Fix scoped type variables for expression type signatures
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcSimplify.lhs
1 %
2 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
3 %
4 \section[TcSimplify]{TcSimplify}
5
6
7
8 \begin{code}
9 module TcSimplify (
10         tcSimplifyInfer, tcSimplifyInferCheck,
11         tcSimplifyCheck, tcSimplifyRestricted,
12         tcSimplifyRuleLhs, tcSimplifyIPs, 
13         tcSimplifySuperClasses,
14         tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive,
15         tcSimplifyBracket,
16
17         tcSimplifyDeriv, tcSimplifyDefault,
18         bindInstsOfLocalFuns
19     ) where
20
21 #include "HsVersions.h"
22
23 import {-# SOURCE #-} TcUnify( unifyType )
24 import HsSyn            ( HsBind(..), HsExpr(..), LHsExpr, mkWpTyApps,
25                           HsWrapper(..), (<.>), emptyLHsBinds )
26
27 import TcRnMonad
28 import Inst             ( lookupInst, LookupInstResult(..),
29                           tyVarsOfInst, fdPredsOfInsts,
30                           isDict, isClassDict, 
31                           isMethodFor, isMethod,
32                           instToId, tyVarsOfInsts,  
33                           ipNamesOfInsts, ipNamesOfInst, dictPred,
34                           fdPredsOfInst, 
35                           newDictBndrs, newDictBndrsO, 
36                           getDictClassTys, isTyVarDict, instLoc,
37                           zonkInst, tidyInsts, tidyMoreInsts,
38                           pprInsts, pprDictsInFull, pprInstInFull, tcGetInstEnvs,
39                           isInheritableInst, pprDictsTheta
40                         )
41 import TcEnv            ( tcGetGlobalTyVars, findGlobals, pprBinders,
42                           lclEnvElts, tcMetaTy )
43 import InstEnv          ( lookupInstEnv, classInstances, pprInstances )
44 import TcMType          ( zonkTcTyVarsAndFV, tcInstTyVars, zonkTcPredType  )
45 import TcType           ( TcTyVar, TcTyVarSet, ThetaType, TcPredType, tidyPred,
46                           mkClassPred, isOverloadedTy, isSkolemTyVar,
47                           mkTyVarTy, tcGetTyVar, isTyVarClassPred, mkTyVarTys,
48                           tyVarsOfPred, tcEqType, pprPred, mkPredTy, tcIsTyVarTy )
49 import TcIface          ( checkWiredInTyCon )
50 import Id               ( idType )
51 import Var              ( TyVar )
52 import TyCon            ( TyCon )
53 import Name             ( Name )
54 import NameSet          ( NameSet, mkNameSet, elemNameSet )
55 import Class            ( classBigSig, classKey )
56 import FunDeps          ( oclose, grow, improve, pprEquation )
57 import PrelInfo         ( isNumericClass, isStandardClass ) 
58 import PrelNames        ( integerTyConName,
59                           showClassKey, eqClassKey, ordClassKey )
60 import Type             ( zipTopTvSubst, substTheta, substTy )
61 import TysWiredIn       ( doubleTy, doubleTyCon )
62 import ErrUtils         ( Message )
63 import BasicTypes       ( TopLevelFlag, isNotTopLevel )
64 import VarSet
65 import VarEnv           ( TidyEnv )
66 import FiniteMap
67 import Bag
68 import Outputable
69 import ListSetOps       ( equivClasses )
70 import Util             ( zipEqual, isSingleton )
71 import List             ( partition )
72 import SrcLoc           ( Located(..) )
73 import DynFlags         ( DynFlags(ctxtStkDepth), 
74                           DynFlag( Opt_GlasgowExts, Opt_AllowUndecidableInstances, 
75                           Opt_WarnTypeDefaults, Opt_ExtendedDefaultRules ) )
76 \end{code}
77
78
79 %************************************************************************
80 %*                                                                      *
81 \subsection{NOTES}
82 %*                                                                      *
83 %************************************************************************
84
85         --------------------------------------
86         Notes on functional dependencies (a bug)
87         --------------------------------------
88
89 Consider this:
90
91         class C a b | a -> b
92         class D a b | a -> b
93
94         instance D a b => C a b -- Undecidable 
95                                 -- (Not sure if it's crucial to this eg)
96         f :: C a b => a -> Bool
97         f _ = True
98         
99         g :: C a b => a -> Bool
100         g = f
101
102 Here f typechecks, but g does not!!  Reason: before doing improvement,
103 we reduce the (C a b1) constraint from the call of f to (D a b1).
104
105 Here is a more complicated example:
106
107 | > class Foo a b | a->b
108 | >
109 | > class Bar a b | a->b
110 | >
111 | > data Obj = Obj
112 | >
113 | > instance Bar Obj Obj
114 | >
115 | > instance (Bar a b) => Foo a b
116 | >
117 | > foo:: (Foo a b) => a -> String
118 | > foo _ = "works"
119 | >
120 | > runFoo:: (forall a b. (Foo a b) => a -> w) -> w
121 | > runFoo f = f Obj
122
123 | *Test> runFoo foo
124
125 | <interactive>:1:
126 |     Could not deduce (Bar a b) from the context (Foo a b)
127 |       arising from use of `foo' at <interactive>:1
128 |     Probable fix:
129 |         Add (Bar a b) to the expected type of an expression
130 |     In the first argument of `runFoo', namely `foo'
131 |     In the definition of `it': it = runFoo foo
132
133 | Why all of the sudden does GHC need the constraint Bar a b? The
134 | function foo didn't ask for that... 
135
136 The trouble is that to type (runFoo foo), GHC has to solve the problem:
137
138         Given constraint        Foo a b
139         Solve constraint        Foo a b'
140
141 Notice that b and b' aren't the same.  To solve this, just do
142 improvement and then they are the same.  But GHC currently does
143         simplify constraints
144         apply improvement
145         and loop
146
147 That is usually fine, but it isn't here, because it sees that Foo a b is
148 not the same as Foo a b', and so instead applies the instance decl for
149 instance Bar a b => Foo a b.  And that's where the Bar constraint comes
150 from.
151
152 The Right Thing is to improve whenever the constraint set changes at
153 all.  Not hard in principle, but it'll take a bit of fiddling to do.  
154
155
156
157         --------------------------------------
158                 Notes on quantification
159         --------------------------------------
160
161 Suppose we are about to do a generalisation step.
162 We have in our hand
163
164         G       the environment
165         T       the type of the RHS
166         C       the constraints from that RHS
167
168 The game is to figure out
169
170         Q       the set of type variables over which to quantify
171         Ct      the constraints we will *not* quantify over
172         Cq      the constraints we will quantify over
173
174 So we're going to infer the type
175
176         forall Q. Cq => T
177
178 and float the constraints Ct further outwards.
179
180 Here are the things that *must* be true:
181
182  (A)    Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
183  (B)    Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
184
185 (A) says we can't quantify over a variable that's free in the
186 environment.  (B) says we must quantify over all the truly free
187 variables in T, else we won't get a sufficiently general type.  We do
188 not *need* to quantify over any variable that is fixed by the free
189 vars of the environment G.
190
191         BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
192
193 Example:        class H x y | x->y where ...
194
195         fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
196                         T = c -> b
197
198         (A)  Q intersect {a} is empty
199         (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
200
201         So Q can be {c,d}, {b,c,d}
202
203 Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
204 variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
205 constraints can get into Ct instead of Cq.
206
207
208 -----------------------------------------
209 We will make use of
210
211   fv(T)         the free type vars of T
212
213   oclose(vs,C)  The result of extending the set of tyvars vs
214                 using the functional dependencies from C
215
216   grow(vs,C)    The result of extend the set of tyvars vs
217                 using all conceivable links from C.
218
219                 E.g. vs = {a}, C = {H [a] b, K (b,Int) c, Eq e}
220                 Then grow(vs,C) = {a,b,c}
221
222                 Note that grow(vs,C) `superset` grow(vs,simplify(C))
223                 That is, simplfication can only shrink the result of grow.
224
225 Notice that
226    oclose is conservative one way:      v `elem` oclose(vs,C) => v is definitely fixed by vs
227    grow is conservative the other way:  if v might be fixed by vs => v `elem` grow(vs,C)
228
229
230 -----------------------------------------
231
232 Choosing Q
233 ~~~~~~~~~~
234 Here's a good way to choose Q:
235
236         Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
237
238 That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
239 call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
240 G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
241 albeit perhaps too many.
242
243 Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
244
245         class H x y | x->y where ...
246
247         T = c->c
248         C = (H c d)
249
250   If we used fv(T) = {c} we'd get the type
251
252         forall c. H c d => c -> b
253
254   And then if the fn was called at several different c's, each of
255   which fixed d differently, we'd get a unification error, because
256   d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
257   everything that might be influenced by c.
258
259 Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
260 all the functional dependencies yet:
261
262         class H x y | x->y where ...
263         instance H x y => Eq (T x y) where ...
264
265         T = c->c
266         C = (Eq (T c d))
267
268   Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
269   apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
270
271
272 There really isn't any point in quantifying over any more than
273 grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
274 any other type variables.
275
276
277
278 -------------------------------------
279         Note [Ambiguity]
280 -------------------------------------
281
282 It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
283
284         class K x
285         class H x y | x -> y
286         instance H x y => K (x,y)
287
288 Is this type ambiguous?
289         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
290
291 Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
292 now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
293 without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
294 the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
295
296 Here's another example: is this ambiguous?
297         forall a b. Eq (T b) => a -> a
298 Not if there's an insance decl (with no context)
299         instance Eq (T b) where ...
300
301 You may say of this example that we should use the instance decl right
302 away, but you can't always do that:
303
304         class J a b where ...
305         instance J Int b where ...
306
307         f :: forall a b. J a b => a -> a
308
309 (Notice: no functional dependency in J's class decl.)
310 Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
311 It's premature to complain when meeting f's signature, or even
312 when inferring a type for f.
313
314
315
316 However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
317 show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
318 treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
319
320 So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
321
322         fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
323
324 (all tested before quantification).
325 That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
326 in the environment, or by the variables in the type.
327
328 Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
329
330         class J a b c | a b -> c
331         fv(G) = {a}
332
333 Is this ambiguous?
334         forall b c. (J a b c) => b -> b
335
336 Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
337 do we see that c is fixed.
338
339 It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
340 don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
341 the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
342 only issue a warning.
343
344
345 Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
346
347         c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
348
349 then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
350 certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
351 the nasty example?
352
353         class K x
354         class H x y | x -> y
355         instance H x y => K (x,y)
356
357 Is this type ambiguous?
358         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
359
360 Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
361 is a "bubble" that's a set of constraints
362
363         Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
364
365 Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
366 by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
367 Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
368 The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
369 (which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
370
371
372         --------------------------------------
373                 Notes on principal types
374         --------------------------------------
375
376     class C a where
377       op :: a -> a
378
379     f x = let g y = op (y::Int) in True
380
381 Here the principal type of f is (forall a. a->a)
382 but we'll produce the non-principal type
383     f :: forall a. C Int => a -> a
384
385
386         --------------------------------------
387         The need for forall's in constraints
388         --------------------------------------
389
390 [Exchange on Haskell Cafe 5/6 Dec 2000]
391
392   class C t where op :: t -> Bool
393   instance C [t] where op x = True
394
395   p y = (let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f, y ++ [])
396   q y = (y ++ [], let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f)
397
398 The definitions of p and q differ only in the order of the components in
399 the pair on their right-hand sides.  And yet:
400
401   ghc and "Typing Haskell in Haskell" reject p, but accept q;
402   Hugs rejects q, but accepts p;
403   hbc rejects both p and q;
404   nhc98 ... (Malcolm, can you fill in the blank for us!).
405
406 The type signature for f forces context reduction to take place, and
407 the results of this depend on whether or not the type of y is known,
408 which in turn depends on which component of the pair the type checker
409 analyzes first.  
410
411 Solution: if y::m a, float out the constraints
412         Monad m, forall c. C (m c)
413 When m is later unified with [], we can solve both constraints.
414
415
416         --------------------------------------
417                 Notes on implicit parameters
418         --------------------------------------
419
420 Question 1: can we "inherit" implicit parameters
421 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
422 Consider this:
423
424         f x = (x::Int) + ?y
425
426 where f is *not* a top-level binding.
427 From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
428 There are two types we might infer for f:
429
430         f :: Int -> Int
431
432 (so we get ?y from the context of f's definition), or
433
434         f :: (?y::Int) => Int -> Int
435
436 At first you might think the first was better, becuase then
437 ?y behaves like a free variable of the definition, rather than
438 having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
439 IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
440 dynamic binding means) so we'd better infer the second.
441
442 BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify 
443 over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
444
445
446 Question 2: type signatures
447 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
448 BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
449 to quantify over implicit parameters.  For example:
450
451         (?x + 1) :: Int
452
453 This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
454
455         (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
456
457 That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
458 so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
459 tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
460 and tcSimplifyCheckBind (which does not).
461
462 What about when you supply a type signature for a binding?
463 Is it legal to give the following explicit, user type 
464 signature to f, thus:
465
466         f :: Int -> Int
467         f x = (x::Int) + ?y
468
469 At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
470 that adding a type signature changes the dynamic semantics.
471 Consider this:
472
473         (let f x = (x::Int) + ?y
474          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
475
476                 returns (3+6, 3+5)
477 vs
478         (let f :: Int -> Int
479              f x = x + ?y
480          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
481
482                 returns (3+6, 3+6)
483
484 Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
485 dynamic semantics.
486
487 Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
488 semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
489 change the typing you may change the semantics.
490
491 To make things consistent in all cases where we are *checking* against
492 a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
493 rule: 
494
495         a signature does not need to quantify over implicit params.
496
497 [This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
498 which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
499 params for the reasons mentioned above.]
500
501 But that raises a new question.  Consider 
502
503         Given (signature)       ?x::Int
504         Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
505
506 Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
507 what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
508 what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
509 to float a constraint that
510         neither mentions any of the quantified type variables
511         nor any of the quantified implicit parameters
512
513 See the predicate isFreeWhenChecking.
514
515
516 Question 3: monomorphism
517 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
518 There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
519
520         z = (x::Int) + ?y
521
522 The argument above suggests that we *must* generalise
523 over the ?y parameter, to get
524         z :: (?y::Int) => Int,
525 but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
526         z :: Int.
527 Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
528
529         let z = x + ?y in z+z
530
531 you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
532 we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
533
534
535 Question 4: top level
536 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
537 At the top level, monomorhism makes no sense at all.
538
539     module Main where
540         main = let ?x = 5 in print foo
541
542         foo = woggle 3
543
544         woggle :: (?x :: Int) => Int -> Int
545         woggle y = ?x + y
546
547 We definitely don't want (foo :: Int) with a top-level implicit parameter
548 (?x::Int) becuase there is no way to bind it.  
549
550
551 Possible choices
552 ~~~~~~~~~~~~~~~~
553 (A) Always generalise over implicit parameters
554     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
555         be generalised
556
557     Consequences:
558         * Inlining remains valid
559         * No unexpected loss of sharing
560         * But simple bindings like
561                 z = ?y + 1
562           will be rejected, unless you add an explicit type signature
563           (to avoid the monomorphism restriction)
564                 z :: (?y::Int) => Int
565                 z = ?y + 1
566           This seems unacceptable
567
568 (B) Monomorphism restriction "wins"
569     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
570         be generalised
571     Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
572         that fall under the monomorphism restriction
573
574     Consequences
575         * Inlining isn't valid in general
576         * No unexpected loss of sharing
577         * Simple bindings like
578                 z = ?y + 1
579           accepted (get value of ?y from binding site)
580
581 (C) Always generalise over implicit parameters
582     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
583         be generalised, EXCEPT for implicit parameters
584     Consequences
585         * Inlining remains valid
586         * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
587         * Simple bindings like
588                 z = ?y + 1
589           accepted (get value of ?y from occurrence sites)
590
591
592 Discussion
593 ~~~~~~~~~~
594 None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
595 decide which we want to do.
596
597 It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
598
599         z = (x::Int) + ?y
600
601 would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
602 of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
603 case of function definitions, the answer is clearly the former, but
604 less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
605 if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
606 then inlining 'z' might change the semantics of the program.
607
608 Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
609 to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
610 innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
611 the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
612 use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
613 clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
614 those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
615 one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
616 restriction altogether.
617
618 BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
619
620
621
622 %************************************************************************
623 %*                                                                      *
624 \subsection{tcSimplifyInfer}
625 %*                                                                      *
626 %************************************************************************
627
628 tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
629
630     1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
631
632     2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
633        predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
634
635     3. Try improvement, using functional dependencies
636
637     4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
638        (Unification can change the result of 'grow'.)
639
640 Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
641 Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
642 after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
643 type variables than we absolutely have to.
644
645 For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
646 improvement with unification.  E.g. Suppose we have
647
648         class C x y | x->y where ...
649
650 and tcSimplify is called with:
651         (C Int a, C Int b)
652 Then improvement unifies a with b, giving
653         (C Int a, C Int a)
654
655 If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
656 again.
657
658
659 \begin{code}
660 tcSimplifyInfer
661         :: SDoc
662         -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
663         -> [Inst]               -- Wanted
664         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
665                 TcDictBinds,    -- Bindings
666                 [TcId])         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
667         -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
668 \end{code}
669
670
671 \begin{code}
672 tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted_lie
673   = inferLoop doc (varSetElems tau_tvs)
674               wanted_lie                `thenM` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
675
676     extendLIEs frees                                                    `thenM_`
677     returnM (qtvs, binds, map instToId irreds)
678
679 inferLoop doc tau_tvs wanteds
680   =     -- Step 1
681     zonkTcTyVarsAndFV tau_tvs           `thenM` \ tau_tvs' ->
682     mappM zonkInst wanteds              `thenM` \ wanteds' ->
683     tcGetGlobalTyVars                   `thenM` \ gbl_tvs ->
684     let
685         preds = fdPredsOfInsts wanteds'
686         qtvs  = grow preds tau_tvs' `minusVarSet` oclose preds gbl_tvs
687
688         try_me inst
689           | isFreeWhenInferring qtvs inst = Free
690           | isClassDict inst              = DontReduceUnlessConstant    -- Dicts
691           | otherwise                     = ReduceMe NoSCs              -- Lits and Methods
692     in
693     traceTc (text "infloop" <+> vcat [ppr tau_tvs', ppr wanteds', ppr preds, 
694                                       ppr (grow preds tau_tvs'), ppr qtvs])     `thenM_`
695                 -- Step 2
696     reduceContext doc try_me [] wanteds'    `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
697
698                 -- Step 3
699     if no_improvement then
700         returnM (varSetElems qtvs, frees, binds, irreds)
701     else
702         -- If improvement did some unification, we go round again.  There
703         -- are two subtleties:
704         --   a) We start again with irreds, not wanteds
705         --      Using an instance decl might have introduced a fresh type variable
706         --      which might have been unified, so we'd get an infinite loop
707         --      if we started again with wanteds!  See example [LOOP]
708         --
709         --   b) It's also essential to re-process frees, because unification
710         --      might mean that a type variable that looked free isn't now.
711         --
712         -- Hence the (irreds ++ frees)
713
714         -- However, NOTICE that when we are done, we might have some bindings, but
715         -- the final qtvs might be empty.  See [NO TYVARS] below.
716                                 
717         inferLoop doc tau_tvs (irreds ++ frees) `thenM` \ (qtvs1, frees1, binds1, irreds1) ->
718         returnM (qtvs1, frees1, binds `unionBags` binds1, irreds1)
719 \end{code}
720
721 Example [LOOP]
722
723         class If b t e r | b t e -> r
724         instance If T t e t
725         instance If F t e e
726         class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
727         instance Lte Z b T
728         instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
729
730 Wanted: Max Z (S x) y
731
732 Then we'll reduce using the Max instance to:
733         (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
734 and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
735 on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
736 with (Max Z (S x) y)!
737
738 [NO TYVARS]
739
740         class Y a b | a -> b where
741             y :: a -> X b
742         
743         instance Y [[a]] a where
744             y ((x:_):_) = X x
745         
746         k :: X a -> X a -> X a
747
748         g :: Num a => [X a] -> [X a]
749         g xs = h xs
750             where
751             h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
752
753 The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
754 try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
755 From this we get t1:=:t2, but also various bindings.  We can't forget
756 the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
757 polymorphic in.  
758
759 The net effect of [NO TYVARS] 
760
761 \begin{code}
762 isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst -> Bool
763 isFreeWhenInferring qtvs inst
764   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst          -- Constrains no quantified vars
765   && isInheritableInst inst             -- And no implicit parameter involved
766                                         -- (see "Notes on implicit parameters")
767
768 isFreeWhenChecking :: TyVarSet  -- Quantified tyvars
769                    -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
770                    -> Inst -> Bool
771 isFreeWhenChecking qtvs ips inst
772   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
773   && isFreeWrtIPs    ips inst
774
775 isFreeWrtTyVars qtvs inst = tyVarsOfInst inst `disjointVarSet` qtvs
776 isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
777 \end{code}
778
779
780 %************************************************************************
781 %*                                                                      *
782 \subsection{tcSimplifyCheck}
783 %*                                                                      *
784 %************************************************************************
785
786 @tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
787 we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
788
789 \begin{code}
790 tcSimplifyCheck
791          :: SDoc
792          -> [TcTyVar]           -- Quantify over these
793          -> [Inst]              -- Given
794          -> [Inst]              -- Wanted
795          -> TcM TcDictBinds     -- Bindings
796
797 -- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
798 -- class decls, instance decls etc.
799 --
800 -- NB: tcSimplifyCheck does not consult the
801 --      global type variables in the environment; so you don't
802 --      need to worry about setting them before calling tcSimplifyCheck
803 tcSimplifyCheck doc qtvs givens wanted_lie
804   = ASSERT( all isSkolemTyVar qtvs )
805     do  { (qtvs', frees, binds) <- tcSimplCheck doc get_qtvs AddSCs givens wanted_lie
806         ; extendLIEs frees
807         ; return binds }
808   where
809 --  get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV qtvs
810     get_qtvs = return (mkVarSet qtvs)   -- All skolems
811
812
813 -- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
814 -- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
815 -- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
816 tcSimplifyInferCheck
817          :: SDoc
818          -> TcTyVarSet          -- fv(T)
819          -> [Inst]              -- Given
820          -> [Inst]              -- Wanted
821          -> TcM ([TcTyVar],     -- Variables over which to quantify
822                  TcDictBinds)   -- Bindings
823
824 tcSimplifyInferCheck doc tau_tvs givens wanted_lie
825   = do  { (qtvs', frees, binds) <- tcSimplCheck doc get_qtvs AddSCs givens wanted_lie
826         ; extendLIEs frees
827         ; return (qtvs', binds) }
828   where
829         -- Figure out which type variables to quantify over
830         -- You might think it should just be the signature tyvars,
831         -- but in bizarre cases you can get extra ones
832         --      f :: forall a. Num a => a -> a
833         --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
834         --      g a b = (b,a)
835         -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
836         -- We don't want g to be monomorphic in b just because
837         -- f isn't quantified over b.
838     all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
839
840     get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV all_tvs        `thenM` \ all_tvs' ->
841                tcGetGlobalTyVars                `thenM` \ gbl_tvs ->
842                let
843                   qtvs = all_tvs' `minusVarSet` gbl_tvs
844                         -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
845                         -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
846                         -- dictionaries, we quantify over
847                in
848                returnM qtvs
849 \end{code}
850
851 Here is the workhorse function for all three wrappers.
852
853 \begin{code}
854 tcSimplCheck doc get_qtvs want_scs givens wanted_lie
855   = do  { (qtvs, frees, binds, irreds) <- check_loop givens wanted_lie
856
857                 -- Complain about any irreducible ones
858         ; if not (null irreds)
859           then do { givens' <- mappM zonkInst given_dicts_and_ips
860                   ; groupErrs (addNoInstanceErrs (Just doc) givens') irreds }
861           else return ()
862
863         ; returnM (qtvs, frees, binds) }
864   where
865     given_dicts_and_ips = filter (not . isMethod) givens
866         -- For error reporting, filter out methods, which are 
867         -- only added to the given set as an optimisation
868
869     ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts givens)
870
871     check_loop givens wanteds
872       =         -- Step 1
873         mappM zonkInst givens   `thenM` \ givens' ->
874         mappM zonkInst wanteds  `thenM` \ wanteds' ->
875         get_qtvs                `thenM` \ qtvs' ->
876
877                     -- Step 2
878         let
879             -- When checking against a given signature we always reduce
880             -- until we find a match against something given, or can't reduce
881             try_me inst | isFreeWhenChecking qtvs' ip_set inst = Free
882                         | otherwise                            = ReduceMe want_scs
883         in
884         reduceContext doc try_me givens' wanteds'       `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
885
886                     -- Step 3
887         if no_improvement then
888             returnM (varSetElems qtvs', frees, binds, irreds)
889         else
890             check_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (qtvs', frees1, binds1, irreds1) ->
891             returnM (qtvs', frees1, binds `unionBags` binds1, irreds1)
892 \end{code}
893
894
895 %************************************************************************
896 %*                                                                      *
897                 tcSimplifySuperClasses
898 %*                                                                      *
899 %************************************************************************
900
901 Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
902 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
903 We have to be very, very careful when generating superclasses, lest we
904 accidentally build a loop. Here's an example:
905
906   class S a
907
908   class S a => C a where { opc :: a -> a }
909   class S b => D b where { opd :: b -> b }
910   
911   instance C Int where
912      opc = opd
913   
914   instance D Int where
915      opd = opc
916
917 From (instance C Int) we get the constraint set {ds1:S Int, dd:D Int}
918 Simplifying, we may well get:
919         $dfCInt = :C ds1 (opd dd)
920         dd  = $dfDInt
921         ds1 = $p1 dd
922 Notice that we spot that we can extract ds1 from dd.  
923
924 Alas!  Alack! We can do the same for (instance D Int):
925
926         $dfDInt = :D ds2 (opc dc)
927         dc  = $dfCInt
928         ds2 = $p1 dc
929
930 And now we've defined the superclass in terms of itself.
931
932 Solution: never generate a superclass selectors at all when
933 satisfying the superclass context of an instance declaration.
934
935 Two more nasty cases are in
936         tcrun021
937         tcrun033
938
939 \begin{code}
940 tcSimplifySuperClasses qtvs givens sc_wanteds
941   = ASSERT( all isSkolemTyVar qtvs )
942     do  { (_, frees, binds1) <- tcSimplCheck doc get_qtvs NoSCs givens sc_wanteds
943         ; ext_default        <- doptM Opt_ExtendedDefaultRules
944         ; binds2             <- tc_simplify_top doc ext_default NoSCs frees
945         ; return (binds1 `unionBags` binds2) }
946   where
947     get_qtvs = return (mkVarSet qtvs)
948     doc = ptext SLIT("instance declaration superclass context")
949 \end{code}
950
951
952 %************************************************************************
953 %*                                                                      *
954 \subsection{tcSimplifyRestricted}
955 %*                                                                      *
956 %************************************************************************
957
958 tcSimplifyRestricted infers which type variables to quantify for a 
959 group of restricted bindings.  This isn't trivial.
960
961 Eg1:    id = \x -> x
962         We want to quantify over a to get id :: forall a. a->a
963         
964 Eg2:    eq = (==)
965         We do not want to quantify over a, because there's an Eq a 
966         constraint, so we get eq :: a->a->Bool  (notice no forall)
967
968 So, assume:
969         RHS has type 'tau', whose free tyvars are tau_tvs
970         RHS has constraints 'wanteds'
971
972 Plan A (simple)
973   Quantify over (tau_tvs \ ftvs(wanteds))
974   This is bad. The constraints may contain (Monad (ST s))
975   where we have         instance Monad (ST s) where...
976   so there's no need to be monomorphic in s!
977
978   Also the constraint might be a method constraint,
979   whose type mentions a perfectly innocent tyvar:
980           op :: Num a => a -> b -> a
981   Here, b is unconstrained.  A good example would be
982         foo = op (3::Int)
983   We want to infer the polymorphic type
984         foo :: forall b. b -> b
985
986
987 Plan B (cunning, used for a long time up to and including GHC 6.2)
988   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
989   with Plan A's problem).  Then set
990         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
991
992   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
993   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
994   The reasons for this is to maximise sharing.
995
996   This fails for a very subtle reason.  Suppose that in the Step 2
997   a constraint (Foo (Succ Zero) (Succ Zero) b) gets thrown upstairs as 'free'.
998   In the Step 1 this constraint might have been simplified, perhaps to
999   (Foo Zero Zero b), AND THEN THAT MIGHT BE IMPROVED, to bind 'b' to 'T'.
1000   This won't happen in Step 2... but that in turn might prevent some other
1001   constraint (Baz [a] b) being simplified (e.g. via instance Baz [a] T where {..}) 
1002   and that in turn breaks the invariant that no constraints are quantified over.
1003
1004   Test typecheck/should_compile/tc177 (which failed in GHC 6.2) demonstrates
1005   the problem.
1006
1007
1008 Plan C (brutal)
1009   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1010   with Plan A's problem).  Then set
1011         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1012   Return the bindings from Step 1.
1013   
1014
1015 A note about Plan C (arising from "bug" reported by George Russel March 2004)
1016 Consider this:
1017
1018       instance (HasBinary ty IO) => HasCodedValue ty
1019
1020       foo :: HasCodedValue a => String -> IO a
1021
1022       doDecodeIO :: HasCodedValue a => () -> () -> IO a
1023       doDecodeIO codedValue view  
1024         = let { act = foo "foo" } in  act
1025
1026 You might think this should work becuase the call to foo gives rise to a constraint
1027 (HasCodedValue t), which can be satisfied by the type sig for doDecodeIO.  But the
1028 restricted binding act = ... calls tcSimplifyRestricted, and PlanC simplifies the
1029 constraint using the (rather bogus) instance declaration, and now we are stuffed.
1030
1031 I claim this is not really a bug -- but it bit Sergey as well as George.  So here's
1032 plan D
1033
1034
1035 Plan D (a variant of plan B)
1036   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1037   with Plan A's problem), BUT DO NO IMPROVEMENT.  Then set
1038         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1039
1040   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1041   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1042
1043   The point here is that it's generally OK to have too few qtvs; that is,
1044   to make the thing more monomorphic than it could be.  We don't want to
1045   do that in the common cases, but in wierd cases it's ok: the programmer
1046   can always add a signature.  
1047
1048   Too few qtvs => too many wanteds, which is what happens if you do less
1049   improvement.
1050
1051
1052 \begin{code}
1053 tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
1054                         -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
1055         :: SDoc
1056         -> TopLevelFlag
1057         -> [Name]               -- Things bound in this group
1058         -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
1059         -> [Inst]               -- Free in the RHSs
1060         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
1061                 TcDictBinds)    -- Bindings
1062         -- tcSimpifyRestricted returns no constraints to
1063         -- quantify over; by definition there are none.
1064         -- They are all thrown back in the LIE
1065
1066 tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs tau_tvs wanteds
1067         -- Zonk everything in sight
1068   = mappM zonkInst wanteds                      `thenM` \ wanteds' ->
1069
1070         -- 'reduceMe': Reduce as far as we can.  Don't stop at
1071         -- dicts; the idea is to get rid of as many type
1072         -- variables as possible, and we don't want to stop
1073         -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
1074         -- immediately, with no constraint on s.
1075         --
1076         -- BUT do no improvement!  See Plan D above
1077         -- HOWEVER, some unification may take place, if we instantiate
1078         --          a method Inst with an equality constraint
1079     reduceContextWithoutImprovement 
1080         doc reduceMe wanteds'           `thenM` \ (_frees, _binds, constrained_dicts) ->
1081
1082         -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
1083     zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)     `thenM` \ tau_tvs' ->
1084     tcGetGlobalTyVars                           `thenM` \ gbl_tvs' ->
1085     mappM zonkInst constrained_dicts            `thenM` \ constrained_dicts' ->
1086     let
1087         constrained_tvs' = tyVarsOfInsts constrained_dicts'
1088         qtvs' = (tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs')
1089                          `minusVarSet` constrained_tvs'
1090     in
1091     traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
1092                 pprInsts wanteds, pprInsts _frees, pprInsts constrained_dicts',
1093                 ppr _binds,
1094                 ppr constrained_tvs', ppr tau_tvs', ppr qtvs' ])        `thenM_`
1095
1096         -- The first step may have squashed more methods than
1097         -- necessary, so try again, this time more gently, knowing the exact
1098         -- set of type variables to quantify over.
1099         --
1100         -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs';
1101         -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
1102         -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
1103         -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
1104         -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
1105         --
1106         -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
1107         -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
1108         -- just to float all constraints
1109         --
1110         -- At top level, we *do* squash methods becuase we want to 
1111         -- expose implicit parameters to the test that follows
1112     let
1113         is_nested_group = isNotTopLevel top_lvl
1114         try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs' inst,
1115                       (is_nested_group || isDict inst) = Free
1116                     | otherwise                        = ReduceMe AddSCs
1117     in
1118     reduceContextWithoutImprovement 
1119         doc try_me wanteds'             `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
1120     ASSERT( null irreds )
1121
1122         -- See "Notes on implicit parameters, Question 4: top level"
1123     if is_nested_group then
1124         extendLIEs frees        `thenM_`
1125         returnM (varSetElems qtvs', binds)
1126     else
1127         let
1128             (non_ips, bad_ips) = partition isClassDict frees
1129         in    
1130         addTopIPErrs bndrs bad_ips      `thenM_`
1131         extendLIEs non_ips              `thenM_`
1132         returnM (varSetElems qtvs', binds)
1133 \end{code}
1134
1135
1136 %************************************************************************
1137 %*                                                                      *
1138                 tcSimplifyRuleLhs
1139 %*                                                                      *
1140 %************************************************************************
1141
1142 On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
1143 getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
1144 as the available stuff for the RHS of the rule.
1145
1146 Example.  Consider the following left-hand side of a rule
1147         
1148         f (x == y) (y > z) = ...
1149
1150 If we typecheck this expression we get constraints
1151
1152         d1 :: Ord a, d2 :: Eq a
1153
1154 We do NOT want to "simplify" to the LHS
1155
1156         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a.
1157           f ((==) (eqFromOrd d1) x y) ((>) d1 y z) = ...
1158
1159 Instead we want 
1160
1161         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a, d2::Eq a.
1162           f ((==) d2 x y) ((>) d1 y z) = ...
1163
1164 Here is another example:
1165
1166         fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
1167         {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
1168
1169 In the rule, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But
1170 we *dont* want to get
1171
1172         forall dIntegralInt.
1173            fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
1174
1175 because the scsel will mess up RULE matching.  Instead we want
1176
1177         forall dIntegralInt, dNumInt.
1178           fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
1179
1180 Even if we have 
1181
1182         g (x == y) (y == z) = ..
1183
1184 where the two dictionaries are *identical*, we do NOT WANT
1185
1186         forall x::a, y::a, z::a, d1::Eq a
1187           f ((==) d1 x y) ((>) d1 y z) = ...
1188
1189 because that will only match if the dict args are (visibly) equal.
1190 Instead we want to quantify over the dictionaries separately.
1191
1192 In short, tcSimplifyRuleLhs must *only* squash LitInst and MethInts, leaving
1193 all dicts unchanged, with absolutely no sharing.  It's simpler to do this
1194 from scratch, rather than further parameterise simpleReduceLoop etc
1195
1196 \begin{code}
1197 tcSimplifyRuleLhs :: [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1198 tcSimplifyRuleLhs wanteds
1199   = go [] emptyBag wanteds
1200   where
1201     go dicts binds []
1202         = return (dicts, binds)
1203     go dicts binds (w:ws)
1204         | isDict w
1205         = go (w:dicts) binds ws
1206         | otherwise
1207         = do { w' <- zonkInst w  -- So that (3::Int) does not generate a call
1208                                  -- to fromInteger; this looks fragile to me
1209              ; lookup_result <- lookupInst w'
1210              ; case lookup_result of
1211                  GenInst ws' rhs -> go dicts (addBind binds w rhs) (ws' ++ ws)
1212                  SimpleInst rhs  -> go dicts (addBind binds w rhs) ws
1213                  NoInstance      -> pprPanic "tcSimplifyRuleLhs" (ppr w)
1214           }
1215 \end{code}
1216
1217 tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
1218 a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
1219 any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
1220 Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
1221 Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
1222 this bracket again at its usage site.
1223
1224 \begin{code}
1225 tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
1226 tcSimplifyBracket wanteds
1227   = simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds       `thenM_`
1228     returnM ()
1229   where
1230     doc = text "tcSimplifyBracket"
1231 \end{code}
1232
1233
1234 %************************************************************************
1235 %*                                                                      *
1236 \subsection{Filtering at a dynamic binding}
1237 %*                                                                      *
1238 %************************************************************************
1239
1240 When we have
1241         let ?x = R in B
1242
1243 we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
1244 step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
1245
1246 Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
1247
1248         f :: (?x::Int) => Char -> Char
1249         let ?x = 3 in f 'c'
1250
1251 then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
1252 force the binding for ?x to be of type Int.
1253
1254 \begin{code}
1255 tcSimplifyIPs :: [Inst]         -- The implicit parameters bound here
1256               -> [Inst]         -- Wanted
1257               -> TcM TcDictBinds
1258 tcSimplifyIPs given_ips wanteds
1259   = simpl_loop given_ips wanteds        `thenM` \ (frees, binds) ->
1260     extendLIEs frees                    `thenM_`
1261     returnM binds
1262   where
1263     doc      = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
1264     ip_set   = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
1265
1266         -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
1267     try_me inst | isFreeWrtIPs ip_set inst = Free
1268                 | otherwise                = ReduceMe NoSCs
1269
1270     simpl_loop givens wanteds
1271       = mappM zonkInst givens           `thenM` \ givens' ->
1272         mappM zonkInst wanteds          `thenM` \ wanteds' ->
1273
1274         reduceContext doc try_me givens' wanteds'    `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
1275
1276         if no_improvement then
1277             ASSERT( null irreds )
1278             returnM (frees, binds)
1279         else
1280             simpl_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (frees1, binds1) ->
1281             returnM (frees1, binds `unionBags` binds1)
1282 \end{code}
1283
1284
1285 %************************************************************************
1286 %*                                                                      *
1287 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
1288 %*                                                                      *
1289 %************************************************************************
1290
1291 When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
1292 For example, we might have...
1293 \begin{verbatim}
1294 let f x = x + 1     -- orig local function (overloaded)
1295     f.1 = f Int     -- two instances of f
1296     f.2 = f Float
1297  in
1298     (f.1 5, f.2 6.7)
1299 \end{verbatim}
1300 The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
1301 where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
1302 upwards towards the top-level.  If the @Insts@ were binding-ified up
1303 there, they would have unresolvable references to @f@.
1304
1305 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
1306 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
1307 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
1308 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
1309
1310 \begin{code}
1311 bindInstsOfLocalFuns :: [Inst] -> [TcId] -> TcM TcDictBinds
1312 -- Simlifies only MethodInsts, and generate only bindings of form 
1313 --      fm = f tys dicts
1314 -- We're careful not to even generate bindings of the form
1315 --      d1 = d2
1316 -- You'd think that'd be fine, but it interacts with what is
1317 -- arguably a bug in Match.tidyEqnInfo (see notes there)
1318
1319 bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
1320   | null overloaded_ids
1321         -- Common case
1322   = extendLIEs wanteds          `thenM_`
1323     returnM emptyLHsBinds
1324
1325   | otherwise
1326   = simpleReduceLoop doc try_me for_me  `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
1327     ASSERT( null irreds )
1328     extendLIEs not_for_me       `thenM_`
1329     extendLIEs frees            `thenM_`
1330     returnM binds
1331   where
1332     doc              = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
1333     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
1334     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
1335     (for_me, not_for_me) = partition (isMethodFor overloaded_set) wanteds
1336
1337     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids    -- There can occasionally be a lot of them
1338                                                 -- so it's worth building a set, so that
1339                                                 -- lookup (in isMethodFor) is faster
1340     try_me inst | isMethod inst = ReduceMe NoSCs
1341                 | otherwise     = Free
1342 \end{code}
1343
1344
1345 %************************************************************************
1346 %*                                                                      *
1347 \subsection{Data types for the reduction mechanism}
1348 %*                                                                      *
1349 %************************************************************************
1350
1351 The main control over context reduction is here
1352
1353 \begin{code}
1354 data WhatToDo
1355  = ReduceMe WantSCs     -- Try to reduce this
1356                         -- If there's no instance, behave exactly like
1357                         -- DontReduce: add the inst to the irreductible ones, 
1358                         -- but don't produce an error message of any kind.
1359                         -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
1360
1361  | DontReduceUnlessConstant     -- Return as irreducible unless it can
1362                                 -- be reduced to a constant in one step
1363
1364  | Free                   -- Return as free
1365
1366 reduceMe :: Inst -> WhatToDo
1367 reduceMe inst = ReduceMe AddSCs
1368
1369 data WantSCs = NoSCs | AddSCs   -- Tells whether we should add the superclasses
1370                                 -- of a predicate when adding it to the avails
1371         -- The reason for this flag is entirely the super-class loop problem
1372         -- Note [SUPER-CLASS LOOP 1]
1373 \end{code}
1374
1375
1376
1377 \begin{code}
1378 type Avails = FiniteMap Inst Avail
1379 emptyAvails = emptyFM
1380
1381 data Avail
1382   = IsFree              -- Used for free Insts
1383   | Irred               -- Used for irreducible dictionaries,
1384                         -- which are going to be lambda bound
1385
1386   | Given TcId          -- Used for dictionaries for which we have a binding
1387                         -- e.g. those "given" in a signature
1388
1389   | Rhs                 -- Used when there is a RHS
1390         (LHsExpr TcId)  -- The RHS
1391         [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
1392
1393 pprAvails avails = vcat [sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> pprAvail avail)]
1394                         | (inst,avail) <- fmToList avails ]
1395
1396 instance Outputable Avail where
1397     ppr = pprAvail
1398
1399 pprAvail IsFree         = text "Free"
1400 pprAvail Irred          = text "Irred"
1401 pprAvail (Given x)      = text "Given" <+> ppr x
1402 pprAvail (Rhs rhs bs)   = text "Rhs" <+> ppr rhs <+> braces (ppr bs)
1403 \end{code}
1404
1405 Extracting the bindings from a bunch of Avails.
1406 The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
1407 We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
1408 dependency analyser can sort them out later
1409
1410 The loop startes
1411 \begin{code}
1412 extractResults :: Avails
1413                -> [Inst]                -- Wanted
1414                -> TcM (TcDictBinds,     -- Bindings
1415                         [Inst],         -- Irreducible ones
1416                         [Inst])         -- Free ones
1417
1418 extractResults avails wanteds
1419   = go avails emptyBag [] [] wanteds
1420   where
1421     go avails binds irreds frees [] 
1422       = returnM (binds, irreds, frees)
1423
1424     go avails binds irreds frees (w:ws)
1425       = case lookupFM avails w of
1426           Nothing    -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
1427                         go avails binds irreds frees ws
1428
1429           Just IsFree -> go (add_free avails w)  binds irreds     (w:frees) ws
1430           Just Irred  -> go (add_given avails w) binds (w:irreds) frees     ws
1431
1432           Just (Given id) -> go avails new_binds irreds frees ws
1433                           where
1434                                new_binds | id == instToId w = binds
1435                                          | otherwise        = addBind binds w (L (instSpan w) (HsVar id))
1436                 -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
1437                 -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
1438
1439           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds irreds frees (ws' ++ ws)
1440                              where
1441                                 new_binds = addBind binds w rhs
1442
1443     add_given avails w = addToFM avails w (Given (instToId w))
1444
1445     add_free avails w | isMethod w = avails
1446                       | otherwise  = add_given avails w
1447         -- NB: Hack alert!  
1448         -- Do *not* replace Free by Given if it's a method.
1449         -- The following situation shows why this is bad:
1450         --      truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
1451         -- From an application (truncate f i) we get
1452         --      t1 = truncate at f
1453         --      t2 = t1 at i
1454         -- If we have also have a second occurrence of truncate, we get
1455         --      t3 = truncate at f
1456         --      t4 = t3 at i
1457         -- When simplifying with i,f free, we might still notice that
1458         --   t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
1459         --   will continue to float out!
1460
1461 addBind binds inst rhs = binds `unionBags` unitBag (L (instLocSrcSpan (instLoc inst)) 
1462                                                       (VarBind (instToId inst) rhs))
1463 instSpan wanted = instLocSrcSpan (instLoc wanted)
1464 \end{code}
1465
1466
1467 %************************************************************************
1468 %*                                                                      *
1469 \subsection[reduce]{@reduce@}
1470 %*                                                                      *
1471 %************************************************************************
1472
1473 When the "what to do" predicate doesn't depend on the quantified type variables,
1474 matters are easier.  We don't need to do any zonking, unless the improvement step
1475 does something, in which case we zonk before iterating.
1476
1477 The "given" set is always empty.
1478
1479 \begin{code}
1480 simpleReduceLoop :: SDoc
1481                  -> (Inst -> WhatToDo)          -- What to do, *not* based on the quantified type variables
1482                  -> [Inst]                      -- Wanted
1483                  -> TcM ([Inst],                -- Free
1484                          TcDictBinds,
1485                          [Inst])                -- Irreducible
1486
1487 simpleReduceLoop doc try_me wanteds
1488   = mappM zonkInst wanteds                      `thenM` \ wanteds' ->
1489     reduceContext doc try_me [] wanteds'        `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
1490     if no_improvement then
1491         returnM (frees, binds, irreds)
1492     else
1493         simpleReduceLoop doc try_me (irreds ++ frees)   `thenM` \ (frees1, binds1, irreds1) ->
1494         returnM (frees1, binds `unionBags` binds1, irreds1)
1495 \end{code}
1496
1497
1498
1499 \begin{code}
1500 reduceContext :: SDoc
1501               -> (Inst -> WhatToDo)
1502               -> [Inst]                 -- Given
1503               -> [Inst]                 -- Wanted
1504               -> TcM (Bool,             -- True <=> improve step did no unification
1505                          [Inst],        -- Free
1506                          TcDictBinds,   -- Dictionary bindings
1507                          [Inst])        -- Irreducible
1508
1509 reduceContext doc try_me givens wanteds
1510   =
1511     traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1512              text "----------------------",
1513              doc,
1514              text "given" <+> ppr givens,
1515              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1516              text "----------------------"
1517              ]))                                        `thenM_`
1518
1519         -- Build the Avail mapping from "givens"
1520     foldlM addGiven emptyAvails givens                  `thenM` \ init_state ->
1521
1522         -- Do the real work
1523     reduceList (0,[]) try_me wanteds init_state         `thenM` \ avails ->
1524
1525         -- Do improvement, using everything in avails
1526         -- In particular, avails includes all superclasses of everything
1527     tcImprove avails                                    `thenM` \ no_improvement ->
1528
1529     extractResults avails wanteds                       `thenM` \ (binds, irreds, frees) ->
1530
1531     traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1532              text "----------------------",
1533              doc,
1534              text "given" <+> ppr givens,
1535              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1536              text "----",
1537              text "avails" <+> pprAvails avails,
1538              text "frees" <+> ppr frees,
1539              text "no_improvement =" <+> ppr no_improvement,
1540              text "----------------------"
1541              ]))                                        `thenM_`
1542
1543     returnM (no_improvement, frees, binds, irreds)
1544
1545 -- reduceContextWithoutImprovement differs from reduceContext
1546 --      (a) no improvement
1547 --      (b) 'givens' is assumed empty
1548 reduceContextWithoutImprovement doc try_me wanteds
1549   =
1550     traceTc (text "reduceContextWithoutImprovement" <+> (vcat [
1551              text "----------------------",
1552              doc,
1553              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1554              text "----------------------"
1555              ]))                                        `thenM_`
1556
1557         -- Do the real work
1558     reduceList (0,[]) try_me wanteds emptyAvails        `thenM` \ avails ->
1559     extractResults avails wanteds                       `thenM` \ (binds, irreds, frees) ->
1560
1561     traceTc (text "reduceContextWithoutImprovement end" <+> (vcat [
1562              text "----------------------",
1563              doc,
1564              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1565              text "----",
1566              text "avails" <+> pprAvails avails,
1567              text "frees" <+> ppr frees,
1568              text "----------------------"
1569              ]))                                        `thenM_`
1570
1571     returnM (frees, binds, irreds)
1572
1573 tcImprove :: Avails -> TcM Bool         -- False <=> no change
1574 -- Perform improvement using all the predicates in Avails
1575 tcImprove avails
1576  =  tcGetInstEnvs                       `thenM` \ inst_envs -> 
1577     let
1578         preds = [ (pred, pp_loc)
1579                 | (inst, avail) <- fmToList avails,
1580                   pred <- get_preds inst avail,
1581                   let pp_loc = pprInstLoc (instLoc inst)
1582                 ]
1583                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1584                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1585                 -- It does not have duplicates (good)
1586                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1587                 --    so that improve will see them separate
1588
1589         -- For free Methods, we want to take predicates from their context,
1590         -- but for Methods that have been squished their context will already
1591         -- be in Avails, and we don't want duplicates.  Hence this rather
1592         -- horrid get_preds function
1593         get_preds inst IsFree = fdPredsOfInst inst
1594         get_preds inst other | isDict inst = [dictPred inst]
1595                              | otherwise   = []
1596
1597         eqns = improve get_insts preds
1598         get_insts clas = classInstances inst_envs clas
1599      in
1600      if null eqns then
1601         returnM True
1602      else
1603         traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))     `thenM_`
1604         mappM_ unify eqns       `thenM_`
1605         returnM False
1606   where
1607     unify ((qtvs, pairs), what1, what2)
1608          = addErrCtxtM (mkEqnMsg what1 what2)   $
1609            tcInstTyVars (varSetElems qtvs)      `thenM` \ (_, _, tenv) ->
1610            mapM_ (unif_pr tenv) pairs
1611     unif_pr tenv (ty1,ty2) =  unifyType (substTy tenv ty1) (substTy tenv ty2)
1612
1613 pprEquationDoc (eqn, (p1,w1), (p2,w2)) = vcat [pprEquation eqn, nest 2 (ppr p1), nest 2 (ppr p2)]
1614
1615 mkEqnMsg (pred1,from1) (pred2,from2) tidy_env
1616   = do  { pred1' <- zonkTcPredType pred1; pred2' <- zonkTcPredType pred2
1617         ; let { pred1'' = tidyPred tidy_env pred1'; pred2'' = tidyPred tidy_env pred2' }
1618         ; let msg = vcat [ptext SLIT("When using functional dependencies to combine"),
1619                           nest 2 (sep [ppr pred1'' <> comma, nest 2 from1]), 
1620                           nest 2 (sep [ppr pred2'' <> comma, nest 2 from2])]
1621         ; return (tidy_env, msg) }
1622 \end{code}
1623
1624 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1625
1626 \begin{code}
1627 reduceList :: (Int,[Inst])              -- Stack (for err msgs)
1628                                         -- along with its depth
1629            -> (Inst -> WhatToDo)
1630            -> [Inst]
1631            -> Avails
1632            -> TcM Avails
1633 \end{code}
1634
1635 @reduce@ is passed
1636      try_me:    given an inst, this function returns
1637                   Reduce       reduce this
1638                   DontReduce   return this in "irreds"
1639                   Free         return this in "frees"
1640
1641      wanteds:   The list of insts to reduce
1642      state:     An accumulating parameter of type Avails
1643                 that contains the state of the algorithm
1644
1645   It returns a Avails.
1646
1647 The (n,stack) pair is just used for error reporting.
1648 n is always the depth of the stack.
1649 The stack is the stack of Insts being reduced: to produce X
1650 I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1651
1652 \begin{code}
1653 reduceList (n,stack) try_me wanteds state
1654   = do  { dopts <- getDOpts
1655 #ifdef DEBUG
1656         ; if n > 8 then
1657                 dumpTcRn (text "Interesting! Context reduction stack deeper than 8:" 
1658                           <+> (int n $$ ifPprDebug (nest 2 (pprStack stack))))
1659           else return ()
1660 #endif
1661         ; if n >= ctxtStkDepth dopts then
1662             failWithTc (reduceDepthErr n stack)
1663           else
1664             go wanteds state }
1665   where
1666     go []     state = return state
1667     go (w:ws) state = do { state' <- reduce (n+1, w:stack) try_me w state
1668                          ; go ws state' }
1669
1670     -- Base case: we're done!
1671 reduce stack try_me wanted avails
1672     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1673   | Just avail <- isAvailable avails wanted
1674   = returnM avails      
1675
1676   | otherwise
1677   = case try_me wanted of {
1678
1679     ; DontReduceUnlessConstant ->    -- It's irreducible (or at least should not be reduced)
1680                                      -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1681         try_simple (addIrred AddSCs)    -- Assume want superclasses
1682
1683     ; Free ->   -- It's free so just chuck it upstairs
1684                 -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1685         try_simple addFree
1686
1687     ; ReduceMe want_scs ->      -- It should be reduced
1688         lookupInst wanted             `thenM` \ lookup_result ->
1689         case lookup_result of
1690             GenInst wanteds' rhs -> addIrred NoSCs avails wanted                `thenM` \ avails1 ->
1691                                     reduceList stack try_me wanteds' avails1    `thenM` \ avails2 ->
1692                                     addWanted want_scs avails2 wanted rhs wanteds'
1693                 -- Experiment with temporarily doing addIrred *before* the reduceList, 
1694                 -- which has the effect of adding the thing we are trying
1695                 -- to prove to the database before trying to prove the things it
1696                 -- needs.  See note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1697                 -- NB: we must not do an addWanted before, because that adds the
1698                 --     superclasses too, and thaat can lead to a spurious loop; see
1699                 --     the examples in [SUPERCLASS-LOOP]
1700                 -- So we do an addIrred before, and then overwrite it afterwards with addWanted
1701
1702             SimpleInst rhs -> addWanted want_scs avails wanted rhs []
1703
1704             NoInstance ->    -- No such instance!
1705                              -- Add it and its superclasses
1706                              addIrred want_scs avails wanted
1707     }
1708   where
1709     try_simple do_this_otherwise
1710       = lookupInst wanted         `thenM` \ lookup_result ->
1711         case lookup_result of
1712             SimpleInst rhs -> addWanted AddSCs avails wanted rhs []
1713             other          -> do_this_otherwise avails wanted
1714 \end{code}
1715
1716
1717 \begin{code}
1718 -------------------------
1719 isAvailable :: Avails -> Inst -> Maybe Avail
1720 isAvailable avails wanted = lookupFM avails wanted
1721         -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
1722         --  *not* by unique.  So
1723         --      d1::C Int ==  d2::C Int
1724
1725 -------------------------
1726 addFree :: Avails -> Inst -> TcM Avails
1727         -- When an Inst is tossed upstairs as 'free' we nevertheless add it
1728         -- to avails, so that any other equal Insts will be commoned up right
1729         -- here rather than also being tossed upstairs.  This is really just
1730         -- an optimisation, and perhaps it is more trouble that it is worth,
1731         -- as the following comments show!
1732         --
1733         -- NB: do *not* add superclasses.  If we have
1734         --      df::Floating a
1735         --      dn::Num a
1736         -- but a is not bound here, then we *don't* want to derive
1737         -- dn from df here lest we lose sharing.
1738         --
1739 addFree avails free = returnM (addToFM avails free IsFree)
1740
1741 addWanted :: WantSCs -> Avails -> Inst -> LHsExpr TcId -> [Inst] -> TcM Avails
1742 addWanted want_scs avails wanted rhs_expr wanteds
1743   = addAvailAndSCs want_scs avails wanted avail
1744   where
1745     avail = Rhs rhs_expr wanteds
1746
1747 addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
1748 addGiven avails given = addAvailAndSCs AddSCs avails given (Given (instToId given))
1749         -- Always add superclasses for 'givens'
1750         --
1751         -- No ASSERT( not (given `elemFM` avails) ) because in an instance
1752         -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
1753         -- so the assert isn't true
1754
1755 addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
1756 addIrred want_scs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemFM` avails), ppr irred $$ ppr avails )
1757                                  addAvailAndSCs want_scs avails irred Irred
1758
1759 addAvailAndSCs :: WantSCs -> Avails -> Inst -> Avail -> TcM Avails
1760 addAvailAndSCs want_scs avails inst avail
1761   | not (isClassDict inst) = return avails_with_inst
1762   | NoSCs <- want_scs      = return avails_with_inst
1763   | otherwise              = do { traceTc (text "addAvailAndSCs" <+> vcat [ppr inst, ppr deps])
1764                                 ; addSCs is_loop avails_with_inst inst }
1765   where
1766     avails_with_inst = addToFM avails inst avail
1767
1768     is_loop pred = any (`tcEqType` mkPredTy pred) dep_tys
1769                         -- Note: this compares by *type*, not by Unique
1770     deps         = findAllDeps (unitVarSet (instToId inst)) avail
1771     dep_tys      = map idType (varSetElems deps)
1772
1773     findAllDeps :: IdSet -> Avail -> IdSet
1774     -- Find all the Insts that this one depends on
1775     -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
1776     -- Watch out, though.  Since the avails may contain loops 
1777     -- (see Note [RECURSIVE DICTIONARIES]), so we need to track the ones we've seen so far
1778     findAllDeps so_far (Rhs _ kids) = foldl find_all so_far kids
1779     findAllDeps so_far other        = so_far
1780
1781     find_all :: IdSet -> Inst -> IdSet
1782     find_all so_far kid
1783       | kid_id `elemVarSet` so_far        = so_far
1784       | Just avail <- lookupFM avails kid = findAllDeps so_far' avail
1785       | otherwise                         = so_far'
1786       where
1787         so_far' = extendVarSet so_far kid_id    -- Add the new kid to so_far
1788         kid_id = instToId kid
1789
1790 addSCs :: (TcPredType -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
1791         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
1792         -- The first param says "dont do this because the original thing
1793         --      depends on this one, so you'd build a loop"
1794         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
1795
1796 addSCs is_loop avails dict
1797   = do  { sc_dicts <- newDictBndrs (instLoc dict) sc_theta'
1798         ; foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels) }
1799   where
1800     (clas, tys) = getDictClassTys dict
1801     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
1802     sc_theta' = substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
1803
1804     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)
1805       | is_loop (dictPred sc_dict) = return avails      -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
1806       | is_given sc_dict           = return avails
1807       | otherwise                  = addSCs is_loop avails' sc_dict
1808       where
1809         sc_sel_rhs = L (instSpan dict) (HsWrap co_fn (HsVar sc_sel))
1810         co_fn      = WpApp (instToId dict) <.> mkWpTyApps tys
1811         avails'    = addToFM avails sc_dict (Rhs sc_sel_rhs [dict])
1812
1813     is_given :: Inst -> Bool
1814     is_given sc_dict = case lookupFM avails sc_dict of
1815                           Just (Given _) -> True        -- Given is cheaper than superclass selection
1816                           other          -> False       
1817 \end{code}
1818
1819 Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
1820 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1821 But the above isn't enough.  Suppose we are *given* d1:Ord a,
1822 and want to deduce (d2:C [a]) where
1823
1824         class Ord a => C a where
1825         instance Ord [a] => C [a] where ...
1826
1827 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] from Ord [a], and then add the
1828 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1829 for Ord [a] (which is obtained from Ord a) with a superclass selection or we'll just
1830 build a loop! 
1831
1832 Here's another variant, immortalised in tcrun020
1833         class Monad m => C1 m
1834         class C1 m => C2 m x
1835         instance C2 Maybe Bool
1836 For the instance decl we need to build (C1 Maybe), and it's no good if
1837 we run around and add (C2 Maybe Bool) and its superclasses to the avails 
1838 before we search for C1 Maybe.
1839
1840 Here's another example 
1841         class Eq b => Foo a b
1842         instance Eq a => Foo [a] a
1843 If we are reducing
1844         (Foo [t] t)
1845
1846 we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
1847 then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1848
1849 At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
1850 in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
1851 becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
1852 I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
1853 simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Irred
1854 first time, but reducible next time.
1855
1856 Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
1857 when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
1858
1859
1860 Note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1861 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1862 Consider 
1863     data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
1864     
1865     instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
1866         ZeroD     == ZeroD     = True
1867         (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
1868         _         == _         = False;
1869     
1870     equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
1871     equalDC = (==);
1872
1873 We need to prove (Eq (D [])).  Here's how we go:
1874
1875         d1 : Eq (D [])
1876
1877 by instance decl, holds if
1878         d2 : Eq [D []]
1879         where   d1 = dfEqD d2
1880
1881 by instance decl of Eq, holds if
1882         d3 : D []
1883         where   d2 = dfEqList d3
1884                 d1 = dfEqD d2
1885
1886 But now we can "tie the knot" to give
1887
1888         d3 = d1
1889         d2 = dfEqList d3
1890         d1 = dfEqD d2
1891
1892 and it'll even run!  The trick is to put the thing we are trying to prove
1893 (in this case Eq (D []) into the database before trying to prove its
1894 contributing clauses.
1895         
1896
1897 %************************************************************************
1898 %*                                                                      *
1899 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
1900 %*                                                                      *
1901 %************************************************************************
1902
1903
1904 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
1905 and ambiguous Insts.
1906
1907 We need to be careful of one case.  Suppose we have
1908
1909         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
1910
1911 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
1912 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
1913
1914 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
1915
1916
1917 \begin{code}
1918 tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
1919 tcSimplifyTop wanteds
1920   = do  { ext_default <- doptM Opt_ExtendedDefaultRules
1921         ; tc_simplify_top doc ext_default AddSCs wanteds }
1922   where 
1923     doc = text "tcSimplifyTop"
1924
1925 tcSimplifyInteractive wanteds
1926   = tc_simplify_top doc True  {- Interactive loop -}     AddSCs wanteds
1927   where 
1928     doc = text "tcSimplifyTop"
1929
1930 -- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
1931 -- error message generation for the monomorphism restriction
1932 tc_simplify_top doc use_extended_defaulting want_scs wanteds
1933   = do  { lcl_env <- getLclEnv
1934         ; traceTc (text "tcSimplifyTop" <+> ppr (lclEnvElts lcl_env))
1935
1936         ; let try_me inst = ReduceMe want_scs
1937         ; (frees, binds, irreds) <- simpleReduceLoop doc try_me wanteds
1938
1939         ; let
1940                 -- First get rid of implicit parameters
1941             (non_ips, bad_ips) = partition isClassDict irreds
1942
1943                 -- All the non-tv or multi-param ones are definite errors
1944             (unary_tv_dicts, non_tvs) = partition is_unary_tyvar_dict non_ips
1945             bad_tyvars = unionVarSets (map tyVarsOfInst non_tvs)
1946
1947                 -- Group by type variable
1948             tv_groups = equivClasses cmp_by_tyvar unary_tv_dicts
1949
1950                 -- Pick the ones which its worth trying to disambiguate
1951                 -- namely, the ones whose type variable isn't bound
1952                 -- up with one of the non-tyvar classes
1953             (default_gps, non_default_gps) = partition defaultable_group tv_groups
1954             defaultable_group ds
1955                 =  (bad_tyvars `disjointVarSet` tyVarsOfInst (head ds))
1956                 && defaultable_classes (map get_clas ds)
1957             defaultable_classes clss 
1958                 | use_extended_defaulting = any isInteractiveClass clss
1959                 | otherwise = all isStandardClass clss && any isNumericClass clss
1960
1961             isInteractiveClass cls = isNumericClass cls
1962                                   || (classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
1963                         -- In interactive mode, or with -fextended-default-rules,
1964                         -- we default Show a to Show () to avoid graututious errors on "show []"
1965
1966     
1967                     -- Collect together all the bad guys
1968             bad_guys           = non_tvs ++ concat non_default_gps
1969             (ambigs, no_insts) = partition isTyVarDict bad_guys
1970             -- If the dict has no type constructors involved, it must be ambiguous,
1971             -- except I suppose that another error with fundeps maybe should have
1972             -- constrained those type variables
1973
1974         -- Report definite errors
1975         ; ASSERT( null frees )
1976           groupErrs (addNoInstanceErrs Nothing []) no_insts
1977         ; strangeTopIPErrs bad_ips
1978
1979         -- Deal with ambiguity errors, but only if
1980         -- if there has not been an error so far:
1981         -- errors often give rise to spurious ambiguous Insts.
1982         -- For example:
1983         --   f = (*)    -- Monomorphic
1984         --   g :: Num a => a -> a
1985         --   g x = f x x
1986         -- Here, we get a complaint when checking the type signature for g,
1987         -- that g isn't polymorphic enough; but then we get another one when
1988         -- dealing with the (Num a) context arising from f's definition;
1989         -- we try to unify a with Int (to default it), but find that it's
1990         -- already been unified with the rigid variable from g's type sig
1991         ; binds_ambig <- ifErrsM (returnM []) $
1992             do  { -- Complain about the ones that don't fall under
1993                   -- the Haskell rules for disambiguation
1994                   -- This group includes both non-existent instances
1995                   --    e.g. Num (IO a) and Eq (Int -> Int)
1996                   -- and ambiguous dictionaries
1997                   --    e.g. Num a
1998                   addTopAmbigErrs ambigs
1999
2000                   -- Disambiguate the ones that look feasible
2001                 ; mappM disambigGroup default_gps }
2002
2003         ; return (binds `unionBags` unionManyBags binds_ambig) }
2004
2005 ----------------------------------
2006 d1 `cmp_by_tyvar` d2 = get_tv d1 `compare` get_tv d2
2007
2008 is_unary_tyvar_dict :: Inst -> Bool     -- Dicts of form (C a)
2009   -- Invariant: argument is a ClassDict, not IP or method
2010 is_unary_tyvar_dict d = case getDictClassTys d of
2011                           (_, [ty]) -> tcIsTyVarTy ty
2012                           other     -> False
2013
2014 get_tv d   = case getDictClassTys d of
2015                    (clas, [ty]) -> tcGetTyVar "tcSimplify" ty
2016 get_clas d = case getDictClassTys d of
2017                    (clas, _) -> clas
2018 \end{code}
2019
2020 If a dictionary constrains a type variable which is
2021         * not mentioned in the environment
2022         * and not mentioned in the type of the expression
2023 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
2024 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
2025 parameter to a function.
2026
2027 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
2028 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
2029 Specifically, if
2030         * at least one of its classes is a numeric class, and
2031         * all of its classes are numeric or standard
2032 then the type variable can be defaulted to the first type in the
2033 default-type list which is an instance of all the offending classes.
2034
2035 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
2036 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
2037 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
2038 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
2039
2040 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
2041 the same type variable.
2042
2043 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
2044 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
2045 the most common use of defaulting is code like:
2046 \begin{verbatim}
2047         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
2048 \end{verbatim}
2049 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
2050 @void@.
2051
2052 \begin{code}
2053 disambigGroup :: [Inst] -- All standard classes of form (C a)
2054               -> TcM TcDictBinds
2055
2056 disambigGroup dicts
2057   =     -- THE DICTS OBEY THE DEFAULTABLE CONSTRAINT
2058         -- SO, TRY DEFAULT TYPES IN ORDER
2059
2060         -- Failure here is caused by there being no type in the
2061         -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
2062         -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
2063         -- default list is Int.
2064     get_default_tys                     `thenM` \ default_tys ->
2065     let
2066       try_default []    -- No defaults work, so fail
2067         = failM
2068
2069       try_default (default_ty : default_tys)
2070         = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $ -- If default_ty fails, we try
2071                                                 -- default_tys instead
2072           tcSimplifyDefault theta               `thenM` \ _ ->
2073           returnM default_ty
2074         where
2075           theta = [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
2076     in
2077         -- See if any default works
2078     tryM (try_default default_tys)      `thenM` \ mb_ty ->
2079     case mb_ty of
2080         Left  _                 -> bomb_out
2081         Right chosen_default_ty -> choose_default chosen_default_ty
2082   where
2083     tyvar   = get_tv (head dicts)       -- Should be non-empty
2084     classes = map get_clas dicts
2085
2086     choose_default default_ty   -- Commit to tyvar = default_ty
2087       = -- Bind the type variable 
2088         unifyType default_ty (mkTyVarTy tyvar)  `thenM_`
2089         -- and reduce the context, for real this time
2090         simpleReduceLoop (text "disambig" <+> ppr dicts)
2091                          reduceMe dicts                 `thenM` \ (frees, binds, ambigs) ->
2092         WARN( not (null frees && null ambigs), ppr frees $$ ppr ambigs )
2093         warnDefault dicts default_ty                    `thenM_`
2094         returnM binds
2095
2096     bomb_out = addTopAmbigErrs dicts    `thenM_`
2097                returnM emptyBag
2098
2099 get_default_tys
2100   = do  { mb_defaults <- getDefaultTys
2101         ; case mb_defaults of
2102                 Just tys -> return tys
2103                 Nothing  ->     -- No use-supplied default;
2104                                 -- use [Integer, Double]
2105                             do { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
2106                                ; checkWiredInTyCon doubleTyCon
2107                                ; return [integer_ty, doubleTy] } }
2108 \end{code}
2109
2110 [Aside - why the defaulting mechanism is turned off when
2111  dealing with arguments and results to ccalls.
2112
2113 When typechecking _ccall_s, TcExpr ensures that the external
2114 function is only passed arguments (and in the other direction,
2115 results) of a restricted set of 'native' types.
2116
2117 The interaction between the defaulting mechanism for numeric
2118 values and CC & CR can be a bit puzzling to the user at times.
2119 For example,
2120
2121     x <- _ccall_ f
2122     if (x /= 0) then
2123        _ccall_ g x
2124      else
2125        return ()
2126
2127 What type has 'x' got here? That depends on the default list
2128 in operation, if it is equal to Haskell 98's default-default
2129 of (Integer, Double), 'x' has type Double, since Integer
2130 is not an instance of CR. If the default list is equal to
2131 Haskell 1.4's default-default of (Int, Double), 'x' has type
2132 Int.
2133
2134 End of aside]
2135
2136
2137 %************************************************************************
2138 %*                                                                      *
2139 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
2140 %*                                                                      *
2141 %************************************************************************
2142
2143 Much simpler versions when there are no bindings to make!
2144
2145 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
2146 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
2147 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
2148
2149 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
2150 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
2151 instance declarations.
2152
2153 \begin{code}
2154 tcSimplifyDeriv :: TyCon
2155                 -> [TyVar]      
2156                 -> ThetaType            -- Wanted
2157                 -> TcM ThetaType        -- Needed
2158
2159 tcSimplifyDeriv tc tyvars theta
2160   = tcInstTyVars tyvars                 `thenM` \ (tvs, _, tenv) ->
2161         -- The main loop may do unification, and that may crash if 
2162         -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
2163         -- ToDo: what if two of them do get unified?
2164     newDictBndrsO DerivOrigin (substTheta tenv theta)   `thenM` \ wanteds ->
2165     simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds               `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
2166     ASSERT( null frees )                        -- reduceMe never returns Free
2167
2168     doptM Opt_GlasgowExts                       `thenM` \ gla_exts ->
2169     doptM Opt_AllowUndecidableInstances         `thenM` \ undecidable_ok ->
2170     let
2171         tv_set      = mkVarSet tvs
2172
2173         (bad_insts, ok_insts) = partition is_bad_inst irreds
2174         is_bad_inst dict 
2175            = let pred = dictPred dict   -- reduceMe squashes all non-dicts
2176              in isEmptyVarSet (tyVarsOfPred pred)
2177                   -- Things like (Eq T) are bad
2178              || (not gla_exts && not (isTyVarClassPred pred))
2179   
2180         simpl_theta = map dictPred ok_insts
2181         weird_preds = [pred | pred <- simpl_theta
2182                             , not (tyVarsOfPred pred `subVarSet` tv_set)]  
2183           -- Check for a bizarre corner case, when the derived instance decl should
2184           -- have form  instance C a b => D (T a) where ...
2185           -- Note that 'b' isn't a parameter of T.  This gives rise to all sorts
2186           -- of problems; in particular, it's hard to compare solutions for
2187           -- equality when finding the fixpoint.  So I just rule it out for now.
2188   
2189         rev_env = zipTopTvSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
2190                 -- This reverse-mapping is a Royal Pain, 
2191                 -- but the result should mention TyVars not TcTyVars
2192     in
2193    
2194     addNoInstanceErrs Nothing [] bad_insts              `thenM_`
2195     mapM_ (addErrTc . badDerivedPred) weird_preds       `thenM_`
2196     returnM (substTheta rev_env simpl_theta)
2197   where
2198     doc    = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
2199 \end{code}
2200
2201 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
2202 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
2203 whether it worked or not.
2204
2205 \begin{code}
2206 tcSimplifyDefault :: ThetaType  -- Wanted; has no type variables in it
2207                   -> TcM ()
2208
2209 tcSimplifyDefault theta
2210   = newDictBndrsO DefaultOrigin theta           `thenM` \ wanteds ->
2211     simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds       `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
2212     ASSERT( null frees )        -- try_me never returns Free
2213     addNoInstanceErrs Nothing []  irreds        `thenM_`
2214     if null irreds then
2215         returnM ()
2216     else
2217         failM
2218   where
2219     doc = ptext SLIT("default declaration")
2220 \end{code}
2221
2222
2223 %************************************************************************
2224 %*                                                                      *
2225 \section{Errors and contexts}
2226 %*                                                                      *
2227 %************************************************************************
2228
2229 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
2230 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
2231 now?
2232
2233 \begin{code}
2234 groupErrs :: ([Inst] -> TcM ()) -- Deal with one group
2235           -> [Inst]             -- The offending Insts
2236           -> TcM ()
2237 -- Group together insts with the same origin
2238 -- We want to report them together in error messages
2239
2240 groupErrs report_err [] 
2241   = returnM ()
2242 groupErrs report_err (inst:insts) 
2243   = do_one (inst:friends)               `thenM_`
2244     groupErrs report_err others
2245
2246   where
2247         -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
2248         --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
2249         --  and it avoids need equality on InstLocs.)
2250    (friends, others) = partition is_friend insts
2251    loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
2252    is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
2253    do_one insts = addInstCtxt (instLoc (head insts)) (report_err insts)
2254                 -- Add location and context information derived from the Insts
2255
2256 -- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
2257 addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
2258 addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstLoc (instLoc (head insts)))
2259
2260 addTopIPErrs :: [Name] -> [Inst] -> TcM ()
2261 addTopIPErrs bndrs [] 
2262   = return ()
2263 addTopIPErrs bndrs ips
2264   = addErrTcM (tidy_env, mk_msg tidy_ips)
2265   where
2266     (tidy_env, tidy_ips) = tidyInsts ips
2267     mk_msg ips = vcat [sep [ptext SLIT("Implicit parameters escape from"),
2268                             nest 2 (ptext SLIT("the monomorphic top-level binding(s) of")
2269                                             <+> pprBinders bndrs <> colon)],
2270                        nest 2 (vcat (map ppr_ip ips)),
2271                        monomorphism_fix]
2272     ppr_ip ip = pprPred (dictPred ip) <+> pprInstLoc (instLoc ip)
2273
2274 strangeTopIPErrs :: [Inst] -> TcM ()
2275 strangeTopIPErrs dicts  -- Strange, becuase addTopIPErrs should have caught them all
2276   = groupErrs report tidy_dicts
2277   where
2278     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2279     report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
2280     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> 
2281                                      plural tidy_dicts <+> pprDictsTheta tidy_dicts)
2282
2283 addNoInstanceErrs :: Maybe SDoc -- Nothing => top level
2284                                 -- Just d => d describes the construct
2285                   -> [Inst]     -- What is given by the context or type sig
2286                   -> [Inst]     -- What is wanted
2287                   -> TcM ()     
2288 addNoInstanceErrs mb_what givens [] 
2289   = returnM ()
2290 addNoInstanceErrs mb_what givens dicts
2291   =     -- Some of the dicts are here because there is no instances
2292         -- and some because there are too many instances (overlap)
2293     tcGetInstEnvs       `thenM` \ inst_envs ->
2294     let
2295         (tidy_env1, tidy_givens) = tidyInsts givens
2296         (tidy_env2, tidy_dicts)  = tidyMoreInsts tidy_env1 dicts
2297
2298         -- Run through the dicts, generating a message for each
2299         -- overlapping one, but simply accumulating all the 
2300         -- no-instance ones so they can be reported as a group
2301         (overlap_doc, no_inst_dicts) = foldl check_overlap (empty, []) tidy_dicts
2302         check_overlap (overlap_doc, no_inst_dicts) dict 
2303           | not (isClassDict dict) = (overlap_doc, dict : no_inst_dicts)
2304           | otherwise
2305           = case lookupInstEnv inst_envs clas tys of
2306                 -- The case of exactly one match and no unifiers means
2307                 -- a successful lookup.  That can't happen here, becuase
2308                 -- dicts only end up here if they didn't match in Inst.lookupInst
2309 #ifdef DEBUG
2310                 ([m],[]) -> pprPanic "addNoInstanceErrs" (ppr dict)
2311 #endif
2312                 ([], _)  -> (overlap_doc, dict : no_inst_dicts)         -- No match
2313                 res      -> (mk_overlap_msg dict res $$ overlap_doc, no_inst_dicts)
2314           where
2315             (clas,tys) = getDictClassTys dict
2316     in
2317         
2318         -- Now generate a good message for the no-instance bunch
2319     mk_probable_fix tidy_env2 no_inst_dicts     `thenM` \ (tidy_env3, probable_fix) ->
2320     let
2321         no_inst_doc | null no_inst_dicts = empty
2322                     | otherwise = vcat [addInstLoc no_inst_dicts heading, probable_fix]
2323         heading | null givens = ptext SLIT("No instance") <> plural no_inst_dicts <+> 
2324                                 ptext SLIT("for") <+> pprDictsTheta no_inst_dicts
2325                 | otherwise   = sep [ptext SLIT("Could not deduce") <+> pprDictsTheta no_inst_dicts,
2326                                      nest 2 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprDictsTheta tidy_givens]
2327     in
2328         -- And emit both the non-instance and overlap messages
2329     addErrTcM (tidy_env3, no_inst_doc $$ overlap_doc)
2330   where
2331     mk_overlap_msg dict (matches, unifiers)
2332       = vcat [  addInstLoc [dict] ((ptext SLIT("Overlapping instances for") 
2333                                         <+> pprPred (dictPred dict))),
2334                 sep [ptext SLIT("Matching instances") <> colon,
2335                      nest 2 (vcat [pprInstances ispecs, pprInstances unifiers])],
2336                 ASSERT( not (null matches) )
2337                 if not (isSingleton matches)
2338                 then    -- Two or more matches
2339                      empty
2340                 else    -- One match, plus some unifiers
2341                 ASSERT( not (null unifiers) )
2342                 parens (vcat [ptext SLIT("The choice depends on the instantiation of") <+>
2343                                  quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInst dict))),
2344                               ptext SLIT("Use -fallow-incoherent-instances to use the first choice above")])]
2345       where
2346         ispecs = [ispec | (_, ispec) <- matches]
2347
2348     mk_probable_fix tidy_env dicts      
2349       = returnM (tidy_env, sep [ptext SLIT("Possible fix:"), nest 2 (vcat fixes)])
2350       where
2351         fixes = add_ors (fix1 ++ fix2)
2352
2353         fix1 = case mb_what of
2354                  Nothing   -> []        -- Top level
2355                  Just what -> -- Nested (type signatures, instance decls)
2356                               [ sep [ ptext SLIT("add") <+> pprDictsTheta dicts,
2357                                 ptext SLIT("to the") <+> what] ]
2358
2359         fix2 | null instance_dicts = []
2360              | otherwise           = [ sep [ptext SLIT("add an instance declaration for"),
2361                                             pprDictsTheta instance_dicts] ]
2362         instance_dicts = [d | d <- dicts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
2363                 -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
2364                 -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
2365
2366         add_ors :: [SDoc] -> [SDoc]     -- The empty case should not happen
2367         add_ors []      = [ptext SLIT("[No suggested fixes]")]  -- Strange
2368         add_ors (f1:fs) = f1 : map (ptext SLIT("or") <+>) fs
2369
2370 addTopAmbigErrs dicts
2371 -- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
2372   = mapM report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
2373   where
2374     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2375
2376     tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
2377     tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
2378     cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
2379     
2380     report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
2381     report pairs@((inst,tvs) : _)       -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
2382         = mkMonomorphismMsg tidy_env tvs        `thenM` \ (tidy_env, mono_msg) ->
2383           setSrcSpan (instLocSrcSpan (instLoc inst)) $
2384                 -- the location of the first one will do for the err message
2385           addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
2386         where
2387           dicts = map fst pairs
2388           msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
2389                           pprQuotedList tvs <+> in_msg,
2390                      nest 2 (pprDictsInFull dicts)]
2391           in_msg = text "in the constraint" <> plural dicts <> colon
2392
2393
2394 mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [TcTyVar] -> TcM (TidyEnv, Message)
2395 -- There's an error with these Insts; if they have free type variables
2396 -- it's probably caused by the monomorphism restriction. 
2397 -- Try to identify the offending variable
2398 -- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
2399 mkMonomorphismMsg tidy_env inst_tvs
2400   = findGlobals (mkVarSet inst_tvs) tidy_env    `thenM` \ (tidy_env, docs) ->
2401     returnM (tidy_env, mk_msg docs)
2402   where
2403     mk_msg []   = ptext SLIT("Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)")
2404                         -- This happens in things like
2405                         --      f x = show (read "foo")
2406                         -- whre monomorphism doesn't play any role
2407     mk_msg docs = vcat [ptext SLIT("Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
2408                         nest 2 (vcat docs),
2409                         monomorphism_fix
2410                        ]
2411 monomorphism_fix :: SDoc
2412 monomorphism_fix = ptext SLIT("Probable fix:") <+> 
2413                    (ptext SLIT("give these definition(s) an explicit type signature")
2414                     $$ ptext SLIT("or use -fno-monomorphism-restriction"))
2415     
2416 warnDefault dicts default_ty
2417   = doptM Opt_WarnTypeDefaults  `thenM` \ warn_flag ->
2418     addInstCtxt (instLoc (head (dicts))) (warnTc warn_flag warn_msg)
2419   where
2420         -- Tidy them first
2421     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2422     warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
2423                                 quotes (ppr default_ty),
2424                       pprDictsInFull tidy_dicts]
2425
2426 -- Used for the ...Thetas variants; all top level
2427 badDerivedPred pred
2428   = vcat [ptext SLIT("Can't derive instances where the instance context mentions"),
2429           ptext SLIT("type variables that are not data type parameters"),
2430           nest 2 (ptext SLIT("Offending constraint:") <+> ppr pred)]
2431
2432 reduceDepthErr n stack
2433   = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
2434           ptext SLIT("Use -fcontext-stack=N to increase stack size to N"),
2435           nest 4 (pprStack stack)]
2436
2437 pprStack stack = vcat (map pprInstInFull stack)
2438 \end{code}