342114b9fbb04e3ab9316409ecab54c8bec2d0fb
[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, bindIrreds,
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 TcType
32 import TcMType
33 import TcIface
34 import Var
35 import Name
36 import NameSet
37 import Class
38 import FunDeps
39 import PrelInfo
40 import PrelNames
41 import Type
42 import TysWiredIn
43 import ErrUtils
44 import BasicTypes
45 import VarSet
46 import VarEnv
47 import FiniteMap
48 import Bag
49 import Outputable
50 import ListSetOps
51 import Util
52 import SrcLoc
53 import DynFlags
54
55 import Data.List
56 \end{code}
57
58
59 %************************************************************************
60 %*                                                                      *
61 \subsection{NOTES}
62 %*                                                                      *
63 %************************************************************************
64
65         --------------------------------------
66         Notes on functional dependencies (a bug)
67         --------------------------------------
68
69 Consider this:
70
71         class C a b | a -> b
72         class D a b | a -> b
73
74         instance D a b => C a b -- Undecidable 
75                                 -- (Not sure if it's crucial to this eg)
76         f :: C a b => a -> Bool
77         f _ = True
78         
79         g :: C a b => a -> Bool
80         g = f
81
82 Here f typechecks, but g does not!!  Reason: before doing improvement,
83 we reduce the (C a b1) constraint from the call of f to (D a b1).
84
85 Here is a more complicated example:
86
87 | > class Foo a b | a->b
88 | >
89 | > class Bar a b | a->b
90 | >
91 | > data Obj = Obj
92 | >
93 | > instance Bar Obj Obj
94 | >
95 | > instance (Bar a b) => Foo a b
96 | >
97 | > foo:: (Foo a b) => a -> String
98 | > foo _ = "works"
99 | >
100 | > runFoo:: (forall a b. (Foo a b) => a -> w) -> w
101 | > runFoo f = f Obj
102
103 | *Test> runFoo foo
104
105 | <interactive>:1:
106 |     Could not deduce (Bar a b) from the context (Foo a b)
107 |       arising from use of `foo' at <interactive>:1
108 |     Probable fix:
109 |         Add (Bar a b) to the expected type of an expression
110 |     In the first argument of `runFoo', namely `foo'
111 |     In the definition of `it': it = runFoo foo
112
113 | Why all of the sudden does GHC need the constraint Bar a b? The
114 | function foo didn't ask for that... 
115
116 The trouble is that to type (runFoo foo), GHC has to solve the problem:
117
118         Given constraint        Foo a b
119         Solve constraint        Foo a b'
120
121 Notice that b and b' aren't the same.  To solve this, just do
122 improvement and then they are the same.  But GHC currently does
123         simplify constraints
124         apply improvement
125         and loop
126
127 That is usually fine, but it isn't here, because it sees that Foo a b is
128 not the same as Foo a b', and so instead applies the instance decl for
129 instance Bar a b => Foo a b.  And that's where the Bar constraint comes
130 from.
131
132 The Right Thing is to improve whenever the constraint set changes at
133 all.  Not hard in principle, but it'll take a bit of fiddling to do.  
134
135
136
137         --------------------------------------
138                 Notes on quantification
139         --------------------------------------
140
141 Suppose we are about to do a generalisation step.
142 We have in our hand
143
144         G       the environment
145         T       the type of the RHS
146         C       the constraints from that RHS
147
148 The game is to figure out
149
150         Q       the set of type variables over which to quantify
151         Ct      the constraints we will *not* quantify over
152         Cq      the constraints we will quantify over
153
154 So we're going to infer the type
155
156         forall Q. Cq => T
157
158 and float the constraints Ct further outwards.
159
160 Here are the things that *must* be true:
161
162  (A)    Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
163  (B)    Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
164
165 (A) says we can't quantify over a variable that's free in the
166 environment.  (B) says we must quantify over all the truly free
167 variables in T, else we won't get a sufficiently general type.  We do
168 not *need* to quantify over any variable that is fixed by the free
169 vars of the environment G.
170
171         BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
172
173 Example:        class H x y | x->y where ...
174
175         fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
176                         T = c -> b
177
178         (A)  Q intersect {a} is empty
179         (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
180
181         So Q can be {c,d}, {b,c,d}
182
183 Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
184 variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
185 constraints can get into Ct instead of Cq.
186
187
188 -----------------------------------------
189 We will make use of
190
191   fv(T)         the free type vars of T
192
193   oclose(vs,C)  The result of extending the set of tyvars vs
194                 using the functional dependencies from C
195
196   grow(vs,C)    The result of extend the set of tyvars vs
197                 using all conceivable links from C.
198
199                 E.g. vs = {a}, C = {H [a] b, K (b,Int) c, Eq e}
200                 Then grow(vs,C) = {a,b,c}
201
202                 Note that grow(vs,C) `superset` grow(vs,simplify(C))
203                 That is, simplfication can only shrink the result of grow.
204
205 Notice that
206    oclose is conservative one way:      v `elem` oclose(vs,C) => v is definitely fixed by vs
207    grow is conservative the other way:  if v might be fixed by vs => v `elem` grow(vs,C)
208
209
210 -----------------------------------------
211
212 Choosing Q
213 ~~~~~~~~~~
214 Here's a good way to choose Q:
215
216         Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
217
218 That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
219 call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
220 G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
221 albeit perhaps too many.
222
223 Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
224
225         class H x y | x->y where ...
226
227         T = c->c
228         C = (H c d)
229
230   If we used fv(T) = {c} we'd get the type
231
232         forall c. H c d => c -> b
233
234   And then if the fn was called at several different c's, each of
235   which fixed d differently, we'd get a unification error, because
236   d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
237   everything that might be influenced by c.
238
239 Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
240 all the functional dependencies yet:
241
242         class H x y | x->y where ...
243         instance H x y => Eq (T x y) where ...
244
245         T = c->c
246         C = (Eq (T c d))
247
248   Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
249   apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
250
251
252 There really isn't any point in quantifying over any more than
253 grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
254 any other type variables.
255
256
257
258 -------------------------------------
259         Note [Ambiguity]
260 -------------------------------------
261
262 It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
263
264         class K x
265         class H x y | x -> y
266         instance H x y => K (x,y)
267
268 Is this type ambiguous?
269         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
270
271 Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
272 now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
273 without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
274 the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
275
276 Here's another example: is this ambiguous?
277         forall a b. Eq (T b) => a -> a
278 Not if there's an insance decl (with no context)
279         instance Eq (T b) where ...
280
281 You may say of this example that we should use the instance decl right
282 away, but you can't always do that:
283
284         class J a b where ...
285         instance J Int b where ...
286
287         f :: forall a b. J a b => a -> a
288
289 (Notice: no functional dependency in J's class decl.)
290 Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
291 It's premature to complain when meeting f's signature, or even
292 when inferring a type for f.
293
294
295
296 However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
297 show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
298 treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
299
300 So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
301
302         fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
303
304 (all tested before quantification).
305 That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
306 in the environment, or by the variables in the type.
307
308 Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
309
310         class J a b c | a b -> c
311         fv(G) = {a}
312
313 Is this ambiguous?
314         forall b c. (J a b c) => b -> b
315
316 Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
317 do we see that c is fixed.
318
319 It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
320 don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
321 the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
322 only issue a warning.
323
324
325 Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
326
327         c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
328
329 then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
330 certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
331 the nasty example?
332
333         class K x
334         class H x y | x -> y
335         instance H x y => K (x,y)
336
337 Is this type ambiguous?
338         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
339
340 Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
341 is a "bubble" that's a set of constraints
342
343         Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
344
345 Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
346 by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
347 Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
348 The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
349 (which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
350
351
352         --------------------------------------
353                 Notes on principal types
354         --------------------------------------
355
356     class C a where
357       op :: a -> a
358
359     f x = let g y = op (y::Int) in True
360
361 Here the principal type of f is (forall a. a->a)
362 but we'll produce the non-principal type
363     f :: forall a. C Int => a -> a
364
365
366         --------------------------------------
367         The need for forall's in constraints
368         --------------------------------------
369
370 [Exchange on Haskell Cafe 5/6 Dec 2000]
371
372   class C t where op :: t -> Bool
373   instance C [t] where op x = True
374
375   p y = (let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f, y ++ [])
376   q y = (y ++ [], let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f)
377
378 The definitions of p and q differ only in the order of the components in
379 the pair on their right-hand sides.  And yet:
380
381   ghc and "Typing Haskell in Haskell" reject p, but accept q;
382   Hugs rejects q, but accepts p;
383   hbc rejects both p and q;
384   nhc98 ... (Malcolm, can you fill in the blank for us!).
385
386 The type signature for f forces context reduction to take place, and
387 the results of this depend on whether or not the type of y is known,
388 which in turn depends on which component of the pair the type checker
389 analyzes first.  
390
391 Solution: if y::m a, float out the constraints
392         Monad m, forall c. C (m c)
393 When m is later unified with [], we can solve both constraints.
394
395
396         --------------------------------------
397                 Notes on implicit parameters
398         --------------------------------------
399
400 Note [Inheriting implicit parameters]
401 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
402 Consider this:
403
404         f x = (x::Int) + ?y
405
406 where f is *not* a top-level binding.
407 From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
408 There are two types we might infer for f:
409
410         f :: Int -> Int
411
412 (so we get ?y from the context of f's definition), or
413
414         f :: (?y::Int) => Int -> Int
415
416 At first you might think the first was better, becuase then
417 ?y behaves like a free variable of the definition, rather than
418 having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
419 IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
420 dynamic binding means) so we'd better infer the second.
421
422 BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify 
423 over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
424
425
426 Note [Implicit parameters and ambiguity] 
427 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
428 What type should we infer for this?
429         f x = (show ?y, x::Int)
430 Since we must quantify over the ?y, the most plausible type is
431         f :: (Show a, ?y::a) => Int -> (String, Int)
432 But notice that the type of the RHS is (String,Int), with no type 
433 varibables mentioned at all!  The type of f looks ambiguous.  But
434 it isn't, because at a call site we might have
435         let ?y = 5::Int in f 7
436 and all is well.  In effect, implicit parameters are, well, parameters,
437 so we can take their type variables into account as part of the
438 "tau-tvs" stuff.  This is done in the function 'FunDeps.grow'.
439
440
441 Question 2: type signatures
442 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
443 BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
444 to quantify over implicit parameters.  For example:
445
446         (?x + 1) :: Int
447
448 This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
449
450         (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
451
452 That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
453 so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
454 tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
455 and tcSimplifyCheckBind (which does not).
456
457 What about when you supply a type signature for a binding?
458 Is it legal to give the following explicit, user type 
459 signature to f, thus:
460
461         f :: Int -> Int
462         f x = (x::Int) + ?y
463
464 At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
465 that adding a type signature changes the dynamic semantics.
466 Consider this:
467
468         (let f x = (x::Int) + ?y
469          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
470
471                 returns (3+6, 3+5)
472 vs
473         (let f :: Int -> Int
474              f x = x + ?y
475          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
476
477                 returns (3+6, 3+6)
478
479 Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
480 dynamic semantics.
481
482 Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
483 semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
484 change the typing you may change the semantics.
485
486 To make things consistent in all cases where we are *checking* against
487 a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
488 rule: 
489
490         a signature does not need to quantify over implicit params.
491
492 [This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
493 which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
494 params for the reasons mentioned above.]
495
496 But that raises a new question.  Consider 
497
498         Given (signature)       ?x::Int
499         Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
500
501 Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
502 what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
503 what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
504 to float a constraint that
505         neither mentions any of the quantified type variables
506         nor any of the quantified implicit parameters
507
508 See the predicate isFreeWhenChecking.
509
510
511 Question 3: monomorphism
512 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
513 There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
514
515         z = (x::Int) + ?y
516
517 The argument above suggests that we *must* generalise
518 over the ?y parameter, to get
519         z :: (?y::Int) => Int,
520 but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
521         z :: Int.
522 Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
523
524         let z = x + ?y in z+z
525
526 you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
527 we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
528
529
530 Question 4: top level
531 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
532 At the top level, monomorhism makes no sense at all.
533
534     module Main where
535         main = let ?x = 5 in print foo
536
537         foo = woggle 3
538
539         woggle :: (?x :: Int) => Int -> Int
540         woggle y = ?x + y
541
542 We definitely don't want (foo :: Int) with a top-level implicit parameter
543 (?x::Int) becuase there is no way to bind it.  
544
545
546 Possible choices
547 ~~~~~~~~~~~~~~~~
548 (A) Always generalise over implicit parameters
549     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
550         be generalised
551
552     Consequences:
553         * Inlining remains valid
554         * No unexpected loss of sharing
555         * But simple bindings like
556                 z = ?y + 1
557           will be rejected, unless you add an explicit type signature
558           (to avoid the monomorphism restriction)
559                 z :: (?y::Int) => Int
560                 z = ?y + 1
561           This seems unacceptable
562
563 (B) Monomorphism restriction "wins"
564     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
565         be generalised
566     Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
567         that fall under the monomorphism restriction
568
569     Consequences
570         * Inlining isn't valid in general
571         * No unexpected loss of sharing
572         * Simple bindings like
573                 z = ?y + 1
574           accepted (get value of ?y from binding site)
575
576 (C) Always generalise over implicit parameters
577     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
578         be generalised, EXCEPT for implicit parameters
579     Consequences
580         * Inlining remains valid
581         * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
582         * Simple bindings like
583                 z = ?y + 1
584           accepted (get value of ?y from occurrence sites)
585
586
587 Discussion
588 ~~~~~~~~~~
589 None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
590 decide which we want to do.
591
592 It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
593
594         z = (x::Int) + ?y
595
596 would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
597 of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
598 case of function definitions, the answer is clearly the former, but
599 less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
600 if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
601 then inlining 'z' might change the semantics of the program.
602
603 Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
604 to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
605 innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
606 the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
607 use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
608 clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
609 those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
610 one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
611 restriction altogether.
612
613 BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
614
615
616
617 %************************************************************************
618 %*                                                                      *
619 \subsection{tcSimplifyInfer}
620 %*                                                                      *
621 %************************************************************************
622
623 tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
624
625     1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
626
627     2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
628        predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
629
630     3. Try improvement, using functional dependencies
631
632     4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
633        (Unification can change the result of 'grow'.)
634
635 Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
636 Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
637 after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
638 type variables than we absolutely have to.
639
640 For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
641 improvement with unification.  E.g. Suppose we have
642
643         class C x y | x->y where ...
644
645 and tcSimplify is called with:
646         (C Int a, C Int b)
647 Then improvement unifies a with b, giving
648         (C Int a, C Int a)
649
650 If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
651 again.
652
653
654 \begin{code}
655 tcSimplifyInfer
656         :: SDoc
657         -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
658         -> [Inst]               -- Wanted
659         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
660                 [Inst],         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
661                 TcDictBinds)    -- Bindings
662         -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
663 \end{code}
664
665
666 \begin{code}
667 tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted
668   = do  { tau_tvs' <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
669         ; wanted' <- mappM zonkInst wanted      -- Zonk before deciding quantified tyvars
670         ; gbl_tvs  <- tcGetGlobalTyVars
671         ; let preds = fdPredsOfInsts wanted'
672               qtvs  = grow preds tau_tvs' `minusVarSet` oclose preds gbl_tvs
673               (free, bound) = partition (isFreeWhenInferring qtvs) wanted'
674         ; traceTc (text "infer" <+> (ppr preds $$ ppr (grow preds tau_tvs') $$ ppr gbl_tvs $$ ppr (oclose preds gbl_tvs) $$ ppr free $$ ppr bound))
675         ; extendLIEs free
676
677                 -- To make types simple, reduce as much as possible
678         ; let try_me inst = ReduceMe AddSCs
679         ; (irreds, binds) <- checkLoop (mkRedEnv doc try_me []) bound
680
681         ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
682
683         -- We can't abstract over implications
684         ; let (dicts, implics) = partition isDict irreds
685         ; loc <- getInstLoc (ImplicOrigin doc)
686         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs' dicts implics
687
688         ; return (qtvs', dicts, binds `unionBags` implic_bind) }
689         -- NB: when we are done, we might have some bindings, but
690         -- the final qtvs might be empty.  See Note [NO TYVARS] below.
691 \end{code}
692
693 \begin{code}
694 -----------------------------------------------------------
695 -- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
696 -- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
697 -- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
698 tcSimplifyInferCheck
699          :: InstLoc
700          -> TcTyVarSet          -- fv(T)
701          -> [Inst]              -- Given
702          -> [Inst]              -- Wanted
703          -> TcM ([TyVar],       -- Fully zonked, and quantified
704                  TcDictBinds)   -- Bindings
705
706 tcSimplifyInferCheck loc tau_tvs givens wanteds
707   = do  { (irreds, binds) <- innerCheckLoop loc givens wanteds
708
709         -- Figure out which type variables to quantify over
710         -- You might think it should just be the signature tyvars,
711         -- but in bizarre cases you can get extra ones
712         --      f :: forall a. Num a => a -> a
713         --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
714         --      g a b = (b,a)
715         -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
716         -- We don't want g to be monomorphic in b just because
717         -- f isn't quantified over b.
718         ; let all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
719         ; all_tvs <- zonkTcTyVarsAndFV all_tvs
720         ; gbl_tvs <- tcGetGlobalTyVars
721         ; let qtvs = varSetElems (all_tvs `minusVarSet` gbl_tvs)
722                 -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
723                 -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
724                 -- dictionaries, we quantify over
725
726         ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars qtvs
727
728                 -- Now we are back to normal (c.f. tcSimplCheck)
729         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs' givens irreds
730
731         ; return (qtvs', binds `unionBags` implic_bind) }
732 \end{code}
733
734 Note [Squashing methods]
735 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
736 Be careful if you want to float methods more:
737         truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
738 From an application (truncate f i) we get
739         t1 = truncate at f
740         t2 = t1 at i
741 If we have also have a second occurrence of truncate, we get
742         t3 = truncate at f
743         t4 = t3 at i
744 When simplifying with i,f free, we might still notice that
745 t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
746 may continue to float out!
747
748
749 Note [NO TYVARS]
750 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
751         class Y a b | a -> b where
752             y :: a -> X b
753         
754         instance Y [[a]] a where
755             y ((x:_):_) = X x
756         
757         k :: X a -> X a -> X a
758
759         g :: Num a => [X a] -> [X a]
760         g xs = h xs
761             where
762             h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
763
764 The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
765 try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
766 From this we get t1:=:t2, but also various bindings.  We can't forget
767 the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
768 polymorphic in.  
769
770 The net effect of [NO TYVARS] 
771
772 \begin{code}
773 isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst -> Bool
774 isFreeWhenInferring qtvs inst
775   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst  -- Constrains no quantified vars
776   && isInheritableInst inst     -- and no implicit parameter involved
777                                 --   see Note [Inheriting implicit parameters]
778
779 {-      No longer used (with implication constraints)
780 isFreeWhenChecking :: TyVarSet  -- Quantified tyvars
781                    -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
782                    -> Inst -> Bool
783 isFreeWhenChecking qtvs ips inst
784   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
785   && isFreeWrtIPs    ips inst
786 -}
787
788 isFreeWrtTyVars qtvs inst = tyVarsOfInst inst `disjointVarSet` qtvs
789 isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
790 \end{code}
791
792
793 %************************************************************************
794 %*                                                                      *
795 \subsection{tcSimplifyCheck}
796 %*                                                                      *
797 %************************************************************************
798
799 @tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
800 we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
801
802 \begin{code}
803 -----------------------------------------------------------
804 -- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
805 -- class decls, instance decls etc.
806 tcSimplifyCheck :: InstLoc
807                 -> [TcTyVar]            -- Quantify over these
808                 -> [Inst]               -- Given
809                 -> [Inst]               -- Wanted
810                 -> TcM TcDictBinds      -- Bindings
811 tcSimplifyCheck loc qtvs givens wanteds 
812   = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
813     do  { (irreds, binds) <- innerCheckLoop loc givens wanteds
814         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs givens irreds
815         ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
816
817 -----------------------------------------------------------
818 -- tcSimplifyCheckPat is used for existential pattern match
819 tcSimplifyCheckPat :: InstLoc
820                    -> [CoVar] -> Refinement
821                    -> [TcTyVar]         -- Quantify over these
822                    -> [Inst]            -- Given
823                    -> [Inst]            -- Wanted
824                    -> TcM TcDictBinds   -- Bindings
825 tcSimplifyCheckPat loc co_vars reft qtvs givens wanteds
826   = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
827     do  { (irreds, binds) <- innerCheckLoop loc givens wanteds
828         ; implic_bind <- bindIrredsR loc qtvs co_vars reft 
829                                     givens irreds
830         ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
831
832 -----------------------------------------------------------
833 bindIrreds :: InstLoc -> [TcTyVar]
834            -> [Inst] -> [Inst]
835            -> TcM TcDictBinds
836 bindIrreds loc qtvs givens irreds 
837   = bindIrredsR loc qtvs [] emptyRefinement givens irreds
838
839 bindIrredsR :: InstLoc -> [TcTyVar] -> [CoVar]
840             -> Refinement -> [Inst] -> [Inst]
841             -> TcM TcDictBinds  
842 -- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
843 -- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
844 bindIrredsR loc qtvs co_vars reft givens irreds
845   | null irreds
846   = return emptyBag
847   | otherwise
848   = do  { let givens' = filter isDict givens
849                 -- The givens can include methods
850                 -- See Note [Pruning the givens in an implication constraint]
851
852            -- If there are no 'givens', then it's safe to 
853            -- partition the 'wanteds' by their qtvs, thereby trimming irreds
854            -- See Note [Freeness and implications]
855         ; irreds' <- if null givens'
856                      then do
857                         { let qtv_set = mkVarSet qtvs
858                               (frees, real_irreds) = partition (isFreeWrtTyVars qtv_set) irreds
859                         ; extendLIEs frees
860                         ; return real_irreds }
861                      else return irreds
862         
863         ; let all_tvs = qtvs ++ co_vars -- Abstract over all these
864         ; (implics, bind) <- makeImplicationBind loc all_tvs reft givens' irreds'
865                                 -- This call does the real work
866         ; extendLIEs implics
867         ; return bind } 
868
869
870 makeImplicationBind :: InstLoc -> [TcTyVar] -> Refinement
871                     -> [Inst] -> [Inst]
872                     -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
873 -- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
874 -- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
875 -- The binding looks like
876 --      (ir1, .., irn) = f qtvs givens
877 -- where f is (evidence for) the new implication constraint
878 --
879 -- This binding must line up the 'rhs' in reduceImplication
880 makeImplicationBind loc all_tvs reft
881                     givens      -- Guaranteed all Dicts
882                     irreds
883  | null irreds                  -- If there are no irreds, we are done
884  = return ([], emptyBag)
885  | otherwise                    -- Otherwise we must generate a binding
886  = do   { uniq <- newUnique 
887         ; span <- getSrcSpanM
888         ; let name = mkInternalName uniq (mkVarOcc "ic") (srcSpanStart span)
889               implic_inst = ImplicInst { tci_name = name, tci_reft = reft,
890                                          tci_tyvars = all_tvs, 
891                                          tci_given = givens,
892                                          tci_wanted = irreds, tci_loc = loc }
893
894         ; let n_irreds = length irreds
895               irred_ids = map instToId irreds
896               tup_ty = mkTupleTy Boxed n_irreds (map idType irred_ids)
897               pat = TuplePat (map nlVarPat irred_ids) Boxed tup_ty
898               rhs = L span (mkHsWrap co (HsVar (instToId implic_inst)))
899               co  = mkWpApps (map instToId givens) <.> mkWpTyApps (mkTyVarTys all_tvs)
900               bind | n_irreds==1 = VarBind (head irred_ids) rhs
901                    | otherwise   = PatBind { pat_lhs = L span pat, 
902                                              pat_rhs = unguardedGRHSs rhs, 
903                                              pat_rhs_ty = tup_ty,
904                                              bind_fvs = placeHolderNames }
905         ; -- pprTrace "Make implic inst" (ppr implic_inst) $
906           return ([implic_inst], unitBag (L span bind)) }
907
908 -----------------------------------------------------------
909 topCheckLoop :: SDoc
910              -> [Inst]                  -- Wanted
911              -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
912
913 topCheckLoop doc wanteds
914   = checkLoop (mkRedEnv doc try_me []) wanteds
915   where
916     try_me inst = ReduceMe AddSCs
917
918 -----------------------------------------------------------
919 innerCheckLoop :: InstLoc
920                -> [Inst]                -- Given
921                -> [Inst]                -- Wanted
922                -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
923
924 innerCheckLoop inst_loc givens wanteds
925   = checkLoop env wanteds
926   where
927     env = mkRedEnv (pprInstLoc inst_loc) try_me givens
928
929     try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe AddSCs
930                 | otherwise          = Stop
931         -- When checking against a given signature 
932         -- we MUST be very gentle: Note [Check gently]
933 \end{code}
934
935 Note [Check gently]
936 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
937 We have to very careful about not simplifying too vigorously
938 Example:  
939   data T a where
940     MkT :: a -> T [a]
941
942   f :: Show b => T b -> b
943   f (MkT x) = show [x]
944
945 Inside the pattern match, which binds (a:*, x:a), we know that
946         b ~ [a]
947 Hence we have a dictionary for Show [a] available; and indeed we 
948 need it.  We are going to build an implication contraint
949         forall a. (b~[a]) => Show [a]
950 Later, we will solve this constraint using the knowledge (Show b)
951         
952 But we MUST NOT reduce (Show [a]) to (Show a), else the whole
953 thing becomes insoluble.  So we simplify gently (get rid of literals
954 and methods only, plus common up equal things), deferring the real
955 work until top level, when we solve the implication constraint
956 with topCheckLooop.
957
958
959 \begin{code}
960 -----------------------------------------------------------
961 checkLoop :: RedEnv
962           -> [Inst]                     -- Wanted
963           -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
964 -- Precondition: givens are completely rigid
965
966 checkLoop env wanteds
967   = do { -- Givens are skolems, so no need to zonk them
968          wanteds' <- mappM zonkInst wanteds
969
970         ; (improved, binds, irreds) <- reduceContext env wanteds'
971
972         ; if not improved then
973              return (irreds, binds)
974           else do
975
976         -- If improvement did some unification, we go round again.
977         -- We start again with irreds, not wanteds
978         -- Using an instance decl might have introduced a fresh type variable
979         -- which might have been unified, so we'd get an infinite loop
980         -- if we started again with wanteds!  See Note [LOOP]
981         { (irreds1, binds1) <- checkLoop env irreds
982         ; return (irreds1, binds `unionBags` binds1) } }
983 \end{code}
984
985 Note [LOOP]
986 ~~~~~~~~~~~
987         class If b t e r | b t e -> r
988         instance If T t e t
989         instance If F t e e
990         class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
991         instance Lte Z b T
992         instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
993
994 Wanted: Max Z (S x) y
995
996 Then we'll reduce using the Max instance to:
997         (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
998 and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
999 on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
1000 with (Max Z (S x) y)!
1001
1002
1003
1004 %************************************************************************
1005 %*                                                                      *
1006                 tcSimplifySuperClasses
1007 %*                                                                      *
1008 %************************************************************************
1009
1010 Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
1011 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1012 We have to be very, very careful when generating superclasses, lest we
1013 accidentally build a loop. Here's an example:
1014
1015   class S a
1016
1017   class S a => C a where { opc :: a -> a }
1018   class S b => D b where { opd :: b -> b }
1019   
1020   instance C Int where
1021      opc = opd
1022   
1023   instance D Int where
1024      opd = opc
1025
1026 From (instance C Int) we get the constraint set {ds1:S Int, dd:D Int}
1027 Simplifying, we may well get:
1028         $dfCInt = :C ds1 (opd dd)
1029         dd  = $dfDInt
1030         ds1 = $p1 dd
1031 Notice that we spot that we can extract ds1 from dd.  
1032
1033 Alas!  Alack! We can do the same for (instance D Int):
1034
1035         $dfDInt = :D ds2 (opc dc)
1036         dc  = $dfCInt
1037         ds2 = $p1 dc
1038
1039 And now we've defined the superclass in terms of itself.
1040
1041 Solution: never generate a superclass selectors at all when
1042 satisfying the superclass context of an instance declaration.
1043
1044 Two more nasty cases are in
1045         tcrun021
1046         tcrun033
1047
1048 \begin{code}
1049 tcSimplifySuperClasses 
1050         :: InstLoc 
1051         -> [Inst]       -- Given 
1052         -> [Inst]       -- Wanted
1053         -> TcM TcDictBinds
1054 tcSimplifySuperClasses loc givens sc_wanteds
1055   = do  { (irreds, binds1) <- checkLoop env sc_wanteds
1056         ; let (tidy_env, tidy_irreds) = tidyInsts irreds
1057         ; reportNoInstances tidy_env (Just (loc, givens)) tidy_irreds
1058         ; return binds1 }
1059   where
1060     env = mkRedEnv (pprInstLoc loc) try_me givens
1061     try_me inst = ReduceMe NoSCs
1062         -- Like topCheckLoop, but with NoSCs
1063 \end{code}
1064
1065
1066 %************************************************************************
1067 %*                                                                      *
1068 \subsection{tcSimplifyRestricted}
1069 %*                                                                      *
1070 %************************************************************************
1071
1072 tcSimplifyRestricted infers which type variables to quantify for a 
1073 group of restricted bindings.  This isn't trivial.
1074
1075 Eg1:    id = \x -> x
1076         We want to quantify over a to get id :: forall a. a->a
1077         
1078 Eg2:    eq = (==)
1079         We do not want to quantify over a, because there's an Eq a 
1080         constraint, so we get eq :: a->a->Bool  (notice no forall)
1081
1082 So, assume:
1083         RHS has type 'tau', whose free tyvars are tau_tvs
1084         RHS has constraints 'wanteds'
1085
1086 Plan A (simple)
1087   Quantify over (tau_tvs \ ftvs(wanteds))
1088   This is bad. The constraints may contain (Monad (ST s))
1089   where we have         instance Monad (ST s) where...
1090   so there's no need to be monomorphic in s!
1091
1092   Also the constraint might be a method constraint,
1093   whose type mentions a perfectly innocent tyvar:
1094           op :: Num a => a -> b -> a
1095   Here, b is unconstrained.  A good example would be
1096         foo = op (3::Int)
1097   We want to infer the polymorphic type
1098         foo :: forall b. b -> b
1099
1100
1101 Plan B (cunning, used for a long time up to and including GHC 6.2)
1102   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1103   with Plan A's problem).  Then set
1104         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1105
1106   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1107   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1108   The reasons for this is to maximise sharing.
1109
1110   This fails for a very subtle reason.  Suppose that in the Step 2
1111   a constraint (Foo (Succ Zero) (Succ Zero) b) gets thrown upstairs as 'free'.
1112   In the Step 1 this constraint might have been simplified, perhaps to
1113   (Foo Zero Zero b), AND THEN THAT MIGHT BE IMPROVED, to bind 'b' to 'T'.
1114   This won't happen in Step 2... but that in turn might prevent some other
1115   constraint (Baz [a] b) being simplified (e.g. via instance Baz [a] T where {..}) 
1116   and that in turn breaks the invariant that no constraints are quantified over.
1117
1118   Test typecheck/should_compile/tc177 (which failed in GHC 6.2) demonstrates
1119   the problem.
1120
1121
1122 Plan C (brutal)
1123   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1124   with Plan A's problem).  Then set
1125         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1126   Return the bindings from Step 1.
1127   
1128
1129 A note about Plan C (arising from "bug" reported by George Russel March 2004)
1130 Consider this:
1131
1132       instance (HasBinary ty IO) => HasCodedValue ty
1133
1134       foo :: HasCodedValue a => String -> IO a
1135
1136       doDecodeIO :: HasCodedValue a => () -> () -> IO a
1137       doDecodeIO codedValue view  
1138         = let { act = foo "foo" } in  act
1139
1140 You might think this should work becuase the call to foo gives rise to a constraint
1141 (HasCodedValue t), which can be satisfied by the type sig for doDecodeIO.  But the
1142 restricted binding act = ... calls tcSimplifyRestricted, and PlanC simplifies the
1143 constraint using the (rather bogus) instance declaration, and now we are stuffed.
1144
1145 I claim this is not really a bug -- but it bit Sergey as well as George.  So here's
1146 plan D
1147
1148
1149 Plan D (a variant of plan B)
1150   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1151   with Plan A's problem), BUT DO NO IMPROVEMENT.  Then set
1152         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1153
1154   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1155   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1156
1157   The point here is that it's generally OK to have too few qtvs; that is,
1158   to make the thing more monomorphic than it could be.  We don't want to
1159   do that in the common cases, but in wierd cases it's ok: the programmer
1160   can always add a signature.  
1161
1162   Too few qtvs => too many wanteds, which is what happens if you do less
1163   improvement.
1164
1165
1166 \begin{code}
1167 tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
1168                         -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
1169         :: SDoc
1170         -> TopLevelFlag
1171         -> [Name]               -- Things bound in this group
1172         -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
1173         -> [Inst]               -- Free in the RHSs
1174         -> TcM ([TyVar],        -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
1175                 TcDictBinds)    -- Bindings
1176         -- tcSimpifyRestricted returns no constraints to
1177         -- quantify over; by definition there are none.
1178         -- They are all thrown back in the LIE
1179
1180 tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs tau_tvs wanteds
1181         -- Zonk everything in sight
1182   = do  { wanteds' <- mappM zonkInst wanteds
1183
1184         -- 'ReduceMe': Reduce as far as we can.  Don't stop at
1185         -- dicts; the idea is to get rid of as many type
1186         -- variables as possible, and we don't want to stop
1187         -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
1188         -- immediately, with no constraint on s.
1189         --
1190         -- BUT do no improvement!  See Plan D above
1191         -- HOWEVER, some unification may take place, if we instantiate
1192         --          a method Inst with an equality constraint
1193         ; let env = mkNoImproveRedEnv doc (\i -> ReduceMe AddSCs)
1194         ; (_imp, _binds, constrained_dicts) <- reduceContext env wanteds'
1195
1196         -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
1197         ; tau_tvs' <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
1198         ; gbl_tvs' <- tcGetGlobalTyVars
1199         ; constrained_dicts' <- mappM zonkInst constrained_dicts
1200
1201         ; let constrained_tvs' = tyVarsOfInsts constrained_dicts'
1202               qtvs = (tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs')
1203                          `minusVarSet` constrained_tvs'
1204         ; traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
1205                 pprInsts wanteds, pprInsts constrained_dicts',
1206                 ppr _binds,
1207                 ppr constrained_tvs', ppr tau_tvs', ppr qtvs ])
1208
1209         -- The first step may have squashed more methods than
1210         -- necessary, so try again, this time more gently, knowing the exact
1211         -- set of type variables to quantify over.
1212         --
1213         -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
1214         -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
1215         -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
1216         -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
1217         -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
1218         --
1219         -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
1220         -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
1221         -- just to float all constraints
1222         --
1223         -- At top level, we *do* squash methods becuase we want to 
1224         -- expose implicit parameters to the test that follows
1225         ; let is_nested_group = isNotTopLevel top_lvl
1226               try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs inst,
1227                            (is_nested_group || isDict inst) = Stop
1228                           | otherwise            = ReduceMe AddSCs
1229               env = mkNoImproveRedEnv doc try_me
1230         ; (_imp, binds, irreds) <- reduceContext env wanteds'
1231
1232         -- See "Notes on implicit parameters, Question 4: top level"
1233         ; ASSERT( all (isFreeWrtTyVars qtvs) irreds )   -- None should be captured
1234           if is_nested_group then
1235                 extendLIEs irreds
1236           else do { let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds
1237                   ; addTopIPErrs bndrs bad_ips
1238                   ; extendLIEs non_ips }
1239
1240         ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
1241         ; return (qtvs', binds) }
1242 \end{code}
1243
1244
1245 %************************************************************************
1246 %*                                                                      *
1247                 tcSimplifyRuleLhs
1248 %*                                                                      *
1249 %************************************************************************
1250
1251 On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
1252 getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
1253 as the available stuff for the RHS of the rule.
1254
1255 Example.  Consider the following left-hand side of a rule
1256         
1257         f (x == y) (y > z) = ...
1258
1259 If we typecheck this expression we get constraints
1260
1261         d1 :: Ord a, d2 :: Eq a
1262
1263 We do NOT want to "simplify" to the LHS
1264
1265         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a.
1266           f ((==) (eqFromOrd d1) x y) ((>) d1 y z) = ...
1267
1268 Instead we want 
1269
1270         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a, d2::Eq a.
1271           f ((==) d2 x y) ((>) d1 y z) = ...
1272
1273 Here is another example:
1274
1275         fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
1276         {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
1277
1278 In the rule, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But
1279 we *dont* want to get
1280
1281         forall dIntegralInt.
1282            fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
1283
1284 because the scsel will mess up RULE matching.  Instead we want
1285
1286         forall dIntegralInt, dNumInt.
1287           fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
1288
1289 Even if we have 
1290
1291         g (x == y) (y == z) = ..
1292
1293 where the two dictionaries are *identical*, we do NOT WANT
1294
1295         forall x::a, y::a, z::a, d1::Eq a
1296           f ((==) d1 x y) ((>) d1 y z) = ...
1297
1298 because that will only match if the dict args are (visibly) equal.
1299 Instead we want to quantify over the dictionaries separately.
1300
1301 In short, tcSimplifyRuleLhs must *only* squash LitInst and MethInts, leaving
1302 all dicts unchanged, with absolutely no sharing.  It's simpler to do this
1303 from scratch, rather than further parameterise simpleReduceLoop etc
1304
1305 \begin{code}
1306 tcSimplifyRuleLhs :: [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1307 tcSimplifyRuleLhs wanteds
1308   = go [] emptyBag wanteds
1309   where
1310     go dicts binds []
1311         = return (dicts, binds)
1312     go dicts binds (w:ws)
1313         | isDict w
1314         = go (w:dicts) binds ws
1315         | otherwise
1316         = do { w' <- zonkInst w  -- So that (3::Int) does not generate a call
1317                                  -- to fromInteger; this looks fragile to me
1318              ; lookup_result <- lookupSimpleInst w'
1319              ; case lookup_result of
1320                  GenInst ws' rhs -> go dicts (addBind binds w rhs) (ws' ++ ws)
1321                  NoInstance      -> pprPanic "tcSimplifyRuleLhs" (ppr w)
1322           }
1323 \end{code}
1324
1325 tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
1326 a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
1327 any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
1328 Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
1329 Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
1330 this bracket again at its usage site.
1331
1332 \begin{code}
1333 tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
1334 tcSimplifyBracket wanteds
1335   = do  { topCheckLoop doc wanteds
1336         ; return () }
1337   where
1338     doc = text "tcSimplifyBracket"
1339 \end{code}
1340
1341
1342 %************************************************************************
1343 %*                                                                      *
1344 \subsection{Filtering at a dynamic binding}
1345 %*                                                                      *
1346 %************************************************************************
1347
1348 When we have
1349         let ?x = R in B
1350
1351 we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
1352 step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
1353
1354 Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
1355
1356         f :: (?x::Int) => Char -> Char
1357         let ?x = 3 in f 'c'
1358
1359 then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
1360 force the binding for ?x to be of type Int.
1361
1362 \begin{code}
1363 tcSimplifyIPs :: [Inst]         -- The implicit parameters bound here
1364               -> [Inst]         -- Wanted
1365               -> TcM TcDictBinds
1366         -- We need a loop so that we do improvement, and then
1367         -- (next time round) generate a binding to connect the two
1368         --      let ?x = e in ?x
1369         -- Here the two ?x's have different types, and improvement 
1370         -- makes them the same.
1371
1372 tcSimplifyIPs given_ips wanteds
1373   = do  { wanteds'   <- mappM zonkInst wanteds
1374         ; given_ips' <- mappM zonkInst given_ips
1375                 -- Unusually for checking, we *must* zonk the given_ips
1376
1377         ; let env = mkRedEnv doc try_me given_ips'
1378         ; (improved, binds, irreds) <- reduceContext env wanteds'
1379
1380         ; if not improved then 
1381                 ASSERT( all is_free irreds )
1382                 do { extendLIEs irreds
1383                    ; return binds }
1384           else
1385                 tcSimplifyIPs given_ips wanteds }
1386   where
1387     doc    = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
1388     ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
1389     is_free inst = isFreeWrtIPs ip_set inst
1390
1391         -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
1392     try_me inst | is_free inst = Stop
1393                 | otherwise    = ReduceMe NoSCs
1394 \end{code}
1395
1396
1397 %************************************************************************
1398 %*                                                                      *
1399 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
1400 %*                                                                      *
1401 %************************************************************************
1402
1403 When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
1404 For example, we might have...
1405 \begin{verbatim}
1406 let f x = x + 1     -- orig local function (overloaded)
1407     f.1 = f Int     -- two instances of f
1408     f.2 = f Float
1409  in
1410     (f.1 5, f.2 6.7)
1411 \end{verbatim}
1412 The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
1413 where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
1414 upwards towards the top-level.  If the @Insts@ were binding-ified up
1415 there, they would have unresolvable references to @f@.
1416
1417 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
1418 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
1419 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
1420 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
1421
1422 \begin{code}
1423 bindInstsOfLocalFuns :: [Inst] -> [TcId] -> TcM TcDictBinds
1424 -- Simlifies only MethodInsts, and generate only bindings of form 
1425 --      fm = f tys dicts
1426 -- We're careful not to even generate bindings of the form
1427 --      d1 = d2
1428 -- You'd think that'd be fine, but it interacts with what is
1429 -- arguably a bug in Match.tidyEqnInfo (see notes there)
1430
1431 bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
1432   | null overloaded_ids
1433         -- Common case
1434   = extendLIEs wanteds          `thenM_`
1435     returnM emptyLHsBinds
1436
1437   | otherwise
1438   = do  { (irreds, binds) <- checkLoop env for_me
1439         ; extendLIEs not_for_me 
1440         ; extendLIEs irreds
1441         ; return binds }
1442   where
1443     env = mkRedEnv doc try_me []
1444     doc              = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
1445     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
1446     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
1447     (for_me, not_for_me) = partition (isMethodFor overloaded_set) wanteds
1448
1449     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids    -- There can occasionally be a lot of them
1450                                                 -- so it's worth building a set, so that
1451                                                 -- lookup (in isMethodFor) is faster
1452     try_me inst | isMethod inst = ReduceMe NoSCs
1453                 | otherwise     = Stop
1454 \end{code}
1455
1456
1457 %************************************************************************
1458 %*                                                                      *
1459 \subsection{Data types for the reduction mechanism}
1460 %*                                                                      *
1461 %************************************************************************
1462
1463 The main control over context reduction is here
1464
1465 \begin{code}
1466 data RedEnv 
1467   = RedEnv { red_doc    :: SDoc                 -- The context
1468            , red_try_me :: Inst -> WhatToDo
1469            , red_improve :: Bool                -- True <=> do improvement
1470            , red_givens :: [Inst]               -- All guaranteed rigid
1471                                                 -- Always dicts
1472                                                 -- but see Note [Rigidity]
1473            , red_stack  :: (Int, [Inst])        -- Recursion stack (for err msg)
1474                                                 -- See Note [RedStack]
1475   }
1476
1477 -- Note [Rigidity]
1478 -- The red_givens are rigid so far as cmpInst is concerned.
1479 -- There is one case where they are not totally rigid, namely in tcSimplifyIPs
1480 --      let ?x = e in ...
1481 -- Here, the given is (?x::a), where 'a' is not necy a rigid type
1482 -- But that doesn't affect the comparison, which is based only on mame.
1483
1484 -- Note [RedStack]
1485 -- The red_stack pair (n,insts) pair is just used for error reporting.
1486 -- 'n' is always the depth of the stack.
1487 -- The 'insts' is the stack of Insts being reduced: to produce X
1488 -- I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1489
1490
1491 mkRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> [Inst] -> RedEnv
1492 mkRedEnv doc try_me givens
1493   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1494              red_givens = givens, red_stack = (0,[]),
1495              red_improve = True }       
1496
1497 mkNoImproveRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> RedEnv
1498 -- Do not do improvement; no givens
1499 mkNoImproveRedEnv doc try_me
1500   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1501              red_givens = [], red_stack = (0,[]),
1502              red_improve = True }       
1503
1504 data WhatToDo
1505  = ReduceMe WantSCs     -- Try to reduce this
1506                         -- If there's no instance, add the inst to the 
1507                         -- irreductible ones, but don't produce an error 
1508                         -- message of any kind.
1509                         -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
1510
1511  | Stop         -- Return as irreducible unless it can
1512                         -- be reduced to a constant in one step
1513                         -- Do not add superclasses; see 
1514
1515 data WantSCs = NoSCs | AddSCs   -- Tells whether we should add the superclasses
1516                                 -- of a predicate when adding it to the avails
1517         -- The reason for this flag is entirely the super-class loop problem
1518         -- Note [SUPER-CLASS LOOP 1]
1519 \end{code}
1520
1521 %************************************************************************
1522 %*                                                                      *
1523 \subsection[reduce]{@reduce@}
1524 %*                                                                      *
1525 %************************************************************************
1526
1527
1528 \begin{code}
1529 reduceContext :: RedEnv
1530               -> [Inst]                 -- Wanted
1531               -> TcM (ImprovementDone,
1532                       TcDictBinds,      -- Dictionary bindings
1533                       [Inst])           -- Irreducible
1534
1535 reduceContext env wanteds
1536   = do  { traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1537              text "----------------------",
1538              red_doc env,
1539              text "given" <+> ppr (red_givens env),
1540              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1541              text "----------------------"
1542              ]))
1543
1544         -- Build the Avail mapping from "givens"
1545         ; init_state <- foldlM addGiven emptyAvails (red_givens env)
1546
1547         -- Do the real work
1548         ; avails <- reduceList env wanteds init_state
1549
1550         ; let improved = availsImproved avails
1551         ; (binds, irreds) <- extractResults avails wanteds
1552
1553         ; traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1554              text "----------------------",
1555              red_doc env,
1556              text "given" <+> ppr (red_givens env),
1557              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1558              text "----",
1559              text "avails" <+> pprAvails avails,
1560              text "improved =" <+> ppr improved,
1561              text "----------------------"
1562              ]))
1563
1564         ; return (improved, binds, irreds) }
1565
1566 tcImproveOne :: Avails -> Inst -> TcM ImprovementDone
1567 tcImproveOne avails inst
1568   | not (isDict inst) = return False
1569   | otherwise
1570   = do  { inst_envs <- tcGetInstEnvs
1571         ; let eqns = improveOne (classInstances inst_envs)
1572                                 (dictPred inst, pprInstArising inst)
1573                                 [ (dictPred p, pprInstArising p)
1574                                 | p <- availsInsts avails, isDict p ]
1575                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1576                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1577                 -- It does not have duplicates (good)
1578                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1579                 --    so that improve will see them separate
1580         ; traceTc (text "improveOne" <+> ppr inst)
1581         ; unifyEqns eqns }
1582
1583 unifyEqns :: [(Equation,(PredType,SDoc),(PredType,SDoc))] 
1584           -> TcM ImprovementDone
1585 unifyEqns [] = return False
1586 unifyEqns eqns
1587   = do  { traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))
1588         ; mappM_ unify eqns
1589         ; return True }
1590   where
1591     unify ((qtvs, pairs), what1, what2)
1592          = addErrCtxtM (mkEqnMsg what1 what2)   $
1593            tcInstTyVars (varSetElems qtvs)      `thenM` \ (_, _, tenv) ->
1594            mapM_ (unif_pr tenv) pairs
1595     unif_pr tenv (ty1,ty2) =  unifyType (substTy tenv ty1) (substTy tenv ty2)
1596
1597 pprEquationDoc (eqn, (p1,w1), (p2,w2)) = vcat [pprEquation eqn, nest 2 (ppr p1), nest 2 (ppr p2)]
1598
1599 mkEqnMsg (pred1,from1) (pred2,from2) tidy_env
1600   = do  { pred1' <- zonkTcPredType pred1; pred2' <- zonkTcPredType pred2
1601         ; let { pred1'' = tidyPred tidy_env pred1'; pred2'' = tidyPred tidy_env pred2' }
1602         ; let msg = vcat [ptext SLIT("When using functional dependencies to combine"),
1603                           nest 2 (sep [ppr pred1'' <> comma, nest 2 from1]), 
1604                           nest 2 (sep [ppr pred2'' <> comma, nest 2 from2])]
1605         ; return (tidy_env, msg) }
1606 \end{code}
1607
1608 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1609
1610 \begin{code}
1611 reduceList :: RedEnv -> [Inst] -> Avails -> TcM Avails
1612 reduceList env@(RedEnv {red_stack = (n,stk)}) wanteds state
1613   = do  { dopts <- getDOpts
1614 #ifdef DEBUG
1615         ; if n > 8 then
1616                 dumpTcRn (hang (ptext SLIT("Interesting! Context reduction stack depth") <+> int n) 
1617                              2 (ifPprDebug (nest 2 (pprStack stk))))
1618           else return ()
1619 #endif
1620         ; if n >= ctxtStkDepth dopts then
1621             failWithTc (reduceDepthErr n stk)
1622           else
1623             go wanteds state }
1624   where
1625     go []     state = return state
1626     go (w:ws) state = do { state' <- reduce (env {red_stack = (n+1, w:stk)}) w state
1627                          ; go ws state' }
1628
1629     -- Base case: we're done!
1630 reduce env wanted avails
1631     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1632   | Just avail <- findAvail avails wanted
1633   = returnM avails      
1634
1635   | otherwise
1636   = case red_try_me env wanted of {
1637     ; Stop -> try_simple (addIrred NoSCs)       -- See Note [No superclasses for Stop]
1638
1639     ; ReduceMe want_scs ->      -- It should be reduced
1640         reduceInst env avails wanted      `thenM` \ (avails, lookup_result) ->
1641         case lookup_result of
1642             NoInstance ->    -- No such instance!
1643                              -- Add it and its superclasses
1644                              addIrred want_scs avails wanted
1645
1646             GenInst [] rhs -> addWanted want_scs avails wanted rhs []
1647
1648             GenInst wanteds' rhs -> do  { avails1 <- addIrred NoSCs avails wanted
1649                                         ; avails2 <- reduceList env wanteds' avails1
1650                                         ; addWanted want_scs avails2 wanted rhs wanteds' }
1651                 -- Temporarily do addIrred *before* the reduceList, 
1652                 -- which has the effect of adding the thing we are trying
1653                 -- to prove to the database before trying to prove the things it
1654                 -- needs.  See note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1655                 -- NB: we must not do an addWanted before, because that adds the
1656                 --     superclasses too, and thaat can lead to a spurious loop; see
1657                 --     the examples in [SUPERCLASS-LOOP]
1658                 -- So we do an addIrred before, and then overwrite it afterwards with addWanted
1659
1660     }
1661   where
1662         -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1663         -- Works well for literals (1::Int) and constant dictionaries (d::Num Int)
1664         -- Don't bother for implication constraints, which take real work
1665     try_simple do_this_otherwise
1666       = do { res <- lookupSimpleInst wanted
1667            ; case res of
1668                 GenInst [] rhs -> addWanted AddSCs avails wanted rhs []
1669                 other          -> do_this_otherwise avails wanted }
1670 \end{code}
1671
1672
1673 Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
1674 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1675 But the above isn't enough.  Suppose we are *given* d1:Ord a,
1676 and want to deduce (d2:C [a]) where
1677
1678         class Ord a => C a where
1679         instance Ord [a] => C [a] where ...
1680
1681 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] from Ord [a], and then add the
1682 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1683 for Ord [a] (which is obtained from Ord a) with a superclass selection or we'll just
1684 build a loop! 
1685
1686 Here's another variant, immortalised in tcrun020
1687         class Monad m => C1 m
1688         class C1 m => C2 m x
1689         instance C2 Maybe Bool
1690 For the instance decl we need to build (C1 Maybe), and it's no good if
1691 we run around and add (C2 Maybe Bool) and its superclasses to the avails 
1692 before we search for C1 Maybe.
1693
1694 Here's another example 
1695         class Eq b => Foo a b
1696         instance Eq a => Foo [a] a
1697 If we are reducing
1698         (Foo [t] t)
1699
1700 we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
1701 then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1702
1703 At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
1704 in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
1705 becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
1706 I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
1707 simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Stop
1708 first time, but reducible next time.
1709
1710 Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
1711 when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
1712
1713
1714 Note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1715 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1716 Consider 
1717     data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
1718     
1719     instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
1720         ZeroD     == ZeroD     = True
1721         (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
1722         _         == _         = False;
1723     
1724     equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
1725     equalDC = (==);
1726
1727 We need to prove (Eq (D [])).  Here's how we go:
1728
1729         d1 : Eq (D [])
1730
1731 by instance decl, holds if
1732         d2 : Eq [D []]
1733         where   d1 = dfEqD d2
1734
1735 by instance decl of Eq, holds if
1736         d3 : D []
1737         where   d2 = dfEqList d3
1738                 d1 = dfEqD d2
1739
1740 But now we can "tie the knot" to give
1741
1742         d3 = d1
1743         d2 = dfEqList d3
1744         d1 = dfEqD d2
1745
1746 and it'll even run!  The trick is to put the thing we are trying to prove
1747 (in this case Eq (D []) into the database before trying to prove its
1748 contributing clauses.
1749         
1750
1751 %************************************************************************
1752 %*                                                                      *
1753                 Reducing a single constraint
1754 %*                                                                      *
1755 %************************************************************************
1756
1757 \begin{code}
1758 ---------------------------------------------
1759 reduceInst :: RedEnv -> Avails -> Inst -> TcM (Avails, LookupInstResult)
1760 reduceInst env avails (ImplicInst { tci_tyvars = tvs, tci_reft = reft, tci_loc = loc,
1761                                     tci_given = extra_givens, tci_wanted = wanteds })
1762   = reduceImplication env avails reft tvs extra_givens wanteds loc
1763
1764 reduceInst env avails other_inst
1765   = do  { result <- lookupSimpleInst other_inst
1766         ; return (avails, result) }
1767 \end{code}
1768
1769 \begin{code}
1770 ---------------------------------------------
1771 reduceImplication :: RedEnv
1772                  -> Avails
1773                  -> Refinement  -- May refine the givens; often empty
1774                  -> [TcTyVar]   -- Quantified type variables; all skolems
1775                  -> [Inst]      -- Extra givens; all rigid
1776                  -> [Inst]      -- Wanted
1777                  -> InstLoc
1778                  -> TcM (Avails, LookupInstResult)
1779 \end{code}
1780
1781 Suppose we are simplifying the constraint
1782         forall bs. extras => wanted
1783 in the context of an overall simplification problem with givens 'givens',
1784 and refinment 'reft'.
1785
1786 Note that
1787   * The refinement is often empty
1788
1789   * The 'extra givens' need not mention any of the quantified type variables
1790         e.g.    forall {}. Eq a => Eq [a]
1791                 forall {}. C Int => D (Tree Int)
1792
1793     This happens when you have something like
1794         data T a where
1795           T1 :: Eq a => a -> T a
1796
1797         f :: T a -> Int
1798         f x = ...(case x of { T1 v -> v==v })...
1799
1800 \begin{code}
1801         -- ToDo: should we instantiate tvs?  I think it's not necessary
1802         --
1803         -- ToDo: what about improvement?  There may be some improvement
1804         --       exposed as a result of the simplifications done by reduceList
1805         --       which are discarded if we back off.  
1806         --       This is almost certainly Wrong, but we'll fix it when dealing
1807         --       better with equality constraints
1808 reduceImplication env orig_avails reft tvs extra_givens wanteds inst_loc
1809   = do  {       -- Add refined givens, and the extra givens
1810           (refined_red_givens, avails) 
1811                 <- if isEmptyRefinement reft then return (red_givens env, orig_avails)
1812                    else foldlM (addRefinedGiven reft) ([], orig_avails) (red_givens env)
1813         ; avails <- foldlM addGiven avails extra_givens
1814
1815                 -- Solve the sub-problem
1816         ; let try_me inst = ReduceMe AddSCs     -- Note [Freeness and implications]
1817               env' = env { red_givens = refined_red_givens ++ extra_givens
1818                          , red_try_me = try_me }
1819
1820         ; traceTc (text "reduceImplication" <+> vcat
1821                         [ ppr orig_avails,
1822                           ppr (red_givens env), ppr extra_givens, 
1823                           ppr reft, ppr wanteds, ppr avails ])
1824         ; avails <- reduceList env' wanteds avails
1825
1826                 -- Extract the binding
1827         ; (binds, irreds) <- extractResults avails wanteds
1828  
1829                 -- We always discard the extra avails we've generated;
1830                 -- but we remember if we have done any (global) improvement
1831         ; let ret_avails = updateImprovement orig_avails avails
1832
1833         ; if isEmptyLHsBinds binds then         -- No progress
1834                 return (ret_avails, NoInstance)
1835           else do
1836         { (implic_insts, bind) <- makeImplicationBind inst_loc tvs reft extra_givens irreds
1837                         -- This binding is useless if the recursive simplification
1838                         -- made no progress; but currently we don't try to optimise that
1839                         -- case.  After all, we only try hard to reduce at top level, or
1840                         -- when inferring types.
1841
1842         ; let   dict_ids = map instToId extra_givens
1843                 co  = mkWpTyLams tvs <.> mkWpLams dict_ids <.> WpLet (binds `unionBags` bind)
1844                 rhs = mkHsWrap co payload
1845                 loc = instLocSpan inst_loc
1846                 payload | isSingleton wanteds = HsVar (instToId (head wanteds))
1847                         | otherwise = ExplicitTuple (map (L loc . HsVar . instToId) wanteds) Boxed
1848
1849                 -- If there are any irreds, we back off and return NoInstance
1850         ; return (ret_avails, GenInst implic_insts (L loc rhs))
1851   } }
1852 \end{code}
1853
1854 Note [Freeness and implications]
1855 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1856 It's hard to say when an implication constraint can be floated out.  Consider
1857         forall {} Eq a => Foo [a]
1858 The (Foo [a]) doesn't mention any of the quantified variables, but it
1859 still might be partially satisfied by the (Eq a). 
1860
1861 There is a useful special case when it *is* easy to partition the 
1862 constraints, namely when there are no 'givens'.  Consider
1863         forall {a}. () => Bar b
1864 There are no 'givens', and so there is no reason to capture (Bar b).
1865 We can let it float out.  But if there is even one constraint we
1866 must be much more careful:
1867         forall {a}. C a b => Bar (m b)
1868 because (C a b) might have a superclass (D b), from which we might 
1869 deduce (Bar [b]) when m later gets instantiated to [].  Ha!
1870
1871 Here is an even more exotic example
1872         class C a => D a b
1873 Now consider the constraint
1874         forall b. D Int b => C Int
1875 We can satisfy the (C Int) from the superclass of D, so we don't want
1876 to float the (C Int) out, even though it mentions no type variable in
1877 the constraints!
1878
1879 Note [Pruning the givens in an implication constraint]
1880 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1881 Suppose we are about to form the implication constraint
1882         forall tvs.  Eq a => Ord b
1883 The (Eq a) cannot contribute to the (Ord b), because it has no access to
1884 the type variable 'b'.  So we could filter out the (Eq a) from the givens.
1885
1886 Doing so would be a bit tidier, but all the implication constraints get
1887 simplified away by the optimiser, so it's no great win.   So I don't take
1888 advantage of that at the moment.
1889
1890 If you do, BE CAREFUL of wobbly type variables.
1891
1892
1893 %************************************************************************
1894 %*                                                                      *
1895                 Avails and AvailHow: the pool of evidence
1896 %*                                                                      *
1897 %************************************************************************
1898
1899
1900 \begin{code}
1901 data Avails = Avails !ImprovementDone !AvailEnv
1902
1903 type ImprovementDone = Bool     -- True <=> some unification has happened
1904                                 -- so some Irreds might now be reducible
1905                                 -- keys that are now 
1906
1907 type AvailEnv = FiniteMap Inst AvailHow
1908 data AvailHow
1909   = IsIrred             -- Used for irreducible dictionaries,
1910                         -- which are going to be lambda bound
1911
1912   | Given TcId          -- Used for dictionaries for which we have a binding
1913                         -- e.g. those "given" in a signature
1914
1915   | Rhs                 -- Used when there is a RHS
1916         (LHsExpr TcId)  -- The RHS
1917         [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
1918
1919 instance Outputable Avails where
1920   ppr = pprAvails
1921
1922 pprAvails (Avails imp avails)
1923   = vcat [ ptext SLIT("Avails") <> (if imp then ptext SLIT("[improved]") else empty)
1924          , nest 2 (vcat [sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> ppr avail)]
1925                         | (inst,avail) <- fmToList avails ])]
1926
1927 instance Outputable AvailHow where
1928     ppr = pprAvail
1929
1930 -------------------------
1931 pprAvail :: AvailHow -> SDoc
1932 pprAvail IsIrred        = text "Irred"
1933 pprAvail (Given x)      = text "Given" <+> ppr x
1934 pprAvail (Rhs rhs bs)   = text "Rhs" <+> ppr rhs <+> braces (ppr bs)
1935
1936 -------------------------
1937 extendAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> AvailHow -> AvailEnv
1938 extendAvailEnv env inst avail = addToFM env inst avail
1939
1940 findAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> Maybe AvailHow
1941 findAvailEnv env wanted = lookupFM env wanted
1942         -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
1943         --  *not* by unique.  So
1944         --      d1::C Int ==  d2::C Int
1945
1946 emptyAvails :: Avails
1947 emptyAvails = Avails False emptyFM
1948
1949 findAvail :: Avails -> Inst -> Maybe AvailHow
1950 findAvail (Avails _ avails) wanted = findAvailEnv avails wanted
1951
1952 elemAvails :: Inst -> Avails -> Bool
1953 elemAvails wanted (Avails _ avails) = wanted `elemFM` avails
1954
1955 extendAvails :: Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
1956 -- Does improvement
1957 extendAvails avails@(Avails imp env) inst avail 
1958   = do  { imp1 <- tcImproveOne avails inst      -- Do any improvement
1959         ; return (Avails (imp || imp1) (extendAvailEnv env inst avail)) }
1960
1961 availsInsts :: Avails -> [Inst]
1962 availsInsts (Avails _ avails) = keysFM avails
1963
1964 availsImproved (Avails imp _) = imp
1965
1966 updateImprovement :: Avails -> Avails -> Avails
1967 -- (updateImprovement a1 a2) sets a1's improvement flag from a2
1968 updateImprovement (Avails _ avails1) (Avails imp2 _) = Avails imp2 avails1
1969 \end{code}
1970
1971 Extracting the bindings from a bunch of Avails.
1972 The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
1973 We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
1974 dependency analyser can sort them out later
1975
1976 \begin{code}
1977 extractResults :: Avails
1978                -> [Inst]                -- Wanted
1979                -> TcM ( TcDictBinds,    -- Bindings
1980                         [Inst])         -- Irreducible ones
1981
1982 extractResults (Avails _ avails) wanteds
1983   = go avails emptyBag [] wanteds
1984   where
1985     go :: AvailEnv -> TcDictBinds -> [Inst] -> [Inst]
1986         -> TcM (TcDictBinds, [Inst])
1987     go avails binds irreds [] 
1988       = returnM (binds, irreds)
1989
1990     go avails binds irreds (w:ws)
1991       = case findAvailEnv avails w of
1992           Nothing    -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
1993                         go avails binds irreds ws
1994
1995           Just IsIrred -> go (add_given avails w) binds (w:irreds) ws
1996
1997           Just (Given id) 
1998                 | id == instToId w
1999                 -> go avails binds irreds ws 
2000                 -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
2001                 -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
2002
2003                 | otherwise
2004                 -> go avails (addBind binds w (nlHsVar id)) irreds ws
2005
2006           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds irreds (ws' ++ ws)
2007                              where
2008                                 new_binds = addBind binds w rhs
2009
2010     add_given avails w = extendAvailEnv avails w (Given (instToId w))
2011
2012 addBind binds inst rhs = binds `unionBags` unitBag (L (instSpan inst) 
2013                                                       (VarBind (instToId inst) rhs))
2014 \end{code}
2015
2016
2017 Note [No superclasses for Stop]
2018 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2019 When we decide not to reduce an Inst -- the 'WhatToDo' --- we still
2020 add it to avails, so that any other equal Insts will be commoned up
2021 right here.  However, we do *not* add superclasses.  If we have
2022         df::Floating a
2023         dn::Num a
2024 but a is not bound here, then we *don't* want to derive dn from df
2025 here lest we lose sharing.
2026
2027 \begin{code}
2028 addWanted :: WantSCs -> Avails -> Inst -> LHsExpr TcId -> [Inst] -> TcM Avails
2029 addWanted want_scs avails wanted rhs_expr wanteds
2030   = addAvailAndSCs want_scs avails wanted avail
2031   where
2032     avail = Rhs rhs_expr wanteds
2033
2034 addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
2035 addGiven avails given = addAvailAndSCs AddSCs avails given (Given (instToId given))
2036         -- Always add superclasses for 'givens'
2037         --
2038         -- No ASSERT( not (given `elemAvails` avails) ) because in an instance
2039         -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
2040         -- so the assert isn't true
2041
2042 addRefinedGiven :: Refinement -> ([Inst], Avails) -> Inst -> TcM ([Inst], Avails)
2043 addRefinedGiven reft (refined_givens, avails) given
2044   | isDict given        -- We sometimes have 'given' methods, but they
2045                         -- are always optional, so we can drop them
2046   , let pred = dictPred given
2047   , isRefineablePred pred       -- See Note [ImplicInst rigidity]
2048   , Just (co, pred) <- refinePred reft pred
2049   = do  { new_given <- newDictBndr (instLoc given) pred
2050         ; let rhs = L (instSpan given) $
2051                     HsWrap (WpCo co) (HsVar (instToId given))
2052         ; avails <- addAvailAndSCs AddSCs avails new_given (Rhs rhs [given])
2053         ; return (new_given:refined_givens, avails) }
2054             -- ToDo: the superclasses of the original given all exist in Avails 
2055             -- so we could really just cast them, but it's more awkward to do,
2056             -- and hopefully the optimiser will spot the duplicated work
2057   | otherwise
2058   = return (refined_givens, avails)
2059 \end{code}
2060
2061 Note [ImplicInst rigidity]
2062 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2063 Consider
2064         C :: forall ab. (Eq a, Ord b) => b -> T a
2065         
2066         ...(case x of C v -> <body>)...
2067
2068 From the case (where x::T ty) we'll get an implication constraint
2069         forall b. (Eq ty, Ord b) => <body-constraints>
2070 Now suppose <body-constraints> itself has an implication constraint 
2071 of form
2072         forall c. <reft> => <payload>
2073 Then, we can certainly apply the refinement <reft> to the Ord b, becuase it is
2074 existential, but we probably should not apply it to the (Eq ty) because it may
2075 be wobbly. Hence the isRigidInst
2076
2077 @Insts@ are ordered by their class/type info, rather than by their
2078 unique.  This allows the context-reduction mechanism to use standard finite
2079 maps to do their stuff.  It's horrible that this code is here, rather
2080 than with the Avails handling stuff in TcSimplify
2081
2082 \begin{code}
2083 addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2084 addIrred want_scs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemAvails` avails), ppr irred $$ ppr avails )
2085                                  addAvailAndSCs want_scs avails irred IsIrred
2086
2087 addAvailAndSCs :: WantSCs -> Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
2088 addAvailAndSCs want_scs avails inst avail
2089   | not (isClassDict inst) = extendAvails avails inst avail
2090   | NoSCs <- want_scs      = extendAvails avails inst avail
2091   | otherwise              = do { traceTc (text "addAvailAndSCs" <+> vcat [ppr inst, ppr deps])
2092                                 ; avails' <- extendAvails avails inst avail
2093                                 ; addSCs is_loop avails' inst }
2094   where
2095     is_loop pred = any (`tcEqType` mkPredTy pred) dep_tys
2096                         -- Note: this compares by *type*, not by Unique
2097     deps         = findAllDeps (unitVarSet (instToId inst)) avail
2098     dep_tys      = map idType (varSetElems deps)
2099
2100     findAllDeps :: IdSet -> AvailHow -> IdSet
2101     -- Find all the Insts that this one depends on
2102     -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2103     -- Watch out, though.  Since the avails may contain loops 
2104     -- (see Note [RECURSIVE DICTIONARIES]), so we need to track the ones we've seen so far
2105     findAllDeps so_far (Rhs _ kids) = foldl find_all so_far kids
2106     findAllDeps so_far other        = so_far
2107
2108     find_all :: IdSet -> Inst -> IdSet
2109     find_all so_far kid
2110       | kid_id `elemVarSet` so_far         = so_far
2111       | Just avail <- findAvail avails kid = findAllDeps so_far' avail
2112       | otherwise                          = so_far'
2113       where
2114         so_far' = extendVarSet so_far kid_id    -- Add the new kid to so_far
2115         kid_id = instToId kid
2116
2117 addSCs :: (TcPredType -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2118         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
2119         -- The first param says "dont do this because the original thing
2120         --      depends on this one, so you'd build a loop"
2121         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
2122
2123 addSCs is_loop avails dict
2124   = ASSERT( isDict dict )
2125     do  { sc_dicts <- newDictBndrs (instLoc dict) sc_theta'
2126         ; foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels) }
2127   where
2128     (clas, tys) = getDictClassTys dict
2129     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
2130     sc_theta' = substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
2131
2132     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)
2133       | is_loop (dictPred sc_dict) = return avails      -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2134       | is_given sc_dict           = return avails
2135       | otherwise                  = do { avails' <- extendAvails avails sc_dict (Rhs sc_sel_rhs [dict])
2136                                         ; addSCs is_loop avails' sc_dict }
2137       where
2138         sc_sel_rhs = L (instSpan dict) (HsWrap co_fn (HsVar sc_sel))
2139         co_fn      = WpApp (instToId dict) <.> mkWpTyApps tys
2140
2141     is_given :: Inst -> Bool
2142     is_given sc_dict = case findAvail avails sc_dict of
2143                           Just (Given _) -> True        -- Given is cheaper than superclass selection
2144                           other          -> False       
2145 \end{code}
2146
2147 %************************************************************************
2148 %*                                                                      *
2149 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
2150 %*                                                                      *
2151 %************************************************************************
2152
2153
2154 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
2155 and ambiguous Insts.
2156
2157 We need to be careful of one case.  Suppose we have
2158
2159         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
2160
2161 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
2162 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
2163
2164 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
2165
2166
2167 \begin{code}
2168 tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
2169 tcSimplifyTop wanteds
2170   = tc_simplify_top doc False wanteds
2171   where 
2172     doc = text "tcSimplifyTop"
2173
2174 tcSimplifyInteractive wanteds
2175   = tc_simplify_top doc True wanteds
2176   where 
2177     doc = text "tcSimplifyInteractive"
2178
2179 -- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
2180 -- error message generation for the monomorphism restriction
2181 tc_simplify_top doc interactive wanteds
2182   = do  { wanteds <- mapM zonkInst wanteds
2183         ; mapM_ zonkTopTyVar (varSetElems (tyVarsOfInsts wanteds))
2184
2185         ; (irreds1, binds1) <- topCheckLoop doc wanteds
2186
2187         ; if null irreds1 then 
2188                 return binds1
2189           else do
2190         -- OK, so there are some errors
2191         {       -- Use the defaulting rules to do extra unification
2192                 -- NB: irreds are already zonked
2193         ; extended_default <- if interactive then return True
2194                               else doptM Opt_ExtendedDefaultRules
2195         ; disambiguate extended_default irreds1 -- Does unification
2196         ; (irreds2, binds2) <- topCheckLoop doc irreds1
2197
2198                 -- Deal with implicit parameter
2199         ; let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds2
2200               (ambigs, others)   = partition isTyVarDict non_ips
2201
2202         ; topIPErrs bad_ips     -- Can arise from   f :: Int -> Int
2203                                 --                  f x = x + ?y
2204         ; addNoInstanceErrs others
2205         ; addTopAmbigErrs ambigs        
2206
2207         ; return (binds1 `unionBags` binds2) }}
2208 \end{code}
2209
2210 If a dictionary constrains a type variable which is
2211         * not mentioned in the environment
2212         * and not mentioned in the type of the expression
2213 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
2214 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
2215 parameter to a function.
2216
2217 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
2218 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
2219 Specifically, if
2220         * at least one of its classes is a numeric class, and
2221         * all of its classes are numeric or standard
2222 then the type variable can be defaulted to the first type in the
2223 default-type list which is an instance of all the offending classes.
2224
2225 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
2226 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
2227 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
2228 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
2229
2230 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
2231 the same type variable.
2232
2233 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
2234 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
2235 the most common use of defaulting is code like:
2236 \begin{verbatim}
2237         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
2238 \end{verbatim}
2239 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
2240 @void@.
2241
2242 \begin{code}
2243 disambiguate :: Bool -> [Inst] -> TcM ()
2244         -- Just does unification to fix the default types
2245         -- The Insts are assumed to be pre-zonked
2246 disambiguate extended_defaulting insts
2247   | null defaultable_groups
2248   = do { traceTc (text "disambigutate" <+> vcat [ppr unaries, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
2249         ;     return () }
2250   | otherwise
2251   = do  {       -- Figure out what default types to use
2252           mb_defaults <- getDefaultTys
2253         ; default_tys <- case mb_defaults of
2254                            Just tys -> return tys
2255                            Nothing  ->  -- No use-supplied default;
2256                                         -- use [Integer, Double]
2257                                 do { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
2258                                    ; checkWiredInTyCon doubleTyCon
2259                                    ; return [integer_ty, doubleTy] }
2260         ; traceTc (text "disambigutate" <+> vcat [ppr unaries, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
2261         ; mapM_ (disambigGroup default_tys) defaultable_groups  }
2262   where
2263    unaries :: [(Inst,Class, TcTyVar)]  -- (C tv) constraints
2264    bad_tvs :: TcTyVarSet          -- Tyvars mentioned by *other* constraints
2265    (unaries, bad_tvs) = getDefaultableDicts insts
2266
2267                 -- Group by type variable
2268    defaultable_groups :: [[(Inst,Class,TcTyVar)]]
2269    defaultable_groups = filter defaultable_group (equivClasses cmp_tv unaries)
2270    cmp_tv (_,_,tv1) (_,_,tv2) = tv1 `compare` tv2
2271
2272    defaultable_group :: [(Inst,Class,TcTyVar)] -> Bool
2273    defaultable_group ds@((_,_,tv):_)
2274         =  not (isImmutableTyVar tv)    -- Note [Avoiding spurious errors]
2275         && not (tv `elemVarSet` bad_tvs)
2276         && defaultable_classes [c | (_,c,_) <- ds]
2277    defaultable_group [] = panic "defaultable_group"
2278
2279    defaultable_classes clss 
2280         | extended_defaulting = any isInteractiveClass clss
2281         | otherwise = all isStandardClass clss && any isNumericClass clss
2282
2283         -- In interactive mode, or with -fextended-default-rules,
2284         -- we default Show a to Show () to avoid graututious errors on "show []"
2285    isInteractiveClass cls 
2286         = isNumericClass cls
2287         || (classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
2288
2289
2290 disambigGroup :: [Type]                 -- The default types
2291               -> [(Inst,Class,TcTyVar)] -- All standard classes of form (C a)
2292               -> TcM () -- Just does unification, to fix the default types
2293
2294 disambigGroup default_tys dicts
2295   = try_default default_tys
2296   where
2297     (_,_,tyvar) = head dicts    -- Should be non-empty
2298     classes = [c | (_,c,_) <- dicts]
2299
2300     try_default [] = return ()
2301     try_default (default_ty : default_tys)
2302       = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $
2303         do { tcSimplifyDefault [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
2304                 -- This may fail; then the tryTcLIE_ kicks in
2305                 -- Failure here is caused by there being no type in the
2306                 -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
2307                 -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
2308                 -- default list is Int.
2309
2310                 -- After this we can't fail
2311            ; warnDefault dicts default_ty
2312            ; unifyType default_ty (mkTyVarTy tyvar) }
2313 \end{code}
2314
2315 Note [Avoiding spurious errors]
2316 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2317 When doing the unification for defaulting, we check for skolem
2318 type variables, and simply don't default them.  For example:
2319    f = (*)      -- Monomorphic
2320    g :: Num a => a -> a
2321    g x = f x x
2322 Here, we get a complaint when checking the type signature for g,
2323 that g isn't polymorphic enough; but then we get another one when
2324 dealing with the (Num a) context arising from f's definition;
2325 we try to unify a with Int (to default it), but find that it's
2326 already been unified with the rigid variable from g's type sig
2327
2328
2329 %************************************************************************
2330 %*                                                                      *
2331 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
2332 %*                                                                      *
2333 %************************************************************************
2334
2335 Much simpler versions when there are no bindings to make!
2336
2337 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
2338 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
2339 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
2340
2341 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
2342 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
2343 instance declarations.
2344
2345 \begin{code}
2346 tcSimplifyDeriv :: InstOrigin
2347                 -> [TyVar]      
2348                 -> ThetaType            -- Wanted
2349                 -> TcM ThetaType        -- Needed
2350 -- Given  instance (wanted) => C inst_ty 
2351 -- Simplify 'wanted' as much as possible
2352 -- The inst_ty is needed only for the termination check
2353
2354 tcSimplifyDeriv orig tyvars theta
2355   = do  { (tvs, _, tenv) <- tcInstTyVars tyvars
2356         -- The main loop may do unification, and that may crash if 
2357         -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
2358         -- ToDo: what if two of them do get unified?
2359         ; wanteds <- newDictBndrsO orig (substTheta tenv theta)
2360         ; (irreds, _) <- topCheckLoop doc wanteds
2361
2362         ; let (dicts, non_dicts) = partition isDict irreds
2363                                         -- Exclude implication consraints
2364         ; addNoInstanceErrs non_dicts   -- I'm not sure if these can really happen
2365
2366         ; let rev_env = zipTopTvSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
2367               simpl_theta = substTheta rev_env (map dictPred dicts)
2368                 -- This reverse-mapping is a Royal Pain, 
2369                 -- but the result should mention TyVars not TcTyVars
2370
2371         ; return simpl_theta }
2372   where
2373     doc = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
2374 \end{code}
2375
2376 Note [Deriving context]
2377 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2378 With -fglasgow-exts, we allow things like (C Int a) in the simplified
2379 context for a derived instance declaration, because at a use of this
2380 instance, we might know that a=Bool, and have an instance for (C Int
2381 Bool)
2382
2383 We nevertheless insist that each predicate meets the termination
2384 conditions. If not, the deriving mechanism generates larger and larger
2385 constraints.  Example:
2386   data Succ a = S a
2387   data Seq a = Cons a (Seq (Succ a)) | Nil deriving Show
2388
2389 Note the lack of a Show instance for Succ.  First we'll generate
2390   instance (Show (Succ a), Show a) => Show (Seq a)
2391 and then
2392   instance (Show (Succ (Succ a)), Show (Succ a), Show a) => Show (Seq a)
2393 and so on.  Instead we want to complain of no instance for (Show (Succ a)).
2394   
2395
2396
2397 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
2398 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
2399 whether it worked or not.
2400
2401 \begin{code}
2402 tcSimplifyDefault :: ThetaType  -- Wanted; has no type variables in it
2403                   -> TcM ()
2404
2405 tcSimplifyDefault theta
2406   = newDictBndrsO DefaultOrigin theta   `thenM` \ wanteds ->
2407     topCheckLoop doc wanteds            `thenM` \ (irreds, _) ->
2408     addNoInstanceErrs  irreds           `thenM_`
2409     if null irreds then
2410         returnM ()
2411     else
2412         failM
2413   where
2414     doc = ptext SLIT("default declaration")
2415 \end{code}
2416
2417
2418 %************************************************************************
2419 %*                                                                      *
2420 \section{Errors and contexts}
2421 %*                                                                      *
2422 %************************************************************************
2423
2424 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
2425 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
2426 now?
2427
2428 \begin{code}
2429 groupErrs :: ([Inst] -> TcM ()) -- Deal with one group
2430           -> [Inst]             -- The offending Insts
2431           -> TcM ()
2432 -- Group together insts with the same origin
2433 -- We want to report them together in error messages
2434
2435 groupErrs report_err [] 
2436   = returnM ()
2437 groupErrs report_err (inst:insts) 
2438   = do_one (inst:friends)               `thenM_`
2439     groupErrs report_err others
2440
2441   where
2442         -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
2443         --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
2444         --  and it avoids need equality on InstLocs.)
2445    (friends, others) = partition is_friend insts
2446    loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
2447    is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
2448    do_one insts = addInstCtxt (instLoc (head insts)) (report_err insts)
2449                 -- Add location and context information derived from the Insts
2450
2451 -- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
2452 addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
2453 addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstArising (head insts))
2454
2455 addTopIPErrs :: [Name] -> [Inst] -> TcM ()
2456 addTopIPErrs bndrs [] 
2457   = return ()
2458 addTopIPErrs bndrs ips
2459   = addErrTcM (tidy_env, mk_msg tidy_ips)
2460   where
2461     (tidy_env, tidy_ips) = tidyInsts ips
2462     mk_msg ips = vcat [sep [ptext SLIT("Implicit parameters escape from"),
2463                             nest 2 (ptext SLIT("the monomorphic top-level binding") 
2464                                             <> plural bndrs <+> ptext SLIT("of")
2465                                             <+> pprBinders bndrs <> colon)],
2466                        nest 2 (vcat (map ppr_ip ips)),
2467                        monomorphism_fix]
2468     ppr_ip ip = pprPred (dictPred ip) <+> pprInstArising ip
2469
2470 topIPErrs :: [Inst] -> TcM ()
2471 topIPErrs dicts
2472   = groupErrs report tidy_dicts
2473   where
2474     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2475     report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
2476     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> 
2477                                      plural tidy_dicts <+> pprDictsTheta tidy_dicts)
2478
2479 addNoInstanceErrs :: [Inst]     -- Wanted (can include implications)
2480                   -> TcM ()     
2481 addNoInstanceErrs insts
2482   = do  { let (tidy_env, tidy_insts) = tidyInsts insts
2483         ; reportNoInstances tidy_env Nothing tidy_insts }
2484
2485 reportNoInstances 
2486         :: TidyEnv
2487         -> Maybe (InstLoc, [Inst])      -- Context
2488                         -- Nothing => top level
2489                         -- Just (d,g) => d describes the construct
2490                         --               with givens g
2491         -> [Inst]       -- What is wanted (can include implications)
2492         -> TcM ()       
2493
2494 reportNoInstances tidy_env mb_what insts 
2495   = groupErrs (report_no_instances tidy_env mb_what) insts
2496
2497 report_no_instances tidy_env mb_what insts
2498   = do  { inst_envs <- tcGetInstEnvs
2499         ; let (implics, insts1)  = partition isImplicInst insts
2500               (insts2, overlaps) = partitionWith (check_overlap inst_envs) insts1
2501         ; traceTc (text "reportNoInstnces" <+> vcat 
2502                         [ppr implics, ppr insts1, ppr insts2])
2503         ; mapM_ complain_implic implics
2504         ; mapM_ (\doc -> addErrTcM (tidy_env, doc)) overlaps
2505         ; groupErrs complain_no_inst insts2 }
2506   where
2507     complain_no_inst insts = addErrTcM (tidy_env, mk_no_inst_err insts)
2508
2509     complain_implic inst        -- Recurse!
2510       = reportNoInstances tidy_env 
2511                           (Just (tci_loc inst, tci_given inst)) 
2512                           (tci_wanted inst)
2513
2514     check_overlap :: (InstEnv,InstEnv) -> Inst -> Either Inst SDoc
2515         -- Right msg  => overlap message
2516         -- Left  inst => no instance
2517     check_overlap inst_envs wanted
2518         | not (isClassDict wanted) = Left wanted
2519         | otherwise
2520         = case lookupInstEnv inst_envs clas tys of
2521                 -- The case of exactly one match and no unifiers means
2522                 -- a successful lookup.  That can't happen here, becuase
2523                 -- dicts only end up here if they didn't match in Inst.lookupInst
2524 #ifdef DEBUG
2525                 ([m],[]) -> pprPanic "reportNoInstance" (ppr wanted)
2526 #endif
2527                 ([], _)  -> Left wanted         -- No match
2528                 res      -> Right (mk_overlap_msg wanted res)
2529           where
2530             (clas,tys) = getDictClassTys wanted
2531
2532     mk_overlap_msg dict (matches, unifiers)
2533       = vcat [  addInstLoc [dict] ((ptext SLIT("Overlapping instances for") 
2534                                         <+> pprPred (dictPred dict))),
2535                 sep [ptext SLIT("Matching instances") <> colon,
2536                      nest 2 (vcat [pprInstances ispecs, pprInstances unifiers])],
2537                 ASSERT( not (null matches) )
2538                 if not (isSingleton matches)
2539                 then    -- Two or more matches
2540                      empty
2541                 else    -- One match, plus some unifiers
2542                 ASSERT( not (null unifiers) )
2543                 parens (vcat [ptext SLIT("The choice depends on the instantiation of") <+>
2544                                  quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInst dict))),
2545                               ptext SLIT("Use -fallow-incoherent-instances to use the first choice above")])]
2546       where
2547         ispecs = [ispec | (_, ispec) <- matches]
2548
2549     mk_no_inst_err insts
2550       | null insts = empty
2551
2552       | Just (loc, givens) <- mb_what,   -- Nested (type signatures, instance decls)
2553         not (isEmptyVarSet (tyVarsOfInsts insts))
2554       = vcat [ addInstLoc insts $
2555                sep [ ptext SLIT("Could not deduce") <+> pprDictsTheta insts
2556                    , nest 2 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprDictsTheta givens]
2557              , show_fixes (fix1 loc : fixes2) ]
2558
2559       | otherwise       -- Top level 
2560       = vcat [ addInstLoc insts $
2561                ptext SLIT("No instance") <> plural insts
2562                     <+> ptext SLIT("for") <+> pprDictsTheta insts
2563              , show_fixes fixes2 ]
2564
2565       where
2566         fix1 loc = sep [ ptext SLIT("add") <+> pprDictsTheta insts
2567                                  <+> ptext SLIT("to the context of"),
2568                          nest 2 (ppr (instLocOrigin loc)) ]
2569                          -- I'm not sure it helps to add the location
2570                          -- nest 2 (ptext SLIT("at") <+> ppr (instLocSpan loc)) ]
2571
2572         fixes2 | null instance_dicts = []
2573                | otherwise           = [sep [ptext SLIT("add an instance declaration for"),
2574                                         pprDictsTheta instance_dicts]]
2575         instance_dicts = [d | d <- insts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
2576                 -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
2577                 -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
2578
2579         show_fixes :: [SDoc] -> SDoc
2580         show_fixes []     = empty
2581         show_fixes (f:fs) = sep [ptext SLIT("Possible fix:"), 
2582                                  nest 2 (vcat (f : map (ptext SLIT("or") <+>) fs))]
2583
2584 addTopAmbigErrs dicts
2585 -- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
2586   = ifErrsM (return ()) $       -- Only report ambiguity if no other errors happened
2587                                 -- See Note [Avoiding spurious errors]
2588     mapM_ report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
2589   where
2590     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2591
2592     tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
2593     tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
2594     cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
2595     
2596     report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
2597     report pairs@((inst,tvs) : _)       -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
2598         = mkMonomorphismMsg tidy_env tvs        `thenM` \ (tidy_env, mono_msg) ->
2599           setSrcSpan (instSpan inst) $
2600                 -- the location of the first one will do for the err message
2601           addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
2602         where
2603           dicts = map fst pairs
2604           msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
2605                           pprQuotedList tvs <+> in_msg,
2606                      nest 2 (pprDictsInFull dicts)]
2607           in_msg = text "in the constraint" <> plural dicts <> colon
2608     report [] = panic "addTopAmbigErrs"
2609
2610
2611 mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [TcTyVar] -> TcM (TidyEnv, Message)
2612 -- There's an error with these Insts; if they have free type variables
2613 -- it's probably caused by the monomorphism restriction. 
2614 -- Try to identify the offending variable
2615 -- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
2616 mkMonomorphismMsg tidy_env inst_tvs
2617   = findGlobals (mkVarSet inst_tvs) tidy_env    `thenM` \ (tidy_env, docs) ->
2618     returnM (tidy_env, mk_msg docs)
2619   where
2620     mk_msg []   = ptext SLIT("Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)")
2621                         -- This happens in things like
2622                         --      f x = show (read "foo")
2623                         -- where monomorphism doesn't play any role
2624     mk_msg docs = vcat [ptext SLIT("Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
2625                         nest 2 (vcat docs),
2626                         monomorphism_fix
2627                        ]
2628 monomorphism_fix :: SDoc
2629 monomorphism_fix = ptext SLIT("Probable fix:") <+> 
2630                    (ptext SLIT("give these definition(s) an explicit type signature")
2631                     $$ ptext SLIT("or use -fno-monomorphism-restriction"))
2632     
2633 warnDefault ups default_ty
2634   = doptM Opt_WarnTypeDefaults  `thenM` \ warn_flag ->
2635     addInstCtxt (instLoc (head (dicts))) (warnTc warn_flag warn_msg)
2636   where
2637     dicts = [d | (d,_,_) <- ups]
2638
2639         -- Tidy them first
2640     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2641     warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
2642                                 quotes (ppr default_ty),
2643                       pprDictsInFull tidy_dicts]
2644
2645 reduceDepthErr n stack
2646   = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
2647           ptext SLIT("Use -fcontext-stack=N to increase stack size to N"),
2648           nest 4 (pprStack stack)]
2649
2650 pprStack stack = vcat (map pprInstInFull stack)
2651 \end{code}