Fix overriding of implicit parameters in the solver
[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 && isGiven wfl && isGiven ifl
713   =     -- See Note [Overriding implicit parameters]
714         -- Dump the inert item, override totally with the new one
715         -- Do not require type equality
716     mkIRContinue workItem DropInert emptyCCan
717
718   | nm1 == nm2 && ty1 `tcEqType` ty2 
719   = solveOneFromTheOther (id1,ifl) workItem 
720
721   | nm1 == nm2
722   =     -- See Note [When improvement happens]
723     do { co_var <- newWantedCoVar ty1 ty2 
724        ; let flav = Wanted (combineCtLoc ifl wfl) 
725        ; mkCanonical flav co_var >>= mkIRContinue workItem KeepInert } 
726
727
728 -- Inert: equality, work item: function equality
729
730 -- Never rewrite a given with a wanted equality, and a type function
731 -- equality can never rewrite an equality.  Note also that if we have
732 -- F x1 ~ x2 and a ~ x3, and a occurs in x2, we don't rewrite it.  We
733 -- can wait until F x1 ~ x2 matches another F x1 ~ x4, and only then
734 -- we will ``expose'' x2 and x4 to rewriting.
735
736 -- Otherwise, we can try rewriting the type function equality with the equality.
737 doInteractWithInert (CTyEqCan { cc_id = cv1, cc_flavor = ifl, cc_tyvar = tv, cc_rhs = xi1 }) 
738                     (CFunEqCan { cc_id = cv2, cc_flavor = wfl, cc_fun = tc
739                                , cc_tyargs = args, cc_rhs = xi2 })
740   | ifl `canRewrite` wfl 
741   , tv `elemVarSet` tyVarsOfTypes args
742   = do { rewritten_funeq <- rewriteFunEq (cv1,tv,xi1) (cv2,wfl,tc,args,xi2) 
743        ; mkIRStop KeepInert (singleCCan rewritten_funeq) }
744
745 -- Inert: function equality, work item: equality
746
747 doInteractWithInert (CFunEqCan {cc_id = cv1, cc_flavor = ifl, cc_fun = tc
748                               , cc_tyargs = args, cc_rhs = xi1 }) 
749            workItem@(CTyEqCan { cc_id = cv2, cc_flavor = wfl, cc_tyvar = tv, cc_rhs = xi2 })
750   | wfl `canRewrite` ifl
751   , tv `elemVarSet` tyVarsOfTypes args
752   = do { rewritten_funeq <- rewriteFunEq (cv2,tv,xi2) (cv1,ifl,tc,args,xi1) 
753        ; mkIRContinue workItem DropInert (singleCCan rewritten_funeq) } 
754
755 doInteractWithInert (CFunEqCan { cc_id = cv1, cc_flavor = fl1, cc_fun = tc1
756                                , cc_tyargs = args1, cc_rhs = xi1 }) 
757            workItem@(CFunEqCan { cc_id = cv2, cc_flavor = fl2, cc_fun = tc2
758                                , cc_tyargs = args2, cc_rhs = xi2 })
759   | fl1 `canRewrite` fl2 && lhss_match
760   = do { cans <- rewriteEqLHS (mkCoVarCoercion cv1,xi1) (cv2,fl2,xi2) 
761        ; mkIRStop KeepInert cans } 
762   | fl2 `canRewrite` fl1 && lhss_match
763   = do { cans <- rewriteEqLHS (mkCoVarCoercion cv2,xi2) (cv1,fl1,xi1) 
764        ; mkIRContinue workItem DropInert cans }
765   where
766     lhss_match = tc1 == tc2 && and (zipWith tcEqType args1 args2) 
767
768 doInteractWithInert (CTyEqCan { cc_id = cv1, cc_flavor = fl1, cc_tyvar = tv1, cc_rhs = xi1 }) 
769            workItem@(CTyEqCan { cc_id = cv2, cc_flavor = fl2, cc_tyvar = tv2, cc_rhs = xi2 })
770 -- Check for matching LHS 
771   | fl1 `canRewrite` fl2 && tv1 == tv2 
772   = do { cans <- rewriteEqLHS (mkCoVarCoercion cv1,xi1) (cv2,fl2,xi2) 
773        ; mkIRStop KeepInert cans } 
774
775 {-
776   | fl1 `canRewrite` fl2                        -- If at all possible, keep the inert, 
777   , Just tv1_rhs <- tcGetTyVar_maybe xi1        -- special case of inert a~b
778   , tv1_rhs == tv2
779   = do { cans <- rewriteEqLHS (mkSymCoercion (mkCoVarCoercion cv1), mkTyVarTy tv1) 
780                               (cv2,fl2,xi2) 
781        ; mkIRStop KeepInert cans } 
782 -}
783   | fl2 `canRewrite` fl1 && tv1 == tv2 
784   = do { cans <- rewriteEqLHS (mkCoVarCoercion cv2,xi2) (cv1,fl1,xi1) 
785        ; mkIRContinue workItem DropInert cans } 
786
787 -- Check for rewriting RHS 
788   | fl1 `canRewrite` fl2 && tv1 `elemVarSet` tyVarsOfType xi2 
789   = do { rewritten_eq <- rewriteEqRHS (cv1,tv1,xi1) (cv2,fl2,tv2,xi2) 
790        ; mkIRStop KeepInert rewritten_eq }
791   | fl2 `canRewrite` fl1 && tv2 `elemVarSet` tyVarsOfType xi1
792   = do { rewritten_eq <- rewriteEqRHS (cv2,tv2,xi2) (cv1,fl1,tv1,xi1) 
793        ; mkIRContinue workItem DropInert rewritten_eq } 
794
795
796 -- Fall-through case for all other cases
797 doInteractWithInert _ workItem = noInteraction workItem
798
799 --------------------------------------------
800 combineCtLoc :: CtFlavor -> CtFlavor -> WantedLoc
801 -- Precondition: At least one of them should be wanted 
802 combineCtLoc (Wanted loc) _ = loc 
803 combineCtLoc _ (Wanted loc) = loc 
804 combineCtLoc _ _ = panic "Expected one of wanted constraints (BUG)" 
805
806
807 -- Equational Rewriting 
808 rewriteDict  :: (CoVar, TcTyVar, Xi) -> (DictId, CtFlavor, Class, [Xi]) -> TcS CanonicalCt
809 rewriteDict (cv,tv,xi) (dv,gw,cl,xis) 
810   = do { let cos  = substTysWith [tv] [mkCoVarCoercion cv] xis -- xis[tv] ~ xis[xi]
811              args = substTysWith [tv] [xi] xis
812              con  = classTyCon cl 
813              dict_co = mkTyConCoercion con cos 
814        ; dv' <- newDictVar cl args 
815        ; case gw of 
816            Wanted {}         -> setDictBind dv (EvCast dv' (mkSymCoercion dict_co))
817            _given_or_derived -> setDictBind dv' (EvCast dv dict_co) 
818        ; return (CDictCan { cc_id = dv'
819                           , cc_flavor = gw 
820                           , cc_class = cl 
821                           , cc_tyargs = args }) } 
822
823 rewriteIP :: (CoVar,TcTyVar,Xi) -> (EvVar,CtFlavor, IPName Name, TcType) -> TcS CanonicalCt 
824 rewriteIP (cv,tv,xi) (ipid,gw,nm,ty) 
825   = do { let ip_co = substTyWith [tv] [mkCoVarCoercion cv] ty     -- ty[tv] ~ t[xi] 
826              ty'   = substTyWith [tv] [xi] ty
827        ; ipid' <- newIPVar nm ty' 
828        ; case gw of 
829            Wanted {}         -> setIPBind ipid  (EvCast ipid' (mkSymCoercion ip_co))
830            _given_or_derived -> setIPBind ipid' (EvCast ipid ip_co) 
831        ; return (CIPCan { cc_id = ipid'
832                         , cc_flavor = gw
833                         , cc_ip_nm = nm
834                         , cc_ip_ty = ty' }) }
835    
836 rewriteFunEq :: (CoVar,TcTyVar,Xi) -> (CoVar,CtFlavor,TyCon, [Xi], Xi) -> TcS CanonicalCt
837 rewriteFunEq (cv1,tv,xi1) (cv2,gw, tc,args,xi2) 
838   = do { let arg_cos = substTysWith [tv] [mkCoVarCoercion cv1] args 
839              args'   = substTysWith [tv] [xi1] args 
840              fun_co  = mkTyConCoercion tc arg_cos 
841        ; cv2' <- case gw of 
842                    Wanted {} -> do { cv2' <- newWantedCoVar (mkTyConApp tc args') xi2 
843                                    ; setWantedCoBind cv2 $ 
844                                      mkTransCoercion fun_co (mkCoVarCoercion cv2') 
845                                    ; return cv2' } 
846                    _giv_or_der -> newGivOrDerCoVar (mkTyConApp tc args') xi2 $
847                                   mkTransCoercion (mkSymCoercion fun_co) (mkCoVarCoercion cv2) 
848        ; return (CFunEqCan { cc_id = cv2'
849                            , cc_flavor = gw
850                            , cc_tyargs = args'
851                            , cc_fun = tc 
852                            , cc_rhs = xi2 }) }
853
854
855 rewriteEqRHS :: (CoVar,TcTyVar,Xi) -> (CoVar,CtFlavor,TcTyVar,Xi) -> TcS CanonicalCts
856 -- Use the first equality to rewrite the second, flavors already checked. 
857 -- E.g.          c1 : tv1 ~ xi1   c2 : tv2 ~ xi2
858 -- rewrites c2 to give
859 --               c2' : tv2 ~ xi2[xi1/tv1]
860 -- We must do an occurs check to sure the new constraint is canonical
861 -- So we might return an empty bag
862 rewriteEqRHS (cv1,tv1,xi1) (cv2,gw,tv2,xi2) 
863   | Just tv2' <- tcGetTyVar_maybe xi2'
864   , tv2 == tv2'  -- In this case xi2[xi1/tv1] = tv2, so we have tv2~tv2
865   = do { when (isWanted gw) (setWantedCoBind cv2 (mkSymCoercion co2')) 
866        ; return emptyCCan } 
867   | otherwise 
868   = do { cv2' <- 
869            case gw of 
870              Wanted {} 
871                  -> do { cv2' <- newWantedCoVar (mkTyVarTy tv2) xi2' 
872                        ; setWantedCoBind cv2 $ 
873                          mkCoVarCoercion cv2' `mkTransCoercion` mkSymCoercion co2'
874                        ; return cv2' } 
875              _giv_or_der 
876                  -> newGivOrDerCoVar (mkTyVarTy tv2) xi2' $ 
877                     mkCoVarCoercion cv2 `mkTransCoercion` co2'
878
879        ; xi2'' <- canOccursCheck gw tv2 xi2' -- we know xi2' is *not* tv2 
880        ; return (singleCCan $ CTyEqCan { cc_id = cv2' 
881                                        , cc_flavor = gw 
882                                        , cc_tyvar = tv2 
883                                        , cc_rhs   = xi2'' }) 
884        }
885   where 
886     xi2' = substTyWith [tv1] [xi1] xi2 
887     co2' = substTyWith [tv1] [mkCoVarCoercion cv1] xi2  -- xi2 ~ xi2[xi1/tv1]
888
889 rewriteEqLHS :: (Coercion,Xi) -> (CoVar,CtFlavor,Xi) -> TcS CanonicalCts
890 -- Used to ineratct two equalities of the following form: 
891 -- First Equality:   co1: (XXX ~ xi1)  
892 -- Second Equality:  cv2: (XXX ~ xi2) 
893 -- Where the cv1 `canRewrite` cv2 equality 
894 rewriteEqLHS (co1,xi1) (cv2,gw,xi2) 
895   = do { cv2' <- if isWanted gw then 
896                      do { cv2' <- newWantedCoVar xi1 xi2 
897                         ; setWantedCoBind cv2 $ 
898                           co1 `mkTransCoercion` mkCoVarCoercion cv2'
899                         ; return cv2' } 
900                  else newGivOrDerCoVar xi1 xi2 $ 
901                       mkSymCoercion co1 `mkTransCoercion` mkCoVarCoercion cv2 
902        ; mkCanonical gw cv2' }
903
904
905 solveOneFromTheOther :: (EvVar, CtFlavor) -> CanonicalCt -> TcS InteractResult 
906 -- First argument inert, second argument workitem. They both represent 
907 -- wanted/given/derived evidence for the *same* predicate so we try here to 
908 -- discharge one directly from the other. 
909 --
910 -- Precondition: value evidence only (implicit parameters, classes) 
911 --               not coercion
912 solveOneFromTheOther (iid,ifl) workItem 
913       -- Both derived needs a special case. You might think that we do not need
914       -- two evidence terms for the same claim. But, since the evidence is partial, 
915       -- either evidence may do in some cases; see TcSMonad.isGoodRecEv.
916       -- See also Example 3 in Note [Superclasses and recursive dictionaries] 
917   | isDerived ifl && isDerived wfl 
918   = noInteraction workItem 
919
920   | ifl `canRewrite` wfl
921   = do { unless (isGiven wfl) $ setEvBind wid (EvId iid) 
922            -- Overwrite the binding, if one exists
923            -- For Givens, which are lambda-bound, nothing to overwrite,
924        ; dischargeWorkItem }
925
926   | otherwise  -- wfl `canRewrite` ifl 
927   = do { unless (isGiven ifl) $ setEvBind iid (EvId wid)
928        ; mkIRContinue workItem DropInert emptyCCan }
929
930   where 
931      wfl = cc_flavor workItem
932      wid = cc_id workItem
933 \end{code}
934
935 Note [Superclasses and recursive dictionaries]
936 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
937     Overlaps with Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
938                   Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
939                   Note [Recursive instances and superclases]
940     ToDo: check overlap and delete redundant stuff
941
942 Right before adding a given into the inert set, we must
943 produce some more work, that will bring the superclasses 
944 of the given into scope. The superclass constraints go into 
945 our worklist. 
946
947 When we simplify a wanted constraint, if we first see a matching
948 instance, we may produce new wanted work. To (1) avoid doing this work 
949 twice in the future and (2) to handle recursive dictionaries we may ``cache'' 
950 this item as solved (in effect, given) into our inert set and with that add 
951 its superclass constraints (as given) in our worklist. 
952
953 But now we have added partially solved constraints to the worklist which may 
954 interact with other wanteds. Consider the example: 
955
956 Example 1: 
957
958     class Eq b => Foo a b        --- 0-th selector
959     instance Eq a => Foo [a] a   --- fooDFun
960
961 and wanted (Foo [t] t). We are first going to see that the instance matches 
962 and create an inert set that includes the solved (Foo [t] t) and its 
963 superclasses. 
964        d1 :_g Foo [t] t                 d1 := EvDFunApp fooDFun d3 
965        d2 :_g Eq t                      d2 := EvSuperClass d1 0 
966 Our work list is going to contain a new *wanted* goal
967        d3 :_w Eq t 
968 It is wrong to react the wanted (Eq t) with the given (Eq t) because that would 
969 construct loopy evidence. Hence the check isGoodRecEv in doInteractWithInert. 
970
971 OK, so we have ruled out bad behaviour, but how do we ge recursive dictionaries, 
972 at all? Consider
973
974 Example 2:
975
976     data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
977     
978     instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
979         ZeroD     == ZeroD     = True
980         (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
981         _         == _         = False;
982     
983     equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
984     equalDC = (==);
985
986 We need to prove (Eq (D [])). Here's how we go:
987
988         d1 :_w Eq (D [])
989
990 by instance decl, holds if
991         d2 :_w Eq [D []]
992         where   d1 = dfEqD d2
993
994 *BUT* we have an inert set which gives us (no superclasses): 
995         d1 :_g Eq (D []) 
996 By the instance declaration of Eq we can show the 'd2' goal if 
997         d3 :_w Eq (D [])
998         where   d2 = dfEqList d3
999                 d1 = dfEqD d2
1000 Now, however this wanted can interact with our inert d1 to set: 
1001         d3 := d1 
1002 and solve the goal. Why was this interaction OK? Because, if we chase the 
1003 evidence of d1 ~~> dfEqD d2 ~~-> dfEqList d3, so by setting d3 := d1 we 
1004 are really setting
1005         d3 := dfEqD2 (dfEqList d3) 
1006 which is FINE because the use of d3 is protected by the instance function 
1007 applications. 
1008
1009 So, our strategy is to try to put solved wanted dictionaries into the
1010 inert set along with their superclasses (when this is meaningful,
1011 i.e. when new wanted goals are generated) but solve a wanted dictionary
1012 from a given only in the case where the evidence variable of the
1013 wanted is mentioned in the evidence of the given (recursively through
1014 the evidence binds) in a protected way: more instance function applications 
1015 than superclass selectors.
1016
1017 Here are some more examples from GHC's previous type checker
1018
1019
1020 Example 3: 
1021 This code arises in the context of "Scrap Your Boilerplate with Class"
1022
1023     class Sat a
1024     class Data ctx a
1025     instance  Sat (ctx Char)             => Data ctx Char       -- dfunData1
1026     instance (Sat (ctx [a]), Data ctx a) => Data ctx [a]        -- dfunData2
1027
1028     class Data Maybe a => Foo a    
1029
1030     instance Foo t => Sat (Maybe t)                             -- dfunSat
1031
1032     instance Data Maybe a => Foo a                              -- dfunFoo1
1033     instance Foo a        => Foo [a]                            -- dfunFoo2
1034     instance                 Foo [Char]                         -- dfunFoo3
1035
1036 Consider generating the superclasses of the instance declaration
1037          instance Foo a => Foo [a]
1038
1039 So our problem is this
1040     d0 :_g Foo t
1041     d1 :_w Data Maybe [t] 
1042
1043 We may add the given in the inert set, along with its superclasses
1044 [assuming we don't fail because there is a matching instance, see 
1045  tryTopReact, given case ]
1046   Inert:
1047     d0 :_g Foo t 
1048   WorkList 
1049     d01 :_g Data Maybe t  -- d2 := EvDictSuperClass d0 0 
1050     d1 :_w Data Maybe [t] 
1051 Then d2 can readily enter the inert, and we also do solving of the wanted
1052   Inert: 
1053     d0 :_g Foo t 
1054     d1 :_s Data Maybe [t]           d1 := dfunData2 d2 d3 
1055   WorkList
1056     d2 :_w Sat (Maybe [t])          
1057     d3 :_w Data Maybe t
1058     d01 :_g Data Maybe t 
1059 Now, we may simplify d2 more: 
1060   Inert:
1061       d0 :_g Foo t 
1062       d1 :_s Data Maybe [t]           d1 := dfunData2 d2 d3 
1063       d1 :_g Data Maybe [t] 
1064       d2 :_g Sat (Maybe [t])          d2 := dfunSat d4 
1065   WorkList: 
1066       d3 :_w Data Maybe t 
1067       d4 :_w Foo [t] 
1068       d01 :_g Data Maybe t 
1069
1070 Now, we can just solve d3.
1071   Inert
1072       d0 :_g Foo t 
1073       d1 :_s Data Maybe [t]           d1 := dfunData2 d2 d3 
1074       d2 :_g Sat (Maybe [t])          d2 := dfunSat d4 
1075   WorkList
1076       d4 :_w Foo [t] 
1077       d01 :_g Data Maybe t 
1078 And now we can simplify d4 again, but since it has superclasses we *add* them to the worklist:
1079   Inert
1080       d0 :_g Foo t 
1081       d1 :_s Data Maybe [t]           d1 := dfunData2 d2 d3 
1082       d2 :_g Sat (Maybe [t])          d2 := dfunSat d4 
1083       d4 :_g Foo [t]                  d4 := dfunFoo2 d5 
1084   WorkList:
1085       d5 :_w Foo t 
1086       d6 :_g Data Maybe [t]           d6 := EvDictSuperClass d4 0
1087       d01 :_g Data Maybe t 
1088 Now, d5 can be solved! (and its superclass enter scope) 
1089   Inert
1090       d0 :_g Foo t 
1091       d1 :_s Data Maybe [t]           d1 := dfunData2 d2 d3 
1092       d2 :_g Sat (Maybe [t])          d2 := dfunSat d4 
1093       d4 :_g Foo [t]                  d4 := dfunFoo2 d5 
1094       d5 :_g Foo t                    d5 := dfunFoo1 d7
1095   WorkList:
1096       d7 :_w Data Maybe t
1097       d6 :_g Data Maybe [t]
1098       d8 :_g Data Maybe t            d8 := EvDictSuperClass d5 0
1099       d01 :_g Data Maybe t 
1100
1101 Now, two problems: 
1102    [1] Suppose we pick d8 and we react him with d01. Which of the two givens should 
1103        we keep? Well, we *MUST NOT* drop d01 because d8 contains recursive evidence 
1104        that must not be used (look at case interactInert where both inert and workitem
1105        are givens). So we have several options: 
1106        - Drop the workitem always (this will drop d8)
1107               This feels very unsafe -- what if the work item was the "good" one
1108               that should be used later to solve another wanted?
1109        - Don't drop anyone: the inert set may contain multiple givens! 
1110               [This is currently implemented] 
1111
1112 The "don't drop anyone" seems the most safe thing to do, so now we come to problem 2: 
1113   [2] We have added both d6 and d01 in the inert set, and we are interacting our wanted
1114       d7. Now the [isRecDictEv] function in the ineration solver 
1115       [case inert-given workitem-wanted] will prevent us from interacting d7 := d8 
1116       precisely because chasing the evidence of d8 leads us to an unguarded use of d7. 
1117
1118       So, no interaction happens there. Then we meet d01 and there is no recursion 
1119       problem there [isRectDictEv] gives us the OK to interact and we do solve d7 := d01! 
1120              
1121 Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
1122 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1123 We have to be very, very careful when generating superclasses, lest we
1124 accidentally build a loop. Here's an example:
1125
1126   class S a
1127
1128   class S a => C a where { opc :: a -> a }
1129   class S b => D b where { opd :: b -> b }
1130   
1131   instance C Int where
1132      opc = opd
1133   
1134   instance D Int where
1135      opd = opc
1136
1137 From (instance C Int) we get the constraint set {ds1:S Int, dd:D Int}
1138 Simplifying, we may well get:
1139         $dfCInt = :C ds1 (opd dd)
1140         dd  = $dfDInt
1141         ds1 = $p1 dd
1142 Notice that we spot that we can extract ds1 from dd.  
1143
1144 Alas!  Alack! We can do the same for (instance D Int):
1145
1146         $dfDInt = :D ds2 (opc dc)
1147         dc  = $dfCInt
1148         ds2 = $p1 dc
1149
1150 And now we've defined the superclass in terms of itself.
1151 Two more nasty cases are in
1152         tcrun021
1153         tcrun033
1154
1155 Solution: 
1156   - Satisfy the superclass context *all by itself* 
1157     (tcSimplifySuperClasses)
1158   - And do so completely; i.e. no left-over constraints
1159     to mix with the constraints arising from method declarations
1160
1161
1162 Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
1163 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1164 We need to be careful when adding "the constaint we are trying to prove".
1165 Suppose we are *given* d1:Ord a, and want to deduce (d2:C [a]) where
1166
1167         class Ord a => C a where
1168         instance Ord [a] => C [a] where ...
1169
1170 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] from Ord [a], and then add the
1171 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1172 for Ord [a] (which is obtained from Ord a) with a superclass selection or we'll just
1173 build a loop! 
1174
1175 Here's another variant, immortalised in tcrun020
1176         class Monad m => C1 m
1177         class C1 m => C2 m x
1178         instance C2 Maybe Bool
1179 For the instance decl we need to build (C1 Maybe), and it's no good if
1180 we run around and add (C2 Maybe Bool) and its superclasses to the avails 
1181 before we search for C1 Maybe.
1182
1183 Here's another example 
1184         class Eq b => Foo a b
1185         instance Eq a => Foo [a] a
1186 If we are reducing
1187         (Foo [t] t)
1188
1189 we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
1190 then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1191
1192 At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
1193 in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
1194 becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
1195 I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
1196 simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Stop
1197 first time, but reducible next time.
1198
1199 Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
1200 when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
1201
1202 Note [Recursive instances and superclases]
1203 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1204 Consider this code, which arises in the context of "Scrap Your 
1205 Boilerplate with Class".  
1206
1207     class Sat a
1208     class Data ctx a
1209     instance  Sat (ctx Char)             => Data ctx Char
1210     instance (Sat (ctx [a]), Data ctx a) => Data ctx [a]
1211
1212     class Data Maybe a => Foo a
1213
1214     instance Foo t => Sat (Maybe t)
1215
1216     instance Data Maybe a => Foo a
1217     instance Foo a        => Foo [a]
1218     instance                 Foo [Char]
1219
1220 In the instance for Foo [a], when generating evidence for the superclasses
1221 (ie in tcSimplifySuperClasses) we need a superclass (Data Maybe [a]).
1222 Using the instance for Data, we therefore need
1223         (Sat (Maybe [a], Data Maybe a)
1224 But we are given (Foo a), and hence its superclass (Data Maybe a).
1225 So that leaves (Sat (Maybe [a])).  Using the instance for Sat means
1226 we need (Foo [a]).  And that is the very dictionary we are bulding
1227 an instance for!  So we must put that in the "givens".  So in this
1228 case we have
1229         Given:  Foo a, Foo [a]
1230         Wanted: Data Maybe [a]
1231
1232 BUT we must *not not not* put the *superclasses* of (Foo [a]) in
1233 the givens, which is what 'addGiven' would normally do. Why? Because
1234 (Data Maybe [a]) is the superclass, so we'd "satisfy" the wanted 
1235 by selecting a superclass from Foo [a], which simply makes a loop.
1236
1237 On the other hand we *must* put the superclasses of (Foo a) in
1238 the givens, as you can see from the derivation described above.
1239
1240 Conclusion: in the very special case of tcSimplifySuperClasses
1241 we have one 'given' (namely the "this" dictionary) whose superclasses
1242 must not be added to 'givens' by addGiven.  
1243
1244 There is a complication though.  Suppose there are equalities
1245       instance (Eq a, a~b) => Num (a,b)
1246 Then we normalise the 'givens' wrt the equalities, so the original
1247 given "this" dictionary is cast to one of a different type.  So it's a
1248 bit trickier than before to identify the "special" dictionary whose
1249 superclasses must not be added. See test
1250    indexed-types/should_run/EqInInstance
1251
1252 We need a persistent property of the dictionary to record this
1253 special-ness.  Current I'm using the InstLocOrigin (a bit of a hack,
1254 but cool), which is maintained by dictionary normalisation.
1255 Specifically, the InstLocOrigin is
1256              NoScOrigin
1257 then the no-superclass thing kicks in.  WATCH OUT if you fiddle
1258 with InstLocOrigin!
1259
1260 Note [MATCHING-SYNONYMS]
1261 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1262 When trying to match a dictionary (D tau) to a top-level instance, or a 
1263 type family equation (F taus_1 ~ tau_2) to a top-level family instance, 
1264 we do *not* need to expand type synonyms because the matcher will do that for us.
1265
1266
1267 Note [RHS-FAMILY-SYNONYMS] 
1268 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1269 The RHS of a family instance is represented as yet another constructor which is 
1270 like a type synonym for the real RHS the programmer declared. Eg: 
1271     type instance F (a,a) = [a] 
1272 Becomes: 
1273     :R32 a = [a]      -- internal type synonym introduced
1274     F (a,a) ~ :R32 a  -- instance 
1275
1276 When we react a family instance with a type family equation in the work list 
1277 we keep the synonym-using RHS without expansion. 
1278
1279
1280 *********************************************************************************
1281 *                                                                               * 
1282                        The top-reaction Stage
1283 *                                                                               *
1284 *********************************************************************************
1285
1286 \begin{code}
1287 -- If a work item has any form of interaction with top-level we get this 
1288 data TopInteractResult 
1289   = NoTopInt               -- No top-level interaction
1290   | SomeTopInt 
1291       { tir_new_work  :: WorkList       -- Sub-goals or new work (could be given, 
1292                                         --                        for superclasses)
1293       , tir_new_inert :: StopOrContinue -- The input work item, ready to become *inert* now: 
1294       }                                 -- NB: in ``given'' (solved) form if the 
1295                                         -- original was wanted or given and instance match
1296                                         -- was found, but may also be in wanted form if we 
1297                                         -- only reacted with functional dependencies 
1298                                         -- arising from top-level instances.
1299
1300 topReactionsStage :: SimplifierStage 
1301 topReactionsStage workItem inerts 
1302   = do { tir <- tryTopReact workItem 
1303        ; case tir of 
1304            NoTopInt -> 
1305                return $ SR { sr_inerts   = inerts 
1306                            , sr_new_work = emptyWorkList 
1307                            , sr_stop     = ContinueWith workItem } 
1308            SomeTopInt tir_new_work tir_new_inert -> 
1309                return $ SR { sr_inerts   = inerts 
1310                            , sr_new_work = tir_new_work
1311                            , sr_stop     = tir_new_inert
1312                            }
1313        }
1314
1315 tryTopReact :: WorkItem -> TcS TopInteractResult 
1316 tryTopReact workitem 
1317   = do {  -- A flag controls the amount of interaction allowed
1318           -- See Note [Simplifying RULE lhs constraints]
1319          ctxt <- getTcSContext
1320        ; if allowedTopReaction (simplEqsOnly ctxt) workitem 
1321          then do { traceTcS "tryTopReact / calling doTopReact" (ppr workitem)
1322                  ; doTopReact workitem }
1323          else return NoTopInt 
1324        } 
1325
1326 allowedTopReaction :: Bool -> WorkItem -> Bool 
1327 allowedTopReaction eqs_only (CDictCan {}) = not eqs_only
1328 allowedTopReaction _        _             = True 
1329
1330
1331 doTopReact :: WorkItem -> TcS TopInteractResult 
1332 -- The work item does not react with the inert set, 
1333 -- so try interaction with top-level instances
1334 doTopReact workItem@(CDictCan { cc_id = dv, cc_flavor = Wanted loc
1335                               , cc_class = cls, cc_tyargs = xis }) 
1336   = do { -- See Note [MATCHING-SYNONYMS]
1337        ; lkp_inst_res <- matchClassInst cls xis loc
1338        ; case lkp_inst_res of 
1339            NoInstance -> do { traceTcS "doTopReact/ no class instance for" (ppr dv) 
1340                             ; funDepReact }
1341            GenInst wtvs ev_term ->  -- Solved 
1342                    -- No need to do fundeps stuff here; the instance 
1343                    -- matches already so we won't get any more info
1344                    -- from functional dependencies
1345                do { traceTcS "doTopReact/ found class instance for" (ppr dv) 
1346                   ; setDictBind dv ev_term 
1347                   ; workList <- canWanteds wtvs
1348                   ; if null wtvs
1349                     -- Solved in one step and no new wanted work produced. 
1350                     -- i.e we directly matched a top-level instance
1351                     -- No point in caching this in 'inert', nor in adding superclasses
1352                     then return $ SomeTopInt { tir_new_work  = emptyCCan 
1353                                              , tir_new_inert = Stop }
1354
1355                     -- Solved and new wanted work produced, you may cache the 
1356                     -- (tentatively solved) dictionary as Derived and its superclasses
1357                     else do { let solved = makeSolved workItem
1358                             ; sc_work <- newSCWorkFromFlavored dv (Derived loc) cls xis 
1359                             ; return $ SomeTopInt 
1360                                   { tir_new_work = workList `unionWorkLists` sc_work 
1361                                   , tir_new_inert = ContinueWith solved } }
1362                   }
1363        }
1364   where 
1365     -- Try for a fundep reaction beween the wanted item 
1366     -- and a top-level instance declaration
1367     funDepReact 
1368       = do { instEnvs <- getInstEnvs
1369            ; let eqn_pred_locs = improveFromInstEnv (classInstances instEnvs)
1370                                                     (ClassP cls xis, ppr dv)
1371            ; wevvars <- mkWantedFunDepEqns loc eqn_pred_locs 
1372                       -- NB: fundeps generate some wanted equalities, but 
1373                       --     we don't use their evidence for anything
1374            ; fd_work <- canWanteds wevvars 
1375            ; sc_work <- newSCWorkFromFlavored dv (Derived loc) cls xis
1376            ; return $ SomeTopInt { tir_new_work = fd_work `unionWorkLists` sc_work
1377                                  , tir_new_inert = ContinueWith workItem }
1378            -- NB: workItem is inert, but it isn't solved
1379            -- keep it as inert, although it's not solved because we
1380            -- have now reacted all its top-level fundep-induced equalities!
1381                     
1382            -- See Note [FunDep Reactions]
1383            }
1384
1385 -- Otherwise, we have a given or derived 
1386 doTopReact workItem@(CDictCan { cc_id = dv, cc_flavor = fl
1387                               , cc_class = cls, cc_tyargs = xis }) 
1388   = do { sc_work <- newSCWorkFromFlavored dv fl cls xis 
1389        ; return $ SomeTopInt sc_work (ContinueWith workItem) }
1390     -- See Note [Given constraint that matches an instance declaration]
1391
1392 -- Type functions
1393 doTopReact (CFunEqCan { cc_id = cv, cc_flavor = fl
1394                       , cc_fun = tc, cc_tyargs = args, cc_rhs = xi })
1395   = ASSERT (isSynFamilyTyCon tc)   -- No associated data families have reached that far 
1396     do { match_res <- matchFam tc args -- See Note [MATCHING-SYNONYMS]
1397        ; case match_res of 
1398            MatchInstNo 
1399              -> return NoTopInt 
1400            MatchInstSingle (rep_tc, rep_tys)
1401              -> do { let Just coe_tc = tyConFamilyCoercion_maybe rep_tc
1402                          Just rhs_ty = tcView (mkTyConApp rep_tc rep_tys)
1403                             -- Eagerly expand away the type synonym on the
1404                             -- RHS of a type function, so that it never
1405                             -- appears in an error message
1406                             -- See Note [Type synonym families] in TyCon
1407                          coe = mkTyConApp coe_tc rep_tys 
1408                    ; cv' <- case fl of
1409                               Wanted {} -> do { cv' <- newWantedCoVar rhs_ty xi
1410                                               ; setWantedCoBind cv $ 
1411                                                     coe `mkTransCoercion`
1412                                                       mkCoVarCoercion cv'
1413                                               ; return cv' }
1414                               _ -> newGivOrDerCoVar xi rhs_ty $ 
1415                                    mkSymCoercion (mkCoVarCoercion cv) `mkTransCoercion` coe 
1416
1417                    ; workList <- mkCanonical fl cv'
1418                    ; return $ SomeTopInt workList Stop }
1419            _ 
1420              -> panicTcS $ text "TcSMonad.matchFam returned multiple instances!"
1421        }
1422
1423
1424 -- Any other work item does not react with any top-level equations
1425 doTopReact _workItem = return NoTopInt 
1426 \end{code}
1427
1428 Note [FunDep and implicit parameter reactions] 
1429 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1430 Currently, our story of interacting two dictionaries (or a dictionary
1431 and top-level instances) for functional dependencies, and implicit
1432 paramters, is that we simply produce new wanted equalities.  So for example
1433
1434         class D a b | a -> b where ... 
1435     Inert: 
1436         d1 :g D Int Bool
1437     WorkItem: 
1438         d2 :w D Int alpha
1439
1440     We generate the extra work item
1441         cv :w alpha ~ Bool
1442     where 'cv' is currently unused.  However, this new item reacts with d2,
1443     discharging it in favour of a new constraint d2' thus:
1444         d2' :w D Int Bool
1445         d2 := d2' |> D Int cv
1446     Now d2' can be discharged from d1
1447
1448 We could be more aggressive and try to *immediately* solve the dictionary 
1449 using those extra equalities. With the same inert set and work item we
1450 might dischard d2 directly:
1451
1452         cv :w alpha ~ Bool
1453         d2 := d1 |> D Int cv
1454
1455 But in general it's a bit painful to figure out the necessary coercion,
1456 so we just take the first approach.
1457
1458 It's exactly the same with implicit parameters, except that the
1459 "aggressive" approach would be much easier to implement.
1460
1461 Note [When improvement happens]
1462 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1463 We fire an improvement rule when
1464
1465   * Two constraints match (modulo the fundep)
1466       e.g. C t1 t2, C t1 t3    where C a b | a->b
1467     The two match because the first arg is identical
1468
1469   * At least one is not Given.  If they are both given, we don't fire
1470     the reaction because we have no way of constructing evidence for a
1471     new equality nor does it seem right to create a new wanted goal
1472     (because the goal will most likely contain untouchables, which
1473     can't be solved anyway)!
1474    
1475 Note that we *do* fire the improvement if one is Given and one is Derived.
1476 The latter can be a superclass of a wanted goal. Example (tcfail138)
1477     class L a b | a -> b
1478     class (G a, L a b) => C a b
1479
1480     instance C a b' => G (Maybe a)
1481     instance C a b  => C (Maybe a) a
1482     instance L (Maybe a) a
1483
1484 When solving the superclasses of the (C (Maybe a) a) instance, we get
1485   Given:  C a b  ... and hance by superclasses, (G a, L a b)
1486   Wanted: G (Maybe a)
1487 Use the instance decl to get
1488   Wanted: C a b'
1489 The (C a b') is inert, so we generate its Derived superclasses (L a b'),
1490 and now we need improvement between that derived superclass an the Given (L a b)
1491
1492 Note [Overriding implicit parameters]
1493 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1494 Consider
1495    f :: (?x::a) -> Bool -> a
1496   
1497    g v = let ?x::Int = 3 
1498          in (f v, let ?x::Bool = True in f v)
1499
1500 This should probably be well typed, with
1501    g :: Bool -> (Int, Bool)
1502
1503 So the inner binding for ?x::Bool *overrides* the outer one.
1504 Hence a work-item Given overrides an inert-item Given.
1505
1506 Note [Given constraint that matches an instance declaration]
1507 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1508 What should we do when we discover that one (or more) top-level 
1509 instances match a given (or solved) class constraint? We have 
1510 two possibilities:
1511
1512   1. Reject the program. The reason is that there may not be a unique
1513      best strategy for the solver. Example, from the OutsideIn(X) paper:
1514        instance P x => Q [x] 
1515        instance (x ~ y) => R [x] y 
1516      
1517        wob :: forall a b. (Q [b], R b a) => a -> Int 
1518
1519        g :: forall a. Q [a] => [a] -> Int 
1520        g x = wob x 
1521
1522        will generate the impliation constraint: 
1523             Q [a] => (Q [beta], R beta [a]) 
1524        If we react (Q [beta]) with its top-level axiom, we end up with a 
1525        (P beta), which we have no way of discharging. On the other hand, 
1526        if we react R beta [a] with the top-level we get  (beta ~ a), which 
1527        is solvable and can help us rewrite (Q [beta]) to (Q [a]) which is 
1528        now solvable by the given Q [a]. 
1529  
1530      However, this option is restrictive, for instance [Example 3] from 
1531      Note [Recursive dictionaries] will fail to work. 
1532
1533   2. Ignore the problem, hoping that the situations where there exist indeed
1534      such multiple strategies are rare: Indeed the cause of the previous 
1535      problem is that (R [x] y) yields the new work (x ~ y) which can be 
1536      *spontaneously* solved, not using the givens. 
1537
1538 We are choosing option 2 below but we might consider having a flag as well.
1539
1540
1541 Note [New Wanted Superclass Work] 
1542 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1543 Even in the case of wanted constraints, we add all of its superclasses as 
1544 new given work. There are several reasons for this: 
1545      a) to minimise error messages; 
1546         eg suppose we have wanted (Eq a, Ord a)
1547              then we report only (Ord a) unsoluble
1548
1549      b) to make the smallest number of constraints when *inferring* a type
1550         (same Eq/Ord example)
1551
1552      c) for recursive dictionaries we *must* add the superclasses
1553         so that we can use them when solving a sub-problem
1554
1555      d) To allow FD-like improvement for type families. Assume that 
1556         we have a class 
1557              class C a b | a -> b 
1558         and we have to solve the implication constraint: 
1559              C a b => C a beta 
1560         Then, FD improvement can help us to produce a new wanted (beta ~ b) 
1561
1562         We want to have the same effect with the type family encoding of 
1563         functional dependencies. Namely, consider: 
1564              class (F a ~ b) => C a b 
1565         Now suppose that we have: 
1566                given: C a b 
1567                wanted: C a beta 
1568         By interacting the given we will get that (F a ~ b) which is not 
1569         enough by itself to make us discharge (C a beta). However, we 
1570         may create a new given equality from the super-class that we promise
1571         to solve: (F a ~ beta). Now we may interact this with the rest of 
1572         constraint to finally get: 
1573                   given :  beta ~ b 
1574         
1575         But 'beta' is a touchable unification variable, and hence OK to 
1576         unify it with 'b', replacing the given evidence with the identity. 
1577
1578         This requires trySpontaneousSolve to solve given equalities that
1579         have a touchable in their RHS, *in addition* to solving wanted 
1580         equalities. 
1581
1582 Here is another example where this is useful. 
1583
1584 Example 1:
1585 ----------
1586    class (F a ~ b) => C a b 
1587 And we are given the wanteds:
1588       w1 : C a b 
1589       w2 : C a c 
1590       w3 : b ~ c 
1591 We surely do *not* want to quantify over (b ~ c), since if someone provides
1592 dictionaries for (C a b) and (C a c), these dictionaries can provide a proof 
1593 of (b ~ c), hence no extra evidence is necessary. Here is what will happen: 
1594
1595      Step 1: We will get new *given* superclass work, 
1596              provisionally to our solving of w1 and w2
1597              
1598                g1: F a ~ b, g2 : F a ~ c, 
1599                w1 : C a b, w2 : C a c, w3 : b ~ c
1600
1601              The evidence for g1 and g2 is a superclass evidence term: 
1602
1603                g1 := sc w1, g2 := sc w2
1604
1605      Step 2: The givens will solve the wanted w3, so that 
1606                w3 := sym (sc w1) ; sc w2 
1607                   
1608      Step 3: Now, one may naively assume that then w2 can be solve from w1
1609              after rewriting with the (now solved equality) (b ~ c). 
1610              
1611              But this rewriting is ruled out by the isGoodRectDict! 
1612
1613 Conclusion, we will (correctly) end up with the unsolved goals 
1614     (C a b, C a c)   
1615
1616 NB: The desugarer needs be more clever to deal with equalities 
1617     that participate in recursive dictionary bindings. 
1618
1619 \begin{code}
1620 newSCWorkFromFlavored :: EvVar -> CtFlavor -> Class -> [Xi]
1621                       -> TcS WorkList
1622 newSCWorkFromFlavored ev flavor cls xis
1623   | Given loc <- flavor          -- The NoScSkol says "don't add superclasses"
1624   , NoScSkol <- ctLocOrigin loc  -- Very important!
1625   = return emptyWorkList
1626     
1627   | otherwise
1628   = do { let (tyvars, sc_theta, _, _) = classBigSig cls 
1629              sc_theta1 = substTheta (zipTopTvSubst tyvars xis) sc_theta
1630              -- Add *all* its superclasses (equalities or not) as new given work 
1631              -- See Note [New Wanted Superclass Work] 
1632        ; sc_vars <- zipWithM inst_one sc_theta1 [0..]
1633        ; mkCanonicals flavor sc_vars } 
1634   where
1635     inst_one pred n = newGivOrDerEvVar pred (EvSuperClass ev n)
1636
1637 data LookupInstResult
1638   = NoInstance
1639   | GenInst [WantedEvVar] EvTerm 
1640
1641 matchClassInst :: Class -> [Type] -> WantedLoc -> TcS LookupInstResult
1642 matchClassInst clas tys loc
1643    = do { let pred = mkClassPred clas tys 
1644         ; mb_result <- matchClass clas tys
1645         ; case mb_result of
1646             MatchInstNo   -> return NoInstance
1647             MatchInstMany -> return NoInstance -- defer any reactions of a multitude until 
1648                                                -- we learn more about the reagent 
1649             MatchInstSingle (dfun_id, mb_inst_tys) -> 
1650               do { checkWellStagedDFun pred dfun_id loc
1651
1652         -- It's possible that not all the tyvars are in
1653         -- the substitution, tenv. For example:
1654         --      instance C X a => D X where ...
1655         -- (presumably there's a functional dependency in class C)
1656         -- Hence mb_inst_tys :: Either TyVar TcType 
1657
1658                  ; tys <- instDFunTypes mb_inst_tys 
1659                  ; let (theta, _) = tcSplitPhiTy (applyTys (idType dfun_id) tys)
1660                  ; if null theta then
1661                        return (GenInst [] (EvDFunApp dfun_id tys [])) 
1662                    else do
1663                      { ev_vars <- instDFunConstraints theta
1664                      ; let wevs = [WantedEvVar w loc | w <- ev_vars]
1665                      ; return $ GenInst wevs (EvDFunApp dfun_id tys ev_vars) }
1666                  }
1667         }
1668 \end{code}
1669
1670