord a) unsoluble
1546
1547      b) to make the smallest number of constraints when *inferring* a type
1548         (same Eq/Ord example)
1549
1550      c) for recursive dictionaries we *must* add the superclasses
1551         so that we can use them when solving a sub-problem
1552
1553      d) To allow FD-like improvement for type families. Assume that 
1554         we have a class 
1555              class C a b | a -> b 
1556         and we have to solve the implication constraint: 
1557              C a b => C a beta 
1558         Then, FD improvement can help us to produce a new wanted (beta ~ b) 
1559
1560         We want to have the same effect with the type family encoding of 
1561         functional dependencies. Namely, consider: 
1562              class (F a ~ b) => C a b 
1563         Now suppose that we have: 
1564                given: C a b 
1565                wanted: C a beta 
1566         By interacting the given we will get that (F a ~ b) which is not 
1567         enough by itself to make us discharge (C a beta). However, we 
1568         may create a new given equality from the super-class that we promise
1569         to solve: (F a ~ beta). Now we may interact this with the rest of 
1570         constraint to finally get: 
1571                   given :  beta ~ b 
1572         
1573         But 'beta' is a touchable unification variable, and hence OK to 
1574         unify it with 'b', replacing the given evidence with the identity. 
1575
1576         This requires trySpontaneousSolve to solve given equalities that
1577         have a touchable in their RHS, *in addition* to solving wanted 
1578         equalities. 
1579
1580 Here is another example where this is useful. 
1581
1582 Example 1:
1583 ----------
1584    class (F a ~ b) => C a b 
1585 And we are given the wanteds:
1586       w1 : C a b 
1587       w2 : C a c 
1588       w3 : b ~ c 
1589 We surely do *not* want to quantify over (b ~ c), since if someone provides
1590 dictionaries for (C a b) and (C a c), these dictionaries can provide a proof 
1591 of (b ~ c), hence no extra evidence is necessary. Here is what will happen: 
1592
1593      Step 1: We will get new *given* superclass work, 
1594              provisionally to our solving of w1 and w2
1595              
1596                g1: F a ~ b, g2 : F a ~ c, 
1597                w1 : C a b, w2 : C a c, w3 : b ~ c
1598
1599              The evidence for g1 and g2 is a superclass evidence term: 
1600
1601                g1 := sc w1, g2 := sc w2
1602
1603      Step 2: The givens will solve the wanted w3, so that 
1604                w3 := sym (sc w1) ; sc w2 
1605                   
1606      Step 3: Now, one may naively assume that then w2 can be solve from w1
1607              after rewriting with the (now solved equality) (b ~ c). 
1608              
1609              But this rewriting is ruled out by the isGoodRectDict! 
1610
1611 Conclusion, we will (correctly) end up with the unsolved goals 
1612     (C a b, C a c)   
1613
1614 NB: The desugarer needs be more clever to deal with equalities 
1615     that participate in recursive dictionary bindings. 
1616
1617 \begin{code}
1618 newSCWorkFromFlavored :: EvVar -> CtFlavor -> Class -> [Xi]
1619                       -> TcS WorkList
1620 newSCWorkFromFlavored ev flavor cls xis
1621   | Given loc <- flavor         -- The NoScSkol says "don't add superclasses"
1622   , NoScSkol <- ctLocOrigin loc
1623   = pprTrace "Oh dear! Superclasses of self" (pprEvVarWithType ev) $
1624     return emptyWorkList
1625     
1626   | otherwise
1627   = do { let (tyvars, sc_theta, _, _) = classBigSig cls 
1628              sc_theta1 = substTheta (zipTopTvSubst tyvars xis) sc_theta
1629              -- Add *all* its superclasses (equalities or not) as new given work 
1630              -- See Note [New Wanted Superclass Work] 
1631        ; sc_vars <- zipWithM inst_one sc_theta1 [0..]
1632        ; mkCanonicals flavor sc_vars } 
1633   where
1634     inst_one pred n = newGivOrDerEvVar pred (EvSuperClass ev n)
1635
1636 data LookupInstResult
1637   = NoInstance
1638   | GenInst [WantedEvVar] EvTerm 
1639
1640 matchClassInst :: Class -> [Type] -> WantedLoc -> TcS LookupInstResult
1641 matchClassInst clas tys loc
1642    = do { let pred = mkClassPred clas tys 
1643         ; mb_result <- matchClass clas tys
1644         ; case mb_result of
1645             MatchInstNo   -> return NoInstance
1646             MatchInstMany -> return NoInstance -- defer any reactions of a multitude until 
1647                                                -- we learn more about the reagent 
1648             MatchInstSingle (dfun_id, mb_inst_tys) -> 
1649               do { checkWellStagedDFun pred dfun_id loc
1650
1651         -- It's possible that not all the tyvars are in
1652         -- the substitution, tenv. For example:
1653         --      instance C X a => D X where ...
1654         -- (presumably there's a functional dependency in class C)
1655         -- Hence mb_inst_tys :: Either TyVar TcType 
1656
1657                  ; tys <- instDFunTypes mb_inst_tys 
1658                  ; let (theta, _) = tcSplitPhiTy (applyTys (idType dfun_id) tys)
1659                  ; if null theta then
1660                        return (GenInst [] (EvDFunApp dfun_id tys [])) 
1661                    else do
1662                      { ev_vars <- instDFunConstraints theta
1663                      ; let wevs = [WantedEvVar w loc | w <- ev_vars]
1664                      ; return $ GenInst wevs (EvDFunApp dfun_id tys ev_vars) }
1665                  }
1666         }
1667 \end{code}
1668
1669