4ba185f81c72536045a18c19e241bfdfe6f745da
[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 {-# OPTIONS -w #-}
10 -- The above warning supression flag is a temporary kludge.
11 -- While working on this module you are encouraged to remove it and fix
12 -- any warnings in the module. See
13 --     http://hackage.haskell.org/trac/ghc/wiki/Commentary/CodingStyle#Warnings
14 -- for details
15
16 module TcSimplify (
17         tcSimplifyInfer, tcSimplifyInferCheck,
18         tcSimplifyCheck, tcSimplifyRestricted,
19         tcSimplifyRuleLhs, tcSimplifyIPs, 
20         tcSimplifySuperClasses,
21         tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive,
22         tcSimplifyBracket, tcSimplifyCheckPat,
23
24         tcSimplifyDeriv, tcSimplifyDefault,
25         bindInstsOfLocalFuns, 
26
27         misMatchMsg
28     ) where
29
30 #include "HsVersions.h"
31
32 import {-# SOURCE #-} TcUnify( unifyType )
33 import HsSyn
34
35 import TcRnMonad
36 import Inst
37 import TcEnv
38 import InstEnv
39 import TcGadt
40 import TcType
41 import TcMType
42 import TcIface
43 import TcTyFuns
44 import TypeRep
45 import Var
46 import Name
47 import NameSet
48 import Class
49 import FunDeps
50 import PrelInfo
51 import PrelNames
52 import Type
53 import TysWiredIn
54 import ErrUtils
55 import BasicTypes
56 import VarSet
57 import VarEnv
58 import Module
59 import FiniteMap
60 import Bag
61 import Outputable
62 import Maybes
63 import ListSetOps
64 import Util
65 import UniqSet
66 import SrcLoc
67 import DynFlags
68
69 import Data.List
70 \end{code}
71
72
73 %************************************************************************
74 %*                                                                      *
75 \subsection{NOTES}
76 %*                                                                      *
77 %************************************************************************
78
79         --------------------------------------
80         Notes on functional dependencies (a bug)
81         --------------------------------------
82
83 Consider this:
84
85         class C a b | a -> b
86         class D a b | a -> b
87
88         instance D a b => C a b -- Undecidable 
89                                 -- (Not sure if it's crucial to this eg)
90         f :: C a b => a -> Bool
91         f _ = True
92         
93         g :: C a b => a -> Bool
94         g = f
95
96 Here f typechecks, but g does not!!  Reason: before doing improvement,
97 we reduce the (C a b1) constraint from the call of f to (D a b1).
98
99 Here is a more complicated example:
100
101 | > class Foo a b | a->b
102 | >
103 | > class Bar a b | a->b
104 | >
105 | > data Obj = Obj
106 | >
107 | > instance Bar Obj Obj
108 | >
109 | > instance (Bar a b) => Foo a b
110 | >
111 | > foo:: (Foo a b) => a -> String
112 | > foo _ = "works"
113 | >
114 | > runFoo:: (forall a b. (Foo a b) => a -> w) -> w
115 | > runFoo f = f Obj
116
117 | *Test> runFoo foo
118
119 | <interactive>:1:
120 |     Could not deduce (Bar a b) from the context (Foo a b)
121 |       arising from use of `foo' at <interactive>:1
122 |     Probable fix:
123 |         Add (Bar a b) to the expected type of an expression
124 |     In the first argument of `runFoo', namely `foo'
125 |     In the definition of `it': it = runFoo foo
126
127 | Why all of the sudden does GHC need the constraint Bar a b? The
128 | function foo didn't ask for that... 
129
130 The trouble is that to type (runFoo foo), GHC has to solve the problem:
131
132         Given constraint        Foo a b
133         Solve constraint        Foo a b'
134
135 Notice that b and b' aren't the same.  To solve this, just do
136 improvement and then they are the same.  But GHC currently does
137         simplify constraints
138         apply improvement
139         and loop
140
141 That is usually fine, but it isn't here, because it sees that Foo a b is
142 not the same as Foo a b', and so instead applies the instance decl for
143 instance Bar a b => Foo a b.  And that's where the Bar constraint comes
144 from.
145
146 The Right Thing is to improve whenever the constraint set changes at
147 all.  Not hard in principle, but it'll take a bit of fiddling to do.  
148
149 Note [Choosing which variables to quantify]
150 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
151 Suppose we are about to do a generalisation step.  We have in our hand
152
153         G       the environment
154         T       the type of the RHS
155         C       the constraints from that RHS
156
157 The game is to figure out
158
159         Q       the set of type variables over which to quantify
160         Ct      the constraints we will *not* quantify over
161         Cq      the constraints we will quantify over
162
163 So we're going to infer the type
164
165         forall Q. Cq => T
166
167 and float the constraints Ct further outwards.
168
169 Here are the things that *must* be true:
170
171  (A)    Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
172  (B)    Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
173
174  (A) says we can't quantify over a variable that's free in the environment. 
175  (B) says we must quantify over all the truly free variables in T, else 
176      we won't get a sufficiently general type.  
177
178 We do not *need* to quantify over any variable that is fixed by the
179 free vars of the environment G.
180
181         BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
182
183 Example:        class H x y | x->y where ...
184
185         fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
186                         T = c -> b
187
188         (A)  Q intersect {a} is empty
189         (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
190
191         So Q can be {c,d}, {b,c,d}
192
193 In particular, it's perfectly OK to quantify over more type variables
194 than strictly necessary; there is no need to quantify over 'b', since
195 it is determined by 'a' which is free in the envt, but it's perfectly
196 OK to do so.  However we must not quantify over 'a' itself.
197
198 Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
199 variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
200 constraints can get into Ct instead of Cq.  Here's a good way to
201 choose Q:
202
203         Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
204
205 That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
206 call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
207 G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
208 albeit perhaps too many.
209
210 Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
211
212         class H x y | x->y where ...
213
214         T = c->c
215         C = (H c d)
216
217   If we used fv(T) = {c} we'd get the type
218
219         forall c. H c d => c -> b
220
221   And then if the fn was called at several different c's, each of
222   which fixed d differently, we'd get a unification error, because
223   d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
224   everything that might be influenced by c.
225
226 Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
227 all the functional dependencies yet:
228
229         class H x y | x->y where ...
230         instance H x y => Eq (T x y) where ...
231
232         T = c->c
233         C = (Eq (T c d))
234
235 Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
236 apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
237
238 There really isn't any point in quantifying over any more than
239 grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
240 any other type variables.
241
242
243
244 -------------------------------------
245         Note [Ambiguity]
246 -------------------------------------
247
248 It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
249
250         class K x
251         class H x y | x -> y
252         instance H x y => K (x,y)
253
254 Is this type ambiguous?
255         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
256
257 Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
258 now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
259 without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
260 the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
261
262 Here's another example: is this ambiguous?
263         forall a b. Eq (T b) => a -> a
264 Not if there's an insance decl (with no context)
265         instance Eq (T b) where ...
266
267 You may say of this example that we should use the instance decl right
268 away, but you can't always do that:
269
270         class J a b where ...
271         instance J Int b where ...
272
273         f :: forall a b. J a b => a -> a
274
275 (Notice: no functional dependency in J's class decl.)
276 Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
277 It's premature to complain when meeting f's signature, or even
278 when inferring a type for f.
279
280
281
282 However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
283 show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
284 treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
285
286 So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
287
288         fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
289
290 (all tested before quantification).
291 That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
292 in the environment, or by the variables in the type.
293
294 Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
295
296         class J a b c | a b -> c
297         fv(G) = {a}
298
299 Is this ambiguous?
300         forall b c. (J a b c) => b -> b
301
302 Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
303 do we see that c is fixed.
304
305 It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
306 don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
307 the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
308 only issue a warning.
309
310
311 Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
312
313         c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
314
315 then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
316 certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
317 the nasty example?
318
319         class K x
320         class H x y | x -> y
321         instance H x y => K (x,y)
322
323 Is this type ambiguous?
324         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
325
326 Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
327 is a "bubble" that's a set of constraints
328
329         Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
330
331 Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
332 by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
333 Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
334 The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
335 (which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
336
337
338         --------------------------------------
339                 Notes on principal types
340         --------------------------------------
341
342     class C a where
343       op :: a -> a
344
345     f x = let g y = op (y::Int) in True
346
347 Here the principal type of f is (forall a. a->a)
348 but we'll produce the non-principal type
349     f :: forall a. C Int => a -> a
350
351
352         --------------------------------------
353         The need for forall's in constraints
354         --------------------------------------
355
356 [Exchange on Haskell Cafe 5/6 Dec 2000]
357
358   class C t where op :: t -> Bool
359   instance C [t] where op x = True
360
361   p y = (let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f, y ++ [])
362   q y = (y ++ [], let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f)
363
364 The definitions of p and q differ only in the order of the components in
365 the pair on their right-hand sides.  And yet:
366
367   ghc and "Typing Haskell in Haskell" reject p, but accept q;
368   Hugs rejects q, but accepts p;
369   hbc rejects both p and q;
370   nhc98 ... (Malcolm, can you fill in the blank for us!).
371
372 The type signature for f forces context reduction to take place, and
373 the results of this depend on whether or not the type of y is known,
374 which in turn depends on which component of the pair the type checker
375 analyzes first.  
376
377 Solution: if y::m a, float out the constraints
378         Monad m, forall c. C (m c)
379 When m is later unified with [], we can solve both constraints.
380
381
382         --------------------------------------
383                 Notes on implicit parameters
384         --------------------------------------
385
386 Note [Inheriting implicit parameters]
387 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
388 Consider this:
389
390         f x = (x::Int) + ?y
391
392 where f is *not* a top-level binding.
393 From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
394 There are two types we might infer for f:
395
396         f :: Int -> Int
397
398 (so we get ?y from the context of f's definition), or
399
400         f :: (?y::Int) => Int -> Int
401
402 At first you might think the first was better, becuase then
403 ?y behaves like a free variable of the definition, rather than
404 having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
405 IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
406 dynamic binding means) so we'd better infer the second.
407
408 BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify 
409 over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
410
411
412 Note [Implicit parameters and ambiguity] 
413 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
414 Only a *class* predicate can give rise to ambiguity
415 An *implicit parameter* cannot.  For example:
416         foo :: (?x :: [a]) => Int
417         foo = length ?x
418 is fine.  The call site will suppply a particular 'x'
419
420 Furthermore, the type variables fixed by an implicit parameter
421 propagate to the others.  E.g.
422         foo :: (Show a, ?x::[a]) => Int
423         foo = show (?x++?x)
424 The type of foo looks ambiguous.  But it isn't, because at a call site
425 we might have
426         let ?x = 5::Int in foo
427 and all is well.  In effect, implicit parameters are, well, parameters,
428 so we can take their type variables into account as part of the
429 "tau-tvs" stuff.  This is done in the function 'FunDeps.grow'.
430
431
432 Question 2: type signatures
433 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
434 BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
435 to quantify over implicit parameters.  For example:
436
437         (?x + 1) :: Int
438
439 This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
440
441         (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
442
443 That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
444 so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
445 tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
446 and tcSimplifyCheckBind (which does not).
447
448 What about when you supply a type signature for a binding?
449 Is it legal to give the following explicit, user type 
450 signature to f, thus:
451
452         f :: Int -> Int
453         f x = (x::Int) + ?y
454
455 At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
456 that adding a type signature changes the dynamic semantics.
457 Consider this:
458
459         (let f x = (x::Int) + ?y
460          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
461
462                 returns (3+6, 3+5)
463 vs
464         (let f :: Int -> Int
465              f x = x + ?y
466          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
467
468                 returns (3+6, 3+6)
469
470 Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
471 dynamic semantics.
472
473 Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
474 semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
475 change the typing you may change the semantics.
476
477 To make things consistent in all cases where we are *checking* against
478 a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
479 rule: 
480
481         a signature does not need to quantify over implicit params.
482
483 [This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
484 which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
485 params for the reasons mentioned above.]
486
487 But that raises a new question.  Consider 
488
489         Given (signature)       ?x::Int
490         Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
491
492 Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
493 what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
494 what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
495 to float a constraint that
496         neither mentions any of the quantified type variables
497         nor any of the quantified implicit parameters
498
499 See the predicate isFreeWhenChecking.
500
501
502 Question 3: monomorphism
503 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
504 There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
505
506         z = (x::Int) + ?y
507
508 The argument above suggests that we *must* generalise
509 over the ?y parameter, to get
510         z :: (?y::Int) => Int,
511 but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
512         z :: Int.
513 Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
514
515         let z = x + ?y in z+z
516
517 you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
518 we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
519
520
521 Question 4: top level
522 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
523 At the top level, monomorhism makes no sense at all.
524
525     module Main where
526         main = let ?x = 5 in print foo
527
528         foo = woggle 3
529
530         woggle :: (?x :: Int) => Int -> Int
531         woggle y = ?x + y
532
533 We definitely don't want (foo :: Int) with a top-level implicit parameter
534 (?x::Int) becuase there is no way to bind it.  
535
536
537 Possible choices
538 ~~~~~~~~~~~~~~~~
539 (A) Always generalise over implicit parameters
540     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
541         be generalised
542
543     Consequences:
544         * Inlining remains valid
545         * No unexpected loss of sharing
546         * But simple bindings like
547                 z = ?y + 1
548           will be rejected, unless you add an explicit type signature
549           (to avoid the monomorphism restriction)
550                 z :: (?y::Int) => Int
551                 z = ?y + 1
552           This seems unacceptable
553
554 (B) Monomorphism restriction "wins"
555     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
556         be generalised
557     Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
558         that fall under the monomorphism restriction
559
560     Consequences
561         * Inlining isn't valid in general
562         * No unexpected loss of sharing
563         * Simple bindings like
564                 z = ?y + 1
565           accepted (get value of ?y from binding site)
566
567 (C) Always generalise over implicit parameters
568     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
569         be generalised, EXCEPT for implicit parameters
570     Consequences
571         * Inlining remains valid
572         * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
573         * Simple bindings like
574                 z = ?y + 1
575           accepted (get value of ?y from occurrence sites)
576
577
578 Discussion
579 ~~~~~~~~~~
580 None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
581 decide which we want to do.
582
583 It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
584
585         z = (x::Int) + ?y
586
587 would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
588 of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
589 case of function definitions, the answer is clearly the former, but
590 less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
591 if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
592 then inlining 'z' might change the semantics of the program.
593
594 Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
595 to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
596 innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
597 the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
598 use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
599 clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
600 those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
601 one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
602 restriction altogether.
603
604 BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
605
606
607
608 %************************************************************************
609 %*                                                                      *
610 \subsection{tcSimplifyInfer}
611 %*                                                                      *
612 %************************************************************************
613
614 tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
615
616     1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
617
618     2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
619        predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
620
621     3. Try improvement, using functional dependencies
622
623     4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
624        (Unification can change the result of 'grow'.)
625
626 Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
627 Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
628 after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
629 type variables than we absolutely have to.
630
631 For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
632 improvement with unification.  E.g. Suppose we have
633
634         class C x y | x->y where ...
635
636 and tcSimplify is called with:
637         (C Int a, C Int b)
638 Then improvement unifies a with b, giving
639         (C Int a, C Int a)
640
641 If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
642 again.
643
644
645 \begin{code}
646 tcSimplifyInfer
647         :: SDoc
648         -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
649         -> [Inst]               -- Wanted
650         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
651                 [Inst],         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
652                 TcDictBinds)    -- Bindings
653         -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
654 \end{code}
655
656
657 \begin{code}
658 tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted
659   = do  { tau_tvs1 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
660         ; wanted'  <- mapM zonkInst wanted      -- Zonk before deciding quantified tyvars
661         ; gbl_tvs  <- tcGetGlobalTyVars
662         ; let preds1   = fdPredsOfInsts wanted'
663               gbl_tvs1 = oclose preds1 gbl_tvs
664               qtvs     = grow preds1 tau_tvs1 `minusVarSet` gbl_tvs1
665                         -- See Note [Choosing which variables to quantify]
666
667                 -- To maximise sharing, remove from consideration any 
668                 -- constraints that don't mention qtvs at all
669         ; let (free, bound) = partition (isFreeWhenInferring qtvs) wanted'
670         ; extendLIEs free
671
672                 -- To make types simple, reduce as much as possible
673         ; traceTc (text "infer" <+> (ppr preds1 $$ ppr (grow preds1 tau_tvs1) $$ ppr gbl_tvs $$ 
674                    ppr gbl_tvs1 $$ ppr free $$ ppr bound))
675         ; (irreds1, binds1) <- tryHardCheckLoop doc bound
676
677                 -- Note [Inference and implication constraints]
678         ; let want_dict d = tyVarsOfInst d `intersectsVarSet` qtvs
679         ; (irreds2, binds2) <- approximateImplications doc want_dict irreds1
680
681                 -- Now work out all over again which type variables to quantify,
682                 -- exactly in the same way as before, but starting from irreds2.  Why?
683                 -- a) By now improvment may have taken place, and we must *not*
684                 --    quantify over any variable free in the environment
685                 --    tc137 (function h inside g) is an example
686                 --
687                 -- b) Do not quantify over constraints that *now* do not
688                 --    mention quantified type variables, because they are
689                 --    simply ambiguous (or might be bound further out).  Example:
690                 --      f :: Eq b => a -> (a, b)
691                 --      g x = fst (f x)
692                 --    From the RHS of g we get the MethodInst f77 :: alpha -> (alpha, beta)
693                 --    We decide to quantify over 'alpha' alone, but free1 does not include f77
694                 --    because f77 mentions 'alpha'.  Then reducing leaves only the (ambiguous)
695                 --    constraint (Eq beta), which we dump back into the free set
696                 --    See test tcfail181
697                 --
698                 -- c) irreds may contain type variables not previously mentioned,
699                 --    e.g.  instance D a x => Foo [a] 
700                 --          wanteds = Foo [a]
701                 --       Then after simplifying we'll get (D a x), and x is fresh
702                 --       We must quantify over x else it'll be totally unbound
703         ; tau_tvs2 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs1)
704         ; gbl_tvs2 <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems gbl_tvs1)
705                 -- Note that we start from gbl_tvs1
706                 -- We use tcGetGlobalTyVars, then oclose wrt preds2, because
707                 -- we've already put some of the original preds1 into frees
708                 -- E.g.         wanteds = C a b   (where a->b)
709                 --              gbl_tvs = {a}
710                 --              tau_tvs = {b}
711                 -- Then b is fixed by gbl_tvs, so (C a b) will be in free, and
712                 -- irreds2 will be empty.  But we don't want to generalise over b!
713         ; let preds2 = fdPredsOfInsts irreds2   -- irreds2 is zonked
714               qtvs   = grow preds2 tau_tvs2 `minusVarSet` oclose preds2 gbl_tvs2
715         ; let (free, irreds3) = partition (isFreeWhenInferring qtvs) irreds2
716         ; extendLIEs free
717
718                 -- Turn the quantified meta-type variables into real type variables
719         ; qtvs2 <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
720
721                 -- We can't abstract over any remaining unsolved 
722                 -- implications so instead just float them outwards. Ugh.
723         ; let (q_dicts0, implics) = partition isAbstractableInst irreds3
724         ; loc <- getInstLoc (ImplicOrigin doc)
725         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs2 q_dicts0 implics
726
727                 -- Prepare equality instances for quantification
728         ; let (q_eqs0,q_dicts) = partition isEqInst q_dicts0
729         ; q_eqs <- mapM finalizeEqInst q_eqs0
730
731         ; return (qtvs2, q_eqs ++ q_dicts, binds1 `unionBags` binds2 `unionBags` implic_bind) }
732         -- NB: when we are done, we might have some bindings, but
733         -- the final qtvs might be empty.  See Note [NO TYVARS] below.
734
735 approximateImplications :: SDoc -> (Inst -> Bool) -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
736 -- Note [Inference and implication constraints]
737 -- Given a bunch of Dict and ImplicInsts, try to approximate the implications by
738 --      - fetching any dicts inside them that are free
739 --      - using those dicts as cruder constraints, to solve the implications
740 --      - returning the extra ones too
741
742 approximateImplications doc want_dict irreds
743   | null extra_dicts 
744   = return (irreds, emptyBag)
745   | otherwise
746   = do  { extra_dicts' <- mapM cloneDict extra_dicts
747         ; tryHardCheckLoop doc (extra_dicts' ++ irreds) }
748                 -- By adding extra_dicts', we make them 
749                 -- available to solve the implication constraints
750   where 
751     extra_dicts = get_dicts (filter isImplicInst irreds)
752
753     get_dicts :: [Inst] -> [Inst]       -- Returns only Dicts
754         -- Find the wanted constraints in implication constraints that satisfy
755         -- want_dict, and are not bound by forall's in the constraint itself
756     get_dicts ds = concatMap get_dict ds
757
758     get_dict d@(Dict {}) | want_dict d = [d]
759                          | otherwise   = []
760     get_dict (ImplicInst {tci_tyvars = tvs, tci_wanted = wanteds})
761         = [ d | let tv_set = mkVarSet tvs
762               , d <- get_dicts wanteds 
763               , not (tyVarsOfInst d `intersectsVarSet` tv_set)]
764     get_dict i@(EqInst {}) | want_dict i = [i]
765                            | otherwise   = [] 
766     get_dict other = pprPanic "approximateImplications" (ppr other)
767 \end{code}
768
769 Note [Inference and implication constraints]
770 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
771 Suppose we have a wanted implication constraint (perhaps arising from
772 a nested pattern match) like
773         C a => D [a]
774 and we are now trying to quantify over 'a' when inferring the type for
775 a function.  In principle it's possible that there might be an instance
776         instance (C a, E a) => D [a]
777 so the context (E a) would suffice.  The Right Thing is to abstract over
778 the implication constraint, but we don't do that (a) because it'll be
779 surprising to programmers and (b) because we don't have the machinery to deal
780 with 'given' implications.
781
782 So our best approximation is to make (D [a]) part of the inferred
783 context, so we can use that to discharge the implication. Hence
784 the strange function get_dicts in approximateImplications.
785
786 The common cases are more clear-cut, when we have things like
787         forall a. C a => C b
788 Here, abstracting over (C b) is not an approximation at all -- but see
789 Note [Freeness and implications].
790  
791 See Trac #1430 and test tc228.
792
793
794 \begin{code}
795 -----------------------------------------------------------
796 -- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
797 -- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
798 -- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
799 tcSimplifyInferCheck
800          :: InstLoc
801          -> TcTyVarSet          -- fv(T)
802          -> [Inst]              -- Given
803          -> [Inst]              -- Wanted
804          -> TcM ([TyVar],       -- Fully zonked, and quantified
805                  TcDictBinds)   -- Bindings
806
807 tcSimplifyInferCheck loc tau_tvs givens wanteds
808   = do  { traceTc (text "tcSimplifyInferCheck <-" <+> ppr wanteds)
809         ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
810
811         -- Figure out which type variables to quantify over
812         -- You might think it should just be the signature tyvars,
813         -- but in bizarre cases you can get extra ones
814         --      f :: forall a. Num a => a -> a
815         --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
816         --      g a b = (b,a)
817         -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
818         -- We don't want g to be monomorphic in b just because
819         -- f isn't quantified over b.
820         ; let all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
821         ; all_tvs <- zonkTcTyVarsAndFV all_tvs
822         ; gbl_tvs <- tcGetGlobalTyVars
823         ; let qtvs = varSetElems (all_tvs `minusVarSet` gbl_tvs)
824                 -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
825                 -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
826                 -- dictionaries, we quantify over
827
828         ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars qtvs
829
830                 -- Now we are back to normal (c.f. tcSimplCheck)
831         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs' givens irreds
832
833         ; traceTc (text "tcSimplifyInferCheck ->" <+> ppr (implic_bind))
834         ; return (qtvs', binds `unionBags` implic_bind) }
835 \end{code}
836
837 Note [Squashing methods]
838 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
839 Be careful if you want to float methods more:
840         truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
841 From an application (truncate f i) we get
842         t1 = truncate at f
843         t2 = t1 at i
844 If we have also have a second occurrence of truncate, we get
845         t3 = truncate at f
846         t4 = t3 at i
847 When simplifying with i,f free, we might still notice that
848 t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
849 may continue to float out!
850
851
852 Note [NO TYVARS]
853 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
854         class Y a b | a -> b where
855             y :: a -> X b
856         
857         instance Y [[a]] a where
858             y ((x:_):_) = X x
859         
860         k :: X a -> X a -> X a
861
862         g :: Num a => [X a] -> [X a]
863         g xs = h xs
864             where
865             h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
866
867 The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
868 try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
869 From this we get t1:=:t2, but also various bindings.  We can't forget
870 the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
871 polymorphic in.  
872
873 The net effect of [NO TYVARS] 
874
875 \begin{code}
876 isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst -> Bool
877 isFreeWhenInferring qtvs inst
878   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst  -- Constrains no quantified vars
879   && isInheritableInst inst     -- and no implicit parameter involved
880                                 --   see Note [Inheriting implicit parameters]
881
882 {-      No longer used (with implication constraints)
883 isFreeWhenChecking :: TyVarSet  -- Quantified tyvars
884                    -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
885                    -> Inst -> Bool
886 isFreeWhenChecking qtvs ips inst
887   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
888   && isFreeWrtIPs    ips inst
889 -}
890
891 isFreeWrtTyVars qtvs inst = tyVarsOfInst inst `disjointVarSet` qtvs
892 isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
893 \end{code}
894
895
896 %************************************************************************
897 %*                                                                      *
898 \subsection{tcSimplifyCheck}
899 %*                                                                      *
900 %************************************************************************
901
902 @tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
903 we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
904
905 \begin{code}
906 -----------------------------------------------------------
907 -- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
908 -- class decls, instance decls etc.
909 tcSimplifyCheck :: InstLoc
910                 -> [TcTyVar]            -- Quantify over these
911                 -> [Inst]               -- Given
912                 -> [Inst]               -- Wanted
913                 -> TcM TcDictBinds      -- Bindings
914 tcSimplifyCheck loc qtvs givens wanteds 
915   = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
916     do  { traceTc (text "tcSimplifyCheck")
917         ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
918         ; implic_bind <- bindIrreds loc qtvs givens irreds
919         ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
920
921 -----------------------------------------------------------
922 -- tcSimplifyCheckPat is used for existential pattern match
923 tcSimplifyCheckPat :: InstLoc
924                    -> [CoVar]
925                    -> [TcTyVar]         -- Quantify over these
926                    -> [Inst]            -- Given
927                    -> [Inst]            -- Wanted
928                    -> TcM TcDictBinds   -- Bindings
929 tcSimplifyCheckPat loc co_vars qtvs givens wanteds
930   = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
931     do  { traceTc (text "tcSimplifyCheckPat")
932         ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
933         ; implic_bind <- bindIrredsR loc qtvs co_vars givens irreds
934         ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
935
936 -----------------------------------------------------------
937 bindIrreds :: InstLoc -> [TcTyVar]
938            -> [Inst] -> [Inst]
939            -> TcM TcDictBinds
940 bindIrreds loc qtvs givens irreds 
941   = bindIrredsR loc qtvs [] givens irreds
942
943 bindIrredsR :: InstLoc -> [TcTyVar] -> [CoVar] -> [Inst] -> [Inst]
944             -> TcM TcDictBinds  
945 -- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
946 -- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
947 bindIrredsR loc qtvs co_vars givens irreds
948   | null irreds
949   = return emptyBag
950   | otherwise
951   = do  { let givens' = filter isAbstractableInst givens
952                 -- The givens can (redundantly) include methods
953                 -- We want to retain both EqInsts and Dicts
954                 -- There should be no implicadtion constraints
955                 -- See Note [Pruning the givens in an implication constraint]
956
957            -- If there are no 'givens', then it's safe to 
958            -- partition the 'wanteds' by their qtvs, thereby trimming irreds
959            -- See Note [Freeness and implications]
960         ; irreds' <- if null givens'
961                      then do
962                         { let qtv_set = mkVarSet qtvs
963                               (frees, real_irreds) = partition (isFreeWrtTyVars qtv_set) irreds
964                         ; extendLIEs frees
965                         ; return real_irreds }
966                      else return irreds
967         
968         ; let all_tvs = qtvs ++ co_vars -- Abstract over all these
969         ; (implics, bind) <- makeImplicationBind loc all_tvs givens' irreds'
970                         -- This call does the real work
971                         -- If irreds' is empty, it does something sensible
972         ; extendLIEs implics
973         ; return bind } 
974
975
976 makeImplicationBind :: InstLoc -> [TcTyVar]
977                     -> [Inst] -> [Inst]
978                     -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
979 -- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
980 -- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
981 -- The binding looks like
982 --      (ir1, .., irn) = f qtvs givens
983 -- where f is (evidence for) the new implication constraint
984 --      f :: forall qtvs. {reft} givens => (ir1, .., irn)
985 -- qtvs includes coercion variables
986 --
987 -- This binding must line up the 'rhs' in reduceImplication
988 makeImplicationBind loc all_tvs
989                     givens      -- Guaranteed all Dicts
990                                 -- or EqInsts
991                     irreds
992  | null irreds                  -- If there are no irreds, we are done
993  = return ([], emptyBag)
994  | otherwise                    -- Otherwise we must generate a binding
995  = do   { uniq <- newUnique 
996         ; span <- getSrcSpanM
997         ; let (eq_givens, dict_givens) = partition isEqInst givens
998               eq_tyvar_cos = mkTyVarTys (varSetElems $ tyVarsOfTypes $ map eqInstType eq_givens)
999                 -- Urgh! See line 2187 or thereabouts.  I believe that all these
1000                 -- 'givens' must be a simple CoVar.  This MUST be cleaned up.
1001
1002         ; let name = mkInternalName uniq (mkVarOcc "ic") span
1003               implic_inst = ImplicInst { tci_name = name, tci_reft = emptyRefinement,
1004                                          tci_tyvars = all_tvs, 
1005                                          tci_given = (eq_givens ++ dict_givens),
1006                                          tci_wanted = irreds, tci_loc = loc }
1007         ; let   -- only create binder for dict_irreds
1008               (eq_irreds, dict_irreds) = partition isEqInst irreds
1009               n_dict_irreds = length dict_irreds
1010               dict_irred_ids = map instToId dict_irreds
1011               tup_ty = mkTupleTy Boxed n_dict_irreds (map idType dict_irred_ids)
1012               pat = TuplePat (map nlVarPat dict_irred_ids) Boxed tup_ty
1013               rhs = L span (mkHsWrap co (HsVar (instToId implic_inst)))
1014               co  = mkWpApps (map instToId dict_givens)
1015                     <.> mkWpTyApps eq_tyvar_cos
1016                     <.> mkWpTyApps (mkTyVarTys all_tvs)
1017               bind | [dict_irred_id] <- dict_irred_ids  = VarBind dict_irred_id rhs
1018                    | otherwise        = PatBind { pat_lhs = L span pat, 
1019                                                   pat_rhs = unguardedGRHSs rhs, 
1020                                                   pat_rhs_ty = tup_ty,
1021                                                   bind_fvs = placeHolderNames }
1022         ; traceTc $ text "makeImplicationBind" <+> ppr implic_inst
1023         ; return ([implic_inst], unitBag (L span bind)) 
1024         }
1025
1026 -----------------------------------------------------------
1027 tryHardCheckLoop :: SDoc
1028              -> [Inst]                  -- Wanted
1029              -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1030
1031 tryHardCheckLoop doc wanteds
1032   = do { (irreds,binds) <- checkLoop (mkRedEnv doc try_me []) wanteds
1033        ; return (irreds,binds)
1034        }
1035   where
1036     try_me inst = ReduceMe AddSCs
1037         -- Here's the try-hard bit
1038
1039 -----------------------------------------------------------
1040 gentleCheckLoop :: InstLoc
1041                -> [Inst]                -- Given
1042                -> [Inst]                -- Wanted
1043                -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1044
1045 gentleCheckLoop inst_loc givens wanteds
1046   = do { (irreds,binds) <- checkLoop env wanteds
1047        ; return (irreds,binds)
1048        }
1049   where
1050     env = mkRedEnv (pprInstLoc inst_loc) try_me givens
1051
1052     try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe AddSCs
1053                 | otherwise          = Stop
1054         -- When checking against a given signature 
1055         -- we MUST be very gentle: Note [Check gently]
1056
1057 gentleInferLoop :: SDoc -> [Inst]
1058                 -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1059 gentleInferLoop doc wanteds
1060   = do  { (irreds, binds) <- checkLoop env wanteds
1061         ; return (irreds, binds) }
1062   where
1063     env = mkRedEnv doc try_me []
1064     try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe AddSCs
1065                 | otherwise          = Stop
1066 \end{code}
1067
1068 Note [Check gently]
1069 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1070 We have to very careful about not simplifying too vigorously
1071 Example:  
1072   data T a where
1073     MkT :: a -> T [a]
1074
1075   f :: Show b => T b -> b
1076   f (MkT x) = show [x]
1077
1078 Inside the pattern match, which binds (a:*, x:a), we know that
1079         b ~ [a]
1080 Hence we have a dictionary for Show [a] available; and indeed we 
1081 need it.  We are going to build an implication contraint
1082         forall a. (b~[a]) => Show [a]
1083 Later, we will solve this constraint using the knowledge (Show b)
1084         
1085 But we MUST NOT reduce (Show [a]) to (Show a), else the whole
1086 thing becomes insoluble.  So we simplify gently (get rid of literals
1087 and methods only, plus common up equal things), deferring the real
1088 work until top level, when we solve the implication constraint
1089 with tryHardCheckLooop.
1090
1091
1092 \begin{code}
1093 -----------------------------------------------------------
1094 checkLoop :: RedEnv
1095           -> [Inst]                     -- Wanted
1096           -> TcM ([Inst], TcDictBinds) 
1097 -- Precondition: givens are completely rigid
1098 -- Postcondition: returned Insts are zonked
1099
1100 checkLoop env wanteds
1101   = go env wanteds (return ())
1102   where go env wanteds elim_skolems
1103           = do  {  -- We do need to zonk the givens; cf Note [Zonking RedEnv]
1104                 ; env'     <- zonkRedEnv env
1105                 ; wanteds' <- zonkInsts  wanteds
1106         
1107                 ; (improved, binds, irreds, elim_more_skolems)
1108                     <- reduceContext env' wanteds'
1109                 ; let elim_skolems' = elim_skolems >> elim_more_skolems
1110
1111                 ; if not improved then
1112                     elim_skolems' >> return (irreds, binds)
1113                   else do
1114         
1115                 -- If improvement did some unification, we go round again.
1116                 -- We start again with irreds, not wanteds
1117                 -- Using an instance decl might have introduced a fresh type
1118                 -- variable which might have been unified, so we'd get an 
1119                 -- infinite loop if we started again with wanteds!  
1120                 -- See Note [LOOP]
1121                 { (irreds1, binds1) <- go env' irreds elim_skolems'
1122                 ; return (irreds1, binds `unionBags` binds1) } }
1123 \end{code}
1124
1125 Note [Zonking RedEnv]
1126 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1127 It might appear as if the givens in RedEnv are always rigid, but that is not
1128 necessarily the case for programs involving higher-rank types that have class
1129 contexts constraining the higher-rank variables.  An example from tc237 in the
1130 testsuite is
1131
1132   class Modular s a | s -> a
1133
1134   wim ::  forall a w. Integral a 
1135                         => a -> (forall s. Modular s a => M s w) -> w
1136   wim i k = error "urk"
1137
1138   test5  ::  (Modular s a, Integral a) => M s a
1139   test5  =   error "urk"
1140
1141   test4   =   wim 4 test4'
1142
1143 Notice how the variable 'a' of (Modular s a) in the rank-2 type of wim is
1144 quantified further outside.  When type checking test4, we have to check
1145 whether the signature of test5 is an instance of 
1146
1147   (forall s. Modular s a => M s w)
1148
1149 Consequently, we will get (Modular s t_a), where t_a is a TauTv into the
1150 givens. 
1151
1152 Given the FD of Modular in this example, class improvement will instantiate
1153 t_a to 'a', where 'a' is the skolem from test5's signatures (due to the
1154 Modular s a predicate in that signature).  If we don't zonk (Modular s t_a) in
1155 the givens, we will get into a loop as improveOne uses the unification engine
1156 TcGadt.tcUnifyTys, which doesn't know about mutable type variables.
1157
1158
1159 Note [LOOP]
1160 ~~~~~~~~~~~
1161         class If b t e r | b t e -> r
1162         instance If T t e t
1163         instance If F t e e
1164         class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
1165         instance Lte Z b T
1166         instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
1167
1168 Wanted: Max Z (S x) y
1169
1170 Then we'll reduce using the Max instance to:
1171         (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
1172 and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
1173 on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
1174 with (Max Z (S x) y)!
1175
1176
1177
1178 %************************************************************************
1179 %*                                                                      *
1180                 tcSimplifySuperClasses
1181 %*                                                                      *
1182 %************************************************************************
1183
1184 Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
1185 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1186 We have to be very, very careful when generating superclasses, lest we
1187 accidentally build a loop. Here's an example:
1188
1189   class S a
1190
1191   class S a => C a where { opc :: a -> a }
1192   class S b => D b where { opd :: b -> b }
1193   
1194   instance C Int where
1195      opc = opd
1196   
1197   instance D Int where
1198      opd = opc
1199
1200 From (instance C Int) we get the constraint set {ds1:S Int, dd:D Int}
1201 Simplifying, we may well get:
1202         $dfCInt = :C ds1 (opd dd)
1203         dd  = $dfDInt
1204         ds1 = $p1 dd
1205 Notice that we spot that we can extract ds1 from dd.  
1206
1207 Alas!  Alack! We can do the same for (instance D Int):
1208
1209         $dfDInt = :D ds2 (opc dc)
1210         dc  = $dfCInt
1211         ds2 = $p1 dc
1212
1213 And now we've defined the superclass in terms of itself.
1214
1215 Solution: never generate a superclass selectors at all when
1216 satisfying the superclass context of an instance declaration.
1217
1218 Two more nasty cases are in
1219         tcrun021
1220         tcrun033
1221
1222 \begin{code}
1223 tcSimplifySuperClasses 
1224         :: InstLoc 
1225         -> [Inst]       -- Given 
1226         -> [Inst]       -- Wanted
1227         -> TcM TcDictBinds
1228 tcSimplifySuperClasses loc givens sc_wanteds
1229   = do  { traceTc (text "tcSimplifySuperClasses")
1230         ; (irreds,binds1) <- checkLoop env sc_wanteds
1231         ; let (tidy_env, tidy_irreds) = tidyInsts irreds
1232         ; reportNoInstances tidy_env (Just (loc, givens)) tidy_irreds
1233         ; return binds1 }
1234   where
1235     env = mkRedEnv (pprInstLoc loc) try_me givens
1236     try_me inst = ReduceMe NoSCs
1237         -- Like tryHardCheckLoop, but with NoSCs
1238 \end{code}
1239
1240
1241 %************************************************************************
1242 %*                                                                      *
1243 \subsection{tcSimplifyRestricted}
1244 %*                                                                      *
1245 %************************************************************************
1246
1247 tcSimplifyRestricted infers which type variables to quantify for a 
1248 group of restricted bindings.  This isn't trivial.
1249
1250 Eg1:    id = \x -> x
1251         We want to quantify over a to get id :: forall a. a->a
1252         
1253 Eg2:    eq = (==)
1254         We do not want to quantify over a, because there's an Eq a 
1255         constraint, so we get eq :: a->a->Bool  (notice no forall)
1256
1257 So, assume:
1258         RHS has type 'tau', whose free tyvars are tau_tvs
1259         RHS has constraints 'wanteds'
1260
1261 Plan A (simple)
1262   Quantify over (tau_tvs \ ftvs(wanteds))
1263   This is bad. The constraints may contain (Monad (ST s))
1264   where we have         instance Monad (ST s) where...
1265   so there's no need to be monomorphic in s!
1266
1267   Also the constraint might be a method constraint,
1268   whose type mentions a perfectly innocent tyvar:
1269           op :: Num a => a -> b -> a
1270   Here, b is unconstrained.  A good example would be
1271         foo = op (3::Int)
1272   We want to infer the polymorphic type
1273         foo :: forall b. b -> b
1274
1275
1276 Plan B (cunning, used for a long time up to and including GHC 6.2)
1277   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1278   with Plan A's problem).  Then set
1279         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1280
1281   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1282   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1283   The reasons for this is to maximise sharing.
1284
1285   This fails for a very subtle reason.  Suppose that in the Step 2
1286   a constraint (Foo (Succ Zero) (Succ Zero) b) gets thrown upstairs as 'free'.
1287   In the Step 1 this constraint might have been simplified, perhaps to
1288   (Foo Zero Zero b), AND THEN THAT MIGHT BE IMPROVED, to bind 'b' to 'T'.
1289   This won't happen in Step 2... but that in turn might prevent some other
1290   constraint (Baz [a] b) being simplified (e.g. via instance Baz [a] T where {..}) 
1291   and that in turn breaks the invariant that no constraints are quantified over.
1292
1293   Test typecheck/should_compile/tc177 (which failed in GHC 6.2) demonstrates
1294   the problem.
1295
1296
1297 Plan C (brutal)
1298   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1299   with Plan A's problem).  Then set
1300         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1301   Return the bindings from Step 1.
1302   
1303
1304 A note about Plan C (arising from "bug" reported by George Russel March 2004)
1305 Consider this:
1306
1307       instance (HasBinary ty IO) => HasCodedValue ty
1308
1309       foo :: HasCodedValue a => String -> IO a
1310
1311       doDecodeIO :: HasCodedValue a => () -> () -> IO a
1312       doDecodeIO codedValue view  
1313         = let { act = foo "foo" } in  act
1314
1315 You might think this should work becuase the call to foo gives rise to a constraint
1316 (HasCodedValue t), which can be satisfied by the type sig for doDecodeIO.  But the
1317 restricted binding act = ... calls tcSimplifyRestricted, and PlanC simplifies the
1318 constraint using the (rather bogus) instance declaration, and now we are stuffed.
1319
1320 I claim this is not really a bug -- but it bit Sergey as well as George.  So here's
1321 plan D
1322
1323
1324 Plan D (a variant of plan B)
1325   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1326   with Plan A's problem), BUT DO NO IMPROVEMENT.  Then set
1327         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1328
1329   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1330   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1331
1332   The point here is that it's generally OK to have too few qtvs; that is,
1333   to make the thing more monomorphic than it could be.  We don't want to
1334   do that in the common cases, but in wierd cases it's ok: the programmer
1335   can always add a signature.  
1336
1337   Too few qtvs => too many wanteds, which is what happens if you do less
1338   improvement.
1339
1340
1341 \begin{code}
1342 tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
1343                         -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
1344         :: SDoc
1345         -> TopLevelFlag
1346         -> [Name]               -- Things bound in this group
1347         -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
1348         -> [Inst]               -- Free in the RHSs
1349         -> TcM ([TyVar],        -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
1350                 TcDictBinds)    -- Bindings
1351         -- tcSimpifyRestricted returns no constraints to
1352         -- quantify over; by definition there are none.
1353         -- They are all thrown back in the LIE
1354
1355 tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs tau_tvs wanteds
1356         -- Zonk everything in sight
1357   = do  { traceTc (text "tcSimplifyRestricted")
1358         ; wanteds' <- zonkInsts wanteds
1359
1360         -- 'ReduceMe': Reduce as far as we can.  Don't stop at
1361         -- dicts; the idea is to get rid of as many type
1362         -- variables as possible, and we don't want to stop
1363         -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
1364         -- immediately, with no constraint on s.
1365         --
1366         -- BUT do no improvement!  See Plan D above
1367         -- HOWEVER, some unification may take place, if we instantiate
1368         --          a method Inst with an equality constraint
1369         ; let env = mkNoImproveRedEnv doc (\i -> ReduceMe AddSCs)
1370         ; (_imp, _binds, constrained_dicts, elim_skolems) 
1371             <- reduceContext env wanteds'
1372         ; elim_skolems
1373
1374         -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
1375         ; tau_tvs' <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
1376         ; gbl_tvs' <- tcGetGlobalTyVars
1377         ; constrained_dicts' <- zonkInsts constrained_dicts
1378
1379         ; let qtvs1 = tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs'
1380                                 -- As in tcSimplifyInfer
1381
1382                 -- Do not quantify over constrained type variables:
1383                 -- this is the monomorphism restriction
1384               constrained_tvs' = tyVarsOfInsts constrained_dicts'
1385               qtvs = qtvs1 `minusVarSet` constrained_tvs'
1386               pp_bndrs = pprWithCommas (quotes . ppr) bndrs
1387
1388         -- Warn in the mono
1389         ; warn_mono <- doptM Opt_WarnMonomorphism
1390         ; warnTc (warn_mono && (constrained_tvs' `intersectsVarSet` qtvs1))
1391                  (vcat[ ptext SLIT("the Monomorphism Restriction applies to the binding")
1392                                 <> plural bndrs <+> ptext SLIT("for") <+> pp_bndrs,
1393                         ptext SLIT("Consider giving a type signature for") <+> pp_bndrs])
1394
1395         ; traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
1396                 pprInsts wanteds, pprInsts constrained_dicts',
1397                 ppr _binds,
1398                 ppr constrained_tvs', ppr tau_tvs', ppr qtvs ])
1399
1400         -- The first step may have squashed more methods than
1401         -- necessary, so try again, this time more gently, knowing the exact
1402         -- set of type variables to quantify over.
1403         --
1404         -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
1405         -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
1406         -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
1407         -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
1408         -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
1409         --
1410         -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
1411         -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
1412         -- just to float all constraints
1413         --
1414         -- At top level, we *do* squash methods becuase we want to 
1415         -- expose implicit parameters to the test that follows
1416         ; let is_nested_group = isNotTopLevel top_lvl
1417               try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs inst,
1418                            (is_nested_group || isDict inst) = Stop
1419                           | otherwise            = ReduceMe AddSCs
1420               env = mkNoImproveRedEnv doc try_me
1421         ; (_imp, binds, irreds, elim_skolems) <- reduceContext env wanteds'
1422         ; elim_skolems
1423
1424         -- See "Notes on implicit parameters, Question 4: top level"
1425         ; ASSERT( all (isFreeWrtTyVars qtvs) irreds )   -- None should be captured
1426           if is_nested_group then
1427                 extendLIEs irreds
1428           else do { let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds
1429                   ; addTopIPErrs bndrs bad_ips
1430                   ; extendLIEs non_ips }
1431
1432         ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
1433         ; return (qtvs', binds) }
1434 \end{code}
1435
1436
1437 %************************************************************************
1438 %*                                                                      *
1439                 tcSimplifyRuleLhs
1440 %*                                                                      *
1441 %************************************************************************
1442
1443 On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
1444 getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
1445 as the available stuff for the RHS of the rule.
1446
1447 Example.  Consider the following left-hand side of a rule
1448         
1449         f (x == y) (y > z) = ...
1450
1451 If we typecheck this expression we get constraints
1452
1453         d1 :: Ord a, d2 :: Eq a
1454
1455 We do NOT want to "simplify" to the LHS
1456
1457         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a.
1458           f ((==) (eqFromOrd d1) x y) ((>) d1 y z) = ...
1459
1460 Instead we want 
1461
1462         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a, d2::Eq a.
1463           f ((==) d2 x y) ((>) d1 y z) = ...
1464
1465 Here is another example:
1466
1467         fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
1468         {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
1469
1470 In the rule, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But
1471 we *dont* want to get
1472
1473         forall dIntegralInt.
1474            fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
1475
1476 because the scsel will mess up RULE matching.  Instead we want
1477
1478         forall dIntegralInt, dNumInt.
1479           fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
1480
1481 Even if we have 
1482
1483         g (x == y) (y == z) = ..
1484
1485 where the two dictionaries are *identical*, we do NOT WANT
1486
1487         forall x::a, y::a, z::a, d1::Eq a
1488           f ((==) d1 x y) ((>) d1 y z) = ...
1489
1490 because that will only match if the dict args are (visibly) equal.
1491 Instead we want to quantify over the dictionaries separately.
1492
1493 In short, tcSimplifyRuleLhs must *only* squash LitInst and MethInts, leaving
1494 all dicts unchanged, with absolutely no sharing.  It's simpler to do this
1495 from scratch, rather than further parameterise simpleReduceLoop etc
1496
1497 \begin{code}
1498 tcSimplifyRuleLhs :: [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1499 tcSimplifyRuleLhs wanteds
1500   = go [] emptyBag wanteds
1501   where
1502     go dicts binds []
1503         = return (dicts, binds)
1504     go dicts binds (w:ws)
1505         | isDict w
1506         = go (w:dicts) binds ws
1507         | otherwise
1508         = do { w' <- zonkInst w  -- So that (3::Int) does not generate a call
1509                                  -- to fromInteger; this looks fragile to me
1510              ; lookup_result <- lookupSimpleInst w'
1511              ; case lookup_result of
1512                  GenInst ws' rhs -> 
1513                    go dicts (addInstToDictBind binds w rhs) (ws' ++ ws)
1514                  NoInstance      -> pprPanic "tcSimplifyRuleLhs" (ppr w)
1515           }
1516 \end{code}
1517
1518 tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
1519 a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
1520 any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
1521 Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
1522 Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
1523 this bracket again at its usage site.
1524
1525 \begin{code}
1526 tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
1527 tcSimplifyBracket wanteds
1528   = do  { tryHardCheckLoop doc wanteds
1529         ; return () }
1530   where
1531     doc = text "tcSimplifyBracket"
1532 \end{code}
1533
1534
1535 %************************************************************************
1536 %*                                                                      *
1537 \subsection{Filtering at a dynamic binding}
1538 %*                                                                      *
1539 %************************************************************************
1540
1541 When we have
1542         let ?x = R in B
1543
1544 we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
1545 step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
1546
1547 Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
1548
1549         f :: (?x::Int) => Char -> Char
1550         let ?x = 3 in f 'c'
1551
1552 then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
1553 force the binding for ?x to be of type Int.
1554
1555 \begin{code}
1556 tcSimplifyIPs :: [Inst]         -- The implicit parameters bound here
1557               -> [Inst]         -- Wanted
1558               -> TcM TcDictBinds
1559         -- We need a loop so that we do improvement, and then
1560         -- (next time round) generate a binding to connect the two
1561         --      let ?x = e in ?x
1562         -- Here the two ?x's have different types, and improvement 
1563         -- makes them the same.
1564
1565 tcSimplifyIPs given_ips wanteds
1566   = do  { wanteds'   <- zonkInsts wanteds
1567         ; given_ips' <- zonkInsts given_ips
1568                 -- Unusually for checking, we *must* zonk the given_ips
1569
1570         ; let env = mkRedEnv doc try_me given_ips'
1571         ; (improved, binds, irreds, elim_skolems) <- reduceContext env wanteds'
1572         ; elim_skolems
1573
1574         ; if not improved then 
1575                 ASSERT( all is_free irreds )
1576                 do { extendLIEs irreds
1577                    ; return binds }
1578           else
1579                 tcSimplifyIPs given_ips wanteds }
1580   where
1581     doc    = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
1582     ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
1583     is_free inst = isFreeWrtIPs ip_set inst
1584
1585         -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
1586     try_me inst | is_free inst = Stop
1587                 | otherwise    = ReduceMe NoSCs
1588 \end{code}
1589
1590
1591 %************************************************************************
1592 %*                                                                      *
1593 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
1594 %*                                                                      *
1595 %************************************************************************
1596
1597 When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
1598 For example, we might have...
1599 \begin{verbatim}
1600 let f x = x + 1     -- orig local function (overloaded)
1601     f.1 = f Int     -- two instances of f
1602     f.2 = f Float
1603  in
1604     (f.1 5, f.2 6.7)
1605 \end{verbatim}
1606 The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
1607 where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
1608 upwards towards the top-level.  If the @Insts@ were binding-ified up
1609 there, they would have unresolvable references to @f@.
1610
1611 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
1612 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
1613 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
1614 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
1615
1616 \begin{code}
1617 bindInstsOfLocalFuns :: [Inst] -> [TcId] -> TcM TcDictBinds
1618 -- Simlifies only MethodInsts, and generate only bindings of form 
1619 --      fm = f tys dicts
1620 -- We're careful not to even generate bindings of the form
1621 --      d1 = d2
1622 -- You'd think that'd be fine, but it interacts with what is
1623 -- arguably a bug in Match.tidyEqnInfo (see notes there)
1624
1625 bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
1626   | null overloaded_ids = do
1627         -- Common case
1628     extendLIEs wanteds
1629     return emptyLHsBinds
1630
1631   | otherwise
1632   = do  { (irreds, binds) <- gentleInferLoop doc for_me
1633         ; extendLIEs not_for_me 
1634         ; extendLIEs irreds
1635         ; return binds }
1636   where
1637     doc              = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
1638     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
1639     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
1640     (for_me, not_for_me) = partition (isMethodFor overloaded_set) wanteds
1641
1642     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids    -- There can occasionally be a lot of them
1643                                                 -- so it's worth building a set, so that
1644                                                 -- lookup (in isMethodFor) is faster
1645 \end{code}
1646
1647
1648 %************************************************************************
1649 %*                                                                      *
1650 \subsection{Data types for the reduction mechanism}
1651 %*                                                                      *
1652 %************************************************************************
1653
1654 The main control over context reduction is here
1655
1656 \begin{code}
1657 data RedEnv 
1658   = RedEnv { red_doc    :: SDoc                 -- The context
1659            , red_try_me :: Inst -> WhatToDo
1660            , red_improve :: Bool                -- True <=> do improvement
1661            , red_givens :: [Inst]               -- All guaranteed rigid
1662                                                 -- Always dicts
1663                                                 -- but see Note [Rigidity]
1664            , red_stack  :: (Int, [Inst])        -- Recursion stack (for err msg)
1665                                                 -- See Note [RedStack]
1666   }
1667
1668 -- Note [Rigidity]
1669 -- The red_givens are rigid so far as cmpInst is concerned.
1670 -- There is one case where they are not totally rigid, namely in tcSimplifyIPs
1671 --      let ?x = e in ...
1672 -- Here, the given is (?x::a), where 'a' is not necy a rigid type
1673 -- But that doesn't affect the comparison, which is based only on mame.
1674
1675 -- Note [RedStack]
1676 -- The red_stack pair (n,insts) pair is just used for error reporting.
1677 -- 'n' is always the depth of the stack.
1678 -- The 'insts' is the stack of Insts being reduced: to produce X
1679 -- I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1680
1681
1682 mkRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> [Inst] -> RedEnv
1683 mkRedEnv doc try_me givens
1684   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1685              red_givens = givens, 
1686              red_stack = (0,[]),
1687              red_improve = True }       
1688
1689 mkNoImproveRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> RedEnv
1690 -- Do not do improvement; no givens
1691 mkNoImproveRedEnv doc try_me
1692   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1693              red_givens = [], 
1694              red_stack = (0,[]),
1695              red_improve = True }       
1696
1697 data WhatToDo
1698  = ReduceMe WantSCs     -- Try to reduce this
1699                         -- If there's no instance, add the inst to the 
1700                         -- irreductible ones, but don't produce an error 
1701                         -- message of any kind.
1702                         -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
1703
1704  | Stop         -- Return as irreducible unless it can
1705                         -- be reduced to a constant in one step
1706                         -- Do not add superclasses; see 
1707
1708 data WantSCs = NoSCs | AddSCs   -- Tells whether we should add the superclasses
1709                                 -- of a predicate when adding it to the avails
1710         -- The reason for this flag is entirely the super-class loop problem
1711         -- Note [SUPER-CLASS LOOP 1]
1712
1713 zonkRedEnv :: RedEnv -> TcM RedEnv
1714 zonkRedEnv env
1715   = do { givens' <- mapM zonkInst (red_givens env)
1716        ; return $ env {red_givens = givens'}
1717        }
1718 \end{code}
1719
1720
1721 %************************************************************************
1722 %*                                                                      *
1723 \subsection[reduce]{@reduce@}
1724 %*                                                                      *
1725 %************************************************************************
1726
1727 Note [Ancestor Equalities]
1728 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1729 During context reduction, we add to the wanted equalities also those
1730 equalities that (transitively) occur in superclass contexts of wanted
1731 class constraints.  Consider the following code
1732
1733   class a ~ Int => C a
1734   instance C Int
1735
1736 If (C a) is wanted, we want to add (a ~ Int), which will be discharged by
1737 substituting Int for a.  Hence, we ultimately want (C Int), which we
1738 discharge with the explicit instance.
1739
1740 \begin{code}
1741 reduceContext :: RedEnv
1742               -> [Inst]                 -- Wanted
1743               -> TcM (ImprovementDone,
1744                       TcDictBinds,      -- Dictionary bindings
1745                       [Inst],           -- Irreducible
1746                       TcM ())           -- Undo skolems from SkolemOccurs
1747
1748 reduceContext env wanteds
1749   = do  { traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1750              text "----------------------",
1751              red_doc env,
1752              text "given" <+> ppr (red_givens env),
1753              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1754              text "----------------------"
1755              ]))
1756
1757
1758         ; let givens                       = red_givens env
1759               (given_eqs0, given_dicts0)   = partition isEqInst givens
1760               (wanted_eqs0, wanted_non_eqs) = partition isEqInst wanteds
1761               (wanted_implics0, wanted_dicts0) = partition isImplicInst wanted_non_eqs
1762
1763           -- We want to add as wanted equalities those that (transitively) 
1764           -- occur in superclass contexts of wanted class constraints.
1765           -- See Note [Ancestor Equalities]
1766         ; ancestor_eqs <- ancestorEqualities wanted_dicts0
1767         ; let wanted_eqs = wanted_eqs0 ++ ancestor_eqs
1768         ; traceTc $ text "reduceContext: ancestor eqs" <+> ppr ancestor_eqs
1769
1770           -- 1. Normalise the *given* *equality* constraints
1771         ; (given_eqs, eliminate_skolems) <- normaliseGivenEqs given_eqs0
1772
1773           -- 2. Normalise the *given* *dictionary* constraints
1774           --    wrt. the toplevel and given equations
1775         ; (given_dicts, given_binds) <- normaliseGivenDicts given_eqs
1776                                                             given_dicts0
1777
1778           -- 5. Build the Avail mapping from "given_dicts"
1779         ; (init_state, extra_givens) <- getLIE $ do 
1780                 { init_state <- foldlM addGiven emptyAvails given_dicts
1781                 ; return init_state
1782                 }
1783
1784         -- *** ToDo: what to do with the "extra_givens"?  For the
1785         -- moment I'm simply discarding them, which is probably wrong
1786
1787           -- 7. Normalise the *wanted* *dictionary* constraints
1788           --    wrt. the toplevel and given equations
1789           -- NB: normalisation includes zonking as part of what it does
1790           --     so it's important to do it after any unifications
1791           --     that happened as a result of the addGivens
1792         ; (wanted_dicts,normalise_binds1) <- normaliseWantedDicts given_eqs wanted_dicts0
1793
1794           -- 6. Solve the *wanted* *dictionary* constraints (not implications)
1795           --    This may expose some further equational constraints...
1796         ; (avails, extra_eqs) <- getLIE (reduceList env wanted_dicts init_state)
1797         ; (dict_binds, bound_dicts, dict_irreds) <- extractResults avails wanted_dicts
1798         ; traceTc $ text "reduceContext extractresults" <+> vcat
1799                       [ppr avails,ppr wanted_dicts,ppr dict_binds]
1800
1801         -- *** ToDo: what to do with the "extra_eqs"?  For the
1802         -- moment I'm simply discarding them, which is probably wrong
1803
1804           -- Solve the wanted *implications*.  In doing so, we can provide
1805           -- as "given"   all the dicts that were originally given, 
1806           --              *or* for which we now have bindings, 
1807           --              *or* which are now irreds
1808         ; let implic_env = env { red_givens = givens ++ bound_dicts ++ dict_irreds }
1809         ; (implic_binds_s, implic_irreds_s) <- mapAndUnzipM (reduceImplication implic_env) wanted_implics0
1810         ; let implic_binds  = unionManyBags implic_binds_s
1811               implic_irreds = concat implic_irreds_s
1812
1813           -- 3. Solve the *wanted* *equation* constraints
1814         ; eq_irreds0 <- solveWantedEqs given_eqs wanted_eqs
1815
1816           -- 4. Normalise the *wanted* equality constraints with respect to
1817           --    each other 
1818         ; eq_irreds <- normaliseWantedEqs eq_irreds0
1819
1820           -- 8. Substitute the wanted *equations* in the wanted *dictionaries*
1821         ; let irreds = dict_irreds ++ implic_irreds
1822         ; (norm_irreds, normalise_binds2) <- substEqInDictInsts True {-wanted-}
1823                                                                 eq_irreds irreds
1824                 
1825           -- 9. eliminate the artificial skolem constants introduced in 1.
1826 --      ; eliminate_skolems     
1827
1828           -- Figure out whether we should go round again
1829           -- My current plan is to see if any of the mutable tyvars in
1830           -- givens or irreds has been filled in by improvement.  
1831           -- If so, there is merit in going around again, because
1832           -- we may make further progress
1833           -- 
1834           -- ToDo: is it only mutable stuff?  We may have exposed new
1835           --       equality constraints and should probably go round again
1836           --       then as well.  But currently we are dropping them on the
1837           --       floor anyway.
1838
1839         ; let all_irreds = norm_irreds ++ eq_irreds
1840         ; improved <- anyM isFilledMetaTyVar $ varSetElems $
1841                       tyVarsOfInsts (givens ++ all_irreds)
1842
1843         -- The old plan (fragile)
1844         -- improveed   = availsImproved avails 
1845         --               || (not $ isEmptyBag normalise_binds1)
1846         --               || (not $ isEmptyBag normalise_binds2)
1847         --               || (any isEqInst irreds)
1848
1849         ; traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1850              text "----------------------",
1851              red_doc env,
1852              text "given" <+> ppr givens,
1853              text "given_eqs" <+> ppr given_eqs,
1854              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1855              text "wanted_dicts" <+> ppr wanted_dicts,
1856              text "----",
1857              text "avails" <+> pprAvails avails,
1858              text "improved =" <+> ppr improved,
1859              text "(all) irreds = " <+> ppr all_irreds,
1860              text "dict-binds = " <+> ppr dict_binds,
1861              text "implic-binds = " <+> ppr implic_binds,
1862              text "----------------------"
1863              ]))
1864
1865         ; return (improved, 
1866                   given_binds `unionBags` normalise_binds1 
1867                               `unionBags` normalise_binds2 
1868                               `unionBags` dict_binds 
1869                               `unionBags` implic_binds, 
1870                   all_irreds,
1871                   eliminate_skolems) 
1872         }
1873
1874 tcImproveOne :: Avails -> Inst -> TcM ImprovementDone
1875 tcImproveOne avails inst
1876   | not (isDict inst) = return False
1877   | otherwise
1878   = do  { inst_envs <- tcGetInstEnvs
1879         ; let eqns = improveOne (classInstances inst_envs)
1880                                 (dictPred inst, pprInstArising inst)
1881                                 [ (dictPred p, pprInstArising p)
1882                                 | p <- availsInsts avails, isDict p ]
1883                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1884                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1885                 -- It does not have duplicates (good)
1886                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1887                 --    so that improve will see them separate
1888         ; traceTc (text "improveOne" <+> ppr inst)
1889         ; unifyEqns eqns }
1890
1891 unifyEqns :: [(Equation,(PredType,SDoc),(PredType,SDoc))] 
1892           -> TcM ImprovementDone
1893 unifyEqns [] = return False
1894 unifyEqns eqns
1895   = do  { traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))
1896         ; mapM_ unify eqns
1897         ; return True }
1898   where
1899     unify ((qtvs, pairs), what1, what2)
1900          = addErrCtxtM (mkEqnMsg what1 what2) $ do
1901            (_, _, tenv) <- tcInstTyVars (varSetElems qtvs)
1902            mapM_ (unif_pr tenv) pairs
1903     unif_pr tenv (ty1,ty2) =  unifyType (substTy tenv ty1) (substTy tenv ty2)
1904
1905 pprEquationDoc (eqn, (p1,w1), (p2,w2)) = vcat [pprEquation eqn, nest 2 (ppr p1), nest 2 (ppr p2)]
1906
1907 mkEqnMsg (pred1,from1) (pred2,from2) tidy_env
1908   = do  { pred1' <- zonkTcPredType pred1; pred2' <- zonkTcPredType pred2
1909         ; let { pred1'' = tidyPred tidy_env pred1'; pred2'' = tidyPred tidy_env pred2' }
1910         ; let msg = vcat [ptext SLIT("When using functional dependencies to combine"),
1911                           nest 2 (sep [ppr pred1'' <> comma, nest 2 from1]), 
1912                           nest 2 (sep [ppr pred2'' <> comma, nest 2 from2])]
1913         ; return (tidy_env, msg) }
1914 \end{code}
1915
1916 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1917
1918 \begin{code}
1919 reduceList :: RedEnv -> [Inst] -> Avails -> TcM Avails
1920 reduceList env@(RedEnv {red_stack = (n,stk)}) wanteds state
1921   = do  { traceTc (text "reduceList " <+> (ppr wanteds $$ ppr state))
1922         ; dopts <- getDOpts
1923 #ifdef DEBUG
1924         ; if n > 8 then
1925                 dumpTcRn (hang (ptext SLIT("Interesting! Context reduction stack depth") <+> int n) 
1926                              2 (ifPprDebug (nest 2 (pprStack stk))))
1927           else return ()
1928 #endif
1929         ; if n >= ctxtStkDepth dopts then
1930             failWithTc (reduceDepthErr n stk)
1931           else
1932             go wanteds state }
1933   where
1934     go []     state = return state
1935     go (w:ws) state = do { state' <- reduce (env {red_stack = (n+1, w:stk)}) w state
1936                          ; go ws state' }
1937
1938     -- Base case: we're done!
1939 reduce env wanted avails
1940     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1941   | Just avail <- findAvail avails wanted
1942   = do { traceTc (text "reduce: found " <+> ppr wanted)
1943        ; return avails
1944        }
1945
1946   | otherwise
1947   = do  { traceTc (text "reduce" <+> ppr wanted $$ ppr avails)
1948         ; case red_try_me env wanted of {
1949             Stop -> try_simple (addIrred NoSCs);
1950                         -- See Note [No superclasses for Stop]
1951
1952             ReduceMe want_scs -> do     -- It should be reduced
1953                 { (avails, lookup_result) <- reduceInst env avails wanted
1954                 ; case lookup_result of
1955                     NoInstance -> addIrred want_scs avails wanted
1956                              -- Add it and its superclasses
1957                              
1958                     GenInst [] rhs -> addWanted want_scs avails wanted rhs []
1959
1960                     GenInst wanteds' rhs
1961                           -> do { avails1 <- addIrred NoSCs avails wanted
1962                                 ; avails2 <- reduceList env wanteds' avails1
1963                                 ; addWanted want_scs avails2 wanted rhs wanteds' } }
1964                 -- Temporarily do addIrred *before* the reduceList, 
1965                 -- which has the effect of adding the thing we are trying
1966                 -- to prove to the database before trying to prove the things it
1967                 -- needs.  See note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1968                 -- NB: we must not do an addWanted before, because that adds the
1969                 --     superclasses too, and that can lead to a spurious loop; see
1970                 --     the examples in [SUPERCLASS-LOOP]
1971                 -- So we do an addIrred before, and then overwrite it afterwards with addWanted
1972     } }
1973   where
1974         -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1975         -- Works well for literals (1::Int) and constant dictionaries (d::Num Int)
1976         -- Don't bother for implication constraints, which take real work
1977     try_simple do_this_otherwise
1978       = do { res <- lookupSimpleInst wanted
1979            ; case res of
1980                 GenInst [] rhs -> addWanted AddSCs avails wanted rhs []
1981                 other          -> do_this_otherwise avails wanted }
1982 \end{code}
1983
1984
1985 Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
1986 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1987 But the above isn't enough.  Suppose we are *given* d1:Ord a,
1988 and want to deduce (d2:C [a]) where
1989
1990         class Ord a => C a where
1991         instance Ord [a] => C [a] where ...
1992
1993 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] from Ord [a], and then add the
1994 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1995 for Ord [a] (which is obtained from Ord a) with a superclass selection or we'll just
1996 build a loop! 
1997
1998 Here's another variant, immortalised in tcrun020
1999         class Monad m => C1 m
2000         class C1 m => C2 m x
2001         instance C2 Maybe Bool
2002 For the instance decl we need to build (C1 Maybe), and it's no good if
2003 we run around and add (C2 Maybe Bool) and its superclasses to the avails 
2004 before we search for C1 Maybe.
2005
2006 Here's another example 
2007         class Eq b => Foo a b
2008         instance Eq a => Foo [a] a
2009 If we are reducing
2010         (Foo [t] t)
2011
2012 we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
2013 then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
2014
2015 At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
2016 in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
2017 becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
2018 I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
2019 simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Stop
2020 first time, but reducible next time.
2021
2022 Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
2023 when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
2024
2025
2026 Note [RECURSIVE DICTIONARIES]
2027 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2028 Consider 
2029     data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
2030     
2031     instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
2032         ZeroD     == ZeroD     = True
2033         (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
2034         _         == _         = False;
2035     
2036     equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
2037     equalDC = (==);
2038
2039 We need to prove (Eq (D [])).  Here's how we go:
2040
2041         d1 : Eq (D [])
2042
2043 by instance decl, holds if
2044         d2 : Eq [D []]
2045         where   d1 = dfEqD d2
2046
2047 by instance decl of Eq, holds if
2048         d3 : D []
2049         where   d2 = dfEqList d3
2050                 d1 = dfEqD d2
2051
2052 But now we can "tie the knot" to give
2053
2054         d3 = d1
2055         d2 = dfEqList d3
2056         d1 = dfEqD d2
2057
2058 and it'll even run!  The trick is to put the thing we are trying to prove
2059 (in this case Eq (D []) into the database before trying to prove its
2060 contributing clauses.
2061         
2062
2063 %************************************************************************
2064 %*                                                                      *
2065                 Reducing a single constraint
2066 %*                                                                      *
2067 %************************************************************************
2068
2069 \begin{code}
2070 ---------------------------------------------
2071 reduceInst :: RedEnv -> Avails -> Inst -> TcM (Avails, LookupInstResult)
2072 reduceInst env avails other_inst
2073   = do  { result <- lookupSimpleInst other_inst
2074         ; return (avails, result) }
2075 \end{code}
2076
2077 Note [Equational Constraints in Implication Constraints]
2078 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2079
2080 An implication constraint is of the form 
2081         Given => Wanted 
2082 where Given and Wanted may contain both equational and dictionary
2083 constraints. The delay and reduction of these two kinds of constraints
2084 is distinct:
2085
2086 -) In the generated code, wanted Dictionary constraints are wrapped up in an
2087    implication constraint that is created at the code site where the wanted
2088    dictionaries can be reduced via a let-binding. This let-bound implication
2089    constraint is deconstructed at the use-site of the wanted dictionaries.
2090
2091 -) While the reduction of equational constraints is also delayed, the delay
2092    is not manifest in the generated code. The required evidence is generated
2093    in the code directly at the use-site. There is no let-binding and deconstruction
2094    necessary. The main disadvantage is that we cannot exploit sharing as the
2095    same evidence may be generated at multiple use-sites. However, this disadvantage
2096    is limited because it only concerns coercions which are erased.
2097
2098 The different treatment is motivated by the different in representation. Dictionary
2099 constraints require manifest runtime dictionaries, while equations require coercions
2100 which are types.
2101
2102 \begin{code}
2103 ---------------------------------------------
2104 reduceImplication :: RedEnv
2105                   -> Inst
2106                   -> TcM (TcDictBinds, [Inst])
2107 \end{code}
2108
2109 Suppose we are simplifying the constraint
2110         forall bs. extras => wanted
2111 in the context of an overall simplification problem with givens 'givens'.
2112
2113 Note that
2114   * The 'givens' need not mention any of the quantified type variables
2115         e.g.    forall {}. Eq a => Eq [a]
2116                 forall {}. C Int => D (Tree Int)
2117
2118     This happens when you have something like
2119         data T a where
2120           T1 :: Eq a => a -> T a
2121
2122         f :: T a -> Int
2123         f x = ...(case x of { T1 v -> v==v })...
2124
2125 \begin{code}
2126         -- ToDo: should we instantiate tvs?  I think it's not necessary
2127         --
2128         -- Note on coercion variables:
2129         --
2130         --      The extra given coercion variables are bound at two different sites:
2131         --      -) in the creation context of the implication constraint        
2132         --              the solved equational constraints use these binders
2133         --
2134         --      -) at the solving site of the implication constraint
2135         --              the solved dictionaries use these binders               
2136         --              these binders are generated by reduceImplication
2137         --
2138 reduceImplication env
2139         orig_implic@(ImplicInst { tci_name = name, tci_loc = inst_loc,
2140                                   tci_tyvars = tvs, tci_reft = emptyRefinement,
2141                                   tci_given = extra_givens, tci_wanted = wanteds })
2142   = do  {       -- Solve the sub-problem
2143         ; let try_me inst = ReduceMe AddSCs  -- Note [Freeness and implications]
2144               env' = env { red_givens = extra_givens ++ red_givens env
2145                          , red_doc = sep [ptext SLIT("reduceImplication for") 
2146                                             <+> ppr name,
2147                                           nest 2 (parens $ ptext SLIT("within")
2148                                                            <+> red_doc env)]
2149                          , red_try_me = try_me }
2150
2151         ; traceTc (text "reduceImplication" <+> vcat
2152                         [ ppr (red_givens env), ppr extra_givens, 
2153                           ppr wanteds])
2154         ; (irreds, binds) <- checkLoop env' wanteds
2155         ; let   (extra_eq_givens, extra_dict_givens) = partition isEqInst extra_givens
2156                         -- SLPJ Sept 07: I think this is bogus; currently
2157                         -- there are no Eqinsts in extra_givens
2158                 dict_ids = map instToId extra_dict_givens 
2159
2160                 -- Note [Reducing implication constraints]
2161                 -- Tom -- update note, put somewhere!
2162
2163         ; traceTc (text "reduceImplication result" <+> vcat
2164                         [ppr irreds, ppr binds])
2165
2166         ; -- extract superclass binds
2167           --  (sc_binds,_) <- extractResults avails []
2168 --      ; traceTc (text "reduceImplication sc_binds" <+> vcat
2169 --                      [ppr sc_binds, ppr avails])
2170 --  
2171
2172         -- SLPJ Sept 07: what if improvement happened inside the checkLoop?
2173         -- Then we must iterate the outer loop too!
2174
2175         ; traceTc (text "reduceImplication condition" <+> ppr ((isEmptyLHsBinds binds) || (null irreds)))
2176
2177 --      Progress is no longer measered by the number of bindings
2178         ; if (isEmptyLHsBinds binds) && (not $ null irreds) then        -- No progress
2179                 -- If there are any irreds, we back off and do nothing
2180                 return (emptyBag, [orig_implic])
2181           else do
2182         { (simpler_implic_insts, bind) 
2183             <- makeImplicationBind inst_loc tvs extra_givens irreds
2184                 -- This binding is useless if the recursive simplification
2185                 -- made no progress; but currently we don't try to optimise that
2186                 -- case.  After all, we only try hard to reduce at top level, or
2187                 -- when inferring types.
2188
2189         ; let   dict_wanteds = filter (not . isEqInst) wanteds
2190                 -- TOMDO: given equational constraints bug!
2191                 --  we need a different evidence for given
2192                 --  equations depending on whether we solve
2193                 --  dictionary constraints or equational constraints
2194
2195                 eq_tyvars = varSetElems $ tyVarsOfTypes $ map eqInstType extra_eq_givens
2196                         -- SLPJ Sept07: this looks Utterly Wrong to me, but I think
2197                         --              that current extra_givens has no EqInsts, so
2198                         --              it makes no difference
2199                 co  = wrap_inline       -- Note [Always inline implication constraints]
2200                       <.> mkWpTyLams tvs
2201                       <.> mkWpLams eq_tyvars
2202                       <.> mkWpLams dict_ids
2203                       <.> WpLet (binds `unionBags` bind)
2204                 wrap_inline | null dict_ids = idHsWrapper
2205                             | otherwise     = WpInline
2206                 rhs = mkHsWrap co payload
2207                 loc = instLocSpan inst_loc
2208                 payload | [dict_wanted] <- dict_wanteds = HsVar (instToId dict_wanted)
2209                         | otherwise = ExplicitTuple (map (L loc . HsVar . instToId) dict_wanteds) Boxed
2210
2211         
2212         ; traceTc (vcat [text "reduceImplication" <+> ppr name,
2213                          ppr simpler_implic_insts,
2214                          text "->" <+> ppr rhs])
2215         ; return (unitBag (L loc (VarBind (instToId orig_implic) (L loc rhs))),
2216                   simpler_implic_insts)
2217         } 
2218     }
2219 \end{code}
2220
2221 Note [Always inline implication constraints]
2222 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2223 Suppose an implication constraint floats out of an INLINE function.
2224 Then although the implication has a single call site, it won't be 
2225 inlined.  And that is bad because it means that even if there is really
2226 *no* overloading (type signatures specify the exact types) there will
2227 still be dictionary passing in the resulting code.  To avert this,
2228 we mark the implication constraints themselves as INLINE, at least when
2229 there is no loss of sharing as a result.
2230
2231 Note [Freeness and implications]
2232 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2233 It's hard to say when an implication constraint can be floated out.  Consider
2234         forall {} Eq a => Foo [a]
2235 The (Foo [a]) doesn't mention any of the quantified variables, but it
2236 still might be partially satisfied by the (Eq a). 
2237
2238 There is a useful special case when it *is* easy to partition the 
2239 constraints, namely when there are no 'givens'.  Consider
2240         forall {a}. () => Bar b
2241 There are no 'givens', and so there is no reason to capture (Bar b).
2242 We can let it float out.  But if there is even one constraint we
2243 must be much more careful:
2244         forall {a}. C a b => Bar (m b)
2245 because (C a b) might have a superclass (D b), from which we might 
2246 deduce (Bar [b]) when m later gets instantiated to [].  Ha!
2247
2248 Here is an even more exotic example
2249         class C a => D a b
2250 Now consider the constraint
2251         forall b. D Int b => C Int
2252 We can satisfy the (C Int) from the superclass of D, so we don't want
2253 to float the (C Int) out, even though it mentions no type variable in
2254 the constraints!
2255
2256 Note [Pruning the givens in an implication constraint]
2257 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2258 Suppose we are about to form the implication constraint
2259         forall tvs.  Eq a => Ord b
2260 The (Eq a) cannot contribute to the (Ord b), because it has no access to
2261 the type variable 'b'.  So we could filter out the (Eq a) from the givens.
2262
2263 Doing so would be a bit tidier, but all the implication constraints get
2264 simplified away by the optimiser, so it's no great win.   So I don't take
2265 advantage of that at the moment.
2266
2267 If you do, BE CAREFUL of wobbly type variables.
2268
2269
2270 %************************************************************************
2271 %*                                                                      *
2272                 Avails and AvailHow: the pool of evidence
2273 %*                                                                      *
2274 %************************************************************************
2275
2276
2277 \begin{code}
2278 data Avails = Avails !ImprovementDone !AvailEnv
2279
2280 type ImprovementDone = Bool     -- True <=> some unification has happened
2281                                 -- so some Irreds might now be reducible
2282                                 -- keys that are now 
2283
2284 type AvailEnv = FiniteMap Inst AvailHow
2285 data AvailHow
2286   = IsIrred             -- Used for irreducible dictionaries,
2287                         -- which are going to be lambda bound
2288
2289   | Given Inst          -- Used for dictionaries for which we have a binding
2290                         -- e.g. those "given" in a signature
2291
2292   | Rhs                 -- Used when there is a RHS
2293         (LHsExpr TcId)  -- The RHS
2294         [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
2295
2296 instance Outputable Avails where
2297   ppr = pprAvails
2298
2299 pprAvails (Avails imp avails)
2300   = vcat [ ptext SLIT("Avails") <> (if imp then ptext SLIT("[improved]") else empty)
2301          , nest 2 $ braces $ 
2302            vcat [ sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> ppr avail)]
2303                 | (inst,avail) <- fmToList avails ]]
2304
2305 instance Outputable AvailHow where
2306     ppr = pprAvail
2307
2308 -------------------------
2309 pprAvail :: AvailHow -> SDoc
2310 pprAvail IsIrred        = text "Irred"
2311 pprAvail (Given x)      = text "Given" <+> ppr x
2312 pprAvail (Rhs rhs bs)   = sep [text "Rhs" <+> ppr bs,
2313                                nest 2 (ppr rhs)]
2314
2315 -------------------------
2316 extendAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> AvailHow -> AvailEnv
2317 extendAvailEnv env inst avail = addToFM env inst avail
2318
2319 findAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> Maybe AvailHow
2320 findAvailEnv env wanted = lookupFM env wanted
2321         -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
2322         --  *not* by unique.  So
2323         --      d1::C Int ==  d2::C Int
2324
2325 emptyAvails :: Avails
2326 emptyAvails = Avails False emptyFM
2327
2328 findAvail :: Avails -> Inst -> Maybe AvailHow
2329 findAvail (Avails _ avails) wanted = findAvailEnv avails wanted
2330
2331 elemAvails :: Inst -> Avails -> Bool
2332 elemAvails wanted (Avails _ avails) = wanted `elemFM` avails
2333
2334 extendAvails :: Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
2335 -- Does improvement
2336 extendAvails avails@(Avails imp env) inst avail
2337   = do  { imp1 <- tcImproveOne avails inst      -- Do any improvement
2338         ; return (Avails (imp || imp1) (extendAvailEnv env inst avail)) }
2339
2340 availsInsts :: Avails -> [Inst]
2341 availsInsts (Avails _ avails) = keysFM avails
2342
2343 availsImproved (Avails imp _) = imp
2344
2345 updateImprovement :: Avails -> Avails -> Avails
2346 -- (updateImprovement a1 a2) sets a1's improvement flag from a2
2347 updateImprovement (Avails _ avails1) (Avails imp2 _) = Avails imp2 avails1
2348 \end{code}
2349
2350 Extracting the bindings from a bunch of Avails.
2351 The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
2352 We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
2353 dependency analyser can sort them out later
2354
2355 \begin{code}
2356 type DoneEnv = FiniteMap Inst [Id]
2357 -- Tracks which things we have evidence for
2358
2359 extractResults :: Avails
2360                -> [Inst]                -- Wanted
2361                -> TcM (TcDictBinds,     -- Bindings
2362                        [Inst],          -- The insts bound by the bindings
2363                        [Inst])          -- Irreducible ones
2364                         -- Note [Reducing implication constraints]
2365
2366 extractResults (Avails _ avails) wanteds
2367   = go emptyBag [] [] emptyFM wanteds
2368   where
2369     go  :: TcDictBinds  -- Bindings for dicts
2370         -> [Inst]       -- Bound by the bindings
2371         -> [Inst]       -- Irreds
2372         -> DoneEnv      -- Has an entry for each inst in the above three sets
2373         -> [Inst]       -- Wanted
2374         -> TcM (TcDictBinds, [Inst], [Inst])
2375     go binds bound_dicts irreds done [] 
2376       = return (binds, bound_dicts, irreds)
2377
2378     go binds bound_dicts irreds done (w:ws)
2379       | Just done_ids@(done_id : rest_done_ids) <- lookupFM done w
2380       = if w_id `elem` done_ids then
2381            go binds bound_dicts irreds done ws
2382         else
2383            go (add_bind (nlHsVar done_id)) bound_dicts irreds
2384               (addToFM done w (done_id : w_id : rest_done_ids)) ws
2385
2386       | otherwise       -- Not yet done
2387       = case findAvailEnv avails w of
2388           Nothing -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
2389                      go binds bound_dicts irreds done ws
2390
2391           Just IsIrred -> go binds bound_dicts (w:irreds) done' ws
2392
2393           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_bind rhs) (w:bound_dicts) irreds done' (ws' ++ ws)
2394
2395           Just (Given g) -> go binds' bound_dicts irreds (addToFM done w [g_id]) ws 
2396                 where
2397                   g_id = instToId g
2398                   binds' | w_id == g_id = binds
2399                          | otherwise    = add_bind (nlHsVar g_id)
2400       where
2401         w_id  = instToId w      
2402         done' = addToFM done w [w_id]
2403         add_bind rhs = addInstToDictBind binds w rhs
2404 \end{code}
2405
2406
2407 Note [No superclasses for Stop]
2408 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2409 When we decide not to reduce an Inst -- the 'WhatToDo' --- we still
2410 add it to avails, so that any other equal Insts will be commoned up
2411 right here.  However, we do *not* add superclasses.  If we have
2412         df::Floating a
2413         dn::Num a
2414 but a is not bound here, then we *don't* want to derive dn from df
2415 here lest we lose sharing.
2416
2417 \begin{code}
2418 addWanted :: WantSCs -> Avails -> Inst -> LHsExpr TcId -> [Inst] -> TcM Avails
2419 addWanted want_scs avails wanted rhs_expr wanteds
2420   = addAvailAndSCs want_scs avails wanted avail
2421   where
2422     avail = Rhs rhs_expr wanteds
2423
2424 addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
2425 addGiven avails given = addAvailAndSCs AddSCs avails given (Given given)
2426         -- Always add superclasses for 'givens'
2427         --
2428         -- No ASSERT( not (given `elemAvails` avails) ) because in an instance
2429         -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
2430         -- so the assert isn't true
2431 \end{code}
2432
2433 \begin{code}
2434 addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2435 addIrred want_scs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemAvails` avails), ppr irred $$ ppr avails )
2436                                  addAvailAndSCs want_scs avails irred IsIrred
2437
2438 addAvailAndSCs :: WantSCs -> Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
2439 addAvailAndSCs want_scs avails inst avail
2440   | not (isClassDict inst) = extendAvails avails inst avail
2441   | NoSCs <- want_scs      = extendAvails avails inst avail
2442   | otherwise              = do { traceTc (text "addAvailAndSCs" <+> vcat [ppr inst, ppr deps])
2443                                 ; avails' <- extendAvails avails inst avail
2444                                 ; addSCs is_loop avails' inst }
2445   where
2446     is_loop pred = any (`tcEqType` mkPredTy pred) dep_tys
2447                         -- Note: this compares by *type*, not by Unique
2448     deps         = findAllDeps (unitVarSet (instToVar inst)) avail
2449     dep_tys      = map idType (varSetElems deps)
2450
2451     findAllDeps :: IdSet -> AvailHow -> IdSet
2452     -- Find all the Insts that this one depends on
2453     -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2454     -- Watch out, though.  Since the avails may contain loops 
2455     -- (see Note [RECURSIVE DICTIONARIES]), so we need to track the ones we've seen so far
2456     findAllDeps so_far (Rhs _ kids) = foldl find_all so_far kids
2457     findAllDeps so_far other        = so_far
2458
2459     find_all :: IdSet -> Inst -> IdSet
2460     find_all so_far kid
2461       | isEqInst kid                       = so_far
2462       | kid_id `elemVarSet` so_far         = so_far
2463       | Just avail <- findAvail avails kid = findAllDeps so_far' avail
2464       | otherwise                          = so_far'
2465       where
2466         so_far' = extendVarSet so_far kid_id    -- Add the new kid to so_far
2467         kid_id = instToId kid
2468
2469 addSCs :: (TcPredType -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2470         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
2471         -- The first param says "don't do this because the original thing
2472         --      depends on this one, so you'd build a loop"
2473         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
2474
2475 addSCs is_loop avails dict
2476   = ASSERT( isDict dict )
2477     do  { sc_dicts <- newDictBndrs (instLoc dict) sc_theta'
2478         ; foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels) }
2479   where
2480     (clas, tys) = getDictClassTys dict
2481     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
2482     sc_theta' = filter (not . isEqPred) $
2483                   substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
2484
2485     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)
2486       | is_loop (dictPred sc_dict) = return avails      -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2487       | is_given sc_dict           = return avails
2488       | otherwise                  = do { avails' <- extendAvails avails sc_dict (Rhs sc_sel_rhs [dict])
2489                                         ; addSCs is_loop avails' sc_dict }
2490       where
2491         sc_sel_rhs = L (instSpan dict) (HsWrap co_fn (HsVar sc_sel))
2492         co_fn      = WpApp (instToVar dict) <.> mkWpTyApps tys
2493
2494     is_given :: Inst -> Bool
2495     is_given sc_dict = case findAvail avails sc_dict of
2496                           Just (Given _) -> True        -- Given is cheaper than superclass selection
2497                           other          -> False       
2498
2499 -- From the a set of insts obtain all equalities that (transitively) occur in
2500 -- superclass contexts of class constraints (aka the ancestor equalities). 
2501 --
2502 ancestorEqualities :: [Inst] -> TcM [Inst]
2503 ancestorEqualities
2504   =   mapM mkWantedEqInst               -- turn only equality predicates..
2505     . filter isEqPred                   -- ..into wanted equality insts
2506     . bagToList 
2507     . addAEsToBag emptyBag              -- collect the superclass constraints..
2508     . map dictPred                      -- ..of all predicates in a bag
2509     . filter isClassDict
2510   where
2511     addAEsToBag :: Bag PredType -> [PredType] -> Bag PredType
2512     addAEsToBag bag []           = bag
2513     addAEsToBag bag (pred:preds)
2514       | pred `elemBag` bag = addAEsToBag bag         preds
2515       | isEqPred pred      = addAEsToBag bagWithPred preds
2516       | isClassPred pred   = addAEsToBag bagWithPred predsWithSCs
2517       | otherwise          = addAEsToBag bag         preds
2518       where
2519         bagWithPred  = bag `snocBag` pred
2520         predsWithSCs = preds ++ substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
2521         --
2522         (tyvars, sc_theta, _, _) = classBigSig clas
2523         (clas, tys)              = getClassPredTys pred 
2524 \end{code}
2525
2526
2527 %************************************************************************
2528 %*                                                                      *
2529 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
2530 %*                                                                      *
2531 %************************************************************************
2532
2533
2534 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
2535 and ambiguous Insts.
2536
2537 We need to be careful of one case.  Suppose we have
2538
2539         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
2540
2541 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
2542 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
2543
2544 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
2545
2546
2547 \begin{code}
2548 tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
2549 tcSimplifyTop wanteds
2550   = tc_simplify_top doc False wanteds
2551   where 
2552     doc = text "tcSimplifyTop"
2553
2554 tcSimplifyInteractive wanteds
2555   = tc_simplify_top doc True wanteds
2556   where 
2557     doc = text "tcSimplifyInteractive"
2558
2559 -- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
2560 -- error message generation for the monomorphism restriction
2561 tc_simplify_top doc interactive wanteds
2562   = do  { dflags <- getDOpts
2563         ; wanteds <- zonkInsts wanteds
2564         ; mapM_ zonkTopTyVar (varSetElems (tyVarsOfInsts wanteds))
2565
2566         ; traceTc (text "tc_simplify_top 0: " <+> ppr wanteds)
2567         ; (irreds1, binds1) <- tryHardCheckLoop doc1 wanteds
2568 --      ; (irreds1, binds1) <- gentleInferLoop doc1 wanteds
2569         ; traceTc (text "tc_simplify_top 1: " <+> ppr irreds1)
2570         ; (irreds2, binds2) <- approximateImplications doc2 (\d -> True) irreds1
2571         ; traceTc (text "tc_simplify_top 2: " <+> ppr irreds2)
2572
2573                 -- Use the defaulting rules to do extra unification
2574                 -- NB: irreds2 are already zonked
2575         ; (irreds3, binds3) <- disambiguate doc3 interactive dflags irreds2
2576
2577                 -- Deal with implicit parameters
2578         ; let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds3
2579               (ambigs, others)   = partition isTyVarDict non_ips
2580
2581         ; topIPErrs bad_ips     -- Can arise from   f :: Int -> Int
2582                                 --                  f x = x + ?y
2583         ; addNoInstanceErrs others
2584         ; addTopAmbigErrs ambigs        
2585
2586         ; return (binds1 `unionBags` binds2 `unionBags` binds3) }
2587   where
2588     doc1 = doc <+> ptext SLIT("(first round)")
2589     doc2 = doc <+> ptext SLIT("(approximate)")
2590     doc3 = doc <+> ptext SLIT("(disambiguate)")
2591 \end{code}
2592
2593 If a dictionary constrains a type variable which is
2594         * not mentioned in the environment
2595         * and not mentioned in the type of the expression
2596 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
2597 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
2598 parameter to a function.
2599
2600 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
2601 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
2602 Specifically, if
2603         * at least one of its classes is a numeric class, and
2604         * all of its classes are numeric or standard
2605 then the type variable can be defaulted to the first type in the
2606 default-type list which is an instance of all the offending classes.
2607
2608 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
2609 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
2610 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
2611 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
2612
2613 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
2614 the same type variable.
2615
2616 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
2617 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
2618 the most common use of defaulting is code like:
2619 \begin{verbatim}
2620         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
2621 \end{verbatim}
2622 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
2623 @void@.
2624
2625 \begin{code}
2626 disambiguate :: SDoc -> Bool -> DynFlags -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
2627         -- Just does unification to fix the default types
2628         -- The Insts are assumed to be pre-zonked
2629 disambiguate doc interactive dflags insts
2630   | null insts
2631   = return (insts, emptyBag)
2632
2633   | null defaultable_groups
2634   = do  { traceTc (text "disambigutate, no defaultable groups" <+> vcat [ppr unaries, ppr insts, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
2635         ; return (insts, emptyBag) }
2636
2637   | otherwise
2638   = do  {       -- Figure out what default types to use
2639           default_tys <- getDefaultTys extended_defaulting ovl_strings
2640
2641         ; traceTc (text "disambiguate1" <+> vcat [ppr insts, ppr unaries, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
2642         ; mapM_ (disambigGroup default_tys) defaultable_groups
2643
2644         -- disambigGroup does unification, hence try again
2645         ; tryHardCheckLoop doc insts }
2646
2647   where
2648    extended_defaulting = interactive || dopt Opt_ExtendedDefaultRules dflags
2649    ovl_strings = dopt Opt_OverloadedStrings dflags
2650
2651    unaries :: [(Inst, Class, TcTyVar)]  -- (C tv) constraints
2652    bad_tvs :: TcTyVarSet  -- Tyvars mentioned by *other* constraints
2653    (unaries, bad_tvs_s) = partitionWith find_unary insts 
2654    bad_tvs              = unionVarSets bad_tvs_s
2655
2656         -- Finds unary type-class constraints
2657    find_unary d@(Dict {tci_pred = ClassP cls [ty]})
2658         | Just tv <- tcGetTyVar_maybe ty = Left (d,cls,tv)
2659    find_unary inst                       = Right (tyVarsOfInst inst)
2660
2661                 -- Group by type variable
2662    defaultable_groups :: [[(Inst,Class,TcTyVar)]]
2663    defaultable_groups = filter defaultable_group (equivClasses cmp_tv unaries)
2664    cmp_tv (_,_,tv1) (_,_,tv2) = tv1 `compare` tv2
2665
2666    defaultable_group :: [(Inst,Class,TcTyVar)] -> Bool
2667    defaultable_group ds@((_,_,tv):_)
2668         =  isTyConableTyVar tv  -- Note [Avoiding spurious errors]
2669         && not (tv `elemVarSet` bad_tvs)
2670         && defaultable_classes [c | (_,c,_) <- ds]
2671    defaultable_group [] = panic "defaultable_group"
2672
2673    defaultable_classes clss 
2674         | extended_defaulting = any isInteractiveClass clss
2675         | otherwise           = all is_std_class clss && (any is_num_class clss)
2676
2677         -- In interactive mode, or with -fextended-default-rules,
2678         -- we default Show a to Show () to avoid graututious errors on "show []"
2679    isInteractiveClass cls 
2680         = is_num_class cls || (classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
2681
2682    is_num_class cls = isNumericClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
2683         -- is_num_class adds IsString to the standard numeric classes, 
2684         -- when -foverloaded-strings is enabled
2685
2686    is_std_class cls = isStandardClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
2687         -- Similarly is_std_class
2688
2689 -----------------------
2690 disambigGroup :: [Type]                 -- The default types
2691               -> [(Inst,Class,TcTyVar)] -- All standard classes of form (C a)
2692               -> TcM () -- Just does unification, to fix the default types
2693
2694 disambigGroup default_tys dicts
2695   = try_default default_tys
2696   where
2697     (_,_,tyvar) = ASSERT(not (null dicts)) head dicts   -- Should be non-empty
2698     classes = [c | (_,c,_) <- dicts]
2699
2700     try_default [] = return ()
2701     try_default (default_ty : default_tys)
2702       = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $
2703         do { tcSimplifyDefault [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
2704                 -- This may fail; then the tryTcLIE_ kicks in
2705                 -- Failure here is caused by there being no type in the
2706                 -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
2707                 -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
2708                 -- default list is Int.
2709
2710                 -- After this we can't fail
2711            ; warnDefault dicts default_ty
2712            ; unifyType default_ty (mkTyVarTy tyvar) 
2713            ; return () -- TOMDO: do something with the coercion
2714            }
2715
2716
2717 -----------------------
2718 getDefaultTys :: Bool -> Bool -> TcM [Type]
2719 getDefaultTys extended_deflts ovl_strings
2720   = do  { mb_defaults <- getDeclaredDefaultTys
2721         ; case mb_defaults of {
2722            Just tys -> return tys ;     -- User-supplied defaults
2723            Nothing  -> do
2724
2725         -- No use-supplied default
2726         -- Use [Integer, Double], plus modifications
2727         { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
2728         ; checkWiredInTyCon doubleTyCon
2729         ; string_ty <- tcMetaTy stringTyConName
2730         ; return (opt_deflt extended_deflts unitTy
2731                         -- Note [Default unitTy]
2732                         ++
2733                   [integer_ty,doubleTy]
2734                         ++
2735                   opt_deflt ovl_strings string_ty) } } }
2736   where
2737     opt_deflt True  ty = [ty]
2738     opt_deflt False ty = []
2739 \end{code}
2740
2741 Note [Default unitTy]
2742 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2743 In interative mode (or with -fextended-default-rules) we add () as the first type we
2744 try when defaulting.  This has very little real impact, except in the following case.
2745 Consider: 
2746         Text.Printf.printf "hello"
2747 This has type (forall a. IO a); it prints "hello", and returns 'undefined'.  We don't
2748 want the GHCi repl loop to try to print that 'undefined'.  The neatest thing is to
2749 default the 'a' to (), rather than to Integer (which is what would otherwise happen;
2750 and then GHCi doesn't attempt to print the ().  So in interactive mode, we add
2751 () to the list of defaulting types.  See Trac #1200.
2752
2753 Note [Avoiding spurious errors]
2754 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2755 When doing the unification for defaulting, we check for skolem
2756 type variables, and simply don't default them.  For example:
2757    f = (*)      -- Monomorphic
2758    g :: Num a => a -> a
2759    g x = f x x
2760 Here, we get a complaint when checking the type signature for g,
2761 that g isn't polymorphic enough; but then we get another one when
2762 dealing with the (Num a) context arising from f's definition;
2763 we try to unify a with Int (to default it), but find that it's
2764 already been unified with the rigid variable from g's type sig
2765
2766
2767 %************************************************************************
2768 %*                                                                      *
2769 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
2770 %*                                                                      *
2771 %************************************************************************
2772
2773 Much simpler versions when there are no bindings to make!
2774
2775 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
2776 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
2777 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
2778
2779 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
2780 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
2781 instance declarations.
2782
2783 \begin{code}
2784 tcSimplifyDeriv :: InstOrigin
2785                 -> [TyVar]      
2786                 -> ThetaType            -- Wanted
2787                 -> TcM ThetaType        -- Needed
2788 -- Given  instance (wanted) => C inst_ty 
2789 -- Simplify 'wanted' as much as possible
2790
2791 tcSimplifyDeriv orig tyvars theta
2792   = do  { (tvs, _, tenv) <- tcInstTyVars tyvars
2793         -- The main loop may do unification, and that may crash if 
2794         -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
2795         -- ToDo: what if two of them do get unified?
2796         ; wanteds <- newDictBndrsO orig (substTheta tenv theta)
2797         ; (irreds, _) <- tryHardCheckLoop doc wanteds
2798
2799         ; let (tv_dicts, others) = partition ok irreds
2800         ; addNoInstanceErrs others
2801         -- See Note [Exotic derived instance contexts] in TcMType
2802
2803         ; let rev_env = zipTopTvSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
2804               simpl_theta = substTheta rev_env (map dictPred tv_dicts)
2805                 -- This reverse-mapping is a pain, but the result
2806                 -- should mention the original TyVars not TcTyVars
2807
2808         ; return simpl_theta }
2809   where
2810     doc = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
2811
2812     ok dict | isDict dict = validDerivPred (dictPred dict)
2813             | otherwise   = False
2814 \end{code}
2815
2816
2817 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
2818 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
2819 whether it worked or not.
2820
2821 \begin{code}
2822 tcSimplifyDefault :: ThetaType  -- Wanted; has no type variables in it
2823                   -> TcM ()
2824
2825 tcSimplifyDefault theta = do
2826     wanteds <- newDictBndrsO DefaultOrigin theta
2827     (irreds, _) <- tryHardCheckLoop doc wanteds
2828     addNoInstanceErrs  irreds
2829     if null irreds then
2830         return ()
2831      else
2832         traceTc (ptext SLIT("tcSimplifyDefault failing")) >> failM
2833   where
2834     doc = ptext SLIT("default declaration")
2835 \end{code}
2836
2837
2838 %************************************************************************
2839 %*                                                                      *
2840 \section{Errors and contexts}
2841 %*                                                                      *
2842 %************************************************************************
2843
2844 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
2845 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
2846 now?
2847
2848 \begin{code}
2849 groupErrs :: ([Inst] -> TcM ()) -- Deal with one group
2850           -> [Inst]             -- The offending Insts
2851           -> TcM ()
2852 -- Group together insts with the same origin
2853 -- We want to report them together in error messages
2854
2855 groupErrs report_err [] 
2856   = return ()
2857 groupErrs report_err (inst:insts)
2858   = do  { do_one (inst:friends)
2859         ; groupErrs report_err others }
2860   where
2861         -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
2862         --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
2863         --  and it avoids need equality on InstLocs.)
2864    (friends, others) = partition is_friend insts
2865    loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
2866    is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
2867    do_one insts = addInstCtxt (instLoc (head insts)) (report_err insts)
2868                 -- Add location and context information derived from the Insts
2869
2870 -- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
2871 addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
2872 addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstArising (head insts))
2873
2874 addTopIPErrs :: [Name] -> [Inst] -> TcM ()
2875 addTopIPErrs bndrs [] 
2876   = return ()
2877 addTopIPErrs bndrs ips
2878   = do  { dflags <- getDOpts
2879         ; addErrTcM (tidy_env, mk_msg dflags tidy_ips) }
2880   where
2881     (tidy_env, tidy_ips) = tidyInsts ips
2882     mk_msg dflags ips 
2883         = vcat [sep [ptext SLIT("Implicit parameters escape from"),
2884                 nest 2 (ptext SLIT("the monomorphic top-level binding") 
2885                                             <> plural bndrs <+> ptext SLIT("of")
2886                                             <+> pprBinders bndrs <> colon)],
2887                 nest 2 (vcat (map ppr_ip ips)),
2888                 monomorphism_fix dflags]
2889     ppr_ip ip = pprPred (dictPred ip) <+> pprInstArising ip
2890
2891 topIPErrs :: [Inst] -> TcM ()
2892 topIPErrs dicts
2893   = groupErrs report tidy_dicts
2894   where
2895     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2896     report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
2897     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> 
2898                                      plural tidy_dicts <+> pprDictsTheta tidy_dicts)
2899
2900 addNoInstanceErrs :: [Inst]     -- Wanted (can include implications)
2901                   -> TcM ()     
2902 addNoInstanceErrs insts
2903   = do  { let (tidy_env, tidy_insts) = tidyInsts insts
2904         ; reportNoInstances tidy_env Nothing tidy_insts }
2905
2906 reportNoInstances 
2907         :: TidyEnv
2908         -> Maybe (InstLoc, [Inst])      -- Context
2909                         -- Nothing => top level
2910                         -- Just (d,g) => d describes the construct
2911                         --               with givens g
2912         -> [Inst]       -- What is wanted (can include implications)
2913         -> TcM ()       
2914
2915 reportNoInstances tidy_env mb_what insts 
2916   = groupErrs (report_no_instances tidy_env mb_what) insts
2917
2918 report_no_instances tidy_env mb_what insts
2919   = do { inst_envs <- tcGetInstEnvs
2920        ; let (implics, insts1)  = partition isImplicInst insts
2921              (insts2, overlaps) = partitionWith (check_overlap inst_envs) insts1
2922              (eqInsts, insts3)  = partition isEqInst insts2
2923        ; traceTc (text "reportNoInstances" <+> vcat 
2924                        [ppr insts, ppr implics, ppr insts1, ppr insts2])
2925        ; mapM_ complain_implic implics
2926        ; mapM_ (\doc -> addErrTcM (tidy_env, doc)) overlaps
2927        ; groupErrs complain_no_inst insts3 
2928        ; mapM_ (addErrTcM . mk_eq_err) eqInsts
2929        }
2930   where
2931     complain_no_inst insts = addErrTcM (tidy_env, mk_no_inst_err insts)
2932
2933     complain_implic inst        -- Recurse!
2934       = reportNoInstances tidy_env 
2935                           (Just (tci_loc inst, tci_given inst)) 
2936                           (tci_wanted inst)
2937
2938     check_overlap :: (InstEnv,InstEnv) -> Inst -> Either Inst SDoc
2939         -- Right msg  => overlap message
2940         -- Left  inst => no instance
2941     check_overlap inst_envs wanted
2942         | not (isClassDict wanted) = Left wanted
2943         | otherwise
2944         = case lookupInstEnv inst_envs clas tys of
2945                 -- The case of exactly one match and no unifiers means a
2946                 -- successful lookup.  That can't happen here, because dicts
2947                 -- only end up here if they didn't match in Inst.lookupInst
2948 #ifdef DEBUG
2949                 ([m],[]) -> pprPanic "reportNoInstance" (ppr wanted)
2950 #endif
2951                 ([], _)  -> Left wanted         -- No match
2952                 res      -> Right (mk_overlap_msg wanted res)
2953           where
2954             (clas,tys) = getDictClassTys wanted
2955
2956     mk_overlap_msg dict (matches, unifiers)
2957       = ASSERT( not (null matches) )
2958         vcat [  addInstLoc [dict] ((ptext SLIT("Overlapping instances for") 
2959                                         <+> pprPred (dictPred dict))),
2960                 sep [ptext SLIT("Matching instances") <> colon,
2961                      nest 2 (vcat [pprInstances ispecs, pprInstances unifiers])],
2962                 if not (isSingleton matches)
2963                 then    -- Two or more matches
2964                      empty
2965                 else    -- One match, plus some unifiers
2966                 ASSERT( not (null unifiers) )
2967                 parens (vcat [ptext SLIT("The choice depends on the instantiation of") <+>
2968                                  quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInst dict))),
2969                               ptext SLIT("To pick the first instance above, use -fallow-incoherent-instances"),
2970                               ptext SLIT("when compiling the other instance declarations")])]
2971       where
2972         ispecs = [ispec | (ispec, _) <- matches]
2973
2974     mk_eq_err :: Inst -> (TidyEnv, SDoc)
2975     mk_eq_err inst = misMatchMsg tidy_env (eqInstTys inst)
2976
2977     mk_no_inst_err insts
2978       | null insts = empty
2979
2980       | Just (loc, givens) <- mb_what,   -- Nested (type signatures, instance decls)
2981         not (isEmptyVarSet (tyVarsOfInsts insts))
2982       = vcat [ addInstLoc insts $
2983                sep [ ptext SLIT("Could not deduce") <+> pprDictsTheta insts
2984                    , nest 2 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprDictsTheta givens]
2985              , show_fixes (fix1 loc : fixes2) ]
2986
2987       | otherwise       -- Top level 
2988       = vcat [ addInstLoc insts $
2989                ptext SLIT("No instance") <> plural insts
2990                     <+> ptext SLIT("for") <+> pprDictsTheta insts
2991              , show_fixes fixes2 ]
2992
2993       where
2994         fix1 loc = sep [ ptext SLIT("add") <+> pprDictsTheta insts
2995                                  <+> ptext SLIT("to the context of"),
2996                          nest 2 (ppr (instLocOrigin loc)) ]
2997                          -- I'm not sure it helps to add the location
2998                          -- nest 2 (ptext SLIT("at") <+> ppr (instLocSpan loc)) ]
2999
3000         fixes2 | null instance_dicts = []
3001                | otherwise           = [sep [ptext SLIT("add an instance declaration for"),
3002                                         pprDictsTheta instance_dicts]]
3003         instance_dicts = [d | d <- insts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
3004                 -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
3005                 -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
3006
3007         show_fixes :: [SDoc] -> SDoc
3008         show_fixes []     = empty
3009         show_fixes (f:fs) = sep [ptext SLIT("Possible fix:"), 
3010                                  nest 2 (vcat (f : map (ptext SLIT("or") <+>) fs))]
3011
3012 addTopAmbigErrs dicts
3013 -- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
3014   = ifErrsM (return ()) $       -- Only report ambiguity if no other errors happened
3015                                 -- See Note [Avoiding spurious errors]
3016     mapM_ report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
3017   where
3018     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
3019
3020     tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
3021     tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
3022     cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
3023     
3024     report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
3025     report pairs@((inst,tvs) : _) = do  -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
3026           (tidy_env, mono_msg) <- mkMonomorphismMsg tidy_env tvs
3027           setSrcSpan (instSpan inst) $
3028                 -- the location of the first one will do for the err message
3029            addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
3030         where
3031           dicts = map fst pairs
3032           msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
3033                           pprQuotedList tvs <+> in_msg,
3034                      nest 2 (pprDictsInFull dicts)]
3035           in_msg = text "in the constraint" <> plural dicts <> colon
3036     report [] = panic "addTopAmbigErrs"
3037
3038
3039 mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [TcTyVar] -> TcM (TidyEnv, Message)
3040 -- There's an error with these Insts; if they have free type variables
3041 -- it's probably caused by the monomorphism restriction. 
3042 -- Try to identify the offending variable
3043 -- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
3044 mkMonomorphismMsg tidy_env inst_tvs
3045   = do  { dflags <- getDOpts
3046         ; (tidy_env, docs) <- findGlobals (mkVarSet inst_tvs) tidy_env
3047         ; return (tidy_env, mk_msg dflags docs) }
3048   where
3049     mk_msg _ _ | any isRuntimeUnk inst_tvs
3050         =  vcat [ptext SLIT("Cannot resolve unknown runtime types:") <+>
3051                    (pprWithCommas ppr inst_tvs),
3052                 ptext SLIT("Use :print or :force to determine these types")]
3053     mk_msg _ []   = ptext SLIT("Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)")
3054                         -- This happens in things like
3055                         --      f x = show (read "foo")
3056                         -- where monomorphism doesn't play any role
3057     mk_msg dflags docs 
3058         = vcat [ptext SLIT("Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
3059                 nest 2 (vcat docs),
3060                 monomorphism_fix dflags]
3061
3062 monomorphism_fix :: DynFlags -> SDoc
3063 monomorphism_fix dflags
3064   = ptext SLIT("Probable fix:") <+> vcat
3065         [ptext SLIT("give these definition(s) an explicit type signature"),
3066          if dopt Opt_MonomorphismRestriction dflags
3067            then ptext SLIT("or use -fno-monomorphism-restriction")
3068            else empty]  -- Only suggest adding "-fno-monomorphism-restriction"
3069                         -- if it is not already set!
3070     
3071 warnDefault ups default_ty = do
3072     warn_flag <- doptM Opt_WarnTypeDefaults
3073     addInstCtxt (instLoc (head (dicts))) (warnTc warn_flag warn_msg)
3074   where
3075     dicts = [d | (d,_,_) <- ups]
3076
3077         -- Tidy them first
3078     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
3079     warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
3080                                 quotes (ppr default_ty),
3081                       pprDictsInFull tidy_dicts]
3082
3083 reduceDepthErr n stack
3084   = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
3085           ptext SLIT("Use -fcontext-stack=N to increase stack size to N"),
3086           nest 4 (pprStack stack)]
3087
3088 pprStack stack = vcat (map pprInstInFull stack)
3089 \end{code}