23d0b23a07017d46a42ea3ca59ef724fdd9041a6
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcSimplify.lhs
1 %
2 % (c) The University of Glasgow 2006
3 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
4 %
5
6 TcSimplify
7
8 \begin{code}
9 module TcSimplify (
10         tcSimplifyInfer, tcSimplifyInferCheck,
11         tcSimplifyCheck, tcSimplifyRestricted,
12         tcSimplifyRuleLhs, tcSimplifyIPs, 
13         tcSimplifySuperClasses,
14         tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive,
15         tcSimplifyBracket, tcSimplifyCheckPat,
16
17         tcSimplifyDeriv, tcSimplifyDefault,
18         bindInstsOfLocalFuns
19     ) where
20
21 #include "HsVersions.h"
22
23 import {-# SOURCE #-} TcUnify( unifyType )
24 import HsSyn
25
26 import TcRnMonad
27 import Inst
28 import TcEnv
29 import InstEnv
30 import TcGadt
31 import TcMType
32 import TcType
33 import TcIface
34 import Var
35 import TyCon
36 import Name
37 import NameSet
38 import Class
39 import FunDeps
40 import PrelInfo
41 import PrelNames
42 import Type
43 import TysWiredIn
44 import ErrUtils
45 import BasicTypes
46 import VarSet
47 import VarEnv
48 import FiniteMap
49 import Bag
50 import Outputable
51 import ListSetOps
52 import Util
53 import SrcLoc
54 import DynFlags
55
56 import Data.List
57 \end{code}
58
59
60 %************************************************************************
61 %*                                                                      *
62 \subsection{NOTES}
63 %*                                                                      *
64 %************************************************************************
65
66         --------------------------------------
67         Notes on functional dependencies (a bug)
68         --------------------------------------
69
70 Consider this:
71
72         class C a b | a -> b
73         class D a b | a -> b
74
75         instance D a b => C a b -- Undecidable 
76                                 -- (Not sure if it's crucial to this eg)
77         f :: C a b => a -> Bool
78         f _ = True
79         
80         g :: C a b => a -> Bool
81         g = f
82
83 Here f typechecks, but g does not!!  Reason: before doing improvement,
84 we reduce the (C a b1) constraint from the call of f to (D a b1).
85
86 Here is a more complicated example:
87
88 | > class Foo a b | a->b
89 | >
90 | > class Bar a b | a->b
91 | >
92 | > data Obj = Obj
93 | >
94 | > instance Bar Obj Obj
95 | >
96 | > instance (Bar a b) => Foo a b
97 | >
98 | > foo:: (Foo a b) => a -> String
99 | > foo _ = "works"
100 | >
101 | > runFoo:: (forall a b. (Foo a b) => a -> w) -> w
102 | > runFoo f = f Obj
103
104 | *Test> runFoo foo
105
106 | <interactive>:1:
107 |     Could not deduce (Bar a b) from the context (Foo a b)
108 |       arising from use of `foo' at <interactive>:1
109 |     Probable fix:
110 |         Add (Bar a b) to the expected type of an expression
111 |     In the first argument of `runFoo', namely `foo'
112 |     In the definition of `it': it = runFoo foo
113
114 | Why all of the sudden does GHC need the constraint Bar a b? The
115 | function foo didn't ask for that... 
116
117 The trouble is that to type (runFoo foo), GHC has to solve the problem:
118
119         Given constraint        Foo a b
120         Solve constraint        Foo a b'
121
122 Notice that b and b' aren't the same.  To solve this, just do
123 improvement and then they are the same.  But GHC currently does
124         simplify constraints
125         apply improvement
126         and loop
127
128 That is usually fine, but it isn't here, because it sees that Foo a b is
129 not the same as Foo a b', and so instead applies the instance decl for
130 instance Bar a b => Foo a b.  And that's where the Bar constraint comes
131 from.
132
133 The Right Thing is to improve whenever the constraint set changes at
134 all.  Not hard in principle, but it'll take a bit of fiddling to do.  
135
136
137
138         --------------------------------------
139                 Notes on quantification
140         --------------------------------------
141
142 Suppose we are about to do a generalisation step.
143 We have in our hand
144
145         G       the environment
146         T       the type of the RHS
147         C       the constraints from that RHS
148
149 The game is to figure out
150
151         Q       the set of type variables over which to quantify
152         Ct      the constraints we will *not* quantify over
153         Cq      the constraints we will quantify over
154
155 So we're going to infer the type
156
157         forall Q. Cq => T
158
159 and float the constraints Ct further outwards.
160
161 Here are the things that *must* be true:
162
163  (A)    Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
164  (B)    Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
165
166 (A) says we can't quantify over a variable that's free in the
167 environment.  (B) says we must quantify over all the truly free
168 variables in T, else we won't get a sufficiently general type.  We do
169 not *need* to quantify over any variable that is fixed by the free
170 vars of the environment G.
171
172         BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
173
174 Example:        class H x y | x->y where ...
175
176         fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
177                         T = c -> b
178
179         (A)  Q intersect {a} is empty
180         (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
181
182         So Q can be {c,d}, {b,c,d}
183
184 Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
185 variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
186 constraints can get into Ct instead of Cq.
187
188
189 -----------------------------------------
190 We will make use of
191
192   fv(T)         the free type vars of T
193
194   oclose(vs,C)  The result of extending the set of tyvars vs
195                 using the functional dependencies from C
196
197   grow(vs,C)    The result of extend the set of tyvars vs
198                 using all conceivable links from C.
199
200                 E.g. vs = {a}, C = {H [a] b, K (b,Int) c, Eq e}
201                 Then grow(vs,C) = {a,b,c}
202
203                 Note that grow(vs,C) `superset` grow(vs,simplify(C))
204                 That is, simplfication can only shrink the result of grow.
205
206 Notice that
207    oclose is conservative one way:      v `elem` oclose(vs,C) => v is definitely fixed by vs
208    grow is conservative the other way:  if v might be fixed by vs => v `elem` grow(vs,C)
209
210
211 -----------------------------------------
212
213 Choosing Q
214 ~~~~~~~~~~
215 Here's a good way to choose Q:
216
217         Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
218
219 That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
220 call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
221 G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
222 albeit perhaps too many.
223
224 Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
225
226         class H x y | x->y where ...
227
228         T = c->c
229         C = (H c d)
230
231   If we used fv(T) = {c} we'd get the type
232
233         forall c. H c d => c -> b
234
235   And then if the fn was called at several different c's, each of
236   which fixed d differently, we'd get a unification error, because
237   d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
238   everything that might be influenced by c.
239
240 Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
241 all the functional dependencies yet:
242
243         class H x y | x->y where ...
244         instance H x y => Eq (T x y) where ...
245
246         T = c->c
247         C = (Eq (T c d))
248
249   Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
250   apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
251
252
253 There really isn't any point in quantifying over any more than
254 grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
255 any other type variables.
256
257
258
259 -------------------------------------
260         Note [Ambiguity]
261 -------------------------------------
262
263 It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
264
265         class K x
266         class H x y | x -> y
267         instance H x y => K (x,y)
268
269 Is this type ambiguous?
270         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
271
272 Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
273 now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
274 without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
275 the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
276
277 Here's another example: is this ambiguous?
278         forall a b. Eq (T b) => a -> a
279 Not if there's an insance decl (with no context)
280         instance Eq (T b) where ...
281
282 You may say of this example that we should use the instance decl right
283 away, but you can't always do that:
284
285         class J a b where ...
286         instance J Int b where ...
287
288         f :: forall a b. J a b => a -> a
289
290 (Notice: no functional dependency in J's class decl.)
291 Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
292 It's premature to complain when meeting f's signature, or even
293 when inferring a type for f.
294
295
296
297 However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
298 show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
299 treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
300
301 So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
302
303         fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
304
305 (all tested before quantification).
306 That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
307 in the environment, or by the variables in the type.
308
309 Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
310
311         class J a b c | a b -> c
312         fv(G) = {a}
313
314 Is this ambiguous?
315         forall b c. (J a b c) => b -> b
316
317 Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
318 do we see that c is fixed.
319
320 It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
321 don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
322 the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
323 only issue a warning.
324
325
326 Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
327
328         c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
329
330 then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
331 certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
332 the nasty example?
333
334         class K x
335         class H x y | x -> y
336         instance H x y => K (x,y)
337
338 Is this type ambiguous?
339         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
340
341 Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
342 is a "bubble" that's a set of constraints
343
344         Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
345
346 Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
347 by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
348 Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
349 The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
350 (which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
351
352
353         --------------------------------------
354                 Notes on principal types
355         --------------------------------------
356
357     class C a where
358       op :: a -> a
359
360     f x = let g y = op (y::Int) in True
361
362 Here the principal type of f is (forall a. a->a)
363 but we'll produce the non-principal type
364     f :: forall a. C Int => a -> a
365
366
367         --------------------------------------
368         The need for forall's in constraints
369         --------------------------------------
370
371 [Exchange on Haskell Cafe 5/6 Dec 2000]
372
373   class C t where op :: t -> Bool
374   instance C [t] where op x = True
375
376   p y = (let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f, y ++ [])
377   q y = (y ++ [], let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f)
378
379 The definitions of p and q differ only in the order of the components in
380 the pair on their right-hand sides.  And yet:
381
382   ghc and "Typing Haskell in Haskell" reject p, but accept q;
383   Hugs rejects q, but accepts p;
384   hbc rejects both p and q;
385   nhc98 ... (Malcolm, can you fill in the blank for us!).
386
387 The type signature for f forces context reduction to take place, and
388 the results of this depend on whether or not the type of y is known,
389 which in turn depends on which component of the pair the type checker
390 analyzes first.  
391
392 Solution: if y::m a, float out the constraints
393         Monad m, forall c. C (m c)
394 When m is later unified with [], we can solve both constraints.
395
396
397         --------------------------------------
398                 Notes on implicit parameters
399         --------------------------------------
400
401 Question 1: can we "inherit" implicit parameters
402 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
403 Consider this:
404
405         f x = (x::Int) + ?y
406
407 where f is *not* a top-level binding.
408 From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
409 There are two types we might infer for f:
410
411         f :: Int -> Int
412
413 (so we get ?y from the context of f's definition), or
414
415         f :: (?y::Int) => Int -> Int
416
417 At first you might think the first was better, becuase then
418 ?y behaves like a free variable of the definition, rather than
419 having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
420 IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
421 dynamic binding means) so we'd better infer the second.
422
423 BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify 
424 over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
425
426
427 Question 2: type signatures
428 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
429 BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
430 to quantify over implicit parameters.  For example:
431
432         (?x + 1) :: Int
433
434 This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
435
436         (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
437
438 That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
439 so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
440 tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
441 and tcSimplifyCheckBind (which does not).
442
443 What about when you supply a type signature for a binding?
444 Is it legal to give the following explicit, user type 
445 signature to f, thus:
446
447         f :: Int -> Int
448         f x = (x::Int) + ?y
449
450 At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
451 that adding a type signature changes the dynamic semantics.
452 Consider this:
453
454         (let f x = (x::Int) + ?y
455          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
456
457                 returns (3+6, 3+5)
458 vs
459         (let f :: Int -> Int
460              f x = x + ?y
461          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
462
463                 returns (3+6, 3+6)
464
465 Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
466 dynamic semantics.
467
468 Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
469 semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
470 change the typing you may change the semantics.
471
472 To make things consistent in all cases where we are *checking* against
473 a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
474 rule: 
475
476         a signature does not need to quantify over implicit params.
477
478 [This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
479 which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
480 params for the reasons mentioned above.]
481
482 But that raises a new question.  Consider 
483
484         Given (signature)       ?x::Int
485         Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
486
487 Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
488 what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
489 what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
490 to float a constraint that
491         neither mentions any of the quantified type variables
492         nor any of the quantified implicit parameters
493
494 See the predicate isFreeWhenChecking.
495
496
497 Question 3: monomorphism
498 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
499 There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
500
501         z = (x::Int) + ?y
502
503 The argument above suggests that we *must* generalise
504 over the ?y parameter, to get
505         z :: (?y::Int) => Int,
506 but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
507         z :: Int.
508 Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
509
510         let z = x + ?y in z+z
511
512 you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
513 we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
514
515
516 Question 4: top level
517 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
518 At the top level, monomorhism makes no sense at all.
519
520     module Main where
521         main = let ?x = 5 in print foo
522
523         foo = woggle 3
524
525         woggle :: (?x :: Int) => Int -> Int
526         woggle y = ?x + y
527
528 We definitely don't want (foo :: Int) with a top-level implicit parameter
529 (?x::Int) becuase there is no way to bind it.  
530
531
532 Possible choices
533 ~~~~~~~~~~~~~~~~
534 (A) Always generalise over implicit parameters
535     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
536         be generalised
537
538     Consequences:
539         * Inlining remains valid
540         * No unexpected loss of sharing
541         * But simple bindings like
542                 z = ?y + 1
543           will be rejected, unless you add an explicit type signature
544           (to avoid the monomorphism restriction)
545                 z :: (?y::Int) => Int
546                 z = ?y + 1
547           This seems unacceptable
548
549 (B) Monomorphism restriction "wins"
550     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
551         be generalised
552     Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
553         that fall under the monomorphism restriction
554
555     Consequences
556         * Inlining isn't valid in general
557         * No unexpected loss of sharing
558         * Simple bindings like
559                 z = ?y + 1
560           accepted (get value of ?y from binding site)
561
562 (C) Always generalise over implicit parameters
563     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
564         be generalised, EXCEPT for implicit parameters
565     Consequences
566         * Inlining remains valid
567         * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
568         * Simple bindings like
569                 z = ?y + 1
570           accepted (get value of ?y from occurrence sites)
571
572
573 Discussion
574 ~~~~~~~~~~
575 None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
576 decide which we want to do.
577
578 It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
579
580         z = (x::Int) + ?y
581
582 would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
583 of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
584 case of function definitions, the answer is clearly the former, but
585 less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
586 if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
587 then inlining 'z' might change the semantics of the program.
588
589 Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
590 to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
591 innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
592 the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
593 use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
594 clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
595 those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
596 one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
597 restriction altogether.
598
599 BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
600
601
602
603 %************************************************************************
604 %*                                                                      *
605 \subsection{tcSimplifyInfer}
606 %*                                                                      *
607 %************************************************************************
608
609 tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
610
611     1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
612
613     2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
614        predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
615
616     3. Try improvement, using functional dependencies
617
618     4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
619        (Unification can change the result of 'grow'.)
620
621 Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
622 Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
623 after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
624 type variables than we absolutely have to.
625
626 For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
627 improvement with unification.  E.g. Suppose we have
628
629         class C x y | x->y where ...
630
631 and tcSimplify is called with:
632         (C Int a, C Int b)
633 Then improvement unifies a with b, giving
634         (C Int a, C Int a)
635
636 If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
637 again.
638
639
640 \begin{code}
641 tcSimplifyInfer
642         :: SDoc
643         -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
644         -> [Inst]               -- Wanted
645         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
646                 TcDictBinds,    -- Bindings
647                 [TcId])         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
648         -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
649 \end{code}
650
651
652 \begin{code}
653 tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted_lie
654   = inferLoop doc (varSetElems tau_tvs)
655               wanted_lie                `thenM` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
656
657     extendLIEs frees                                                    `thenM_`
658     returnM (qtvs, binds, map instToId irreds)
659
660 inferLoop doc tau_tvs wanteds
661   =     -- Step 1
662     zonkTcTyVarsAndFV tau_tvs           `thenM` \ tau_tvs' ->
663     mappM zonkInst wanteds              `thenM` \ wanteds' ->
664     tcGetGlobalTyVars                   `thenM` \ gbl_tvs ->
665     let
666         preds = fdPredsOfInsts wanteds'
667         qtvs  = grow preds tau_tvs' `minusVarSet` oclose preds gbl_tvs
668
669         try_me inst
670           | isFreeWhenInferring qtvs inst = Free
671           | isClassDict inst              = Irred               -- Dicts
672           | otherwise                     = ReduceMe NoSCs      -- Lits and Methods
673         env = mkRedEnv doc try_me []
674     in
675     traceTc (text "infloop" <+> vcat [ppr tau_tvs', ppr wanteds', ppr preds, 
676                                       ppr (grow preds tau_tvs'), ppr qtvs])     `thenM_`
677                 -- Step 2
678     reduceContext env wanteds'    `thenM` \ (improved, frees, binds, irreds) ->
679
680                 -- Step 3
681     if not improved then
682         returnM (varSetElems qtvs, frees, binds, irreds)
683     else
684         -- If improvement did some unification, we go round again.  There
685         -- are two subtleties:
686         --   a) We start again with irreds, not wanteds
687         --      Using an instance decl might have introduced a fresh type variable
688         --      which might have been unified, so we'd get an infinite loop
689         --      if we started again with wanteds!  See example [LOOP]
690         --
691         --   b) It's also essential to re-process frees, because unification
692         --      might mean that a type variable that looked free isn't now.
693         --
694         -- Hence the (irreds ++ frees)
695
696         -- However, NOTICE that when we are done, we might have some bindings, but
697         -- the final qtvs might be empty.  See [NO TYVARS] below.
698                                 
699         inferLoop doc tau_tvs (irreds ++ frees) `thenM` \ (qtvs1, frees1, binds1, irreds1) ->
700         returnM (qtvs1, frees1, binds `unionBags` binds1, irreds1)
701 \end{code}
702
703 Example [LOOP]
704
705         class If b t e r | b t e -> r
706         instance If T t e t
707         instance If F t e e
708         class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
709         instance Lte Z b T
710         instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
711
712 Wanted: Max Z (S x) y
713
714 Then we'll reduce using the Max instance to:
715         (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
716 and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
717 on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
718 with (Max Z (S x) y)!
719
720 [NO TYVARS]
721
722         class Y a b | a -> b where
723             y :: a -> X b
724         
725         instance Y [[a]] a where
726             y ((x:_):_) = X x
727         
728         k :: X a -> X a -> X a
729
730         g :: Num a => [X a] -> [X a]
731         g xs = h xs
732             where
733             h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
734
735 The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
736 try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
737 From this we get t1:=:t2, but also various bindings.  We can't forget
738 the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
739 polymorphic in.  
740
741 The net effect of [NO TYVARS] 
742
743 \begin{code}
744 isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst -> Bool
745 isFreeWhenInferring qtvs inst
746   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst          -- Constrains no quantified vars
747   && isInheritableInst inst             -- And no implicit parameter involved
748                                         -- (see "Notes on implicit parameters")
749
750 {-      No longer used (with implication constraints)
751 isFreeWhenChecking :: TyVarSet  -- Quantified tyvars
752                    -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
753                    -> Inst -> Bool
754 isFreeWhenChecking qtvs ips inst
755   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
756   && isFreeWrtIPs    ips inst
757 -}
758
759 isFreeWrtTyVars qtvs inst = tyVarsOfInst inst `disjointVarSet` qtvs
760 isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
761 \end{code}
762
763
764 %************************************************************************
765 %*                                                                      *
766 \subsection{tcSimplifyCheck}
767 %*                                                                      *
768 %************************************************************************
769
770 @tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
771 we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
772
773 \begin{code}
774 -----------------------------------------------------------
775 -- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
776 -- class decls, instance decls etc.
777 tcSimplifyCheck :: InstLoc
778                 -> [TcTyVar]            -- Quantify over these
779                 -> [Inst]               -- Given
780                 -> [Inst]               -- Wanted
781                 -> TcM TcDictBinds      -- Bindings
782 tcSimplifyCheck loc qtvs givens wanteds 
783   = ASSERT( all isSkolemTyVar qtvs )
784     do  { (binds, irreds) <- innerCheckLoop loc AddSCs givens wanteds
785         ; implic_bind <- makeImplicationBind loc [] emptyRefinement 
786                                              qtvs givens irreds
787         ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
788
789 -----------------------------------------------------------
790 -- tcSimplifyCheckPat is used for existential pattern match
791 tcSimplifyCheckPat :: InstLoc
792                    -> [CoVar] -> Refinement
793                    -> [TcTyVar]         -- Quantify over these
794                    -> [Inst]            -- Given
795                    -> [Inst]            -- Wanted
796                    -> TcM TcDictBinds   -- Bindings
797 tcSimplifyCheckPat loc co_vars reft qtvs givens wanteds
798   = ASSERT( all isSkolemTyVar qtvs )
799     do  { (binds, irreds) <- innerCheckLoop loc AddSCs givens wanteds
800         ; implic_bind <- makeImplicationBind loc co_vars reft 
801                                              qtvs givens irreds
802         ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
803
804 -----------------------------------------------------------
805 makeImplicationBind :: InstLoc -> [CoVar] -> Refinement
806                     -> [TcTyVar] -> [Inst] -> [Inst]
807                     -> TcM TcDictBinds  
808 -- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
809 -- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
810 makeImplicationBind loc co_vars reft qtvs givens irreds
811   = do  { let givens' = filter isDict givens
812                 -- The givens can include methods
813
814            -- If there are no 'givens', then it's safe to 
815            -- partition the 'wanteds' by their qtvs, thereby trimming irreds
816            -- See Note [Freeness and implications]
817         ; irreds <- if null givens'
818              then do
819                 { let qtv_set = mkVarSet qtvs
820                       (frees, real_irreds) = partition (isFreeWrtTyVars qtv_set) irreds
821                 ; extendLIEs frees
822                 ; return real_irreds }
823              else 
824                 return irreds
825
826         -- If there are no irreds, we are done!
827         ; if null irreds then 
828                 return emptyBag
829           else do
830
831         -- Otherwise we must generate a binding
832         -- The binding looks like
833         --      (ir1, .., irn) = f qtvs givens
834         -- where f is (evidence for) the new implication constraint
835         --
836         -- This binding must line up the 'rhs' in reduceImplication
837
838         { uniq <- newUnique 
839         ; span <- getSrcSpanM
840         ; let all_tvs = qtvs ++ co_vars -- Abstract over all these
841               name = mkInternalName uniq (mkVarOcc "ic") (srcSpanStart span)
842               implic_inst = ImplicInst { tci_name = name, tci_reft = reft,
843                                          tci_tyvars = all_tvs, 
844                                          tci_given = givens',
845                                          tci_wanted = irreds, tci_loc = loc }
846
847         ; let n_irreds = length irreds
848               irred_ids = map instToId irreds
849               tup_ty = mkTupleTy Boxed n_irreds (map idType irred_ids)
850               pat = TuplePat (map nlVarPat irred_ids) Boxed tup_ty
851               rhs = L span (mkHsWrap co (HsVar (instToId implic_inst)))
852               co  = mkWpApps (map instToId givens') <.> mkWpTyApps (mkTyVarTys all_tvs)
853               bind | n_irreds==1 = VarBind (head irred_ids) rhs
854                    | otherwise   = PatBind { pat_lhs = L span pat, 
855                                              pat_rhs = unguardedGRHSs rhs, 
856                                              pat_rhs_ty = tup_ty,
857                                              bind_fvs = placeHolderNames }
858         ; -- pprTrace "Make implic inst" (ppr implic_inst) $
859           extendLIE implic_inst
860         ; return (unitBag (L span bind)) }}
861
862
863 -----------------------------------------------------------
864 topCheckLoop :: SDoc
865              -> [Inst]                  -- Wanted
866              -> TcM (TcDictBinds,
867                      [Inst])            -- Irreducible
868
869 topCheckLoop doc wanteds
870   = checkLoop (mkRedEnv doc try_me []) wanteds
871   where
872     try_me inst = ReduceMe AddSCs
873
874 -----------------------------------------------------------
875 innerCheckLoop :: InstLoc -> WantSCs
876                -> [Inst]                -- Given
877                -> [Inst]                -- Wanted
878                -> TcM (TcDictBinds,
879                        [Inst])          -- Irreducible
880
881 innerCheckLoop inst_loc want_scs givens wanteds
882   = checkLoop env wanteds
883   where
884     env = mkRedEnv (pprInstLoc inst_loc) try_me givens
885
886     try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe want_scs
887                 | otherwise          = Irred
888         -- When checking against a given signature 
889         -- we MUST be very gentle: Note [Check gently]
890 \end{code}
891
892 Note [Check gently]
893 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
894 We have to very careful about not simplifying too vigorously
895 Example:  
896   data T a where
897     MkT :: a -> T [a]
898
899   f :: Show b => T b -> b
900   f (MkT x) = show [x]
901
902 Inside the pattern match, which binds (a:*, x:a), we know that
903         b ~ [a]
904 Hence we have a dictionary for Show [a] available; and indeed we 
905 need it.  We are going to build an implication contraint
906         forall a. (b~[a]) => Show [a]
907 Later, we will solve this constraint using the knowledge (Show b)
908         
909 But we MUST NOT reduce (Show [a]) to (Show a), else the whole
910 thing becomes insoluble.  So we simplify gently (get rid of literals
911 and methods only, plus common up equal things), deferring the real
912 work until top level, when we solve the implication constraint
913 with topCheckLooop.
914
915
916 \begin{code}
917 -----------------------------------------------------------
918 checkLoop :: RedEnv
919           -> [Inst]                     -- Wanted
920           -> TcM (TcDictBinds,
921                   [Inst])               -- Irreducible
922 -- Precondition: the try_me never returns Free
923 --               givens are completely rigid
924
925 checkLoop env wanteds
926   = do { -- Givens are skolems, so no need to zonk them
927          wanteds' <- mappM zonkInst wanteds
928
929         ; (improved, _frees, binds, irreds) <- reduceContext env wanteds'
930
931         ; ASSERT( null _frees )
932
933           if not improved then
934              return (binds, irreds)
935           else do
936
937         { (binds1, irreds1) <- checkLoop env irreds
938         ; return (binds `unionBags` binds1, irreds1) } }
939 \end{code}
940
941
942 \begin{code}
943 -----------------------------------------------------------
944 -- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
945 -- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
946 -- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
947 tcSimplifyInferCheck
948          :: InstLoc
949          -> TcTyVarSet          -- fv(T)
950          -> [Inst]              -- Given
951          -> [Inst]              -- Wanted
952          -> TcM ([TcTyVar],     -- Variables over which to quantify
953                  TcDictBinds)   -- Bindings
954
955 tcSimplifyInferCheck loc tau_tvs givens wanteds
956   = do  { (binds, irreds) <- innerCheckLoop loc AddSCs givens wanteds
957
958         -- Figure out which type variables to quantify over
959         -- You might think it should just be the signature tyvars,
960         -- but in bizarre cases you can get extra ones
961         --      f :: forall a. Num a => a -> a
962         --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
963         --      g a b = (b,a)
964         -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
965         -- We don't want g to be monomorphic in b just because
966         -- f isn't quantified over b.
967         ; let all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
968         ; all_tvs <- zonkTcTyVarsAndFV all_tvs
969         ; gbl_tvs <- tcGetGlobalTyVars
970         ; let qtvs = varSetElems (all_tvs `minusVarSet` gbl_tvs)
971                 -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
972                 -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
973                 -- dictionaries, we quantify over
974
975                 -- Now we are back to normal (c.f. tcSimplCheck)
976         ; implic_bind <- makeImplicationBind loc [] emptyRefinement 
977                                              qtvs givens irreds
978         ; return (qtvs, binds `unionBags` implic_bind) }
979 \end{code}
980
981
982 %************************************************************************
983 %*                                                                      *
984                 tcSimplifySuperClasses
985 %*                                                                      *
986 %************************************************************************
987
988 Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
989 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
990 We have to be very, very careful when generating superclasses, lest we
991 accidentally build a loop. Here's an example:
992
993   class S a
994
995   class S a => C a where { opc :: a -> a }
996   class S b => D b where { opd :: b -> b }
997   
998   instance C Int where
999      opc = opd
1000   
1001   instance D Int where
1002      opd = opc
1003
1004 From (instance C Int) we get the constraint set {ds1:S Int, dd:D Int}
1005 Simplifying, we may well get:
1006         $dfCInt = :C ds1 (opd dd)
1007         dd  = $dfDInt
1008         ds1 = $p1 dd
1009 Notice that we spot that we can extract ds1 from dd.  
1010
1011 Alas!  Alack! We can do the same for (instance D Int):
1012
1013         $dfDInt = :D ds2 (opc dc)
1014         dc  = $dfCInt
1015         ds2 = $p1 dc
1016
1017 And now we've defined the superclass in terms of itself.
1018
1019 Solution: never generate a superclass selectors at all when
1020 satisfying the superclass context of an instance declaration.
1021
1022 Two more nasty cases are in
1023         tcrun021
1024         tcrun033
1025
1026 \begin{code}
1027 tcSimplifySuperClasses 
1028         :: InstLoc 
1029         -> [Inst]       -- Given 
1030         -> [Inst]       -- Wanted
1031         -> TcM TcDictBinds
1032 tcSimplifySuperClasses loc givens sc_wanteds
1033   = do  { (binds1, irreds) <- checkLoop env sc_wanteds
1034         ; let (tidy_env, tidy_irreds) = tidyInsts irreds
1035         ; reportNoInstances tidy_env (Just (loc, givens)) tidy_irreds
1036         ; return binds1 }
1037   where
1038     env = mkRedEnv (pprInstLoc loc) try_me givens
1039     try_me inst = ReduceMe NoSCs
1040         -- Like topCheckLoop, but with NoSCs
1041 \end{code}
1042
1043
1044 %************************************************************************
1045 %*                                                                      *
1046 \subsection{tcSimplifyRestricted}
1047 %*                                                                      *
1048 %************************************************************************
1049
1050 tcSimplifyRestricted infers which type variables to quantify for a 
1051 group of restricted bindings.  This isn't trivial.
1052
1053 Eg1:    id = \x -> x
1054         We want to quantify over a to get id :: forall a. a->a
1055         
1056 Eg2:    eq = (==)
1057         We do not want to quantify over a, because there's an Eq a 
1058         constraint, so we get eq :: a->a->Bool  (notice no forall)
1059
1060 So, assume:
1061         RHS has type 'tau', whose free tyvars are tau_tvs
1062         RHS has constraints 'wanteds'
1063
1064 Plan A (simple)
1065   Quantify over (tau_tvs \ ftvs(wanteds))
1066   This is bad. The constraints may contain (Monad (ST s))
1067   where we have         instance Monad (ST s) where...
1068   so there's no need to be monomorphic in s!
1069
1070   Also the constraint might be a method constraint,
1071   whose type mentions a perfectly innocent tyvar:
1072           op :: Num a => a -> b -> a
1073   Here, b is unconstrained.  A good example would be
1074         foo = op (3::Int)
1075   We want to infer the polymorphic type
1076         foo :: forall b. b -> b
1077
1078
1079 Plan B (cunning, used for a long time up to and including GHC 6.2)
1080   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1081   with Plan A's problem).  Then set
1082         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1083
1084   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1085   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1086   The reasons for this is to maximise sharing.
1087
1088   This fails for a very subtle reason.  Suppose that in the Step 2
1089   a constraint (Foo (Succ Zero) (Succ Zero) b) gets thrown upstairs as 'free'.
1090   In the Step 1 this constraint might have been simplified, perhaps to
1091   (Foo Zero Zero b), AND THEN THAT MIGHT BE IMPROVED, to bind 'b' to 'T'.
1092   This won't happen in Step 2... but that in turn might prevent some other
1093   constraint (Baz [a] b) being simplified (e.g. via instance Baz [a] T where {..}) 
1094   and that in turn breaks the invariant that no constraints are quantified over.
1095
1096   Test typecheck/should_compile/tc177 (which failed in GHC 6.2) demonstrates
1097   the problem.
1098
1099
1100 Plan C (brutal)
1101   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1102   with Plan A's problem).  Then set
1103         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1104   Return the bindings from Step 1.
1105   
1106
1107 A note about Plan C (arising from "bug" reported by George Russel March 2004)
1108 Consider this:
1109
1110       instance (HasBinary ty IO) => HasCodedValue ty
1111
1112       foo :: HasCodedValue a => String -> IO a
1113
1114       doDecodeIO :: HasCodedValue a => () -> () -> IO a
1115       doDecodeIO codedValue view  
1116         = let { act = foo "foo" } in  act
1117
1118 You might think this should work becuase the call to foo gives rise to a constraint
1119 (HasCodedValue t), which can be satisfied by the type sig for doDecodeIO.  But the
1120 restricted binding act = ... calls tcSimplifyRestricted, and PlanC simplifies the
1121 constraint using the (rather bogus) instance declaration, and now we are stuffed.
1122
1123 I claim this is not really a bug -- but it bit Sergey as well as George.  So here's
1124 plan D
1125
1126
1127 Plan D (a variant of plan B)
1128   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1129   with Plan A's problem), BUT DO NO IMPROVEMENT.  Then set
1130         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1131
1132   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1133   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1134
1135   The point here is that it's generally OK to have too few qtvs; that is,
1136   to make the thing more monomorphic than it could be.  We don't want to
1137   do that in the common cases, but in wierd cases it's ok: the programmer
1138   can always add a signature.  
1139
1140   Too few qtvs => too many wanteds, which is what happens if you do less
1141   improvement.
1142
1143
1144 \begin{code}
1145 tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
1146                         -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
1147         :: SDoc
1148         -> TopLevelFlag
1149         -> [Name]               -- Things bound in this group
1150         -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
1151         -> [Inst]               -- Free in the RHSs
1152         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
1153                 TcDictBinds)    -- Bindings
1154         -- tcSimpifyRestricted returns no constraints to
1155         -- quantify over; by definition there are none.
1156         -- They are all thrown back in the LIE
1157
1158 tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs tau_tvs wanteds
1159         -- Zonk everything in sight
1160   = mappM zonkInst wanteds                      `thenM` \ wanteds' ->
1161
1162         -- 'reduceMe': Reduce as far as we can.  Don't stop at
1163         -- dicts; the idea is to get rid of as many type
1164         -- variables as possible, and we don't want to stop
1165         -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
1166         -- immediately, with no constraint on s.
1167         --
1168         -- BUT do no improvement!  See Plan D above
1169         -- HOWEVER, some unification may take place, if we instantiate
1170         --          a method Inst with an equality constraint
1171     let env = mkNoImproveRedEnv doc reduceMe
1172     in
1173     reduceContext env wanteds'          `thenM` \ (_imp, _frees, _binds, constrained_dicts) ->
1174
1175         -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
1176     zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)     `thenM` \ tau_tvs' ->
1177     tcGetGlobalTyVars                           `thenM` \ gbl_tvs' ->
1178     mappM zonkInst constrained_dicts            `thenM` \ constrained_dicts' ->
1179     let
1180         constrained_tvs' = tyVarsOfInsts constrained_dicts'
1181         qtvs' = (tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs')
1182                          `minusVarSet` constrained_tvs'
1183     in
1184     traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
1185                 pprInsts wanteds, pprInsts _frees, pprInsts constrained_dicts',
1186                 ppr _binds,
1187                 ppr constrained_tvs', ppr tau_tvs', ppr qtvs' ])        `thenM_`
1188
1189         -- The first step may have squashed more methods than
1190         -- necessary, so try again, this time more gently, knowing the exact
1191         -- set of type variables to quantify over.
1192         --
1193         -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs';
1194         -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
1195         -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
1196         -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
1197         -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
1198         --
1199         -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
1200         -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
1201         -- just to float all constraints
1202         --
1203         -- At top level, we *do* squash methods becuase we want to 
1204         -- expose implicit parameters to the test that follows
1205     let
1206         is_nested_group = isNotTopLevel top_lvl
1207         try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs' inst,
1208                       (is_nested_group || isDict inst) = Free
1209                     | otherwise                        = ReduceMe AddSCs
1210         env = mkNoImproveRedEnv doc try_me
1211    in
1212     reduceContext env wanteds'   `thenM` \ (_imp, frees, binds, irreds) ->
1213     ASSERT( null irreds )
1214
1215         -- See "Notes on implicit parameters, Question 4: top level"
1216     if is_nested_group then
1217         extendLIEs frees        `thenM_`
1218         returnM (varSetElems qtvs', binds)
1219     else
1220         let
1221             (non_ips, bad_ips) = partition isClassDict frees
1222         in    
1223         addTopIPErrs bndrs bad_ips      `thenM_`
1224         extendLIEs non_ips              `thenM_`
1225         returnM (varSetElems qtvs', binds)
1226 \end{code}
1227
1228
1229 %************************************************************************
1230 %*                                                                      *
1231                 tcSimplifyRuleLhs
1232 %*                                                                      *
1233 %************************************************************************
1234
1235 On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
1236 getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
1237 as the available stuff for the RHS of the rule.
1238
1239 Example.  Consider the following left-hand side of a rule
1240         
1241         f (x == y) (y > z) = ...
1242
1243 If we typecheck this expression we get constraints
1244
1245         d1 :: Ord a, d2 :: Eq a
1246
1247 We do NOT want to "simplify" to the LHS
1248
1249         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a.
1250           f ((==) (eqFromOrd d1) x y) ((>) d1 y z) = ...
1251
1252 Instead we want 
1253
1254         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a, d2::Eq a.
1255           f ((==) d2 x y) ((>) d1 y z) = ...
1256
1257 Here is another example:
1258
1259         fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
1260         {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
1261
1262 In the rule, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But
1263 we *dont* want to get
1264
1265         forall dIntegralInt.
1266            fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
1267
1268 because the scsel will mess up RULE matching.  Instead we want
1269
1270         forall dIntegralInt, dNumInt.
1271           fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
1272
1273 Even if we have 
1274
1275         g (x == y) (y == z) = ..
1276
1277 where the two dictionaries are *identical*, we do NOT WANT
1278
1279         forall x::a, y::a, z::a, d1::Eq a
1280           f ((==) d1 x y) ((>) d1 y z) = ...
1281
1282 because that will only match if the dict args are (visibly) equal.
1283 Instead we want to quantify over the dictionaries separately.
1284
1285 In short, tcSimplifyRuleLhs must *only* squash LitInst and MethInts, leaving
1286 all dicts unchanged, with absolutely no sharing.  It's simpler to do this
1287 from scratch, rather than further parameterise simpleReduceLoop etc
1288
1289 \begin{code}
1290 tcSimplifyRuleLhs :: [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1291 tcSimplifyRuleLhs wanteds
1292   = go [] emptyBag wanteds
1293   where
1294     go dicts binds []
1295         = return (dicts, binds)
1296     go dicts binds (w:ws)
1297         | isDict w
1298         = go (w:dicts) binds ws
1299         | otherwise
1300         = do { w' <- zonkInst w  -- So that (3::Int) does not generate a call
1301                                  -- to fromInteger; this looks fragile to me
1302              ; lookup_result <- lookupSimpleInst w'
1303              ; case lookup_result of
1304                  GenInst ws' rhs -> go dicts (addBind binds w rhs) (ws' ++ ws)
1305                  NoInstance      -> pprPanic "tcSimplifyRuleLhs" (ppr w)
1306           }
1307 \end{code}
1308
1309 tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
1310 a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
1311 any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
1312 Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
1313 Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
1314 this bracket again at its usage site.
1315
1316 \begin{code}
1317 tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
1318 tcSimplifyBracket wanteds
1319   = do  { topCheckLoop doc wanteds
1320         ; return () }
1321   where
1322     doc = text "tcSimplifyBracket"
1323 \end{code}
1324
1325
1326 %************************************************************************
1327 %*                                                                      *
1328 \subsection{Filtering at a dynamic binding}
1329 %*                                                                      *
1330 %************************************************************************
1331
1332 When we have
1333         let ?x = R in B
1334
1335 we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
1336 step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
1337
1338 Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
1339
1340         f :: (?x::Int) => Char -> Char
1341         let ?x = 3 in f 'c'
1342
1343 then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
1344 force the binding for ?x to be of type Int.
1345
1346 \begin{code}
1347 tcSimplifyIPs :: [Inst]         -- The implicit parameters bound here
1348               -> [Inst]         -- Wanted
1349               -> TcM TcDictBinds
1350         -- We need a loop so that we do improvement, and then
1351         -- (next time round) generate a binding to connect the two
1352         --      let ?x = e in ?x
1353         -- Here the two ?x's have different types, and improvement 
1354         -- makes them the same.
1355
1356 tcSimplifyIPs given_ips wanteds
1357   = do  { wanteds'   <- mappM zonkInst wanteds
1358         ; given_ips' <- mappM zonkInst given_ips
1359                 -- Unusually for checking, we *must* zonk the given_ips
1360
1361         ; let env = mkRedEnv doc try_me given_ips'
1362         ; (improved, _frees, binds, irreds) <- reduceContext env wanteds'
1363
1364         ; if not improved then 
1365                 ASSERT( all is_free irreds )
1366                 do { extendLIEs irreds
1367                    ; return binds }
1368           else
1369                 tcSimplifyIPs given_ips wanteds }
1370   where
1371     doc    = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
1372     ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
1373     is_free inst = isFreeWrtIPs ip_set inst
1374
1375         -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
1376     try_me inst | is_free inst = Irred
1377                 | otherwise    = ReduceMe NoSCs
1378 \end{code}
1379
1380
1381 %************************************************************************
1382 %*                                                                      *
1383 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
1384 %*                                                                      *
1385 %************************************************************************
1386
1387 When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
1388 For example, we might have...
1389 \begin{verbatim}
1390 let f x = x + 1     -- orig local function (overloaded)
1391     f.1 = f Int     -- two instances of f
1392     f.2 = f Float
1393  in
1394     (f.1 5, f.2 6.7)
1395 \end{verbatim}
1396 The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
1397 where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
1398 upwards towards the top-level.  If the @Insts@ were binding-ified up
1399 there, they would have unresolvable references to @f@.
1400
1401 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
1402 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
1403 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
1404 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
1405
1406 \begin{code}
1407 bindInstsOfLocalFuns :: [Inst] -> [TcId] -> TcM TcDictBinds
1408 -- Simlifies only MethodInsts, and generate only bindings of form 
1409 --      fm = f tys dicts
1410 -- We're careful not to even generate bindings of the form
1411 --      d1 = d2
1412 -- You'd think that'd be fine, but it interacts with what is
1413 -- arguably a bug in Match.tidyEqnInfo (see notes there)
1414
1415 bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
1416   | null overloaded_ids
1417         -- Common case
1418   = extendLIEs wanteds          `thenM_`
1419     returnM emptyLHsBinds
1420
1421   | otherwise
1422   = do  { (binds, irreds) <- checkLoop env for_me
1423         ; extendLIEs not_for_me 
1424         ; extendLIEs irreds
1425         ; return binds }
1426   where
1427     env = mkRedEnv doc try_me []
1428     doc              = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
1429     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
1430     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
1431     (for_me, not_for_me) = partition (isMethodFor overloaded_set) wanteds
1432
1433     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids    -- There can occasionally be a lot of them
1434                                                 -- so it's worth building a set, so that
1435                                                 -- lookup (in isMethodFor) is faster
1436     try_me inst | isMethod inst = ReduceMe NoSCs
1437                 | otherwise     = Irred
1438 \end{code}
1439
1440
1441 %************************************************************************
1442 %*                                                                      *
1443 \subsection{Data types for the reduction mechanism}
1444 %*                                                                      *
1445 %************************************************************************
1446
1447 The main control over context reduction is here
1448
1449 \begin{code}
1450 data RedEnv 
1451   = RedEnv { red_doc    :: SDoc                 -- The context
1452            , red_try_me :: Inst -> WhatToDo
1453            , red_improve :: Bool                -- True <=> do improvement
1454            , red_givens :: [Inst]               -- All guaranteed rigid
1455                                                 -- Always dicts
1456                                                 -- but see Note [Rigidity]
1457            , red_stack  :: (Int, [Inst])        -- Recursion stack (for err msg)
1458                                                 -- See Note [RedStack]
1459   }
1460
1461 -- Note [Rigidity]
1462 -- The red_givens are rigid so far as cmpInst is concerned.
1463 -- There is one case where they are not totally rigid, namely in tcSimplifyIPs
1464 --      let ?x = e in ...
1465 -- Here, the given is (?x::a), where 'a' is not necy a rigid type
1466 -- But that doesn't affect the comparison, which is based only on mame.
1467
1468 -- Note [RedStack]
1469 -- The red_stack pair (n,insts) pair is just used for error reporting.
1470 -- 'n' is always the depth of the stack.
1471 -- The 'insts' is the stack of Insts being reduced: to produce X
1472 -- I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1473
1474
1475 mkRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> [Inst] -> RedEnv
1476 mkRedEnv doc try_me givens
1477   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1478              red_givens = givens, red_stack = (0,[]),
1479              red_improve = True }       
1480
1481 mkNoImproveRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> RedEnv
1482 -- Do not do improvement; no givens
1483 mkNoImproveRedEnv doc try_me
1484   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1485              red_givens = [], red_stack = (0,[]),
1486              red_improve = True }       
1487
1488 data WhatToDo
1489  = ReduceMe WantSCs     -- Try to reduce this
1490                         -- If there's no instance, add the inst to the 
1491                         -- irreductible ones, but don't produce an error 
1492                         -- message of any kind.
1493                         -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
1494
1495  | Irred                -- Return as irreducible unless it can
1496                         -- be reduced to a constant in one step
1497
1498  | Free                   -- Return as free
1499
1500 reduceMe :: Inst -> WhatToDo
1501 reduceMe inst = ReduceMe AddSCs
1502
1503 data WantSCs = NoSCs | AddSCs   -- Tells whether we should add the superclasses
1504                                 -- of a predicate when adding it to the avails
1505         -- The reason for this flag is entirely the super-class loop problem
1506         -- Note [SUPER-CLASS LOOP 1]
1507 \end{code}
1508
1509 %************************************************************************
1510 %*                                                                      *
1511 \subsection[reduce]{@reduce@}
1512 %*                                                                      *
1513 %************************************************************************
1514
1515
1516 \begin{code}
1517 reduceContext :: RedEnv
1518               -> [Inst]                 -- Wanted
1519               -> TcM (ImprovementDone,
1520                       [Inst],           -- Free
1521                       TcDictBinds,      -- Dictionary bindings
1522                       [Inst])           -- Irreducible
1523
1524 reduceContext env wanteds
1525   = do  { traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1526              text "----------------------",
1527              red_doc env,
1528              text "given" <+> ppr (red_givens env),
1529              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1530              text "----------------------"
1531              ]))
1532
1533         -- Build the Avail mapping from "givens"
1534         ; init_state <- foldlM addGiven emptyAvails (red_givens env)
1535
1536         -- Do the real work
1537         ; avails <- reduceList env wanteds init_state
1538
1539         ; let improved = availsImproved avails
1540         ; (binds, irreds, frees) <- extractResults avails wanteds
1541
1542         ; traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1543              text "----------------------",
1544              red_doc env,
1545              text "given" <+> ppr (red_givens env),
1546              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1547              text "----",
1548              text "avails" <+> pprAvails avails,
1549              text "frees" <+> ppr frees,
1550              text "improved =" <+> ppr improved,
1551              text "----------------------"
1552              ]))
1553
1554         ; return (improved, frees, binds, irreds) }
1555
1556 tcImproveOne :: Avails -> Inst -> TcM ImprovementDone
1557 tcImproveOne avails inst
1558   | not (isDict inst) = return False
1559   | otherwise
1560   = do  { inst_envs <- tcGetInstEnvs
1561         ; let eqns = improveOne (classInstances inst_envs)
1562                                 (dictPred inst, pprInstArising inst)
1563                                 [ (dictPred p, pprInstArising p)
1564                                 | p <- availsInsts avails, isDict p ]
1565                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1566                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1567                 -- It does not have duplicates (good)
1568                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1569                 --    so that improve will see them separate
1570         ; traceTc (text "improveOne" <+> ppr inst)
1571         ; unifyEqns eqns }
1572
1573 unifyEqns :: [(Equation,(PredType,SDoc),(PredType,SDoc))] 
1574           -> TcM ImprovementDone
1575 unifyEqns [] = return False
1576 unifyEqns eqns
1577   = do  { traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))
1578         ; mappM_ unify eqns
1579         ; return True }
1580   where
1581     unify ((qtvs, pairs), what1, what2)
1582          = addErrCtxtM (mkEqnMsg what1 what2)   $
1583            tcInstTyVars (varSetElems qtvs)      `thenM` \ (_, _, tenv) ->
1584            mapM_ (unif_pr tenv) pairs
1585     unif_pr tenv (ty1,ty2) =  unifyType (substTy tenv ty1) (substTy tenv ty2)
1586
1587 pprEquationDoc (eqn, (p1,w1), (p2,w2)) = vcat [pprEquation eqn, nest 2 (ppr p1), nest 2 (ppr p2)]
1588
1589 mkEqnMsg (pred1,from1) (pred2,from2) tidy_env
1590   = do  { pred1' <- zonkTcPredType pred1; pred2' <- zonkTcPredType pred2
1591         ; let { pred1'' = tidyPred tidy_env pred1'; pred2'' = tidyPred tidy_env pred2' }
1592         ; let msg = vcat [ptext SLIT("When using functional dependencies to combine"),
1593                           nest 2 (sep [ppr pred1'' <> comma, nest 2 from1]), 
1594                           nest 2 (sep [ppr pred2'' <> comma, nest 2 from2])]
1595         ; return (tidy_env, msg) }
1596 \end{code}
1597
1598 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1599
1600 \begin{code}
1601 reduceList :: RedEnv -> [Inst] -> Avails -> TcM Avails
1602 reduceList env@(RedEnv {red_stack = (n,stk)}) wanteds state
1603   = do  { dopts <- getDOpts
1604 #ifdef DEBUG
1605         ; if n > 8 then
1606                 dumpTcRn (hang (ptext SLIT("Interesting! Context reduction stack depth") <+> int n) 
1607                              2 (ifPprDebug (nest 2 (pprStack stk))))
1608           else return ()
1609 #endif
1610         ; if n >= ctxtStkDepth dopts then
1611             failWithTc (reduceDepthErr n stk)
1612           else
1613             go wanteds state }
1614   where
1615     go []     state = return state
1616     go (w:ws) state = do { state' <- reduce (env {red_stack = (n+1, w:stk)}) w state
1617                          ; go ws state' }
1618
1619     -- Base case: we're done!
1620 reduce env wanted avails
1621     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1622   | Just avail <- findAvail avails wanted
1623   = returnM avails      
1624
1625   | otherwise
1626   = case red_try_me env wanted of {
1627       Free  -> try_simple addFree               -- It's free so just chuck it upstairs
1628     ; Irred -> try_simple (addIrred AddSCs)     -- Assume want superclasses
1629
1630     ; ReduceMe want_scs ->      -- It should be reduced
1631         reduceInst env avails wanted      `thenM` \ (avails, lookup_result) ->
1632         case lookup_result of
1633             NoInstance ->    -- No such instance!
1634                              -- Add it and its superclasses
1635                              addIrred want_scs avails wanted
1636
1637             GenInst [] rhs -> addWanted want_scs avails wanted rhs []
1638
1639             GenInst wanteds' rhs -> do  { avails1 <- addIrred NoSCs avails wanted
1640                                         ; avails2 <- reduceList env wanteds' avails1
1641                                         ; addWanted want_scs avails2 wanted rhs wanteds' }
1642                 -- Temporarily do addIrred *before* the reduceList, 
1643                 -- which has the effect of adding the thing we are trying
1644                 -- to prove to the database before trying to prove the things it
1645                 -- needs.  See note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1646                 -- NB: we must not do an addWanted before, because that adds the
1647                 --     superclasses too, and thaat can lead to a spurious loop; see
1648                 --     the examples in [SUPERCLASS-LOOP]
1649                 -- So we do an addIrred before, and then overwrite it afterwards with addWanted
1650
1651     }
1652   where
1653         -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1654         -- Works well for literals (1::Int) and constant dictionaries (d::Num Int)
1655         -- Don't bother for implication constraints, which take real work
1656     try_simple do_this_otherwise
1657       = do { res <- lookupSimpleInst wanted
1658            ; case res of
1659                 GenInst [] rhs -> addWanted AddSCs avails wanted rhs []
1660                 other          -> do_this_otherwise avails wanted }
1661 \end{code}
1662
1663
1664 Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
1665 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1666 But the above isn't enough.  Suppose we are *given* d1:Ord a,
1667 and want to deduce (d2:C [a]) where
1668
1669         class Ord a => C a where
1670         instance Ord [a] => C [a] where ...
1671
1672 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] from Ord [a], and then add the
1673 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1674 for Ord [a] (which is obtained from Ord a) with a superclass selection or we'll just
1675 build a loop! 
1676
1677 Here's another variant, immortalised in tcrun020
1678         class Monad m => C1 m
1679         class C1 m => C2 m x
1680         instance C2 Maybe Bool
1681 For the instance decl we need to build (C1 Maybe), and it's no good if
1682 we run around and add (C2 Maybe Bool) and its superclasses to the avails 
1683 before we search for C1 Maybe.
1684
1685 Here's another example 
1686         class Eq b => Foo a b
1687         instance Eq a => Foo [a] a
1688 If we are reducing
1689         (Foo [t] t)
1690
1691 we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
1692 then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1693
1694 At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
1695 in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
1696 becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
1697 I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
1698 simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Irred
1699 first time, but reducible next time.
1700
1701 Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
1702 when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
1703
1704
1705 Note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1706 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1707 Consider 
1708     data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
1709     
1710     instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
1711         ZeroD     == ZeroD     = True
1712         (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
1713         _         == _         = False;
1714     
1715     equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
1716     equalDC = (==);
1717
1718 We need to prove (Eq (D [])).  Here's how we go:
1719
1720         d1 : Eq (D [])
1721
1722 by instance decl, holds if
1723         d2 : Eq [D []]
1724         where   d1 = dfEqD d2
1725
1726 by instance decl of Eq, holds if
1727         d3 : D []
1728         where   d2 = dfEqList d3
1729                 d1 = dfEqD d2
1730
1731 But now we can "tie the knot" to give
1732
1733         d3 = d1
1734         d2 = dfEqList d3
1735         d1 = dfEqD d2
1736
1737 and it'll even run!  The trick is to put the thing we are trying to prove
1738 (in this case Eq (D []) into the database before trying to prove its
1739 contributing clauses.
1740         
1741
1742 %************************************************************************
1743 %*                                                                      *
1744                 Reducing a single constraint
1745 %*                                                                      *
1746 %************************************************************************
1747
1748 \begin{code}
1749 ---------------------------------------------
1750 reduceInst :: RedEnv -> Avails -> Inst -> TcM (Avails, LookupInstResult)
1751 reduceInst env avails (ImplicInst { tci_tyvars = tvs, tci_reft = reft, tci_loc = loc,
1752                                     tci_given = extra_givens, tci_wanted = wanteds })
1753   = reduceImplication env avails reft tvs extra_givens wanteds loc
1754
1755 reduceInst env avails other_inst
1756   = do  { result <- lookupSimpleInst other_inst
1757         ; return (avails, result) }
1758 \end{code}
1759
1760 \begin{code}
1761 ---------------------------------------------
1762 reduceImplication :: RedEnv
1763                  -> Avails
1764                  -> Refinement  -- May refine the givens; often empty
1765                  -> [TcTyVar]   -- Quantified type variables; all skolems
1766                  -> [Inst]      -- Extra givens; all rigid
1767                  -> [Inst]      -- Wanted
1768                  -> InstLoc
1769                  -> TcM (Avails, LookupInstResult)
1770 \end{code}
1771
1772 Suppose we are simplifying the constraint
1773         forall bs. extras => wanted
1774 in the context of an overall simplification problem with givens 'givens',
1775 and refinment 'reft'.
1776
1777 Note that
1778   * The refinement is often empty
1779
1780   * The 'extra givens' need not mention any of the quantified type variables
1781         e.g.    forall {}. Eq a => Eq [a]
1782                 forall {}. C Int => D (Tree Int)
1783
1784     This happens when you have something like
1785         data T a where
1786           T1 :: Eq a => a -> T a
1787
1788         f :: T a -> Int
1789         f x = ...(case x of { T1 v -> v==v })...
1790
1791 \begin{code}
1792         -- ToDo: should we instantiate tvs?  I think it's not necessary
1793         --
1794         -- ToDo: what about improvement?  There may be some improvement
1795         --       exposed as a result of the simplifications done by reduceList
1796         --       which are discarded if we back off.  
1797         --       This is almost certainly Wrong, but we'll fix it when dealing
1798         --       better with equality constraints
1799 reduceImplication env orig_avails reft tvs extra_givens wanteds inst_loc
1800   = do  {       -- Add refined givens, and the extra givens
1801           (refined_red_givens, avails) 
1802                 <- if isEmptyRefinement reft then return (red_givens env, orig_avails)
1803                    else foldlM (addRefinedGiven reft) ([], orig_avails) (red_givens env)
1804         ; avails <- foldlM addGiven avails extra_givens
1805
1806                 -- Solve the sub-problem
1807         ; let try_me inst = ReduceMe AddSCs     -- Note [Freeness and implications]
1808               env' = env { red_givens = refined_red_givens ++ extra_givens
1809                          , red_try_me = try_me }
1810
1811         ; traceTc (text "reduceImplication" <+> vcat
1812                         [ ppr (red_givens env), ppr extra_givens, ppr reft, ppr wanteds ])
1813         ; avails <- reduceList env' wanteds avails
1814
1815                 -- Extract the binding
1816         ; (binds, irreds, _frees) <- extractResults avails wanteds
1817                         -- No frees, because try_me never says Free
1818  
1819         ; let   dict_ids = map instToId extra_givens
1820                 co  = mkWpTyLams tvs <.> mkWpLams dict_ids <.> WpLet binds
1821                 rhs = mkHsWrap co payload
1822                 loc = instLocSpan inst_loc
1823                 payload | isSingleton wanteds = HsVar (instToId (head wanteds))
1824                         | otherwise = ExplicitTuple (map (L loc . HsVar . instToId) wanteds) Boxed
1825
1826                 -- If there are any irreds, we back off and return NoInstance
1827                 -- Either way, we discard the extra avails we've generated;
1828                 -- but we remember if we have done any (global) improvement
1829         ; let ret_avails = updateImprovement orig_avails avails
1830         ; case irreds of
1831                 []    -> return (ret_avails, GenInst [] (L loc rhs))
1832                 other -> return (ret_avails, NoInstance)
1833   }
1834 \end{code}
1835
1836 Note [Freeness and implications]
1837 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1838 It's hard to say when an implication constraint can be floated out.  Consider
1839         forall {} Eq a => Foo [a]
1840 The (Foo [a]) doesn't mention any of the quantified variables, but it
1841 still might be partially satisfied by the (Eq a). 
1842
1843 There is a useful special case when it *is* easy to partition the 
1844 constraints, namely when there are no 'givens'.  Consider
1845         forall {a}. () => Bar b
1846 There are no 'givens', and so there is no reason to capture (Bar b).
1847 We can let it float out.  But if there is even one constraint we
1848 must be much more careful:
1849         forall {a}. C a b => Bar (m b)
1850 because (C a b) might have a superclass (D b), from which we might 
1851 deduce (Bar [b]) when m later gets instantiated to [].  Ha!
1852
1853 Here is an even more exotic example
1854         class C a => D a b
1855 Now consider the constraint
1856         forall b. D Int b => C Int
1857 We can satisfy the (C Int) from the superclass of D, so we don't want
1858 to float the (C Int) out, even though it mentions no type variable in
1859 the constraints!
1860
1861 %************************************************************************
1862 %*                                                                      *
1863                 Avails and AvailHow: the pool of evidence
1864 %*                                                                      *
1865 %************************************************************************
1866
1867
1868 \begin{code}
1869 data Avails = Avails !ImprovementDone !AvailEnv
1870
1871 type ImprovementDone = Bool     -- True <=> some unification has happened
1872                                 -- so some Irreds might now be reducible
1873                                 -- keys that are now 
1874
1875 type AvailEnv = FiniteMap Inst AvailHow
1876 data AvailHow
1877   = IsFree              -- Used for free Insts
1878   | IsIrred             -- Used for irreducible dictionaries,
1879                         -- which are going to be lambda bound
1880
1881   | Given TcId          -- Used for dictionaries for which we have a binding
1882                         -- e.g. those "given" in a signature
1883
1884   | Rhs                 -- Used when there is a RHS
1885         (LHsExpr TcId)  -- The RHS
1886         [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
1887
1888 instance Outputable Avails where
1889   ppr = pprAvails
1890
1891 pprAvails (Avails imp avails)
1892   = vcat [ ptext SLIT("Avails") <> (if imp then ptext SLIT("[improved]") else empty)
1893          , nest 2 (vcat [sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> ppr avail)]
1894                         | (inst,avail) <- fmToList avails ])]
1895
1896 instance Outputable AvailHow where
1897     ppr = pprAvail
1898
1899 -------------------------
1900 pprAvail :: AvailHow -> SDoc
1901 pprAvail IsFree         = text "Free"
1902 pprAvail IsIrred        = text "Irred"
1903 pprAvail (Given x)      = text "Given" <+> ppr x
1904 pprAvail (Rhs rhs bs)   = text "Rhs" <+> ppr rhs <+> braces (ppr bs)
1905
1906 -------------------------
1907 extendAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> AvailHow -> AvailEnv
1908 extendAvailEnv env inst avail = addToFM env inst avail
1909
1910 findAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> Maybe AvailHow
1911 findAvailEnv env wanted = lookupFM env wanted
1912         -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
1913         --  *not* by unique.  So
1914         --      d1::C Int ==  d2::C Int
1915
1916 emptyAvails :: Avails
1917 emptyAvails = Avails False emptyFM
1918
1919 findAvail :: Avails -> Inst -> Maybe AvailHow
1920 findAvail (Avails _ avails) wanted = findAvailEnv avails wanted
1921
1922 elemAvails :: Inst -> Avails -> Bool
1923 elemAvails wanted (Avails _ avails) = wanted `elemFM` avails
1924
1925 extendAvails :: Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
1926 -- Does improvement
1927 extendAvails avails@(Avails imp env) inst avail 
1928   = do  { imp1 <- tcImproveOne avails inst      -- Do any improvement
1929         ; return (Avails (imp || imp1) (extendAvailEnv env inst avail)) }
1930
1931 availsInsts :: Avails -> [Inst]
1932 availsInsts (Avails _ avails) = keysFM avails
1933
1934 availsImproved (Avails imp _) = imp
1935
1936 updateImprovement :: Avails -> Avails -> Avails
1937 -- (updateImprovement a1 a2) sets a1's improvement flag from a2
1938 updateImprovement (Avails _ avails1) (Avails imp2 _) = Avails imp2 avails1
1939 \end{code}
1940
1941 Extracting the bindings from a bunch of Avails.
1942 The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
1943 We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
1944 dependency analyser can sort them out later
1945
1946 \begin{code}
1947 extractResults :: Avails
1948                -> [Inst]                -- Wanted
1949                -> TcM ( TcDictBinds,    -- Bindings
1950                         [Inst],         -- Irreducible ones
1951                         [Inst])         -- Free ones
1952
1953 extractResults (Avails _ avails) wanteds
1954   = go avails emptyBag [] [] wanteds
1955   where
1956     go :: AvailEnv -> TcDictBinds -> [Inst] -> [Inst] -> [Inst]
1957         -> TcM (TcDictBinds, [Inst], [Inst])
1958     go avails binds irreds frees [] 
1959       = returnM (binds, irreds, frees)
1960
1961     go avails binds irreds frees (w:ws)
1962       = case findAvailEnv avails w of
1963           Nothing    -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
1964                         go avails binds irreds frees ws
1965
1966           Just IsFree  -> go (add_free avails w)  binds irreds     (w:frees) ws
1967           Just IsIrred -> go (add_given avails w) binds (w:irreds) frees     ws
1968
1969           Just (Given id) -> go avails new_binds irreds frees ws
1970                           where
1971                                new_binds | id == instToId w = binds
1972                                          | otherwise        = addBind binds w (L (instSpan w) (HsVar id))
1973                 -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
1974                 -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
1975
1976           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds irreds frees (ws' ++ ws)
1977                              where
1978                                 new_binds = addBind binds w rhs
1979
1980     add_given avails w = extendAvailEnv avails w (Given (instToId w))
1981
1982     add_free avails w | isMethod w = avails
1983                       | otherwise  = add_given avails w
1984         -- NB: Hack alert!  
1985         -- Do *not* replace Free by Given if it's a method.
1986         -- The following situation shows why this is bad:
1987         --      truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
1988         -- From an application (truncate f i) we get
1989         --      t1 = truncate at f
1990         --      t2 = t1 at i
1991         -- If we have also have a second occurrence of truncate, we get
1992         --      t3 = truncate at f
1993         --      t4 = t3 at i
1994         -- When simplifying with i,f free, we might still notice that
1995         --   t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
1996         --   will continue to float out!
1997
1998 addBind binds inst rhs = binds `unionBags` unitBag (L (instSpan inst)
1999                                                       (VarBind (instToId inst) rhs))
2000 instSpan wanted = instLocSpan (instLoc wanted)
2001 \end{code}
2002
2003
2004 \begin{code}
2005 -------------------------
2006 addFree :: Avails -> Inst -> TcM Avails
2007         -- When an Inst is tossed upstairs as 'free' we nevertheless add it
2008         -- to avails, so that any other equal Insts will be commoned up right
2009         -- here rather than also being tossed upstairs.  This is really just
2010         -- an optimisation, and perhaps it is more trouble that it is worth,
2011         -- as the following comments show!
2012         --
2013         -- NB: do *not* add superclasses.  If we have
2014         --      df::Floating a
2015         --      dn::Num a
2016         -- but a is not bound here, then we *don't* want to derive
2017         -- dn from df here lest we lose sharing.
2018         --
2019 addFree avails free = extendAvails avails free IsFree
2020
2021 addWanted :: WantSCs -> Avails -> Inst -> LHsExpr TcId -> [Inst] -> TcM Avails
2022 addWanted want_scs avails wanted rhs_expr wanteds
2023   = addAvailAndSCs want_scs avails wanted avail
2024   where
2025     avail = Rhs rhs_expr wanteds
2026
2027 addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
2028 addGiven avails given = addAvailAndSCs AddSCs avails given (Given (instToId given))
2029         -- Always add superclasses for 'givens'
2030         --
2031         -- No ASSERT( not (given `elemAvails` avails) ) because in an instance
2032         -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
2033         -- so the assert isn't true
2034
2035 addRefinedGiven :: Refinement -> ([Inst], Avails) -> Inst -> TcM ([Inst], Avails)
2036 addRefinedGiven reft (refined_givens, avails) given
2037   | isDict given        -- We sometimes have 'given' methods, but they
2038                         -- are always optional, so we can drop them
2039   , Just (co, pred) <- refinePred reft (dictPred given)
2040   = do  { new_given <- newDictBndr (instLoc given) pred
2041         ; let rhs = L (instSpan given) $
2042                     HsWrap (WpCo co) (HsVar (instToId given))
2043         ; avails <- addAvailAndSCs AddSCs avails new_given (Rhs rhs [given])
2044         ; return (new_given:refined_givens, avails) }
2045             -- ToDo: the superclasses of the original given all exist in Avails 
2046             -- so we could really just cast them, but it's more awkward to do,
2047             -- and hopefully the optimiser will spot the duplicated work
2048   | otherwise
2049   = return (refined_givens, avails)
2050
2051 addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2052 addIrred want_scs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemAvails` avails), ppr irred $$ ppr avails )
2053                                  addAvailAndSCs want_scs avails irred IsIrred
2054
2055 addAvailAndSCs :: WantSCs -> Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
2056 addAvailAndSCs want_scs avails inst avail
2057   | not (isClassDict inst) = extendAvails avails inst avail
2058   | NoSCs <- want_scs      = extendAvails avails inst avail
2059   | otherwise              = do { traceTc (text "addAvailAndSCs" <+> vcat [ppr inst, ppr deps])
2060                                 ; avails' <- extendAvails avails inst avail
2061                                 ; addSCs is_loop avails' inst }
2062   where
2063     is_loop pred = any (`tcEqType` mkPredTy pred) dep_tys
2064                         -- Note: this compares by *type*, not by Unique
2065     deps         = findAllDeps (unitVarSet (instToId inst)) avail
2066     dep_tys      = map idType (varSetElems deps)
2067
2068     findAllDeps :: IdSet -> AvailHow -> IdSet
2069     -- Find all the Insts that this one depends on
2070     -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2071     -- Watch out, though.  Since the avails may contain loops 
2072     -- (see Note [RECURSIVE DICTIONARIES]), so we need to track the ones we've seen so far
2073     findAllDeps so_far (Rhs _ kids) = foldl find_all so_far kids
2074     findAllDeps so_far other        = so_far
2075
2076     find_all :: IdSet -> Inst -> IdSet
2077     find_all so_far kid
2078       | kid_id `elemVarSet` so_far         = so_far
2079       | Just avail <- findAvail avails kid = findAllDeps so_far' avail
2080       | otherwise                          = so_far'
2081       where
2082         so_far' = extendVarSet so_far kid_id    -- Add the new kid to so_far
2083         kid_id = instToId kid
2084
2085 addSCs :: (TcPredType -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2086         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
2087         -- The first param says "dont do this because the original thing
2088         --      depends on this one, so you'd build a loop"
2089         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
2090
2091 addSCs is_loop avails dict
2092   = ASSERT( isDict dict )
2093     do  { sc_dicts <- newDictBndrs (instLoc dict) sc_theta'
2094         ; foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels) }
2095   where
2096     (clas, tys) = getDictClassTys dict
2097     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
2098     sc_theta' = substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
2099
2100     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)
2101       | is_loop (dictPred sc_dict) = return avails      -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2102       | is_given sc_dict           = return avails
2103       | otherwise                  = do { avails' <- extendAvails avails sc_dict (Rhs sc_sel_rhs [dict])
2104                                         ; addSCs is_loop avails' sc_dict }
2105       where
2106         sc_sel_rhs = L (instSpan dict) (HsWrap co_fn (HsVar sc_sel))
2107         co_fn      = WpApp (instToId dict) <.> mkWpTyApps tys
2108
2109     is_given :: Inst -> Bool
2110     is_given sc_dict = case findAvail avails sc_dict of
2111                           Just (Given _) -> True        -- Given is cheaper than superclass selection
2112                           other          -> False       
2113 \end{code}
2114
2115 %************************************************************************
2116 %*                                                                      *
2117 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
2118 %*                                                                      *
2119 %************************************************************************
2120
2121
2122 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
2123 and ambiguous Insts.
2124
2125 We need to be careful of one case.  Suppose we have
2126
2127         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
2128
2129 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
2130 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
2131
2132 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
2133
2134
2135 \begin{code}
2136 tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
2137 tcSimplifyTop wanteds
2138   = tc_simplify_top doc False wanteds
2139   where 
2140     doc = text "tcSimplifyTop"
2141
2142 tcSimplifyInteractive wanteds
2143   = tc_simplify_top doc True wanteds
2144   where 
2145     doc = text "tcSimplifyInteractive"
2146
2147 -- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
2148 -- error message generation for the monomorphism restriction
2149 tc_simplify_top doc interactive wanteds
2150   = do  { wanteds <- mapM zonkInst wanteds
2151         ; mapM_ zonkTopTyVar (varSetElems (tyVarsOfInsts wanteds))
2152
2153         ; (binds1, irreds1) <- topCheckLoop doc wanteds
2154
2155         ; if null irreds1 then 
2156                 return binds1
2157           else do
2158         -- OK, so there are some errors
2159         {       -- Use the defaulting rules to do extra unification
2160                 -- NB: irreds are already zonked
2161         ; extended_default <- if interactive then return True
2162                               else doptM Opt_ExtendedDefaultRules
2163         ; disambiguate extended_default irreds1 -- Does unification
2164         ; (binds2, irreds2) <- topCheckLoop doc irreds1
2165
2166                 -- Deal with implicit parameter
2167         ; let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds2
2168               (ambigs, others)   = partition isTyVarDict non_ips
2169
2170         ; topIPErrs bad_ips     -- Can arise from   f :: Int -> Int
2171                                 --                  f x = x + ?y
2172         ; addNoInstanceErrs others
2173         ; addTopAmbigErrs ambigs        
2174
2175         ; return (binds1 `unionBags` binds2) }}
2176 \end{code}
2177
2178 If a dictionary constrains a type variable which is
2179         * not mentioned in the environment
2180         * and not mentioned in the type of the expression
2181 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
2182 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
2183 parameter to a function.
2184
2185 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
2186 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
2187 Specifically, if
2188         * at least one of its classes is a numeric class, and
2189         * all of its classes are numeric or standard
2190 then the type variable can be defaulted to the first type in the
2191 default-type list which is an instance of all the offending classes.
2192
2193 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
2194 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
2195 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
2196 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
2197
2198 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
2199 the same type variable.
2200
2201 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
2202 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
2203 the most common use of defaulting is code like:
2204 \begin{verbatim}
2205         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
2206 \end{verbatim}
2207 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
2208 @void@.
2209
2210 \begin{code}
2211 disambiguate :: Bool -> [Inst] -> TcM ()
2212         -- Just does unification to fix the default types
2213         -- The Insts are assumed to be pre-zonked
2214 disambiguate extended_defaulting insts
2215   | null defaultable_groups
2216   = return ()
2217   | otherwise
2218   = do  {       -- Figure out what default types to use
2219           mb_defaults <- getDefaultTys
2220         ; default_tys <- case mb_defaults of
2221                            Just tys -> return tys
2222                            Nothing  ->  -- No use-supplied default;
2223                                         -- use [Integer, Double]
2224                                 do { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
2225                                    ; checkWiredInTyCon doubleTyCon
2226                                    ; return [integer_ty, doubleTy] }
2227         ; mapM_ (disambigGroup default_tys) defaultable_groups  }
2228   where
2229    unaries :: [(Inst,Class, TcTyVar)]  -- (C tv) constraints
2230    bad_tvs :: TcTyVarSet          -- Tyvars mentioned by *other* constraints
2231    (unaries, bad_tvs) = getDefaultableDicts insts
2232
2233                 -- Group by type variable
2234    defaultable_groups :: [[(Inst,Class,TcTyVar)]]
2235    defaultable_groups = filter defaultable_group (equivClasses cmp_tv unaries)
2236    cmp_tv (_,_,tv1) (_,_,tv2) = tv1 `compare` tv2
2237
2238    defaultable_group :: [(Inst,Class,TcTyVar)] -> Bool
2239    defaultable_group ds@((_,_,tv):_)
2240         =  not (isSkolemTyVar tv)       -- Note [Avoiding spurious errors]
2241         && not (tv `elemVarSet` bad_tvs)
2242         && defaultable_classes [c | (_,c,_) <- ds]
2243    defaultable_group [] = panic "defaultable_group"
2244
2245    defaultable_classes clss 
2246         | extended_defaulting = any isInteractiveClass clss
2247         | otherwise = all isStandardClass clss && any isNumericClass clss
2248
2249         -- In interactive mode, or with -fextended-default-rules,
2250         -- we default Show a to Show () to avoid graututious errors on "show []"
2251    isInteractiveClass cls 
2252         = isNumericClass cls
2253         || (classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
2254
2255
2256 disambigGroup :: [Type]                 -- The default types
2257               -> [(Inst,Class,TcTyVar)] -- All standard classes of form (C a)
2258               -> TcM () -- Just does unification, to fix the default types
2259
2260 disambigGroup default_tys dicts
2261   = try_default default_tys
2262   where
2263     (_,_,tyvar) = head dicts    -- Should be non-empty
2264     classes = [c | (_,c,_) <- dicts]
2265
2266     try_default [] = return ()
2267     try_default (default_ty : default_tys)
2268       = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $
2269         do { tcSimplifyDefault [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
2270                 -- This may fail; then the tryTcLIE_ kicks in
2271                 -- Failure here is caused by there being no type in the
2272                 -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
2273                 -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
2274                 -- default list is Int.
2275
2276                 -- After this we can't fail
2277            ; warnDefault dicts default_ty
2278            ; unifyType default_ty (mkTyVarTy tyvar) }
2279 \end{code}
2280
2281 Note [Avoiding spurious errors]
2282 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2283 When doing the unification for defaulting, we check for skolem
2284 type variables, and simply don't default them.  For example:
2285    f = (*)      -- Monomorphic
2286    g :: Num a => a -> a
2287    g x = f x x
2288 Here, we get a complaint when checking the type signature for g,
2289 that g isn't polymorphic enough; but then we get another one when
2290 dealing with the (Num a) context arising from f's definition;
2291 we try to unify a with Int (to default it), but find that it's
2292 already been unified with the rigid variable from g's type sig
2293
2294
2295 %************************************************************************
2296 %*                                                                      *
2297 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
2298 %*                                                                      *
2299 %************************************************************************
2300
2301 Much simpler versions when there are no bindings to make!
2302
2303 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
2304 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
2305 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
2306
2307 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
2308 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
2309 instance declarations.
2310
2311 \begin{code}
2312 tcSimplifyDeriv :: InstOrigin
2313                 -> TyCon
2314                 -> [TyVar]      
2315                 -> ThetaType            -- Wanted
2316                 -> TcM ThetaType        -- Needed
2317
2318 tcSimplifyDeriv orig tc tyvars theta
2319   = tcInstTyVars tyvars                 `thenM` \ (tvs, _, tenv) ->
2320         -- The main loop may do unification, and that may crash if 
2321         -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
2322         -- ToDo: what if two of them do get unified?
2323     newDictBndrsO orig (substTheta tenv theta)  `thenM` \ wanteds ->
2324     topCheckLoop doc wanteds                    `thenM` \ (_, irreds) ->
2325
2326     doptM Opt_GlasgowExts                       `thenM` \ gla_exts ->
2327     doptM Opt_AllowUndecidableInstances         `thenM` \ undecidable_ok ->
2328     let
2329         inst_ty = mkTyConApp tc (mkTyVarTys tvs)
2330         (ok_insts, bad_insts) = partition is_ok_inst irreds
2331         is_ok_inst inst
2332            = isDict inst        -- Exclude implication consraints
2333            && (isTyVarClassPred pred || (gla_exts && ok_gla_pred pred))
2334            where
2335              pred = dictPred inst
2336
2337         ok_gla_pred pred = null (checkInstTermination [inst_ty] [pred])
2338                 -- See Note [Deriving context]
2339            
2340         tv_set = mkVarSet tvs
2341         simpl_theta = map dictPred ok_insts
2342         weird_preds = [pred | pred <- simpl_theta
2343                             , not (tyVarsOfPred pred `subVarSet` tv_set)]  
2344
2345           -- Check for a bizarre corner case, when the derived instance decl should
2346           -- have form  instance C a b => D (T a) where ...
2347           -- Note that 'b' isn't a parameter of T.  This gives rise to all sorts
2348           -- of problems; in particular, it's hard to compare solutions for
2349           -- equality when finding the fixpoint.  So I just rule it out for now.
2350         
2351         rev_env = zipTopTvSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
2352                 -- This reverse-mapping is a Royal Pain, 
2353                 -- but the result should mention TyVars not TcTyVars
2354     in
2355         -- In effect, the bad and wierd insts cover all of the cases that
2356         -- would make checkValidInstance fail; if it were called right after tcSimplifyDeriv
2357         --   * wierd_preds ensures unambiguous instances (checkAmbiguity in checkValidInstance)
2358         --   * ok_gla_pred ensures termination (checkInstTermination in checkValidInstance)
2359     addNoInstanceErrs bad_insts                         `thenM_`
2360     mapM_ (addErrTc . badDerivedPred) weird_preds       `thenM_`
2361     returnM (substTheta rev_env simpl_theta)
2362   where
2363     doc = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
2364 \end{code}
2365
2366 Note [Deriving context]
2367 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2368 With -fglasgow-exts, we allow things like (C Int a) in the simplified
2369 context for a derived instance declaration, because at a use of this
2370 instance, we might know that a=Bool, and have an instance for (C Int
2371 Bool)
2372
2373 We nevertheless insist that each predicate meets the termination
2374 conditions. If not, the deriving mechanism generates larger and larger
2375 constraints.  Example:
2376   data Succ a = S a
2377   data Seq a = Cons a (Seq (Succ a)) | Nil deriving Show
2378
2379 Note the lack of a Show instance for Succ.  First we'll generate
2380   instance (Show (Succ a), Show a) => Show (Seq a)
2381 and then
2382   instance (Show (Succ (Succ a)), Show (Succ a), Show a) => Show (Seq a)
2383 and so on.  Instead we want to complain of no instance for (Show (Succ a)).
2384   
2385
2386
2387 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
2388 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
2389 whether it worked or not.
2390
2391 \begin{code}
2392 tcSimplifyDefault :: ThetaType  -- Wanted; has no type variables in it
2393                   -> TcM ()
2394
2395 tcSimplifyDefault theta
2396   = newDictBndrsO DefaultOrigin theta   `thenM` \ wanteds ->
2397     topCheckLoop doc wanteds            `thenM` \ (_, irreds) ->
2398     addNoInstanceErrs  irreds           `thenM_`
2399     if null irreds then
2400         returnM ()
2401     else
2402         failM
2403   where
2404     doc = ptext SLIT("default declaration")
2405 \end{code}
2406
2407
2408 %************************************************************************
2409 %*                                                                      *
2410 \section{Errors and contexts}
2411 %*                                                                      *
2412 %************************************************************************
2413
2414 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
2415 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
2416 now?
2417
2418 \begin{code}
2419 groupErrs :: ([Inst] -> TcM ()) -- Deal with one group
2420           -> [Inst]             -- The offending Insts
2421           -> TcM ()
2422 -- Group together insts with the same origin
2423 -- We want to report them together in error messages
2424
2425 groupErrs report_err [] 
2426   = returnM ()
2427 groupErrs report_err (inst:insts) 
2428   = do_one (inst:friends)               `thenM_`
2429     groupErrs report_err others
2430
2431   where
2432         -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
2433         --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
2434         --  and it avoids need equality on InstLocs.)
2435    (friends, others) = partition is_friend insts
2436    loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
2437    is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
2438    do_one insts = addInstCtxt (instLoc (head insts)) (report_err insts)
2439                 -- Add location and context information derived from the Insts
2440
2441 -- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
2442 addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
2443 addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstArising (head insts))
2444
2445 addTopIPErrs :: [Name] -> [Inst] -> TcM ()
2446 addTopIPErrs bndrs [] 
2447   = return ()
2448 addTopIPErrs bndrs ips
2449   = addErrTcM (tidy_env, mk_msg tidy_ips)
2450   where
2451     (tidy_env, tidy_ips) = tidyInsts ips
2452     mk_msg ips = vcat [sep [ptext SLIT("Implicit parameters escape from"),
2453                             nest 2 (ptext SLIT("the monomorphic top-level binding(s) of")
2454                                             <+> pprBinders bndrs <> colon)],
2455                        nest 2 (vcat (map ppr_ip ips)),
2456                        monomorphism_fix]
2457     ppr_ip ip = pprPred (dictPred ip) <+> pprInstArising ip
2458
2459 topIPErrs :: [Inst] -> TcM ()
2460 topIPErrs dicts
2461   = groupErrs report tidy_dicts
2462   where
2463     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2464     report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
2465     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> 
2466                                      plural tidy_dicts <+> pprDictsTheta tidy_dicts)
2467
2468 addNoInstanceErrs :: [Inst]     -- Wanted (can include implications)
2469                   -> TcM ()     
2470 addNoInstanceErrs insts
2471   = do  { let (tidy_env, tidy_insts) = tidyInsts insts
2472         ; reportNoInstances tidy_env Nothing tidy_insts }
2473
2474 reportNoInstances 
2475         :: TidyEnv
2476         -> Maybe (InstLoc, [Inst])      -- Context
2477                         -- Nothing => top level
2478                         -- Just (d,g) => d describes the construct
2479                         --               with givens g
2480         -> [Inst]       -- What is wanted (can include implications)
2481         -> TcM ()       
2482
2483 reportNoInstances tidy_env mb_what insts 
2484   = groupErrs (report_no_instances tidy_env mb_what) insts
2485
2486 report_no_instances tidy_env mb_what insts
2487   = do  { inst_envs <- tcGetInstEnvs
2488         ; let (implics, insts1)  = partition isImplicInst insts
2489               (insts2, overlaps) = partitionWith (check_overlap inst_envs) insts1
2490         ; traceTc (text "reportNoInstnces" <+> vcat 
2491                         [ppr implics, ppr insts1, ppr insts2])
2492         ; mapM_ complain_implic implics
2493         ; mapM_ (\doc -> addErrTcM (tidy_env, doc)) overlaps
2494         ; groupErrs complain_no_inst insts2 }
2495   where
2496     complain_no_inst insts = addErrTcM (tidy_env, mk_no_inst_err insts)
2497
2498     complain_implic inst        -- Recurse!
2499       = reportNoInstances tidy_env 
2500                           (Just (tci_loc inst, tci_given inst)) 
2501                           (tci_wanted inst)
2502
2503     check_overlap :: (InstEnv,InstEnv) -> Inst -> Either Inst SDoc
2504         -- Right msg  => overlap message
2505         -- Left  inst => no instance
2506     check_overlap inst_envs wanted
2507         | not (isClassDict wanted) = Left wanted
2508         | otherwise
2509         = case lookupInstEnv inst_envs clas tys of
2510                 -- The case of exactly one match and no unifiers means
2511                 -- a successful lookup.  That can't happen here, becuase
2512                 -- dicts only end up here if they didn't match in Inst.lookupInst
2513 #ifdef DEBUG
2514                 ([m],[]) -> pprPanic "reportNoInstance" (ppr wanted)
2515 #endif
2516                 ([], _)  -> Left wanted         -- No match
2517                 res      -> Right (mk_overlap_msg wanted res)
2518           where
2519             (clas,tys) = getDictClassTys wanted
2520
2521     mk_overlap_msg dict (matches, unifiers)
2522       = vcat [  addInstLoc [dict] ((ptext SLIT("Overlapping instances for") 
2523                                         <+> pprPred (dictPred dict))),
2524                 sep [ptext SLIT("Matching instances") <> colon,
2525                      nest 2 (vcat [pprInstances ispecs, pprInstances unifiers])],
2526                 ASSERT( not (null matches) )
2527                 if not (isSingleton matches)
2528                 then    -- Two or more matches
2529                      empty
2530                 else    -- One match, plus some unifiers
2531                 ASSERT( not (null unifiers) )
2532                 parens (vcat [ptext SLIT("The choice depends on the instantiation of") <+>
2533                                  quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInst dict))),
2534                               ptext SLIT("Use -fallow-incoherent-instances to use the first choice above")])]
2535       where
2536         ispecs = [ispec | (_, ispec) <- matches]
2537
2538     mk_no_inst_err insts
2539       | null insts = empty
2540
2541       | Just (loc, givens) <- mb_what,   -- Nested (type signatures, instance decls)
2542         not (isEmptyVarSet (tyVarsOfInsts insts))
2543       = vcat [ addInstLoc insts $
2544                sep [ ptext SLIT("Could not deduce") <+> pprDictsTheta insts
2545                    , nest 2 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprDictsTheta givens]
2546              , show_fixes (fix1 loc : fixes2) ]
2547
2548       | otherwise       -- Top level 
2549       = vcat [ addInstLoc insts $
2550                ptext SLIT("No instance") <> plural insts
2551                     <+> ptext SLIT("for") <+> pprDictsTheta insts
2552              , show_fixes fixes2 ]
2553
2554       where
2555         fix1 loc = sep [ ptext SLIT("add") <+> pprDictsTheta insts
2556                                  <+> ptext SLIT("to the context of"),
2557                          nest 2 (ppr (instLocOrigin loc)) ]
2558                          -- I'm not sure it helps to add the location
2559                          -- nest 2 (ptext SLIT("at") <+> ppr (instLocSpan loc)) ]
2560
2561         fixes2 | null instance_dicts = []
2562                | otherwise           = [sep [ptext SLIT("add an instance declaration for"),
2563                                         pprDictsTheta instance_dicts]]
2564         instance_dicts = [d | d <- insts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
2565                 -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
2566                 -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
2567
2568         show_fixes :: [SDoc] -> SDoc
2569         show_fixes []     = empty
2570         show_fixes (f:fs) = sep [ptext SLIT("Possible fix:"), 
2571                                  nest 2 (vcat (f : map (ptext SLIT("or") <+>) fs))]
2572
2573 addTopAmbigErrs dicts
2574 -- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
2575   = ifErrsM (return ()) $       -- Only report ambiguity if no other errors happened
2576                                 -- See Note [Avoiding spurious errors]
2577     mapM_ report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
2578   where
2579     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2580
2581     tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
2582     tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
2583     cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
2584     
2585     report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
2586     report pairs@((inst,tvs) : _)       -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
2587         = mkMonomorphismMsg tidy_env tvs        `thenM` \ (tidy_env, mono_msg) ->
2588           setSrcSpan (instSpan inst) $
2589                 -- the location of the first one will do for the err message
2590           addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
2591         where
2592           dicts = map fst pairs
2593           msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
2594                           pprQuotedList tvs <+> in_msg,
2595                      nest 2 (pprDictsInFull dicts)]
2596           in_msg = text "in the constraint" <> plural dicts <> colon
2597     report [] = panic "addTopAmbigErrs"
2598
2599
2600 mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [TcTyVar] -> TcM (TidyEnv, Message)
2601 -- There's an error with these Insts; if they have free type variables
2602 -- it's probably caused by the monomorphism restriction. 
2603 -- Try to identify the offending variable
2604 -- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
2605 mkMonomorphismMsg tidy_env inst_tvs
2606   = findGlobals (mkVarSet inst_tvs) tidy_env    `thenM` \ (tidy_env, docs) ->
2607     returnM (tidy_env, mk_msg docs)
2608   where
2609     mk_msg []   = ptext SLIT("Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)")
2610                         -- This happens in things like
2611                         --      f x = show (read "foo")
2612                         -- where monomorphism doesn't play any role
2613     mk_msg docs = vcat [ptext SLIT("Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
2614                         nest 2 (vcat docs),
2615                         monomorphism_fix
2616                        ]
2617 monomorphism_fix :: SDoc
2618 monomorphism_fix = ptext SLIT("Probable fix:") <+> 
2619                    (ptext SLIT("give these definition(s) an explicit type signature")
2620                     $$ ptext SLIT("or use -fno-monomorphism-restriction"))
2621     
2622 warnDefault ups default_ty
2623   = doptM Opt_WarnTypeDefaults  `thenM` \ warn_flag ->
2624     addInstCtxt (instLoc (head (dicts))) (warnTc warn_flag warn_msg)
2625   where
2626     dicts = [d | (d,_,_) <- ups]
2627
2628         -- Tidy them first
2629     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2630     warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
2631                                 quotes (ppr default_ty),
2632                       pprDictsInFull tidy_dicts]
2633
2634 -- Used for the ...Thetas variants; all top level
2635 badDerivedPred pred
2636   = vcat [ptext SLIT("Can't derive instances where the instance context mentions"),
2637           ptext SLIT("type variables that are not data type parameters"),
2638           nest 2 (ptext SLIT("Offending constraint:") <+> ppr pred)]
2639
2640 reduceDepthErr n stack
2641   = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
2642           ptext SLIT("Use -fcontext-stack=N to increase stack size to N"),
2643           nest 4 (pprStack stack)]
2644
2645 pprStack stack = vcat (map pprInstInFull stack)
2646 \end{code}