63529c12c135fb7942347f74f133d8c2acd6dc67
[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 TcType
40 import TcMType
41 import TcIface
42 import TcTyFuns
43 import TypeRep
44 import Var
45 import Name
46 import NameSet
47 import Class
48 import FunDeps
49 import PrelInfo
50 import PrelNames
51 import Type
52 import TysWiredIn
53 import ErrUtils
54 import BasicTypes
55 import VarSet
56 import VarEnv
57 import Module
58 import FiniteMap
59 import Bag
60 import Outputable
61 import Maybes
62 import ListSetOps
63 import Util
64 import UniqSet
65 import SrcLoc
66 import DynFlags
67
68 import Control.Monad
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                    -> [TcTyVar]         -- Quantify over these
925                    -> [Inst]            -- Given
926                    -> [Inst]            -- Wanted
927                    -> TcM TcDictBinds   -- Bindings
928 tcSimplifyCheckPat loc qtvs givens wanteds
929   = ASSERT( all isTcTyVar qtvs && all isSkolemTyVar qtvs )
930     do  { traceTc (text "tcSimplifyCheckPat")
931         ; (irreds, binds) <- gentleCheckLoop loc givens wanteds
932         ; implic_bind <- bindIrredsR loc qtvs givens irreds
933         ; return (binds `unionBags` implic_bind) }
934
935 -----------------------------------------------------------
936 bindIrreds :: InstLoc -> [TcTyVar]
937            -> [Inst] -> [Inst]
938            -> TcM TcDictBinds
939 bindIrreds loc qtvs givens irreds 
940   = bindIrredsR loc qtvs givens irreds
941
942 bindIrredsR :: InstLoc -> [TcTyVar] -> [Inst] -> [Inst] -> TcM TcDictBinds      
943 -- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
944 -- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
945 bindIrredsR loc qtvs givens irreds
946   | null irreds
947   = return emptyBag
948   | otherwise
949   = do  { let givens' = filter isAbstractableInst givens
950                 -- The givens can (redundantly) include methods
951                 -- We want to retain both EqInsts and Dicts
952                 -- There should be no implicadtion constraints
953                 -- See Note [Pruning the givens in an implication constraint]
954
955            -- If there are no 'givens', then it's safe to 
956            -- partition the 'wanteds' by their qtvs, thereby trimming irreds
957            -- See Note [Freeness and implications]
958         ; irreds' <- if null givens'
959                      then do
960                         { let qtv_set = mkVarSet qtvs
961                               (frees, real_irreds) = partition (isFreeWrtTyVars qtv_set) irreds
962                         ; extendLIEs frees
963                         ; return real_irreds }
964                      else return irreds
965         
966         ; (implics, bind) <- makeImplicationBind loc qtvs givens' irreds'
967                         -- This call does the real work
968                         -- If irreds' is empty, it does something sensible
969         ; extendLIEs implics
970         ; return bind } 
971
972
973 makeImplicationBind :: InstLoc -> [TcTyVar]
974                     -> [Inst] -> [Inst]
975                     -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
976 -- Make a binding that binds 'irreds', by generating an implication
977 -- constraint for them, *and* throwing the constraint into the LIE
978 -- The binding looks like
979 --      (ir1, .., irn) = f qtvs givens
980 -- where f is (evidence for) the new implication constraint
981 --      f :: forall qtvs. {reft} givens => (ir1, .., irn)
982 -- qtvs includes coercion variables
983 --
984 -- This binding must line up the 'rhs' in reduceImplication
985 makeImplicationBind loc all_tvs
986                     givens      -- Guaranteed all Dicts
987                                 -- or EqInsts
988                     irreds
989  | null irreds                  -- If there are no irreds, we are done
990  = return ([], emptyBag)
991  | otherwise                    -- Otherwise we must generate a binding
992  = do   { uniq <- newUnique 
993         ; span <- getSrcSpanM
994         ; let (eq_givens, dict_givens) = partition isEqInst givens
995               eq_tyvar_cos = mkTyVarTys (varSetElems $ tyVarsOfTypes $ map eqInstType eq_givens)
996                 -- Urgh! See line 2187 or thereabouts.  I believe that all these
997                 -- 'givens' must be a simple CoVar.  This MUST be cleaned up.
998
999         ; let name = mkInternalName uniq (mkVarOcc "ic") span
1000               implic_inst = ImplicInst { tci_name = name,
1001                                          tci_tyvars = all_tvs, 
1002                                          tci_given = (eq_givens ++ dict_givens),
1003                                          tci_wanted = irreds, tci_loc = loc }
1004         ; let   -- only create binder for dict_irreds
1005               (eq_irreds, dict_irreds) = partition isEqInst irreds
1006               n_dict_irreds = length dict_irreds
1007               dict_irred_ids = map instToId dict_irreds
1008               tup_ty = mkTupleTy Boxed n_dict_irreds (map idType dict_irred_ids)
1009               pat = TuplePat (map nlVarPat dict_irred_ids) Boxed tup_ty
1010               rhs = L span (mkHsWrap co (HsVar (instToId implic_inst)))
1011               co  = mkWpApps (map instToId dict_givens)
1012                     <.> mkWpTyApps eq_tyvar_cos
1013                     <.> mkWpTyApps (mkTyVarTys all_tvs)
1014               bind | [dict_irred_id] <- dict_irred_ids  = VarBind dict_irred_id rhs
1015                    | otherwise        = PatBind { pat_lhs = L span pat, 
1016                                                   pat_rhs = unguardedGRHSs rhs, 
1017                                                   pat_rhs_ty = tup_ty,
1018                                                   bind_fvs = placeHolderNames }
1019         ; traceTc $ text "makeImplicationBind" <+> ppr implic_inst
1020         ; return ([implic_inst], unitBag (L span bind)) 
1021         }
1022
1023 -----------------------------------------------------------
1024 tryHardCheckLoop :: SDoc
1025              -> [Inst]                  -- Wanted
1026              -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1027
1028 tryHardCheckLoop doc wanteds
1029   = do { (irreds,binds) <- checkLoop (mkRedEnv doc try_me []) wanteds
1030        ; return (irreds,binds)
1031        }
1032   where
1033     try_me inst = ReduceMe AddSCs
1034         -- Here's the try-hard bit
1035
1036 -----------------------------------------------------------
1037 gentleCheckLoop :: InstLoc
1038                -> [Inst]                -- Given
1039                -> [Inst]                -- Wanted
1040                -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1041
1042 gentleCheckLoop inst_loc givens wanteds
1043   = do { (irreds,binds) <- checkLoop env wanteds
1044        ; return (irreds,binds)
1045        }
1046   where
1047     env = mkRedEnv (pprInstLoc inst_loc) try_me givens
1048
1049     try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe AddSCs
1050                 | otherwise          = Stop
1051         -- When checking against a given signature 
1052         -- we MUST be very gentle: Note [Check gently]
1053
1054 gentleInferLoop :: SDoc -> [Inst]
1055                 -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1056 gentleInferLoop doc wanteds
1057   = do  { (irreds, binds) <- checkLoop env wanteds
1058         ; return (irreds, binds) }
1059   where
1060     env = mkRedEnv doc try_me []
1061     try_me inst | isMethodOrLit inst = ReduceMe AddSCs
1062                 | otherwise          = Stop
1063 \end{code}
1064
1065 Note [Check gently]
1066 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1067 We have to very careful about not simplifying too vigorously
1068 Example:  
1069   data T a where
1070     MkT :: a -> T [a]
1071
1072   f :: Show b => T b -> b
1073   f (MkT x) = show [x]
1074
1075 Inside the pattern match, which binds (a:*, x:a), we know that
1076         b ~ [a]
1077 Hence we have a dictionary for Show [a] available; and indeed we 
1078 need it.  We are going to build an implication contraint
1079         forall a. (b~[a]) => Show [a]
1080 Later, we will solve this constraint using the knowledge (Show b)
1081         
1082 But we MUST NOT reduce (Show [a]) to (Show a), else the whole
1083 thing becomes insoluble.  So we simplify gently (get rid of literals
1084 and methods only, plus common up equal things), deferring the real
1085 work until top level, when we solve the implication constraint
1086 with tryHardCheckLooop.
1087
1088
1089 \begin{code}
1090 -----------------------------------------------------------
1091 checkLoop :: RedEnv
1092           -> [Inst]                     -- Wanted
1093           -> TcM ([Inst], TcDictBinds) 
1094 -- Precondition: givens are completely rigid
1095 -- Postcondition: returned Insts are zonked
1096
1097 checkLoop env wanteds
1098   = go env wanteds (return ())
1099   where go env wanteds elim_skolems
1100           = do  {  -- We do need to zonk the givens; cf Note [Zonking RedEnv]
1101                 ; env'     <- zonkRedEnv env
1102                 ; wanteds' <- zonkInsts  wanteds
1103         
1104                 ; (improved, binds, irreds, elim_more_skolems)
1105                     <- reduceContext env' wanteds'
1106                 ; let elim_skolems' = elim_skolems >> elim_more_skolems
1107
1108                 ; if not improved then
1109                     elim_skolems' >> return (irreds, binds)
1110                   else do
1111         
1112                 -- If improvement did some unification, we go round again.
1113                 -- We start again with irreds, not wanteds
1114                 -- Using an instance decl might have introduced a fresh type
1115                 -- variable which might have been unified, so we'd get an 
1116                 -- infinite loop if we started again with wanteds!  
1117                 -- See Note [LOOP]
1118                 { (irreds1, binds1) <- go env' irreds elim_skolems'
1119                 ; return (irreds1, binds `unionBags` binds1) } }
1120 \end{code}
1121
1122 Note [Zonking RedEnv]
1123 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1124 It might appear as if the givens in RedEnv are always rigid, but that is not
1125 necessarily the case for programs involving higher-rank types that have class
1126 contexts constraining the higher-rank variables.  An example from tc237 in the
1127 testsuite is
1128
1129   class Modular s a | s -> a
1130
1131   wim ::  forall a w. Integral a 
1132                         => a -> (forall s. Modular s a => M s w) -> w
1133   wim i k = error "urk"
1134
1135   test5  ::  (Modular s a, Integral a) => M s a
1136   test5  =   error "urk"
1137
1138   test4   =   wim 4 test4'
1139
1140 Notice how the variable 'a' of (Modular s a) in the rank-2 type of wim is
1141 quantified further outside.  When type checking test4, we have to check
1142 whether the signature of test5 is an instance of 
1143
1144   (forall s. Modular s a => M s w)
1145
1146 Consequently, we will get (Modular s t_a), where t_a is a TauTv into the
1147 givens. 
1148
1149 Given the FD of Modular in this example, class improvement will instantiate
1150 t_a to 'a', where 'a' is the skolem from test5's signatures (due to the
1151 Modular s a predicate in that signature).  If we don't zonk (Modular s t_a) in
1152 the givens, we will get into a loop as improveOne uses the unification engine
1153 TcGadt.tcUnifyTys, which doesn't know about mutable type variables.
1154
1155
1156 Note [LOOP]
1157 ~~~~~~~~~~~
1158         class If b t e r | b t e -> r
1159         instance If T t e t
1160         instance If F t e e
1161         class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
1162         instance Lte Z b T
1163         instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
1164
1165 Wanted: Max Z (S x) y
1166
1167 Then we'll reduce using the Max instance to:
1168         (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
1169 and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
1170 on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
1171 with (Max Z (S x) y)!
1172
1173
1174
1175 %************************************************************************
1176 %*                                                                      *
1177                 tcSimplifySuperClasses
1178 %*                                                                      *
1179 %************************************************************************
1180
1181 Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
1182 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1183 We have to be very, very careful when generating superclasses, lest we
1184 accidentally build a loop. Here's an example:
1185
1186   class S a
1187
1188   class S a => C a where { opc :: a -> a }
1189   class S b => D b where { opd :: b -> b }
1190   
1191   instance C Int where
1192      opc = opd
1193   
1194   instance D Int where
1195      opd = opc
1196
1197 From (instance C Int) we get the constraint set {ds1:S Int, dd:D Int}
1198 Simplifying, we may well get:
1199         $dfCInt = :C ds1 (opd dd)
1200         dd  = $dfDInt
1201         ds1 = $p1 dd
1202 Notice that we spot that we can extract ds1 from dd.  
1203
1204 Alas!  Alack! We can do the same for (instance D Int):
1205
1206         $dfDInt = :D ds2 (opc dc)
1207         dc  = $dfCInt
1208         ds2 = $p1 dc
1209
1210 And now we've defined the superclass in terms of itself.
1211
1212 Solution: never generate a superclass selectors at all when
1213 satisfying the superclass context of an instance declaration.
1214
1215 Two more nasty cases are in
1216         tcrun021
1217         tcrun033
1218
1219 \begin{code}
1220 tcSimplifySuperClasses 
1221         :: InstLoc 
1222         -> [Inst]       -- Given 
1223         -> [Inst]       -- Wanted
1224         -> TcM TcDictBinds
1225 tcSimplifySuperClasses loc givens sc_wanteds
1226   = do  { traceTc (text "tcSimplifySuperClasses")
1227         ; (irreds,binds1) <- checkLoop env sc_wanteds
1228         ; let (tidy_env, tidy_irreds) = tidyInsts irreds
1229         ; reportNoInstances tidy_env (Just (loc, givens)) tidy_irreds
1230         ; return binds1 }
1231   where
1232     env = mkRedEnv (pprInstLoc loc) try_me givens
1233     try_me inst = ReduceMe NoSCs
1234         -- Like tryHardCheckLoop, but with NoSCs
1235 \end{code}
1236
1237
1238 %************************************************************************
1239 %*                                                                      *
1240 \subsection{tcSimplifyRestricted}
1241 %*                                                                      *
1242 %************************************************************************
1243
1244 tcSimplifyRestricted infers which type variables to quantify for a 
1245 group of restricted bindings.  This isn't trivial.
1246
1247 Eg1:    id = \x -> x
1248         We want to quantify over a to get id :: forall a. a->a
1249         
1250 Eg2:    eq = (==)
1251         We do not want to quantify over a, because there's an Eq a 
1252         constraint, so we get eq :: a->a->Bool  (notice no forall)
1253
1254 So, assume:
1255         RHS has type 'tau', whose free tyvars are tau_tvs
1256         RHS has constraints 'wanteds'
1257
1258 Plan A (simple)
1259   Quantify over (tau_tvs \ ftvs(wanteds))
1260   This is bad. The constraints may contain (Monad (ST s))
1261   where we have         instance Monad (ST s) where...
1262   so there's no need to be monomorphic in s!
1263
1264   Also the constraint might be a method constraint,
1265   whose type mentions a perfectly innocent tyvar:
1266           op :: Num a => a -> b -> a
1267   Here, b is unconstrained.  A good example would be
1268         foo = op (3::Int)
1269   We want to infer the polymorphic type
1270         foo :: forall b. b -> b
1271
1272
1273 Plan B (cunning, used for a long time up to and including GHC 6.2)
1274   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1275   with Plan A's problem).  Then set
1276         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1277
1278   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1279   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1280   The reasons for this is to maximise sharing.
1281
1282   This fails for a very subtle reason.  Suppose that in the Step 2
1283   a constraint (Foo (Succ Zero) (Succ Zero) b) gets thrown upstairs as 'free'.
1284   In the Step 1 this constraint might have been simplified, perhaps to
1285   (Foo Zero Zero b), AND THEN THAT MIGHT BE IMPROVED, to bind 'b' to 'T'.
1286   This won't happen in Step 2... but that in turn might prevent some other
1287   constraint (Baz [a] b) being simplified (e.g. via instance Baz [a] T where {..}) 
1288   and that in turn breaks the invariant that no constraints are quantified over.
1289
1290   Test typecheck/should_compile/tc177 (which failed in GHC 6.2) demonstrates
1291   the problem.
1292
1293
1294 Plan C (brutal)
1295   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1296   with Plan A's problem).  Then set
1297         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1298   Return the bindings from Step 1.
1299   
1300
1301 A note about Plan C (arising from "bug" reported by George Russel March 2004)
1302 Consider this:
1303
1304       instance (HasBinary ty IO) => HasCodedValue ty
1305
1306       foo :: HasCodedValue a => String -> IO a
1307
1308       doDecodeIO :: HasCodedValue a => () -> () -> IO a
1309       doDecodeIO codedValue view  
1310         = let { act = foo "foo" } in  act
1311
1312 You might think this should work becuase the call to foo gives rise to a constraint
1313 (HasCodedValue t), which can be satisfied by the type sig for doDecodeIO.  But the
1314 restricted binding act = ... calls tcSimplifyRestricted, and PlanC simplifies the
1315 constraint using the (rather bogus) instance declaration, and now we are stuffed.
1316
1317 I claim this is not really a bug -- but it bit Sergey as well as George.  So here's
1318 plan D
1319
1320
1321 Plan D (a variant of plan B)
1322   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1323   with Plan A's problem), BUT DO NO IMPROVEMENT.  Then set
1324         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1325
1326   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1327   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1328
1329   The point here is that it's generally OK to have too few qtvs; that is,
1330   to make the thing more monomorphic than it could be.  We don't want to
1331   do that in the common cases, but in wierd cases it's ok: the programmer
1332   can always add a signature.  
1333
1334   Too few qtvs => too many wanteds, which is what happens if you do less
1335   improvement.
1336
1337
1338 \begin{code}
1339 tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
1340                         -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
1341         :: SDoc
1342         -> TopLevelFlag
1343         -> [Name]               -- Things bound in this group
1344         -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
1345         -> [Inst]               -- Free in the RHSs
1346         -> TcM ([TyVar],        -- Tyvars to quantify (zonked and quantified)
1347                 TcDictBinds)    -- Bindings
1348         -- tcSimpifyRestricted returns no constraints to
1349         -- quantify over; by definition there are none.
1350         -- They are all thrown back in the LIE
1351
1352 tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs tau_tvs wanteds
1353         -- Zonk everything in sight
1354   = do  { traceTc (text "tcSimplifyRestricted")
1355         ; wanteds' <- zonkInsts wanteds
1356
1357         -- 'ReduceMe': Reduce as far as we can.  Don't stop at
1358         -- dicts; the idea is to get rid of as many type
1359         -- variables as possible, and we don't want to stop
1360         -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
1361         -- immediately, with no constraint on s.
1362         --
1363         -- BUT do no improvement!  See Plan D above
1364         -- HOWEVER, some unification may take place, if we instantiate
1365         --          a method Inst with an equality constraint
1366         ; let env = mkNoImproveRedEnv doc (\i -> ReduceMe AddSCs)
1367         ; (_imp, _binds, constrained_dicts, elim_skolems) 
1368             <- reduceContext env wanteds'
1369         ; elim_skolems
1370
1371         -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
1372         ; tau_tvs' <- zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)
1373         ; gbl_tvs' <- tcGetGlobalTyVars
1374         ; constrained_dicts' <- zonkInsts constrained_dicts
1375
1376         ; let qtvs1 = tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs'
1377                                 -- As in tcSimplifyInfer
1378
1379                 -- Do not quantify over constrained type variables:
1380                 -- this is the monomorphism restriction
1381               constrained_tvs' = tyVarsOfInsts constrained_dicts'
1382               qtvs = qtvs1 `minusVarSet` constrained_tvs'
1383               pp_bndrs = pprWithCommas (quotes . ppr) bndrs
1384
1385         -- Warn in the mono
1386         ; warn_mono <- doptM Opt_WarnMonomorphism
1387         ; warnTc (warn_mono && (constrained_tvs' `intersectsVarSet` qtvs1))
1388                  (vcat[ ptext SLIT("the Monomorphism Restriction applies to the binding")
1389                                 <> plural bndrs <+> ptext SLIT("for") <+> pp_bndrs,
1390                         ptext SLIT("Consider giving a type signature for") <+> pp_bndrs])
1391
1392         ; traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
1393                 pprInsts wanteds, pprInsts constrained_dicts',
1394                 ppr _binds,
1395                 ppr constrained_tvs', ppr tau_tvs', ppr qtvs ])
1396
1397         -- The first step may have squashed more methods than
1398         -- necessary, so try again, this time more gently, knowing the exact
1399         -- set of type variables to quantify over.
1400         --
1401         -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
1402         -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
1403         -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
1404         -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
1405         -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
1406         --
1407         -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
1408         -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
1409         -- just to float all constraints
1410         --
1411         -- At top level, we *do* squash methods becuase we want to 
1412         -- expose implicit parameters to the test that follows
1413         ; let is_nested_group = isNotTopLevel top_lvl
1414               try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs inst,
1415                            (is_nested_group || isDict inst) = Stop
1416                           | otherwise            = ReduceMe AddSCs
1417               env = mkNoImproveRedEnv doc try_me
1418         ; (_imp, binds, irreds, elim_skolems) <- reduceContext env wanteds'
1419         ; elim_skolems
1420
1421         -- See "Notes on implicit parameters, Question 4: top level"
1422         ; ASSERT( all (isFreeWrtTyVars qtvs) irreds )   -- None should be captured
1423           if is_nested_group then
1424                 extendLIEs irreds
1425           else do { let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds
1426                   ; addTopIPErrs bndrs bad_ips
1427                   ; extendLIEs non_ips }
1428
1429         ; qtvs' <- zonkQuantifiedTyVars (varSetElems qtvs)
1430         ; return (qtvs', binds) }
1431 \end{code}
1432
1433
1434 %************************************************************************
1435 %*                                                                      *
1436                 tcSimplifyRuleLhs
1437 %*                                                                      *
1438 %************************************************************************
1439
1440 On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
1441 getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
1442 as the available stuff for the RHS of the rule.
1443
1444 Example.  Consider the following left-hand side of a rule
1445         
1446         f (x == y) (y > z) = ...
1447
1448 If we typecheck this expression we get constraints
1449
1450         d1 :: Ord a, d2 :: Eq a
1451
1452 We do NOT want to "simplify" to the LHS
1453
1454         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a.
1455           f ((==) (eqFromOrd d1) x y) ((>) d1 y z) = ...
1456
1457 Instead we want 
1458
1459         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a, d2::Eq a.
1460           f ((==) d2 x y) ((>) d1 y z) = ...
1461
1462 Here is another example:
1463
1464         fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
1465         {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
1466
1467 In the rule, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But
1468 we *dont* want to get
1469
1470         forall dIntegralInt.
1471            fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
1472
1473 because the scsel will mess up RULE matching.  Instead we want
1474
1475         forall dIntegralInt, dNumInt.
1476           fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
1477
1478 Even if we have 
1479
1480         g (x == y) (y == z) = ..
1481
1482 where the two dictionaries are *identical*, we do NOT WANT
1483
1484         forall x::a, y::a, z::a, d1::Eq a
1485           f ((==) d1 x y) ((>) d1 y z) = ...
1486
1487 because that will only match if the dict args are (visibly) equal.
1488 Instead we want to quantify over the dictionaries separately.
1489
1490 In short, tcSimplifyRuleLhs must *only* squash LitInst and MethInts, leaving
1491 all dicts unchanged, with absolutely no sharing.  It's simpler to do this
1492 from scratch, rather than further parameterise simpleReduceLoop etc
1493
1494 \begin{code}
1495 tcSimplifyRuleLhs :: [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1496 tcSimplifyRuleLhs wanteds
1497   = go [] emptyBag wanteds
1498   where
1499     go dicts binds []
1500         = return (dicts, binds)
1501     go dicts binds (w:ws)
1502         | isDict w
1503         = go (w:dicts) binds ws
1504         | otherwise
1505         = do { w' <- zonkInst w  -- So that (3::Int) does not generate a call
1506                                  -- to fromInteger; this looks fragile to me
1507              ; lookup_result <- lookupSimpleInst w'
1508              ; case lookup_result of
1509                  GenInst ws' rhs -> 
1510                    go dicts (addInstToDictBind binds w rhs) (ws' ++ ws)
1511                  NoInstance      -> pprPanic "tcSimplifyRuleLhs" (ppr w)
1512           }
1513 \end{code}
1514
1515 tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
1516 a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
1517 any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
1518 Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
1519 Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
1520 this bracket again at its usage site.
1521
1522 \begin{code}
1523 tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
1524 tcSimplifyBracket wanteds
1525   = do  { tryHardCheckLoop doc wanteds
1526         ; return () }
1527   where
1528     doc = text "tcSimplifyBracket"
1529 \end{code}
1530
1531
1532 %************************************************************************
1533 %*                                                                      *
1534 \subsection{Filtering at a dynamic binding}
1535 %*                                                                      *
1536 %************************************************************************
1537
1538 When we have
1539         let ?x = R in B
1540
1541 we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
1542 step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
1543
1544 Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
1545
1546         f :: (?x::Int) => Char -> Char
1547         let ?x = 3 in f 'c'
1548
1549 then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
1550 force the binding for ?x to be of type Int.
1551
1552 \begin{code}
1553 tcSimplifyIPs :: [Inst]         -- The implicit parameters bound here
1554               -> [Inst]         -- Wanted
1555               -> TcM TcDictBinds
1556         -- We need a loop so that we do improvement, and then
1557         -- (next time round) generate a binding to connect the two
1558         --      let ?x = e in ?x
1559         -- Here the two ?x's have different types, and improvement 
1560         -- makes them the same.
1561
1562 tcSimplifyIPs given_ips wanteds
1563   = do  { wanteds'   <- zonkInsts wanteds
1564         ; given_ips' <- zonkInsts given_ips
1565                 -- Unusually for checking, we *must* zonk the given_ips
1566
1567         ; let env = mkRedEnv doc try_me given_ips'
1568         ; (improved, binds, irreds, elim_skolems) <- reduceContext env wanteds'
1569         ; elim_skolems
1570
1571         ; if not improved then 
1572                 ASSERT( all is_free irreds )
1573                 do { extendLIEs irreds
1574                    ; return binds }
1575           else
1576                 tcSimplifyIPs given_ips wanteds }
1577   where
1578     doc    = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
1579     ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
1580     is_free inst = isFreeWrtIPs ip_set inst
1581
1582         -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
1583     try_me inst | is_free inst = Stop
1584                 | otherwise    = ReduceMe NoSCs
1585 \end{code}
1586
1587
1588 %************************************************************************
1589 %*                                                                      *
1590 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
1591 %*                                                                      *
1592 %************************************************************************
1593
1594 When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
1595 For example, we might have...
1596 \begin{verbatim}
1597 let f x = x + 1     -- orig local function (overloaded)
1598     f.1 = f Int     -- two instances of f
1599     f.2 = f Float
1600  in
1601     (f.1 5, f.2 6.7)
1602 \end{verbatim}
1603 The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
1604 where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
1605 upwards towards the top-level.  If the @Insts@ were binding-ified up
1606 there, they would have unresolvable references to @f@.
1607
1608 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
1609 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
1610 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
1611 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
1612
1613 \begin{code}
1614 bindInstsOfLocalFuns :: [Inst] -> [TcId] -> TcM TcDictBinds
1615 -- Simlifies only MethodInsts, and generate only bindings of form 
1616 --      fm = f tys dicts
1617 -- We're careful not to even generate bindings of the form
1618 --      d1 = d2
1619 -- You'd think that'd be fine, but it interacts with what is
1620 -- arguably a bug in Match.tidyEqnInfo (see notes there)
1621
1622 bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
1623   | null overloaded_ids = do
1624         -- Common case
1625     extendLIEs wanteds
1626     return emptyLHsBinds
1627
1628   | otherwise
1629   = do  { (irreds, binds) <- gentleInferLoop doc for_me
1630         ; extendLIEs not_for_me 
1631         ; extendLIEs irreds
1632         ; return binds }
1633   where
1634     doc              = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
1635     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
1636     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
1637     (for_me, not_for_me) = partition (isMethodFor overloaded_set) wanteds
1638
1639     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids    -- There can occasionally be a lot of them
1640                                                 -- so it's worth building a set, so that
1641                                                 -- lookup (in isMethodFor) is faster
1642 \end{code}
1643
1644
1645 %************************************************************************
1646 %*                                                                      *
1647 \subsection{Data types for the reduction mechanism}
1648 %*                                                                      *
1649 %************************************************************************
1650
1651 The main control over context reduction is here
1652
1653 \begin{code}
1654 data RedEnv 
1655   = RedEnv { red_doc    :: SDoc                 -- The context
1656            , red_try_me :: Inst -> WhatToDo
1657            , red_improve :: Bool                -- True <=> do improvement
1658            , red_givens :: [Inst]               -- All guaranteed rigid
1659                                                 -- Always dicts
1660                                                 -- but see Note [Rigidity]
1661            , red_stack  :: (Int, [Inst])        -- Recursion stack (for err msg)
1662                                                 -- See Note [RedStack]
1663   }
1664
1665 -- Note [Rigidity]
1666 -- The red_givens are rigid so far as cmpInst is concerned.
1667 -- There is one case where they are not totally rigid, namely in tcSimplifyIPs
1668 --      let ?x = e in ...
1669 -- Here, the given is (?x::a), where 'a' is not necy a rigid type
1670 -- But that doesn't affect the comparison, which is based only on mame.
1671
1672 -- Note [RedStack]
1673 -- The red_stack pair (n,insts) pair is just used for error reporting.
1674 -- 'n' is always the depth of the stack.
1675 -- The 'insts' is the stack of Insts being reduced: to produce X
1676 -- I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1677
1678
1679 mkRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> [Inst] -> RedEnv
1680 mkRedEnv doc try_me givens
1681   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1682              red_givens = givens, 
1683              red_stack = (0,[]),
1684              red_improve = True }       
1685
1686 mkNoImproveRedEnv :: SDoc -> (Inst -> WhatToDo) -> RedEnv
1687 -- Do not do improvement; no givens
1688 mkNoImproveRedEnv doc try_me
1689   = RedEnv { red_doc = doc, red_try_me = try_me,
1690              red_givens = [], 
1691              red_stack = (0,[]),
1692              red_improve = True }       
1693
1694 data WhatToDo
1695  = ReduceMe WantSCs     -- Try to reduce this
1696                         -- If there's no instance, add the inst to the 
1697                         -- irreductible ones, but don't produce an error 
1698                         -- message of any kind.
1699                         -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
1700
1701  | Stop         -- Return as irreducible unless it can
1702                         -- be reduced to a constant in one step
1703                         -- Do not add superclasses; see 
1704
1705 data WantSCs = NoSCs | AddSCs   -- Tells whether we should add the superclasses
1706                                 -- of a predicate when adding it to the avails
1707         -- The reason for this flag is entirely the super-class loop problem
1708         -- Note [SUPER-CLASS LOOP 1]
1709
1710 zonkRedEnv :: RedEnv -> TcM RedEnv
1711 zonkRedEnv env
1712   = do { givens' <- mapM zonkInst (red_givens env)
1713        ; return $ env {red_givens = givens'}
1714        }
1715 \end{code}
1716
1717
1718 %************************************************************************
1719 %*                                                                      *
1720 \subsection[reduce]{@reduce@}
1721 %*                                                                      *
1722 %************************************************************************
1723
1724 Note [Ancestor Equalities]
1725 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1726 During context reduction, we add to the wanted equalities also those
1727 equalities that (transitively) occur in superclass contexts of wanted
1728 class constraints.  Consider the following code
1729
1730   class a ~ Int => C a
1731   instance C Int
1732
1733 If (C a) is wanted, we want to add (a ~ Int), which will be discharged by
1734 substituting Int for a.  Hence, we ultimately want (C Int), which we
1735 discharge with the explicit instance.
1736
1737 \begin{code}
1738 reduceContext :: RedEnv
1739               -> [Inst]                 -- Wanted
1740               -> TcM (ImprovementDone,
1741                       TcDictBinds,      -- Dictionary bindings
1742                       [Inst],           -- Irreducible
1743                       TcM ())           -- Undo skolems from SkolemOccurs
1744
1745 reduceContext env wanteds
1746   = do  { traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1747              text "----------------------",
1748              red_doc env,
1749              text "given" <+> ppr (red_givens env),
1750              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1751              text "----------------------"
1752              ]))
1753
1754
1755         ; let givens                       = red_givens env
1756               (given_eqs0, given_dicts0)   = partition isEqInst givens
1757               (wanted_eqs0, wanted_non_eqs) = partition isEqInst wanteds
1758               (wanted_implics0, wanted_dicts) = partition isImplicInst wanted_non_eqs
1759
1760           -- We want to add as wanted equalities those that (transitively) 
1761           -- occur in superclass contexts of wanted class constraints.
1762           -- See Note [Ancestor Equalities]
1763         ; ancestor_eqs <- ancestorEqualities wanted_dicts
1764         ; let wanted_eqs = wanted_eqs0 ++ ancestor_eqs
1765         ; traceTc $ text "reduceContext: ancestor eqs" <+> ppr ancestor_eqs
1766
1767           -- 1. Normalise the *given* *equality* constraints
1768         ; (given_eqs, eliminate_skolems) <- normaliseGivenEqs given_eqs0
1769
1770           -- 2. Normalise the *given* *dictionary* constraints
1771           --    wrt. the toplevel and given equations
1772         ; (given_dicts, given_binds) <- normaliseGivenDicts given_eqs
1773                                                             given_dicts0
1774
1775           -- 5. Build the Avail mapping from "given_dicts"
1776         ; (init_state, extra_givens) <- getLIE $ do 
1777                 { init_state <- foldlM addGiven emptyAvails given_dicts
1778                 ; return init_state
1779                 }
1780
1781         -- *** ToDo: what to do with the "extra_givens"?  For the
1782         -- moment I'm simply discarding them, which is probably wrong
1783
1784           -- 6. Solve the *wanted* *dictionary* constraints (not implications)
1785           --    This may expose some further equational constraints...
1786         ; (avails, extra_eqs) <- getLIE (reduceList env wanted_dicts init_state)
1787         ; (dict_binds, bound_dicts, dict_irreds) 
1788             <- extractResults avails wanted_dicts
1789         ; traceTc $ text "reduceContext extractresults" <+> vcat
1790                       [ppr avails, ppr wanted_dicts, ppr dict_binds]
1791
1792           -- Solve the wanted *implications*.  In doing so, we can provide
1793           -- as "given"   all the dicts that were originally given, 
1794           --              *or* for which we now have bindings, 
1795           --              *or* which are now irreds
1796         ; let implic_env = env { red_givens = givens ++ bound_dicts 
1797                                               ++ dict_irreds }
1798         ; (implic_binds_s, implic_irreds_s) 
1799             <- mapAndUnzipM (reduceImplication implic_env) wanted_implics0
1800         ; let implic_binds  = unionManyBags implic_binds_s
1801               implic_irreds = concat implic_irreds_s
1802
1803           -- Normalise the wanted equality constraints
1804         ; eq_irreds <- normaliseWantedEqs given_eqs (wanted_eqs ++ extra_eqs)
1805
1806           -- Normalise the wanted dictionaries
1807         ; let irreds = dict_irreds ++ implic_irreds
1808               eqs    = eq_irreds ++ given_eqs
1809         ; (norm_irreds, normalise_binds) <- normaliseWantedDicts eqs irreds
1810                 
1811           -- Figure out whether we should go round again.  We do so in either
1812           -- two cases:
1813           -- (1) If any of the mutable tyvars in givens or irreds has been
1814           --     filled in by improvement, there is merit in going around 
1815           --     again, because we may make further progress.
1816           -- (2) If we managed to normalise any dicts, there is merit in going
1817           --     around gain, because reduceList may be able to get further.
1818           -- 
1819           -- ToDo: We may have exposed new
1820           --       equality constraints and should probably go round again
1821           --       then as well.  But currently we are dropping them on the
1822           --       floor anyway.
1823
1824         ; let all_irreds = norm_irreds ++ eq_irreds
1825         ; improvedMetaTy <- anyM isFilledMetaTyVar $ varSetElems $
1826                             tyVarsOfInsts (givens ++ all_irreds)
1827         ; let improvedDicts = not $ isEmptyBag normalise_binds
1828               improved      = improvedMetaTy || improvedDicts
1829
1830         -- The old plan (fragile)
1831         -- improveed   = availsImproved avails 
1832         --               || (not $ isEmptyBag normalise_binds1)
1833         --               || (not $ isEmptyBag normalise_binds2)
1834         --               || (any isEqInst irreds)
1835
1836         ; traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1837              text "----------------------",
1838              red_doc env,
1839              text "given" <+> ppr givens,
1840              text "given_eqs" <+> ppr given_eqs,
1841              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1842              text "wanted_dicts" <+> ppr wanted_dicts,
1843              text "----",
1844              text "avails" <+> pprAvails avails,
1845              text "improved =" <+> ppr improved,
1846              text "(all) irreds = " <+> ppr all_irreds,
1847              text "dict-binds = " <+> ppr dict_binds,
1848              text "implic-binds = " <+> ppr implic_binds,
1849              text "----------------------"
1850              ]))
1851
1852         ; return (improved, 
1853                   given_binds `unionBags` normalise_binds
1854                               `unionBags` dict_binds 
1855                               `unionBags` implic_binds, 
1856                   all_irreds,
1857                   eliminate_skolems) 
1858         }
1859
1860 tcImproveOne :: Avails -> Inst -> TcM ImprovementDone
1861 tcImproveOne avails inst
1862   | not (isDict inst) = return False
1863   | otherwise
1864   = do  { inst_envs <- tcGetInstEnvs
1865         ; let eqns = improveOne (classInstances inst_envs)
1866                                 (dictPred inst, pprInstArising inst)
1867                                 [ (dictPred p, pprInstArising p)
1868                                 | p <- availsInsts avails, isDict p ]
1869                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1870                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1871                 -- It does not have duplicates (good)
1872                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1873                 --    so that improve will see them separate
1874         ; traceTc (text "improveOne" <+> ppr inst)
1875         ; unifyEqns eqns }
1876
1877 unifyEqns :: [(Equation,(PredType,SDoc),(PredType,SDoc))] 
1878           -> TcM ImprovementDone
1879 unifyEqns [] = return False
1880 unifyEqns eqns
1881   = do  { traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))
1882         ; mapM_ unify eqns
1883         ; return True }
1884   where
1885     unify ((qtvs, pairs), what1, what2)
1886          = addErrCtxtM (mkEqnMsg what1 what2) $ do
1887            (_, _, tenv) <- tcInstTyVars (varSetElems qtvs)
1888            mapM_ (unif_pr tenv) pairs
1889     unif_pr tenv (ty1,ty2) =  unifyType (substTy tenv ty1) (substTy tenv ty2)
1890
1891 pprEquationDoc (eqn, (p1,w1), (p2,w2)) = vcat [pprEquation eqn, nest 2 (ppr p1), nest 2 (ppr p2)]
1892
1893 mkEqnMsg (pred1,from1) (pred2,from2) tidy_env
1894   = do  { pred1' <- zonkTcPredType pred1; pred2' <- zonkTcPredType pred2
1895         ; let { pred1'' = tidyPred tidy_env pred1'; pred2'' = tidyPred tidy_env pred2' }
1896         ; let msg = vcat [ptext SLIT("When using functional dependencies to combine"),
1897                           nest 2 (sep [ppr pred1'' <> comma, nest 2 from1]), 
1898                           nest 2 (sep [ppr pred2'' <> comma, nest 2 from2])]
1899         ; return (tidy_env, msg) }
1900 \end{code}
1901
1902 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1903
1904 \begin{code}
1905 reduceList :: RedEnv -> [Inst] -> Avails -> TcM Avails
1906 reduceList env@(RedEnv {red_stack = (n,stk)}) wanteds state
1907   = do  { traceTc (text "reduceList " <+> (ppr wanteds $$ ppr state))
1908         ; dopts <- getDOpts
1909         ; when (debugIsOn && (n > 8)) $ do
1910                 dumpTcRn (hang (ptext SLIT("Interesting! Context reduction stack depth") <+> int n) 
1911                              2 (ifPprDebug (nest 2 (pprStack stk))))
1912         ; if n >= ctxtStkDepth dopts then
1913             failWithTc (reduceDepthErr n stk)
1914           else
1915             go wanteds state }
1916   where
1917     go []     state = return state
1918     go (w:ws) state = do { state' <- reduce (env {red_stack = (n+1, w:stk)}) w state
1919                          ; go ws state' }
1920
1921     -- Base case: we're done!
1922 reduce env wanted avails
1923     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1924   | Just avail <- findAvail avails wanted
1925   = do { traceTc (text "reduce: found " <+> ppr wanted)
1926        ; return avails
1927        }
1928
1929   | otherwise
1930   = do  { traceTc (text "reduce" <+> ppr wanted $$ ppr avails)
1931         ; case red_try_me env wanted of {
1932             Stop -> try_simple (addIrred NoSCs);
1933                         -- See Note [No superclasses for Stop]
1934
1935             ReduceMe want_scs -> do     -- It should be reduced
1936                 { (avails, lookup_result) <- reduceInst env avails wanted
1937                 ; case lookup_result of
1938                     NoInstance -> addIrred want_scs avails wanted
1939                              -- Add it and its superclasses
1940                              
1941                     GenInst [] rhs -> addWanted want_scs avails wanted rhs []
1942
1943                     GenInst wanteds' rhs
1944                           -> do { avails1 <- addIrred NoSCs avails wanted
1945                                 ; avails2 <- reduceList env wanteds' avails1
1946                                 ; addWanted want_scs avails2 wanted rhs wanteds' } }
1947                 -- Temporarily do addIrred *before* the reduceList, 
1948                 -- which has the effect of adding the thing we are trying
1949                 -- to prove to the database before trying to prove the things it
1950                 -- needs.  See note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1951                 -- NB: we must not do an addWanted before, because that adds the
1952                 --     superclasses too, and that can lead to a spurious loop; see
1953                 --     the examples in [SUPERCLASS-LOOP]
1954                 -- So we do an addIrred before, and then overwrite it afterwards with addWanted
1955     } }
1956   where
1957         -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1958         -- Works well for literals (1::Int) and constant dictionaries (d::Num Int)
1959         -- Don't bother for implication constraints, which take real work
1960     try_simple do_this_otherwise
1961       = do { res <- lookupSimpleInst wanted
1962            ; case res of
1963                 GenInst [] rhs -> addWanted AddSCs avails wanted rhs []
1964                 other          -> do_this_otherwise avails wanted }
1965 \end{code}
1966
1967
1968 Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
1969 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1970 But the above isn't enough.  Suppose we are *given* d1:Ord a,
1971 and want to deduce (d2:C [a]) where
1972
1973         class Ord a => C a where
1974         instance Ord [a] => C [a] where ...
1975
1976 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] from Ord [a], and then add the
1977 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1978 for Ord [a] (which is obtained from Ord a) with a superclass selection or we'll just
1979 build a loop! 
1980
1981 Here's another variant, immortalised in tcrun020
1982         class Monad m => C1 m
1983         class C1 m => C2 m x
1984         instance C2 Maybe Bool
1985 For the instance decl we need to build (C1 Maybe), and it's no good if
1986 we run around and add (C2 Maybe Bool) and its superclasses to the avails 
1987 before we search for C1 Maybe.
1988
1989 Here's another example 
1990         class Eq b => Foo a b
1991         instance Eq a => Foo [a] a
1992 If we are reducing
1993         (Foo [t] t)
1994
1995 we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
1996 then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1997
1998 At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
1999 in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
2000 becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
2001 I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
2002 simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Stop
2003 first time, but reducible next time.
2004
2005 Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
2006 when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
2007
2008
2009 Note [RECURSIVE DICTIONARIES]
2010 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2011 Consider 
2012     data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
2013     
2014     instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
2015         ZeroD     == ZeroD     = True
2016         (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
2017         _         == _         = False;
2018     
2019     equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
2020     equalDC = (==);
2021
2022 We need to prove (Eq (D [])).  Here's how we go:
2023
2024         d1 : Eq (D [])
2025
2026 by instance decl, holds if
2027         d2 : Eq [D []]
2028         where   d1 = dfEqD d2
2029
2030 by instance decl of Eq, holds if
2031         d3 : D []
2032         where   d2 = dfEqList d3
2033                 d1 = dfEqD d2
2034
2035 But now we can "tie the knot" to give
2036
2037         d3 = d1
2038         d2 = dfEqList d3
2039         d1 = dfEqD d2
2040
2041 and it'll even run!  The trick is to put the thing we are trying to prove
2042 (in this case Eq (D []) into the database before trying to prove its
2043 contributing clauses.
2044         
2045
2046 %************************************************************************
2047 %*                                                                      *
2048                 Reducing a single constraint
2049 %*                                                                      *
2050 %************************************************************************
2051
2052 \begin{code}
2053 ---------------------------------------------
2054 reduceInst :: RedEnv -> Avails -> Inst -> TcM (Avails, LookupInstResult)
2055 reduceInst env avails other_inst
2056   = do  { result <- lookupSimpleInst other_inst
2057         ; return (avails, result) }
2058 \end{code}
2059
2060 Note [Equational Constraints in Implication Constraints]
2061 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2062
2063 An implication constraint is of the form 
2064         Given => Wanted 
2065 where Given and Wanted may contain both equational and dictionary
2066 constraints. The delay and reduction of these two kinds of constraints
2067 is distinct:
2068
2069 -) In the generated code, wanted Dictionary constraints are wrapped up in an
2070    implication constraint that is created at the code site where the wanted
2071    dictionaries can be reduced via a let-binding. This let-bound implication
2072    constraint is deconstructed at the use-site of the wanted dictionaries.
2073
2074 -) While the reduction of equational constraints is also delayed, the delay
2075    is not manifest in the generated code. The required evidence is generated
2076    in the code directly at the use-site. There is no let-binding and deconstruction
2077    necessary. The main disadvantage is that we cannot exploit sharing as the
2078    same evidence may be generated at multiple use-sites. However, this disadvantage
2079    is limited because it only concerns coercions which are erased.
2080
2081 The different treatment is motivated by the different in representation. Dictionary
2082 constraints require manifest runtime dictionaries, while equations require coercions
2083 which are types.
2084
2085 \begin{code}
2086 ---------------------------------------------
2087 reduceImplication :: RedEnv
2088                   -> Inst
2089                   -> TcM (TcDictBinds, [Inst])
2090 \end{code}
2091
2092 Suppose we are simplifying the constraint
2093         forall bs. extras => wanted
2094 in the context of an overall simplification problem with givens 'givens'.
2095
2096 Note that
2097   * The 'givens' need not mention any of the quantified type variables
2098         e.g.    forall {}. Eq a => Eq [a]
2099                 forall {}. C Int => D (Tree Int)
2100
2101     This happens when you have something like
2102         data T a where
2103           T1 :: Eq a => a -> T a
2104
2105         f :: T a -> Int
2106         f x = ...(case x of { T1 v -> v==v })...
2107
2108 \begin{code}
2109         -- ToDo: should we instantiate tvs?  I think it's not necessary
2110         --
2111         -- Note on coercion variables:
2112         --
2113         --      The extra given coercion variables are bound at two different sites:
2114         --      -) in the creation context of the implication constraint        
2115         --              the solved equational constraints use these binders
2116         --
2117         --      -) at the solving site of the implication constraint
2118         --              the solved dictionaries use these binders               
2119         --              these binders are generated by reduceImplication
2120         --
2121 reduceImplication env
2122         orig_implic@(ImplicInst { tci_name = name, tci_loc = inst_loc,
2123                                   tci_tyvars = tvs,
2124                                   tci_given = extra_givens, tci_wanted = wanteds })
2125   = do  {       -- Solve the sub-problem
2126         ; let try_me inst = ReduceMe AddSCs  -- Note [Freeness and implications]
2127               env' = env { red_givens = extra_givens ++ red_givens env
2128                          , red_doc = sep [ptext SLIT("reduceImplication for") 
2129                                             <+> ppr name,
2130                                           nest 2 (parens $ ptext SLIT("within")
2131                                                            <+> red_doc env)]
2132                          , red_try_me = try_me }
2133
2134         ; traceTc (text "reduceImplication" <+> vcat
2135                         [ ppr (red_givens env), ppr extra_givens, 
2136                           ppr wanteds])
2137         ; (irreds, binds) <- checkLoop env' wanteds
2138         ; let   (extra_eq_givens, extra_dict_givens) = partition isEqInst extra_givens
2139                         -- SLPJ Sept 07: I think this is bogus; currently
2140                         -- there are no Eqinsts in extra_givens
2141                 dict_ids = map instToId extra_dict_givens 
2142
2143                 -- Note [Reducing implication constraints]
2144                 -- Tom -- update note, put somewhere!
2145
2146         ; traceTc (text "reduceImplication result" <+> vcat
2147                         [ppr irreds, ppr binds])
2148
2149         ; -- extract superclass binds
2150           --  (sc_binds,_) <- extractResults avails []
2151 --      ; traceTc (text "reduceImplication sc_binds" <+> vcat
2152 --                      [ppr sc_binds, ppr avails])
2153 --  
2154
2155         -- SLPJ Sept 07: what if improvement happened inside the checkLoop?
2156         -- Then we must iterate the outer loop too!
2157
2158         ; traceTc (text "reduceImplication condition" <+> ppr ((isEmptyLHsBinds binds) || (null irreds)))
2159
2160 --      Progress is no longer measered by the number of bindings
2161         ; if (isEmptyLHsBinds binds) && (not $ null irreds) then        -- No progress
2162                 -- If there are any irreds, we back off and do nothing
2163                 return (emptyBag, [orig_implic])
2164           else do
2165         { (simpler_implic_insts, bind) 
2166             <- makeImplicationBind inst_loc tvs extra_givens irreds
2167                 -- This binding is useless if the recursive simplification
2168                 -- made no progress; but currently we don't try to optimise that
2169                 -- case.  After all, we only try hard to reduce at top level, or
2170                 -- when inferring types.
2171
2172         ; let   dict_wanteds = filter (not . isEqInst) wanteds
2173                 -- TOMDO: given equational constraints bug!
2174                 --  we need a different evidence for given
2175                 --  equations depending on whether we solve
2176                 --  dictionary constraints or equational constraints
2177
2178                 eq_tyvars = varSetElems $ tyVarsOfTypes $ map eqInstType extra_eq_givens
2179                         -- SLPJ Sept07: this looks Utterly Wrong to me, but I think
2180                         --              that current extra_givens has no EqInsts, so
2181                         --              it makes no difference
2182                 co  = wrap_inline       -- Note [Always inline implication constraints]
2183                       <.> mkWpTyLams tvs
2184                       <.> mkWpLams eq_tyvars
2185                       <.> mkWpLams dict_ids
2186                       <.> WpLet (binds `unionBags` bind)
2187                 wrap_inline | null dict_ids = idHsWrapper
2188                             | otherwise     = WpInline
2189                 rhs = mkHsWrap co payload
2190                 loc = instLocSpan inst_loc
2191                 payload | [dict_wanted] <- dict_wanteds = HsVar (instToId dict_wanted)
2192                         | otherwise = ExplicitTuple (map (L loc . HsVar . instToId) dict_wanteds) Boxed
2193
2194         
2195         ; traceTc (vcat [text "reduceImplication" <+> ppr name,
2196                          ppr simpler_implic_insts,
2197                          text "->" <+> ppr rhs])
2198         ; return (unitBag (L loc (VarBind (instToId orig_implic) (L loc rhs))),
2199                   simpler_implic_insts)
2200         } 
2201     }
2202 \end{code}
2203
2204 Note [Always inline implication constraints]
2205 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2206 Suppose an implication constraint floats out of an INLINE function.
2207 Then although the implication has a single call site, it won't be 
2208 inlined.  And that is bad because it means that even if there is really
2209 *no* overloading (type signatures specify the exact types) there will
2210 still be dictionary passing in the resulting code.  To avert this,
2211 we mark the implication constraints themselves as INLINE, at least when
2212 there is no loss of sharing as a result.
2213
2214 Note [Freeness and implications]
2215 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2216 It's hard to say when an implication constraint can be floated out.  Consider
2217         forall {} Eq a => Foo [a]
2218 The (Foo [a]) doesn't mention any of the quantified variables, but it
2219 still might be partially satisfied by the (Eq a). 
2220
2221 There is a useful special case when it *is* easy to partition the 
2222 constraints, namely when there are no 'givens'.  Consider
2223         forall {a}. () => Bar b
2224 There are no 'givens', and so there is no reason to capture (Bar b).
2225 We can let it float out.  But if there is even one constraint we
2226 must be much more careful:
2227         forall {a}. C a b => Bar (m b)
2228 because (C a b) might have a superclass (D b), from which we might 
2229 deduce (Bar [b]) when m later gets instantiated to [].  Ha!
2230
2231 Here is an even more exotic example
2232         class C a => D a b
2233 Now consider the constraint
2234         forall b. D Int b => C Int
2235 We can satisfy the (C Int) from the superclass of D, so we don't want
2236 to float the (C Int) out, even though it mentions no type variable in
2237 the constraints!
2238
2239 Note [Pruning the givens in an implication constraint]
2240 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2241 Suppose we are about to form the implication constraint
2242         forall tvs.  Eq a => Ord b
2243 The (Eq a) cannot contribute to the (Ord b), because it has no access to
2244 the type variable 'b'.  So we could filter out the (Eq a) from the givens.
2245
2246 Doing so would be a bit tidier, but all the implication constraints get
2247 simplified away by the optimiser, so it's no great win.   So I don't take
2248 advantage of that at the moment.
2249
2250 If you do, BE CAREFUL of wobbly type variables.
2251
2252
2253 %************************************************************************
2254 %*                                                                      *
2255                 Avails and AvailHow: the pool of evidence
2256 %*                                                                      *
2257 %************************************************************************
2258
2259
2260 \begin{code}
2261 data Avails = Avails !ImprovementDone !AvailEnv
2262
2263 type ImprovementDone = Bool     -- True <=> some unification has happened
2264                                 -- so some Irreds might now be reducible
2265                                 -- keys that are now 
2266
2267 type AvailEnv = FiniteMap Inst AvailHow
2268 data AvailHow
2269   = IsIrred             -- Used for irreducible dictionaries,
2270                         -- which are going to be lambda bound
2271
2272   | Given Inst          -- Used for dictionaries for which we have a binding
2273                         -- e.g. those "given" in a signature
2274
2275   | Rhs                 -- Used when there is a RHS
2276         (LHsExpr TcId)  -- The RHS
2277         [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
2278
2279 instance Outputable Avails where
2280   ppr = pprAvails
2281
2282 pprAvails (Avails imp avails)
2283   = vcat [ ptext SLIT("Avails") <> (if imp then ptext SLIT("[improved]") else empty)
2284          , nest 2 $ braces $ 
2285            vcat [ sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> ppr avail)]
2286                 | (inst,avail) <- fmToList avails ]]
2287
2288 instance Outputable AvailHow where
2289     ppr = pprAvail
2290
2291 -------------------------
2292 pprAvail :: AvailHow -> SDoc
2293 pprAvail IsIrred        = text "Irred"
2294 pprAvail (Given x)      = text "Given" <+> ppr x
2295 pprAvail (Rhs rhs bs)   = sep [text "Rhs" <+> ppr bs,
2296                                nest 2 (ppr rhs)]
2297
2298 -------------------------
2299 extendAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> AvailHow -> AvailEnv
2300 extendAvailEnv env inst avail = addToFM env inst avail
2301
2302 findAvailEnv :: AvailEnv -> Inst -> Maybe AvailHow
2303 findAvailEnv env wanted = lookupFM env wanted
2304         -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
2305         --  *not* by unique.  So
2306         --      d1::C Int ==  d2::C Int
2307
2308 emptyAvails :: Avails
2309 emptyAvails = Avails False emptyFM
2310
2311 findAvail :: Avails -> Inst -> Maybe AvailHow
2312 findAvail (Avails _ avails) wanted = findAvailEnv avails wanted
2313
2314 elemAvails :: Inst -> Avails -> Bool
2315 elemAvails wanted (Avails _ avails) = wanted `elemFM` avails
2316
2317 extendAvails :: Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
2318 -- Does improvement
2319 extendAvails avails@(Avails imp env) inst avail
2320   = do  { imp1 <- tcImproveOne avails inst      -- Do any improvement
2321         ; return (Avails (imp || imp1) (extendAvailEnv env inst avail)) }
2322
2323 availsInsts :: Avails -> [Inst]
2324 availsInsts (Avails _ avails) = keysFM avails
2325
2326 availsImproved (Avails imp _) = imp
2327
2328 updateImprovement :: Avails -> Avails -> Avails
2329 -- (updateImprovement a1 a2) sets a1's improvement flag from a2
2330 updateImprovement (Avails _ avails1) (Avails imp2 _) = Avails imp2 avails1
2331 \end{code}
2332
2333 Extracting the bindings from a bunch of Avails.
2334 The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
2335 We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
2336 dependency analyser can sort them out later
2337
2338 \begin{code}
2339 type DoneEnv = FiniteMap Inst [Id]
2340 -- Tracks which things we have evidence for
2341
2342 extractResults :: Avails
2343                -> [Inst]                -- Wanted
2344                -> TcM (TcDictBinds,     -- Bindings
2345                        [Inst],          -- The insts bound by the bindings
2346                        [Inst])          -- Irreducible ones
2347                         -- Note [Reducing implication constraints]
2348
2349 extractResults (Avails _ avails) wanteds
2350   = go emptyBag [] [] emptyFM wanteds
2351   where
2352     go  :: TcDictBinds  -- Bindings for dicts
2353         -> [Inst]       -- Bound by the bindings
2354         -> [Inst]       -- Irreds
2355         -> DoneEnv      -- Has an entry for each inst in the above three sets
2356         -> [Inst]       -- Wanted
2357         -> TcM (TcDictBinds, [Inst], [Inst])
2358     go binds bound_dicts irreds done [] 
2359       = return (binds, bound_dicts, irreds)
2360
2361     go binds bound_dicts irreds done (w:ws)
2362       | Just done_ids@(done_id : rest_done_ids) <- lookupFM done w
2363       = if w_id `elem` done_ids then
2364            go binds bound_dicts irreds done ws
2365         else
2366            go (add_bind (nlHsVar done_id)) bound_dicts irreds
2367               (addToFM done w (done_id : w_id : rest_done_ids)) ws
2368
2369       | otherwise       -- Not yet done
2370       = case findAvailEnv avails w of
2371           Nothing -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
2372                      go binds bound_dicts irreds done ws
2373
2374           Just IsIrred -> go binds bound_dicts (w:irreds) done' ws
2375
2376           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_bind rhs) (w:bound_dicts) irreds done' (ws' ++ ws)
2377
2378           Just (Given g) -> go binds' bound_dicts irreds (addToFM done w [g_id]) ws 
2379                 where
2380                   g_id = instToId g
2381                   binds' | w_id == g_id = binds
2382                          | otherwise    = add_bind (nlHsVar g_id)
2383       where
2384         w_id  = instToId w      
2385         done' = addToFM done w [w_id]
2386         add_bind rhs = addInstToDictBind binds w rhs
2387 \end{code}
2388
2389
2390 Note [No superclasses for Stop]
2391 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2392 When we decide not to reduce an Inst -- the 'WhatToDo' --- we still
2393 add it to avails, so that any other equal Insts will be commoned up
2394 right here.  However, we do *not* add superclasses.  If we have
2395         df::Floating a
2396         dn::Num a
2397 but a is not bound here, then we *don't* want to derive dn from df
2398 here lest we lose sharing.
2399
2400 \begin{code}
2401 addWanted :: WantSCs -> Avails -> Inst -> LHsExpr TcId -> [Inst] -> TcM Avails
2402 addWanted want_scs avails wanted rhs_expr wanteds
2403   = addAvailAndSCs want_scs avails wanted avail
2404   where
2405     avail = Rhs rhs_expr wanteds
2406
2407 addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
2408 addGiven avails given = addAvailAndSCs AddSCs avails given (Given given)
2409         -- Always add superclasses for 'givens'
2410         --
2411         -- No ASSERT( not (given `elemAvails` avails) ) because in an instance
2412         -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
2413         -- so the assert isn't true
2414 \end{code}
2415
2416 \begin{code}
2417 addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2418 addIrred want_scs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemAvails` avails), ppr irred $$ ppr avails )
2419                                  addAvailAndSCs want_scs avails irred IsIrred
2420
2421 addAvailAndSCs :: WantSCs -> Avails -> Inst -> AvailHow -> TcM Avails
2422 addAvailAndSCs want_scs avails inst avail
2423   | not (isClassDict inst) = extendAvails avails inst avail
2424   | NoSCs <- want_scs      = extendAvails avails inst avail
2425   | otherwise              = do { traceTc (text "addAvailAndSCs" <+> vcat [ppr inst, ppr deps])
2426                                 ; avails' <- extendAvails avails inst avail
2427                                 ; addSCs is_loop avails' inst }
2428   where
2429     is_loop pred = any (`tcEqType` mkPredTy pred) dep_tys
2430                         -- Note: this compares by *type*, not by Unique
2431     deps         = findAllDeps (unitVarSet (instToVar inst)) avail
2432     dep_tys      = map idType (varSetElems deps)
2433
2434     findAllDeps :: IdSet -> AvailHow -> IdSet
2435     -- Find all the Insts that this one depends on
2436     -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2437     -- Watch out, though.  Since the avails may contain loops 
2438     -- (see Note [RECURSIVE DICTIONARIES]), so we need to track the ones we've seen so far
2439     findAllDeps so_far (Rhs _ kids) = foldl find_all so_far kids
2440     findAllDeps so_far other        = so_far
2441
2442     find_all :: IdSet -> Inst -> IdSet
2443     find_all so_far kid
2444       | isEqInst kid                       = so_far
2445       | kid_id `elemVarSet` so_far         = so_far
2446       | Just avail <- findAvail avails kid = findAllDeps so_far' avail
2447       | otherwise                          = so_far'
2448       where
2449         so_far' = extendVarSet so_far kid_id    -- Add the new kid to so_far
2450         kid_id = instToId kid
2451
2452 addSCs :: (TcPredType -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
2453         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
2454         -- The first param says "don't do this because the original thing
2455         --      depends on this one, so you'd build a loop"
2456         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
2457
2458 addSCs is_loop avails dict
2459   = ASSERT( isDict dict )
2460     do  { sc_dicts <- newDictBndrs (instLoc dict) sc_theta'
2461         ; foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels) }
2462   where
2463     (clas, tys) = getDictClassTys dict
2464     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
2465     sc_theta' = filter (not . isEqPred) $
2466                   substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
2467
2468     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)
2469       | is_loop (dictPred sc_dict) = return avails      -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
2470       | is_given sc_dict           = return avails
2471       | otherwise                  = do { avails' <- extendAvails avails sc_dict (Rhs sc_sel_rhs [dict])
2472                                         ; addSCs is_loop avails' sc_dict }
2473       where
2474         sc_sel_rhs = L (instSpan dict) (HsWrap co_fn (HsVar sc_sel))
2475         co_fn      = WpApp (instToVar dict) <.> mkWpTyApps tys
2476
2477     is_given :: Inst -> Bool
2478     is_given sc_dict = case findAvail avails sc_dict of
2479                           Just (Given _) -> True        -- Given is cheaper than superclass selection
2480                           other          -> False       
2481
2482 -- From the a set of insts obtain all equalities that (transitively) occur in
2483 -- superclass contexts of class constraints (aka the ancestor equalities). 
2484 --
2485 ancestorEqualities :: [Inst] -> TcM [Inst]
2486 ancestorEqualities
2487   =   mapM mkWantedEqInst               -- turn only equality predicates..
2488     . filter isEqPred                   -- ..into wanted equality insts
2489     . bagToList 
2490     . addAEsToBag emptyBag              -- collect the superclass constraints..
2491     . map dictPred                      -- ..of all predicates in a bag
2492     . filter isClassDict
2493   where
2494     addAEsToBag :: Bag PredType -> [PredType] -> Bag PredType
2495     addAEsToBag bag []           = bag
2496     addAEsToBag bag (pred:preds)
2497       | pred `elemBag` bag = addAEsToBag bag         preds
2498       | isEqPred pred      = addAEsToBag bagWithPred preds
2499       | isClassPred pred   = addAEsToBag bagWithPred predsWithSCs
2500       | otherwise          = addAEsToBag bag         preds
2501       where
2502         bagWithPred  = bag `snocBag` pred
2503         predsWithSCs = preds ++ substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
2504         --
2505         (tyvars, sc_theta, _, _) = classBigSig clas
2506         (clas, tys)              = getClassPredTys pred 
2507 \end{code}
2508
2509
2510 %************************************************************************
2511 %*                                                                      *
2512 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
2513 %*                                                                      *
2514 %************************************************************************
2515
2516
2517 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
2518 and ambiguous Insts.
2519
2520 We need to be careful of one case.  Suppose we have
2521
2522         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
2523
2524 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
2525 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
2526
2527 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
2528
2529
2530 \begin{code}
2531 tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
2532 tcSimplifyTop wanteds
2533   = tc_simplify_top doc False wanteds
2534   where 
2535     doc = text "tcSimplifyTop"
2536
2537 tcSimplifyInteractive wanteds
2538   = tc_simplify_top doc True wanteds
2539   where 
2540     doc = text "tcSimplifyInteractive"
2541
2542 -- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
2543 -- error message generation for the monomorphism restriction
2544 tc_simplify_top doc interactive wanteds
2545   = do  { dflags <- getDOpts
2546         ; wanteds <- zonkInsts wanteds
2547         ; mapM_ zonkTopTyVar (varSetElems (tyVarsOfInsts wanteds))
2548
2549         ; traceTc (text "tc_simplify_top 0: " <+> ppr wanteds)
2550         ; (irreds1, binds1) <- tryHardCheckLoop doc1 wanteds
2551 --      ; (irreds1, binds1) <- gentleInferLoop doc1 wanteds
2552         ; traceTc (text "tc_simplify_top 1: " <+> ppr irreds1)
2553         ; (irreds2, binds2) <- approximateImplications doc2 (\d -> True) irreds1
2554         ; traceTc (text "tc_simplify_top 2: " <+> ppr irreds2)
2555
2556                 -- Use the defaulting rules to do extra unification
2557                 -- NB: irreds2 are already zonked
2558         ; (irreds3, binds3) <- disambiguate doc3 interactive dflags irreds2
2559
2560                 -- Deal with implicit parameters
2561         ; let (bad_ips, non_ips) = partition isIPDict irreds3
2562               (ambigs, others)   = partition isTyVarDict non_ips
2563
2564         ; topIPErrs bad_ips     -- Can arise from   f :: Int -> Int
2565                                 --                  f x = x + ?y
2566         ; addNoInstanceErrs others
2567         ; addTopAmbigErrs ambigs        
2568
2569         ; return (binds1 `unionBags` binds2 `unionBags` binds3) }
2570   where
2571     doc1 = doc <+> ptext SLIT("(first round)")
2572     doc2 = doc <+> ptext SLIT("(approximate)")
2573     doc3 = doc <+> ptext SLIT("(disambiguate)")
2574 \end{code}
2575
2576 If a dictionary constrains a type variable which is
2577         * not mentioned in the environment
2578         * and not mentioned in the type of the expression
2579 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
2580 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
2581 parameter to a function.
2582
2583 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
2584 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
2585 Specifically, if
2586         * at least one of its classes is a numeric class, and
2587         * all of its classes are numeric or standard
2588 then the type variable can be defaulted to the first type in the
2589 default-type list which is an instance of all the offending classes.
2590
2591 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
2592 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
2593 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
2594 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
2595
2596 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
2597 the same type variable.
2598
2599 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
2600 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
2601 the most common use of defaulting is code like:
2602 \begin{verbatim}
2603         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
2604 \end{verbatim}
2605 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
2606 @void@.
2607
2608 \begin{code}
2609 disambiguate :: SDoc -> Bool -> DynFlags -> [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
2610         -- Just does unification to fix the default types
2611         -- The Insts are assumed to be pre-zonked
2612 disambiguate doc interactive dflags insts
2613   | null insts
2614   = return (insts, emptyBag)
2615
2616   | null defaultable_groups
2617   = do  { traceTc (text "disambigutate, no defaultable groups" <+> vcat [ppr unaries, ppr insts, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
2618         ; return (insts, emptyBag) }
2619
2620   | otherwise
2621   = do  {       -- Figure out what default types to use
2622           default_tys <- getDefaultTys extended_defaulting ovl_strings
2623
2624         ; traceTc (text "disambiguate1" <+> vcat [ppr insts, ppr unaries, ppr bad_tvs, ppr defaultable_groups])
2625         ; mapM_ (disambigGroup default_tys) defaultable_groups
2626
2627         -- disambigGroup does unification, hence try again
2628         ; tryHardCheckLoop doc insts }
2629
2630   where
2631    extended_defaulting = interactive || dopt Opt_ExtendedDefaultRules dflags
2632    ovl_strings = dopt Opt_OverloadedStrings dflags
2633
2634    unaries :: [(Inst, Class, TcTyVar)]  -- (C tv) constraints
2635    bad_tvs :: TcTyVarSet  -- Tyvars mentioned by *other* constraints
2636    (unaries, bad_tvs_s) = partitionWith find_unary insts 
2637    bad_tvs              = unionVarSets bad_tvs_s
2638
2639         -- Finds unary type-class constraints
2640    find_unary d@(Dict {tci_pred = ClassP cls [ty]})
2641         | Just tv <- tcGetTyVar_maybe ty = Left (d,cls,tv)
2642    find_unary inst                       = Right (tyVarsOfInst inst)
2643
2644                 -- Group by type variable
2645    defaultable_groups :: [[(Inst,Class,TcTyVar)]]
2646    defaultable_groups = filter defaultable_group (equivClasses cmp_tv unaries)
2647    cmp_tv (_,_,tv1) (_,_,tv2) = tv1 `compare` tv2
2648
2649    defaultable_group :: [(Inst,Class,TcTyVar)] -> Bool
2650    defaultable_group ds@((_,_,tv):_)
2651         =  isTyConableTyVar tv  -- Note [Avoiding spurious errors]
2652         && not (tv `elemVarSet` bad_tvs)
2653         && defaultable_classes [c | (_,c,_) <- ds]
2654    defaultable_group [] = panic "defaultable_group"
2655
2656    defaultable_classes clss 
2657         | extended_defaulting = any isInteractiveClass clss
2658         | otherwise           = all is_std_class clss && (any is_num_class clss)
2659
2660         -- In interactive mode, or with -fextended-default-rules,
2661         -- we default Show a to Show () to avoid graututious errors on "show []"
2662    isInteractiveClass cls 
2663         = is_num_class cls || (classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
2664
2665    is_num_class cls = isNumericClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
2666         -- is_num_class adds IsString to the standard numeric classes, 
2667         -- when -foverloaded-strings is enabled
2668
2669    is_std_class cls = isStandardClass cls || (ovl_strings && (cls `hasKey` isStringClassKey))
2670         -- Similarly is_std_class
2671
2672 -----------------------
2673 disambigGroup :: [Type]                 -- The default types
2674               -> [(Inst,Class,TcTyVar)] -- All standard classes of form (C a)
2675               -> TcM () -- Just does unification, to fix the default types
2676
2677 disambigGroup default_tys dicts
2678   = try_default default_tys
2679   where
2680     (_,_,tyvar) = ASSERT(not (null dicts)) head dicts   -- Should be non-empty
2681     classes = [c | (_,c,_) <- dicts]
2682
2683     try_default [] = return ()
2684     try_default (default_ty : default_tys)
2685       = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $
2686         do { tcSimplifyDefault [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
2687                 -- This may fail; then the tryTcLIE_ kicks in
2688                 -- Failure here is caused by there being no type in the
2689                 -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
2690                 -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
2691                 -- default list is Int.
2692
2693                 -- After this we can't fail
2694            ; warnDefault dicts default_ty
2695            ; unifyType default_ty (mkTyVarTy tyvar) 
2696            ; return () -- TOMDO: do something with the coercion
2697            }
2698
2699
2700 -----------------------
2701 getDefaultTys :: Bool -> Bool -> TcM [Type]
2702 getDefaultTys extended_deflts ovl_strings
2703   = do  { mb_defaults <- getDeclaredDefaultTys
2704         ; case mb_defaults of {
2705            Just tys -> return tys ;     -- User-supplied defaults
2706            Nothing  -> do
2707
2708         -- No use-supplied default
2709         -- Use [Integer, Double], plus modifications
2710         { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
2711         ; checkWiredInTyCon doubleTyCon
2712         ; string_ty <- tcMetaTy stringTyConName
2713         ; return (opt_deflt extended_deflts unitTy
2714                         -- Note [Default unitTy]
2715                         ++
2716                   [integer_ty,doubleTy]
2717                         ++
2718                   opt_deflt ovl_strings string_ty) } } }
2719   where
2720     opt_deflt True  ty = [ty]
2721     opt_deflt False ty = []
2722 \end{code}
2723
2724 Note [Default unitTy]
2725 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2726 In interative mode (or with -fextended-default-rules) we add () as the first type we
2727 try when defaulting.  This has very little real impact, except in the following case.
2728 Consider: 
2729         Text.Printf.printf "hello"
2730 This has type (forall a. IO a); it prints "hello", and returns 'undefined'.  We don't
2731 want the GHCi repl loop to try to print that 'undefined'.  The neatest thing is to
2732 default the 'a' to (), rather than to Integer (which is what would otherwise happen;
2733 and then GHCi doesn't attempt to print the ().  So in interactive mode, we add
2734 () to the list of defaulting types.  See Trac #1200.
2735
2736 Note [Avoiding spurious errors]
2737 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2738 When doing the unification for defaulting, we check for skolem
2739 type variables, and simply don't default them.  For example:
2740    f = (*)      -- Monomorphic
2741    g :: Num a => a -> a
2742    g x = f x x
2743 Here, we get a complaint when checking the type signature for g,
2744 that g isn't polymorphic enough; but then we get another one when
2745 dealing with the (Num a) context arising from f's definition;
2746 we try to unify a with Int (to default it), but find that it's
2747 already been unified with the rigid variable from g's type sig
2748
2749
2750 %************************************************************************
2751 %*                                                                      *
2752 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
2753 %*                                                                      *
2754 %************************************************************************
2755
2756 Much simpler versions when there are no bindings to make!
2757
2758 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
2759 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
2760 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
2761
2762 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
2763 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
2764 instance declarations.
2765
2766 \begin{code}
2767 tcSimplifyDeriv :: InstOrigin
2768                 -> [TyVar]      
2769                 -> ThetaType            -- Wanted
2770                 -> TcM ThetaType        -- Needed
2771 -- Given  instance (wanted) => C inst_ty 
2772 -- Simplify 'wanted' as much as possible
2773
2774 tcSimplifyDeriv orig tyvars theta
2775   = do  { (tvs, _, tenv) <- tcInstTyVars tyvars
2776         -- The main loop may do unification, and that may crash if 
2777         -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
2778         -- ToDo: what if two of them do get unified?
2779         ; wanteds <- newDictBndrsO orig (substTheta tenv theta)
2780         ; (irreds, _) <- tryHardCheckLoop doc wanteds
2781
2782         ; let (tv_dicts, others) = partition ok irreds
2783         ; addNoInstanceErrs others
2784         -- See Note [Exotic derived instance contexts] in TcMType
2785
2786         ; let rev_env = zipTopTvSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
2787               simpl_theta = substTheta rev_env (map dictPred tv_dicts)
2788                 -- This reverse-mapping is a pain, but the result
2789                 -- should mention the original TyVars not TcTyVars
2790
2791         ; return simpl_theta }
2792   where
2793     doc = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
2794
2795     ok dict | isDict dict = validDerivPred (dictPred dict)
2796             | otherwise   = False
2797 \end{code}
2798
2799
2800 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
2801 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
2802 whether it worked or not.
2803
2804 \begin{code}
2805 tcSimplifyDefault :: ThetaType  -- Wanted; has no type variables in it
2806                   -> TcM ()
2807
2808 tcSimplifyDefault theta = do
2809     wanteds <- newDictBndrsO DefaultOrigin theta
2810     (irreds, _) <- tryHardCheckLoop doc wanteds
2811     addNoInstanceErrs  irreds
2812     if null irreds then
2813         return ()
2814      else
2815         traceTc (ptext SLIT("tcSimplifyDefault failing")) >> failM
2816   where
2817     doc = ptext SLIT("default declaration")
2818 \end{code}
2819
2820
2821 %************************************************************************
2822 %*                                                                      *
2823 \section{Errors and contexts}
2824 %*                                                                      *
2825 %************************************************************************
2826
2827 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
2828 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
2829 now?
2830
2831 \begin{code}
2832 groupErrs :: ([Inst] -> TcM ()) -- Deal with one group
2833           -> [Inst]             -- The offending Insts
2834           -> TcM ()
2835 -- Group together insts with the same origin
2836 -- We want to report them together in error messages
2837
2838 groupErrs report_err [] 
2839   = return ()
2840 groupErrs report_err (inst:insts)
2841   = do  { do_one (inst:friends)
2842         ; groupErrs report_err others }
2843   where
2844         -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
2845         --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
2846         --  and it avoids need equality on InstLocs.)
2847    (friends, others) = partition is_friend insts
2848    loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
2849    is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
2850    do_one insts = addInstCtxt (instLoc (head insts)) (report_err insts)
2851                 -- Add location and context information derived from the Insts
2852
2853 -- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
2854 addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
2855 addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstArising (head insts))
2856
2857 addTopIPErrs :: [Name] -> [Inst] -> TcM ()
2858 addTopIPErrs bndrs [] 
2859   = return ()
2860 addTopIPErrs bndrs ips
2861   = do  { dflags <- getDOpts
2862         ; addErrTcM (tidy_env, mk_msg dflags tidy_ips) }
2863   where
2864     (tidy_env, tidy_ips) = tidyInsts ips
2865     mk_msg dflags ips 
2866         = vcat [sep [ptext SLIT("Implicit parameters escape from"),
2867                 nest 2 (ptext SLIT("the monomorphic top-level binding") 
2868                                             <> plural bndrs <+> ptext SLIT("of")
2869                                             <+> pprBinders bndrs <> colon)],
2870                 nest 2 (vcat (map ppr_ip ips)),
2871                 monomorphism_fix dflags]
2872     ppr_ip ip = pprPred (dictPred ip) <+> pprInstArising ip
2873
2874 topIPErrs :: [Inst] -> TcM ()
2875 topIPErrs dicts
2876   = groupErrs report tidy_dicts
2877   where
2878     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2879     report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
2880     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> 
2881                                      plural tidy_dicts <+> pprDictsTheta tidy_dicts)
2882
2883 addNoInstanceErrs :: [Inst]     -- Wanted (can include implications)
2884                   -> TcM ()     
2885 addNoInstanceErrs insts
2886   = do  { let (tidy_env, tidy_insts) = tidyInsts insts
2887         ; reportNoInstances tidy_env Nothing tidy_insts }
2888
2889 reportNoInstances 
2890         :: TidyEnv
2891         -> Maybe (InstLoc, [Inst])      -- Context
2892                         -- Nothing => top level
2893                         -- Just (d,g) => d describes the construct
2894                         --               with givens g
2895         -> [Inst]       -- What is wanted (can include implications)
2896         -> TcM ()       
2897
2898 reportNoInstances tidy_env mb_what insts 
2899   = groupErrs (report_no_instances tidy_env mb_what) insts
2900
2901 report_no_instances tidy_env mb_what insts
2902   = do { inst_envs <- tcGetInstEnvs
2903        ; let (implics, insts1)  = partition isImplicInst insts
2904              (insts2, overlaps) = partitionWith (check_overlap inst_envs) insts1
2905              (eqInsts, insts3)  = partition isEqInst insts2
2906        ; traceTc (text "reportNoInstances" <+> vcat 
2907                        [ppr insts, ppr implics, ppr insts1, ppr insts2])
2908        ; mapM_ complain_implic implics
2909        ; mapM_ (\doc -> addErrTcM (tidy_env, doc)) overlaps
2910        ; groupErrs complain_no_inst insts3 
2911        ; mapM_ (addErrTcM . mk_eq_err) eqInsts
2912        }
2913   where
2914     complain_no_inst insts = addErrTcM (tidy_env, mk_no_inst_err insts)
2915
2916     complain_implic inst        -- Recurse!
2917       = reportNoInstances tidy_env 
2918                           (Just (tci_loc inst, tci_given inst)) 
2919                           (tci_wanted inst)
2920
2921     check_overlap :: (InstEnv,InstEnv) -> Inst -> Either Inst SDoc
2922         -- Right msg  => overlap message
2923         -- Left  inst => no instance
2924     check_overlap inst_envs wanted
2925         | not (isClassDict wanted) = Left wanted
2926         | otherwise
2927         = case lookupInstEnv inst_envs clas tys of
2928                 ([], _) -> Left wanted          -- No match
2929                 -- The case of exactly one match and no unifiers means a
2930                 -- successful lookup.  That can't happen here, because dicts
2931                 -- only end up here if they didn't match in Inst.lookupInst
2932                 ([m],[])
2933                  | debugIsOn -> pprPanic "reportNoInstance" (ppr wanted)
2934                 res -> Right (mk_overlap_msg wanted res)
2935           where
2936             (clas,tys) = getDictClassTys wanted
2937
2938     mk_overlap_msg dict (matches, unifiers)
2939       = ASSERT( not (null matches) )
2940         vcat [  addInstLoc [dict] ((ptext SLIT("Overlapping instances for") 
2941                                         <+> pprPred (dictPred dict))),
2942                 sep [ptext SLIT("Matching instances") <> colon,
2943                      nest 2 (vcat [pprInstances ispecs, pprInstances unifiers])],
2944                 if not (isSingleton matches)
2945                 then    -- Two or more matches
2946                      empty
2947                 else    -- One match, plus some unifiers
2948                 ASSERT( not (null unifiers) )
2949                 parens (vcat [ptext SLIT("The choice depends on the instantiation of") <+>
2950                                  quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInst dict))),
2951                               ptext SLIT("To pick the first instance above, use -fallow-incoherent-instances"),
2952                               ptext SLIT("when compiling the other instance declarations")])]
2953       where
2954         ispecs = [ispec | (ispec, _) <- matches]
2955
2956     mk_eq_err :: Inst -> (TidyEnv, SDoc)
2957     mk_eq_err inst = misMatchMsg tidy_env (eqInstTys inst)
2958
2959     mk_no_inst_err insts
2960       | null insts = empty
2961
2962       | Just (loc, givens) <- mb_what,   -- Nested (type signatures, instance decls)
2963         not (isEmptyVarSet (tyVarsOfInsts insts))
2964       = vcat [ addInstLoc insts $
2965                sep [ ptext SLIT("Could not deduce") <+> pprDictsTheta insts
2966                    , nest 2 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprDictsTheta givens]
2967              , show_fixes (fix1 loc : fixes2) ]
2968
2969       | otherwise       -- Top level 
2970       = vcat [ addInstLoc insts $
2971                ptext SLIT("No instance") <> plural insts
2972                     <+> ptext SLIT("for") <+> pprDictsTheta insts
2973              , show_fixes fixes2 ]
2974
2975       where
2976         fix1 loc = sep [ ptext SLIT("add") <+> pprDictsTheta insts
2977                                  <+> ptext SLIT("to the context of"),
2978                          nest 2 (ppr (instLocOrigin loc)) ]
2979                          -- I'm not sure it helps to add the location
2980                          -- nest 2 (ptext SLIT("at") <+> ppr (instLocSpan loc)) ]
2981
2982         fixes2 | null instance_dicts = []
2983                | otherwise           = [sep [ptext SLIT("add an instance declaration for"),
2984                                         pprDictsTheta instance_dicts]]
2985         instance_dicts = [d | d <- insts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
2986                 -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
2987                 -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
2988
2989         show_fixes :: [SDoc] -> SDoc
2990         show_fixes []     = empty
2991         show_fixes (f:fs) = sep [ptext SLIT("Possible fix:"), 
2992                                  nest 2 (vcat (f : map (ptext SLIT("or") <+>) fs))]
2993
2994 addTopAmbigErrs dicts
2995 -- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
2996   = ifErrsM (return ()) $       -- Only report ambiguity if no other errors happened
2997                                 -- See Note [Avoiding spurious errors]
2998     mapM_ report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
2999   where
3000     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
3001
3002     tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
3003     tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
3004     cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
3005     
3006     report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
3007     report pairs@((inst,tvs) : _) = do  -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
3008           (tidy_env, mono_msg) <- mkMonomorphismMsg tidy_env tvs
3009           setSrcSpan (instSpan inst) $
3010                 -- the location of the first one will do for the err message
3011            addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
3012         where
3013           dicts = map fst pairs
3014           msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
3015                           pprQuotedList tvs <+> in_msg,
3016                      nest 2 (pprDictsInFull dicts)]
3017           in_msg = text "in the constraint" <> plural dicts <> colon
3018     report [] = panic "addTopAmbigErrs"
3019
3020
3021 mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [TcTyVar] -> TcM (TidyEnv, Message)
3022 -- There's an error with these Insts; if they have free type variables
3023 -- it's probably caused by the monomorphism restriction. 
3024 -- Try to identify the offending variable
3025 -- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
3026 mkMonomorphismMsg tidy_env inst_tvs
3027   = do  { dflags <- getDOpts
3028         ; (tidy_env, docs) <- findGlobals (mkVarSet inst_tvs) tidy_env
3029         ; return (tidy_env, mk_msg dflags docs) }
3030   where
3031     mk_msg _ _ | any isRuntimeUnk inst_tvs
3032         =  vcat [ptext SLIT("Cannot resolve unknown runtime types:") <+>
3033                    (pprWithCommas ppr inst_tvs),
3034                 ptext SLIT("Use :print or :force to determine these types")]
3035     mk_msg _ []   = ptext SLIT("Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)")
3036                         -- This happens in things like
3037                         --      f x = show (read "foo")
3038                         -- where monomorphism doesn't play any role
3039     mk_msg dflags docs 
3040         = vcat [ptext SLIT("Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
3041                 nest 2 (vcat docs),
3042                 monomorphism_fix dflags]
3043
3044 monomorphism_fix :: DynFlags -> SDoc
3045 monomorphism_fix dflags
3046   = ptext SLIT("Probable fix:") <+> vcat
3047         [ptext SLIT("give these definition(s) an explicit type signature"),
3048          if dopt Opt_MonomorphismRestriction dflags
3049            then ptext SLIT("or use -fno-monomorphism-restriction")
3050            else empty]  -- Only suggest adding "-fno-monomorphism-restriction"
3051                         -- if it is not already set!
3052     
3053 warnDefault ups default_ty = do
3054     warn_flag <- doptM Opt_WarnTypeDefaults
3055     addInstCtxt (instLoc (head (dicts))) (warnTc warn_flag warn_msg)
3056   where
3057     dicts = [d | (d,_,_) <- ups]
3058
3059         -- Tidy them first
3060     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
3061     warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
3062                                 quotes (ppr default_ty),
3063                       pprDictsInFull tidy_dicts]
3064
3065 reduceDepthErr n stack
3066   = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
3067           ptext SLIT("Use -fcontext-stack=N to increase stack size to N"),
3068           nest 4 (pprStack stack)]
3069
3070 pprStack stack = vcat (map pprInstInFull stack)
3071 \end{code}